Evolusjonen kan gå baklengs

Høyt oppe i Andesfjellene krabber en høygravid firfisle rundt mellom steinene. Plutselig stopper hun opp og sprer bakbeina. Like etter stikker et lite hode ut, omsvøpt av en tynn og gjennomsiktig membran som moren straks river i stykker. Et kvarter senere løper tre nyfødte unger rundt mellom steinene.

Slik har denne arten av små firfisler fått unger helt siden forfedrene tok et drastisk evolusjonært skritt for 30 millioner år siden og begynte å føde levende unger i stedet for å legge egg. Denne dramatiske overgangen i firfislenes biologi var så omfattende at forskerne tidligere mente det var umulig at de kunne gå tilbake til å legge egg igjen.

Men en ny studie, utført i 2018 av forskere fra Chile og Australia, har avslørt at det allerede har skjedd for flere firfislearter.

Oppdagelsen har, sammen med andre nye studier, avslørt at dyr kan gjenvinne trekk som forfedrene mistet for flere hundre millioner år siden. Dermed hopper evolusjonen fram og tilbake i mye høyere grad enn forskerne tidligere trodde. Og dette fenomenet kan vi faktisk se på vår egen kropp.

Lov forbyr baklengs evolusjon

Omfattende evolusjonære endringer, som de søramerikanske firfislenes overgang fra egg til levende unger, er helt normale i naturen. Slanger har mistet beina, mennesker har mistet halen, og pingviner kan ikke lenger fly.

Nye betingelser kan gjøre trekk overflødige eller uhensiktsmessige, og derfor må dyr av og til kvitte seg med gamle trekk. Men når de først er tapt, er de tapt for alltid – slik lyder i hvert fall det som er kjent som Dollos lov. Loven ble lagt fram av den belgiske paleontologen Louis Dollo i 1890, og den tilsier at evolusjon ikke kan gå baklengs.

Siden den gang har ideen, av gode grunner, dominert evolusjonslæren. For å gjendanne et tapt trekk krever tilsynelatende en enormt usannsynlig prosess, der en rekke endrede gener må endres tilbake til sin tidligere form. I tilfellet med firfislene ser genendringene ut til å være omfattende.

Overgangen fra å legge egg til å føde levende unger krever omstruktureringer i fødselskanalen, kraftig fortynning av eggeskallet, utvikling av en morkake og endringer i immunsystemet, slik at moren ikke støter fra seg ungen som et fremmedlegeme.

Dollos lov har stått fast i over 100 år, og det er ikke bare fordi den virker fornuftig ved første øyekast. Så langt har forskerne rett og slett ikke hatt verktøyene til å teste den. Men avanserte algoritmer og nye metoder for å lese av DNA gjør det nå mulig å skape detaljerte overblikk over millioner av år med evolusjon – og dermed avsløre noen av evolusjons dypeste hemmeligheter.

Algoritmer spoler tiden tilbake

Stamtrær er nøkkelen til dyrenes fortid – og vår egen. Et stamtre kan for eksempel fortelle oss at menneskets nærmeste og fjerneste slektninger blant pattedyrene er dekket av pels. Derfor må vi stamme fra dyr med pels.

På samme måte kunne australske og chilenske forskere i 2018 for første gang avsløre at flere grupper av eggleggende firfisler fra Sør-Amerika stammer fra forfedre som fødte levende unger. Med andre ord har de søramerikanske firfislene i løpet av utviklingshistorien sin tatt skrittet fra egg til levende unger og så tilbake til egg igjen.

Den overraskende konklusjonen bygger på at de eggleggende firfislene på stamtreet er omgitt av firfisler som føder levende unger.

Metoden virker enkel, men inntil nylig ville denne studien ikke ha vært mulig. For å tegne et stamtre må forskerne først danne seg et overblikk over alle de måtene som artene kan være beslektet med hverandre på.

Fire arter gir 15 mulige versjoner av stamtreet, og forskerne må regne ut hvilken som er mest sannsynlig, for eksempel ut fra dyrenes gener. Hvis det er ti arter, kan de være beslektet på 34 millioner ulike måter, og dermed er det mye vanskeligere å finne det mest sannsynlige stamtreet.

Studien av de søramerikanske firfislene omfatter gener fra 258 arter. Kartlegging av DNA fra så mange arter ville i seg selv ha vært et nesten uoverstigelig hinder for bare noen få år siden, men det er i dag mulig takket være nye og billige DNA-sekvenseringsmetoder.

Og analysen av slektskapet mellom artene krever så mye datakraft at vi først nå har begynt å kunne henge med. I alt gjennomgikk forskernes algoritmer 500 millioner mulige stamtrær – en prosess som kan ta flere uker – for å nå fram til det mest sannsynlige stamtreet.

I tillegg til genene fra firfislene fôret forskerne også algoritmene med informasjon om fossiler fra utdødde firfisler og om hvilket miljø de enkelte artene levde i. Dermed kunne forskerne også avsløre at den første overgangen fra egg til levende unger antagelig fant sted da Andesfjellene skjøt i været for 30 millioner år siden.

De nye fjellene løftet firfislene høyt opp, slik at lufta rundt dem ble kaldere. Kalde forhold er livsfarlig for fostre som utvikler seg i et egg utenfor morens kropp, og derfor begynte firfislene å beholde fostrene i magen helt til fosterutviklingen var overstått.

Eggeskallet ble avløst av en tynn membran, og ungene var levedyktige ved fødselen. Senere flyttet noen av firfislene ned i det varmere lavlandet igjen, da ble det varmt nok til å legge egg.

Firfislene er bare det siste eksempelet på dyr som bryter Dollos lov. Etter hvert som teknologien har blitt bedre, har forskerne funnet flere og flere. Blant annet viste en studie fra 2011 at en av klodens over 6000 froskearter har utviklet tenner i underkjeven – et trekk som froskenes stamfar mistet for minst 225 millioner år siden.

Og mennesker ser også ut til å ha brutt loven. To muskler øverst i ryggen vår smeltet sammen til én i våre fjerne forfedre – som så ut som mus – for 89 millioner år siden. Men for et par millioner år siden ombestemte evolusjonen seg, og muskelen ble igjen delt opp i to.

De fleste genene overlever tapet

De mange bruddene på Dollos lov har tvunget forskere til å revurdere hvordan evolusjonen fungerer. I stedet for å forestille seg at genene for et bestemt trekk går til grunne når trekket forsvinner, mener forskerne nå at genene i mange tilfeller forblir intakte og bare deaktiveres. Og så lenge genene er intakte, vil det tapte trekket kunne gjenskapes.

Forskerne har blant annet funnet et eksempel på dette fenomenet hos høner. Fugler mistet tennene for over 60 millioner år siden, men de fleste av de genene som kan danne tenner, er fortsatt intakte. Ved å endre bare ett enkelt gen kan forskerne aktivere alle disse genene og dermed få høner til å utvikle tenner.

Grunnen til at fuglenes tanngener har overlevd i alle disse årene, er antagelig at de også har andre funksjoner i fuglenes kropp. De aller fleste gener er involvert i mer enn en prosess, og de spiller ulike roller i flere ulike typer vev.

Derfor vil fuglenes tanngener fortsatt spille en viktig rolle i for eksempel fjærene, selv om de har blitt inaktive i munnen.

Lett å skifte

En rekke endringer i genaktivitet, i stedet for endringer i selve genene, ser også ut til å være nøkkelen til firfislenes veksling mellom fødsler og egglegging.

En internasjonal gruppe forskere undersøkte i 2019 to tett beslektede kinesiske firfislearter – en som legger egg og en som føder unger. Forskerne identifiserte hvilke gener som var ansvarlige for de to strategiene og undersøkte dem etter alle kunstens regler. Det viste seg at en endring mellom egglegging og levende unger ikke er spesielt omfattende genetisk sett.

Forskjellen mellom de to artene skyldtes først og fremst forskjeller i genaktivitet. For eksempel er de genene som er ansvarlige for eggeskallet, også til stede i firfisler som føder unger, men de uttrykkes bare i langt mindre grad. Fordi genene fortsatt er til stede, er skrittet tilbake til egglegging ikke så stort som forskerne tidligere trodde.

Den konklusjonen støttes av at skiftet fra levende unger til egg også har skjedd hos noen slanger. De fleste kvelerslanger har gått vekk fra å legge egg og føder nå levende unger.

Men for ørkenkvelerslangen, Eryx jayakari, har de næringsfattige omgivelsene i ørkenen ført til at de har gått tilbake til å legge egg – det viser en stor studie fra Yale University i USA, der forskerne kartla et stamtre med 41 arter av kvelerslanger.

En annen krypdyrart gir et enda mer direkte bilde av overgangen mellom egglegging og fødsler. Den australske firfislen Saiphos equalis ligger på vippen mellom de to strategiene. Ved kysten legger arten egg, og i fjellene føder den levende ungene. At en enkelt art kan utvise så store forskjeller, viser at evolusjonen kan ta enorme skritt uten omfattende genendringer.

Gamle trekk dukker opp i fostre

Dyr og mennesker beholder de genetiske verktøyene til å utføre for lengst glemte oppgaver eller til å bygge for lengst tapte kroppsdeler. Og det er særlig tydelig under fosterutviklingen. For eksempel utvikler hvaler og delfiner, som begge stammer fra et firbeint landdyr, små bakbein når fostret er på et veldig tidlig stadium.

I de aller fleste tilfeller forsvinner baklemmene helt før fødselen, men det finnes unntak.

Hos mennesker kan en hale anes i sjette uke av fosterutviklingen. Den forsvinner som regel igjen, men også her finnes det unntak. Det er flere eksempler på barn født med haler, og forskerne diskuterer fortsatt akkurat hvordan og hvorfor det skjer.

Et enda eldre trekk er også synlig hos menneskefostre: gjeller. Og det er på tross av at forfedrene våre droppet gjellene for mer enn 350 millioner år siden. De gamle trekkene åpner opp for overraskende muligheter for hvordan dyr vil utvikle seg i framtiden.

Dinosaurene vender tilbake

Forskerne har i de siste årene forsøkt å avdekke akkurat hva som skal til for å spole dyrenes evolusjon tilbake. For noen av forskerne er det med et ønske om å kunne gjenskape for lengst utdødde arter som mammuter eller dinosaurer.

Men flere av endringene kan vise seg å være så enkle at de kan skje helt naturlig uten vår hjelp – slik det er tilfellet med de eggleggende firfislene og frosken med tenner i underkjeven.

Siden fuglene utviklet seg fra dinosaurforfedre, har de endret seg mye. De har blant annet mistet tennene. Men en liten justering i aktiviteten til to gener kan gi dem tennene tilbake. Forskerne kjenner til en naturlig mutasjon som kan sørge for denne justeringen, men mutasjonen er samtidig dødelig, så fostrene blir ikke klekket ut.

I framtiden vil en annen og mer ufarlig mutasjon kanskje resultere i en voksen fugl med tenner. Forskerne har også oppdaget små justeringer som kan gi fugler knokler og kranier som minner ganske mye om det enkelte dinosaurer hadde – blant annet Velociraptor, som levde i krittiden – så fuglene har flere muligheter for å ta et skritt eller to tilbake mot sine fjerne forfedre.

Og den søramerikanske fuglen hoatzinen har antagelig tatt et slikt skritt. De fleste fuglene har bare små klør på vingene sine, men hos hoatzinens unger ligner klørne det vi finner hos fuglenes forfedre. Forskerne mener nå at hoatzinen tidligere i utviklingen mistet bruken av klørne, men siden gjenvant den fordi det ble fordelaktig for ungene å kunne klatre i trær.

VIDEO: Forsker vil gjenskape dinosaurer