For mange er kua neppe så mye mer enn forstadiet til en biff – et dyr som i ro og mak gumler løs på gresset på enga. Men når kuer spiser, er en av evolusjonens mest avanserte oppfinnelser i aksjon: evnen til å utvinne energi fra seige planter.
Kuenes superkraft er resultatet av unike genetiske tilpassinger som har gjort drøvtyggere – den dyregruppen kuene er en del av – til en av klodens mest vellykkede familier. Nå har en stor internasjonal forskergruppe kartlagt drøvtyggernes evolusjon ved hjelp av arvematerialet, også kalt genomet, fra hele 44 ulike arter fordelt over alle de seks drøvtyggerfamiliene.
Genomene gir helt nye innsikter i hvordan drøvtyggerne utviklet sine spesialiserte fordøyelsessystemer. Studien avslørte at drøvtyggernes gener blant annet gir et spesielt sterkt immunforsvar, noe som er nødvendig for å beskytte mot alle de bakteriene som brukes til nedbrytningen av maten. Samtidig er det mye som tyder på at drøvtyggernes spesielle evner kan hjelpe kreftpasienter.
DNA forteller om evolusjonen
Drøvtyggerne er en enormt vellykket gruppe av pattedyr som består av mer enn 200 arter. I tillegg til storfe er blant annet hjortedyr, geiter, sauer, bison, antiloper og sjiraffer en del av familien. Det er det stamtreet forskerne kartla i håp om å få et bedre innblikk i drøvtyggernes spesielle evner, for eksempel det formidable fordøyelsessystemet.
Kua er en spisemaskin
Gjennom millioner av år har kuene utviklet et nesten perfekt fordøyelsessystem, som kan hente 70 prosent av energien fra seige planter som gress. Til sammenligning kan hester bare utvinne omkring 30 prosent av energien fra gresset.
Maten skal på en lang reise
Når kua spiser gress, passerer det gjennom fire mager. I vommen brytes maten ned og sendes videre til nettmagen, som filtrerer ut de fine partiklene. Partiklene sendes videre til bladmagen, som blant annet trekker ut vann og salter, for til slutt å ende i løypemagen, som bryter ned bakterier.
Vommen: Mikroorganismer fortærer maten
I vommen bryter milliarder av mikroorganismer ned planter til næring. Kua har en mur av døde celler (grønn) langs vommen, som holder organismene ute av kroppens sirkulasjon, mens såkalte papiller (blå) fanger inn fettsyrer.
Nettmagen: Maten filtreres
Den andre magen, nettmagen, regulerer strømmen av mat. Nettmagen fungerer som en filter som sorterer maten, slik at bare det tilstrekkelig findelte passerer videre. Resten gulper kuene opp og tygger på nytt.
Bladmagen: Celler kanaliserer næring
Bladmagen tar opp det meste av matens vanninnhold samt små fettsyrer og salter. Langs veggen fører egne celler, de såkalte epitelcellene, vann og natriumsalter fra bladene videre til blodet.
Løypemagen: Mikroorganismer brytes ned
Løypemagen er den siste magen før tynntarmen. Her skilles det ut saltsyre og enzymer som dreper mikroorganismene fra vommen og bryter ned proteinene til aminosyrer (blå kuler). De tar kua opp som næringsstoffer i tynntarmen.
Forskerne sammenlignet genomene fra 44 ulike arter, noe som til sammen ble 40 billioner basepar, og med den enorme datamengden klarte de å skape et sannsynlig stamtre.
Det avslørte at drøvtyggerne har gjennomgått et ekstremt høyt antall evolusjonære endringer – også kalt evolusjonsraten. Faktisk er den høyere enn hos noen annen gruppe av pattedyr. Og nettopp det ga forskerne en idé om hvorfor drøvtyggerne har klart seg så godt i utviklingen.
Magen er en bakteriebombe
Drøvtyggernes suksess skyldes i høy grad fordøyelsessystemet. De klarer å utnytte opp mot 70 prosent av celluloseinnholdet i planter, mens andre planteetere er mye mindre effektive. Til sammenligning tar op hester bare opp om lag 30 prosent.
Hemmeligheten er fire mager med hver sin viktige funksjon. I tillegg til den normale magen, som hos drøvtyggere kalles løypemagen, har de utviklet tre ekstra: vommen, nettmagen og bladmagen. Sistnevnte er siste skudd på stammen og oppsto for 32–35 millioner år siden, vel 4 millioner år etter at drøvtyggerne skilte seg fra resten av dyreriket.
Spesielt interessant for forskerne var vommen, som er matens første stoppested og den største av de fire magene. Her lever en tikkende bombe av mikroorganismer. Faktisk er det 10–100 milliarder bakterier, sopp og protozoer i bare 1 ml magevæske. De gjør plantenes cellulose om til små fettsyrer og glukose, som lett kan tas opp og brukes som energi, men bakteriene utgjør samtidig en potensiell risiko for kua.
I kartleggingen av genomene fant forskerne imidlertid en rekke genetiske tilpassinger som holder mikroorganismene i sjakk, blant andre proteinfamilien interferon. Det er de immuncellene bruker til å advare hverandre om infeksjoner, slik at de kan forsterke forsvaret. De er spesielt effektive til å aktivere immunforsvaret, slik at kuas magebakterier ikke utsetter den for livsfarlige infeksjoner..
Gener skaper perfekte tenner
For at kuene skal ta opp mest mulig næring fra maten, bruker de ni–ti timer i døgnet på å tygge. Og for å tygge gresset – og tygge drøv – helt igjennom har de utviklet spesialiserte tenner til å kverne de harde plantematerialene. Kartleggingen av genomene avslørte elleve gener med mutasjoner som er spesifikke for drøvtyggerne.
Kuas vei til engas hersker
Det har tatt kua over 50 millioner år å utvikle seg til den perfekte spisemaskin.
50 millioner år
Drøvtyggernes tidligste stamfar, Hypertragulidae, vant fram i Asia. Den minnet om en veldig liten hjort og veide ikke mer enn om lag tre kilo.
35 millioner år
For 35 millioner år siden blir kuas mage fullført i en fjern stamfar, da bladmagen, som blant annet fanger inn vann og salter, oppstår.
23 millioner år
Drøvtyggerfamiliens første horn utvikler seg og følger de aller fleste artene fram til i dag. Bare noen få arter, for eksempel dverghjorten, har ikke horn.
20 millioner år
Kuas nærmeste stamfar, uroksen, oppstår. I dag er den utdødd, men forskere har klart å avle fram arter som ligner ganske mye på den tidlige uroksen.
10 000 år
Kua som vi kjenner den i dag, fjerner seg fra ville urokser. Senere har mennesket temmet kua og avla den fram til det som i dag er et uunnværlig husdyr.
Munnen til kuer er kjennetegnet av store, firkantede tenner med flate og lett bølgete overflater, manglende fortenner i overmunnen og en emalje som dekker tennene langt inn under tannkjøttet. I tennene våre dekker emaljen bare tennene over tannkjøttet. Den ekstra emaljen gjør drøvtyggernes tenner mer solide og gir støtte til den omfattende gjennomtyggingen av planteføden.
Gevir støter bort kreftceller
Da forskerne dykket ned i genene, fant de ut at drøvtyggernes gevir kan være til nytte for mer enn til kamper om territorier og maker.
Gevirene kan nå også trå inn i kampen mot kreft.
Hjorters gevir skyter ekstremt raskt i været, og gevirene kan vokse med opptil 2 centimeter om dagen. Den eksplosive veksten skyldes gener som også er involvert i veksten av kreftsvulster. Kreftceller utvikler seg til svulster ved at de vekstfremmende genene er overaktive, slik at cellene deler seg ukontrollert. Det resulterer i at én kreftcelle raskt blir til mange kreftceller – godt på vei mot en svulst. Men forskerne oppdaget at hjortene har et genetisk motsvar til de potensielt kreftframkallende genene som står bak den voldsomme gevirveksten.
Det er lykkes forskere at lave hul direkte ind i køers bladmave, så de nærmere kan studere, hvordan føden behandles. Koen lider angiveligt ingen overlast.
Hjortene har utviklet en rekke spesielle versjoner av de genene som er involvert i reguleringen av celledelinger. Genene kontrollerer celledelingene i hjortenes gevir slik at de ikke går amok og blir til kreftsvulster. Disse unike genvariantene vekker naturligvis stor interesse hos legevitenskapen, siden det bare i 2018 døde nesten ti millioner mennesker av kreft på verdensplan.
Derfor går forskere i gang med å undersøke hjortenes kreftdempende genvarianter i håp om at de kan brukes i framtidige behandlinger. En opplagt mulighet er genterapi, der pasienter får behandlet sine egne gener med mutasjoner, slik at pasientens gener vil imitere hjortens.
Se gevirene vokse
Manipulering av gener er imidlertid et kontroversielt område med potensielt uforutsigbare konsekvenser. Derfor vil forskerne antagelig først prøve på å produsere de proteinene som genene danner og undersøke om de er virksomme.
Kua er derfor blitt mer enn bare en biff. Kanskje kan engas supermutant i framtiden være nøkkelen vi mangler i kampen mot kreften.