Oppgrader til nyeste versjon av Internet eksplorer for best mulig visning av siden. Klikk her for for å skjule denne meldingen
Ikke pålogget
{{session.user.firstName}} {{session.user.lastName}}
Du har tilgang til Idunn gjennom , & {{sessionPartyGroup.name}}

Nåtidens evolusjon

(f. 1981) er dr. scient. i økologi og evolusjon fra Universitetet i Montpellier (2008). Hun jobber som forsker ved Universitetet i Bergen, Institutt for Biovitenskap. Hun forsker på en rekke tema innen evolusjonær økologi; ofte relatert til smittsomme organismer og sykdom. Hun har også hatt faglig ansvar for den nye utstillingen Evolusjon ved Universitetsmuseet i Bergen.

Evolusjonær forskning handler ikke bare om å rekonstruere fortiden. Evolusjon skjer også i dag – noen arter tilpasser seg raske miljøendringer, mens andre blir mer sjeldne. Vi mennesker setter igjen et enormt «fotavtrykk» på kloden, og har kanskje blitt den største evolusjonære kraften.

Planter, dyr, sopp, bakterier eller lav ... Hver organisme som blir til eller dør mens du leser dette, er etterkommer av en lang rekke forfedre som kan spores tilbake helt til begynnelsen av livet på kloden vår. Bak livets tre ligger det individer, akkurat som i et familietre – bare over mange, mange flere generasjoner. Vi er i slekt med alt som lever på jorden. Evolusjonær forskning lar oss forstå hvordan og hvorfor livets mangfold har eksplodert, kollapset, og utviklet seg videre gjennom geologiske perioder.

Men ikke bare det! Man kan kanskje lett få inntrykk av at evolusjon er en slags «fortidens vitenskap», der det handler om å fortelle om noe som skjedde både veldig sakte, og for veldig lenge siden. Realiteten er tvert imot at livets evolusjon er en uunngåelig prosess, som ikke kan ta slutt. Forskning viser at den skjer raskere i dag enn før. Det er derfor både fullt mulig og relevant å observere, måle, og studere evolusjon i nåtid!

I løpet av et menneskeliv får man sjelden observere dramatiske endringer i egenskaper hos arter. Grunnen er at de artene som evolverer raskest, er nettopp de som man ikke kan se med øyet: mikroorganismer (inklusiv patogener) og parasitter. Hos mange større, frittlevende arter kan man imidlertid også finne betydelige endringer i arvbare egenskaper fra generasjon til generasjon – evolusjon med andre ord.

I denne artikkelen vil jeg først oppsummere hvordan tilpasning fungerer, for så å forklare hvordan evolusjonær forskning brukes til å forstå og forutsi konsekvenser av de raske miljøendringene som vi mennesker forårsaker.

Ny variasjon er tilfeldig

Det mest åpenbare trekket ved livet, er variasjon. Individer i en populasjon er aldri like. Noe av denne variasjonen kan forklares med forskjeller i miljø: For eksempel vet vi at kroppsstørrelse hos mange dyr er delvis avhengig av gode forhold tidlig i livet. En annen del av den observerte variasjonen kan arves, og tilsvarer genetisk variasjon. Genetisk variasjon skapes av to tilfeldige prosesser: mutasjon og, for seksuelt reproduserende arter, rekombinasjon.

Mutasjon oppstår når genetisk informasjon blir mangfoldiggjort under celledeling, og en av kopiene ikke er lik originalen. For hvert gen er mutasjonsraten veldig liten, og dette varierer mellom arter (fra omtrent én gang per 100 milliarder replikasjoner for mennesker, til én per 10 000 replikasjoner for visse virus). Dette kan virke ubetydelig, men hvis du multipliserer denne frekvensen med både milliardene av celledelinger involvert i en organismes livssyklus, og med titusenvis av gener i en organismes genom, utgjør dette faktisk mange mutasjoner. Mutasjoner er altså ikke uvanlige, og når de skjer under dannelse av kjønnsceller, blir de ført videre til neste generasjon.

En annen prosess som skaper tilfeldig genetisk variasjon, er rekombinasjon. Denne prosessen skjer hos alle arter som reproduserer seksuelt. Hos disse artene – som utgjør flertallet av arter – blandes forskjellige genomer slik at de skaper unike, nye genomer.

Mutasjon og rekombinasjon er to tilfeldige prosesser som skaper og opprettholder genetisk variasjon i populasjoner. For hver generasjon, er populasjoner beriket av nye individer som er bærere av genetiske innovasjoner.

Evolusjon er lite tilfeldig

Variasjon i populasjoner er tilfeldig, men evolusjon er ikke det. Det høres kanskje ut som et paradoks, men det finnes en enkel forklaring på dette. For å forstå det, la oss gjøre som Darwin og se på hvordan mennesker har dyrket frem nyttige egenskaper hos husplanter og husdyr.

Hvis du for eksempel vil ha en liten hund med langt hår, vil du beholde de minste hundene med det lengste håret i hver generasjon, og avle videre på dem. Etter noen generasjoner får du den hundetypen du ønsket deg. Alt som trengs, er å velge ut individene som har mest av de ønskete egenskapene.

Darwin så at det samme også skjedde i naturen, uten at mennesket grep inn. For hver generasjon i et gitt miljø, produseres mange flere avkom enn det som miljøet har ressurser til å fostre. Som et resultat, vil noen individer overleve og formere seg bedre enn andre i dette miljøet. De blir «beholdt» av naturen, på samme måte som oppdrettere avler husdyr med interessante egenskaper. Darwin kalte dette fenomenet naturlig utvalg, i motsetning til seleksjon fra mennesker.

Når individers gode evner til å reprodusere i et gitt miljø nedarves, vil disse bli mer og mer vanlige fra generasjon til generasjon. Det er ingen behov for overnaturlige inngrep: Livet utvikler seg som et resultat av gjentatt utvalg av arvelige egenskaper. Denne virkeligheten kalles evolusjon ved naturlig utvalg, eller tilpasning.

Evolusjonær statistikk

Tilpasning ble kvalitativt forklart av Darwin, og formalisert matematisk flere tiår senere. På 1920- og 1930-tallet satte Fisher, Haldane og Wright den matematiske rammen for å beregne genetiske endringer i populasjoner over generasjoner – det vil si evolusjon. Fra 1960-tallet fikk man bekreftet eksperimentelt at beregningene stemte ved bruk av modellarter i laboratoriet, som bananfluer Drosophila spp.

I dag er det mulig å studere evolusjonen av spesifikke egenskaper in natura, og til og med forstå hvordan ulike egenskaper utvikler seg samtidig. For å gjøre dette har feltbiologer fokus på variasjonen i disse egenskapene, og bruker matematiske og statistiske verktøy, kalt kvantitativ genetikk. I denne metoden ligger kjernen i vår forståelse av nåtidens tilpasning.

Enkelt sagt kan utviklingshastigheten for en gitt egenskap – den såkalte evolusjonære responsen – beregnes ved å multiplisere to komponenter. Den første er arvbarheten, det vil si hvor mye av den observerte variasjonen i egenskapen som er genetisk. Den andre er styrken ved utvalget av denne egenskapen, det vil si i hvilken grad den bidrar til overlevelse og reproduksjon.

Både arvbarhet og utvalg kan måles i naturlige populasjoner, så lenge individer i hver generasjon – og over mange generasjoner – blir systematisk merket og reproduksjonen blir overvåket.

I evolusjonens krybbe

For å illustrere dette, la oss ta en tur til fødestedet for evolusjonsbiologi: Øygruppen Galápagos.

Et av de beste eksemplene på pågående evolusjon kommer fra en langsiktig studie av mellomjordspurven Geospiza fortis på øyen Daphne major, en av de 18 Galápagosøyene. Denne arten av Darwins finker lever av frø. For å finne ut om nebbstørrelse er en arvbar karakter hos denne fuglen, målte ekteparet Peter og Rosemary Grant variasjonen i nebbstørrelse mellom ulike individer. De fant ut at tykkelsen på nebbet er sterkt korrelert gjennom generasjoner. Foreldre med et relativt tykt nebb produserer avkom med et relativt tykt nebb. Hele 85 % av den observerte variasjonen i nebbtykkelse skyldtes genetisk variasjon mellom individer. Denne prosentandelen er høy, og nebbtykkelsen er i stor grad arvbar.

Blir denne egenskapen selektert, og i så fall hvorfor? En alvorlig tørke transformerte landskapet på Daphne major fullstendig i 1977. Tilgjengeligheten på frø var veldig lav, og de frøene som ble produsert det året, var veldig harde. Dette førte til en høy dødelighet blant mellomjordspurv. Denne dødeligheten var ikke tilfeldig: De som overlevde, var de som kunne knekke harde frø fordi de hadde et relativt tykt nebb. Det året var det et sterkt naturlig utvalg for økt nebbtykkelse.

Siden nebbtykkelsen i stor grad er arvbar, hadde mellomjordspurver året etter – det vil si de overlevendes avkom – tykkere nebb. Slike ekstreme klimatiske hendelser skjedde flere ganger i løpet av de 40 årene som studien varte. Hver gang førte de til betydelige svingninger i nebbtykkelsen (figur 1).

Studiet av mellomjordspurvene viser at naturlig utvalg ikke er en konstant kraft. Ved å studere hvordan både arvbarheten og seleksjonen på livsviktige egenskaper varierer, kan man forutsi hvilke arter som kan tilpasse seg under raske miljøendringer, og hvilke som står i fare for å bli utryddet.

Figur 1.

Svingninger i nebbstørrelse under ekstreme klimatiske hendelser hos mellomjordspurven Geospiza fortis på Daphne major (øygruppen Galápagos). Tilpasset fra Grant og Grant (2006). Foto: putneymark, Creative Commons Attribution – Share Alike 2.0 Generic, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Geospiza_fortis.jpg

Tilpasning i menneskets verden

Menneskearten er preget av å bo i en tett bestand som er fordelt over nesten hele verden. Den er også en veldig aktiv og mobil art, og derfor legger vi mennesker igjen et enormt, globalt økologisk fotavtrykk på kloden. Dette medfører endringer i naturlig seleksjon for mange arter.

Det kan bare være to mulige skjebner for arter som blir konfrontert med et sterkt, nytt naturlig utvalg: De kan enten tilpasse seg, eller avta og bli utryddet. Forskjellen ligger i mengden genetisk variasjon som er igjen i disse populasjonene (lav genetisk variasjon fører til lav arvbarhet) og styrken til seleksjonen. Husk: En evolusjonær respons krever arvbarhet kombinert med seleksjon.

Mange arter i dag opplever en reduksjon i størrelsen på deres leveområder, ofte kombinert med fragmentering av leveområdene. Konsekvensen er en reduksjon i bestandsstørrelser. Færre individer betyr redusert genetisk variasjon i disse populasjonene, og dette bremser utviklingen deres. Hvis utvalget som de utsettes for er for sterkt (for få individer blir «beholdt» i hver generasjon), avtar disse populasjonene, og forsvinner til slutt. Noen ganger dukker ny genetisk variasjon opp, som gjør at tilpasning plutselig er mulig. Dette fenomenet kalles evolusjonær redning.

Det finnes også eksempler på at viktige egenskaper hos arter som tilsynelatende trives, har lav arvbarhet. Derfor vil disse artene ha et begrenset potensiale for tilpasning. Blåmeisen og kjøttmeisen – to av våre mest vanlige arter – legger eggene sine 14 dager tidligere nå enn for 50 år siden, men arvbarheten er veldig lav. Forskningen viser at den observerte trenden skyldes individuell fleksibilitet, og ikke evolusjon. I tillegg er denne typen fleksibilitet begrenset. Fugleartene framskynder ikke alltid reproduksjonstidpunktet om våren raskt nok. Som et resultat opplever de i noen populasjoner, et økende tidsgap mellom tidspunktet for egen reproduksjon og den tiden da det er optimalt for ungene å vokse opp – det vil si når det er flest målerlarver tilgjengelige for dem i miljøet (figur 2).

Figur 2.

Blåmeisen Cyanistes caeruleus framskynder tidspunktet for hekking, men ikke alltid raskt nok. I Sentral-Europa klekker nå blåmeisunger etter at tilgjengeligheten på målerlarver er størst. Larvene utgjør en vesentlig del av føden for ungene. Tilpasset fra Laczi mfl. (2019).

Smittsomme organismer

Ikke alle arter viser en begrenset evne til tilpasning. Parasitter og patogener er nemlig mestre på rask evolusjon. Forskningsfeltet evolusjonær epidemiologi studerer hvordan viktige egenskaper hos smittsomme organismer går gjennom en evolusjonær utvikling. Dette feltet har mye å si for hvordan vi mennesker gjør fremtiden vanskelig for oss selv.

Menneskelige aktiviteter endrer miljøet for parasitter og patogener, både ved å påvirke demografien av deres vertspopulasjoner, og via medikamenter og vaksiner. En viktig menneskelig aktivitet som kombinerer disse to typene effekter, er moderne oppdrett, der dyr holdes i høye tettheter samtidig som farmasøytiske midler brukes. For parasitter og patogener representerer dette en stor miljøendring. Evolusjonære modeller viser at dette representerer et nytt utvalg som kan føre til forandringer i epidemiologiske trekk.

Har epidemiologiske parametere for parasitter og patogener forandret seg i oppdrettspopulasjoner? I flere tilfeller har man funnet at parasitter og patogener fullfører livssyklusen raskere og raskere hos oppdrettsdyr, og forårsaker høyere dødelighet. Både bakterier, slik som Flavobacterium columnare i ferskvannsoppdrettsanlegg, eller viruset som forårsaker Mareks sykdom i kylling, viser høyere virulens (det vil si at verter overlever i mindre grad, og produserer færre avkom, på grunn av infeksjon) nå enn for noen tiår siden.

Her i Norge følger lakselusen den samme trenden. Vi har sammenlignet lakselus fra forskjellige norske og skotske områder. Lus fra områder hvor det har vært oppdrettsanlegg i flere tiår produserer flere avkom tidligere i livet og skader fisken mer enn lus fra relativt isolerte områder hvor det aldri har vært oppdrett (figur 3). Det at disse forskjellene ble funnet under like forhold i laboratorium, tyder på at de har en genetisk årsak. I et pågående prosjekt finansiert av Forskningsrådet, måler vi nå hvordan arvbarhet og naturlig utvalg kombineres under forskjellige forhold. Det vil gi oss bedre forståelse for hvordan og i hvilken grad menneskelige aktiviteter driver evolusjonen av smittsomme organismer.

Figur 3.

Lakselus Lepeophtheirus salmonis som er tilpasset oppdrettsforhold, produserer relativt flere egg tidlig og færre egg senere i livet, sammenlignet med ville lakselus (A). De skader også verten mer (B). Tilpasset fra Mennerat mfl. (2017) og Ugelvik mfl. (2017).

Mennesker har en annen effekt, nemlig den at vi selv og våre husdyr representerer en enorm ressurs for smittsomme organismer. De fleste smittsomme sykdommene hos mennesker, finner på et eller annet tidspunkt i fortiden sin opprinnelse hos andre pattedyr. Nå består den globale biomassen til landpattedyr av 96 % mennesker og husdyr, og bare 4 % ville pattedyr.

Forskning viser at økende grad av kontakt mellom mennesker, husdyr og ville pattedyr har i det siste hundreåret ført til en økende frekvens av såkalte zoonotiske sykdommer, det vil si sykdommer som blir overført fra andre dyrearter til mennesker. Når man ser på tallene, viser det seg at nye smittsomme, menneskelige sykdommer oftest kommer fra husdyr, men også fra ville truede pattedyr. De ville dyrene blir fortrengt av mennesker, fra sine naturlige habitater, og må da leve tettere og tettere på oss.

For ett år siden ville disse temaene kanskje ha vært litt frakoblet fra vår egen, daglige virkelighet. Men i 2020 vet vi at et virus som fullfører sin livssyklus i en flaggermuspopulasjon et sted i Asia, kan spre seg til hele verdens befolkning i løpet av noen få måneder. Evolusjonære epidemiologer modellerer hvordan vi ved vår kollektive atferd som vertspopulasjon, kan påvirke det naturlige utvalget av patogener, og dermed påvirke evolusjonen av for eksempel SARS-CoV-2-viruset.

Evolusjonær forskning handler ikke bare om å vite hvordan vi har kommet hit, men også om å forstå den effekten som vi har på artenes fremtid – inkludert vår egen.

Referanser og videre lesning

Boag PT og Grant PR. 1981. Intense Natural Selection in a Population of Darwin's Finches (Geospizinae) in the Galápagos. Science 214: 82–85.

Charmantier A, McCleery RH, Cole LR, Perrins C, Kruuk LEB og Sheldon BC. 2008. Adaptive phenotypic plasticity in response to climate change in a wild bird population. Science 320: 800–803. Doi: https://doi.org/10.1126/science.1157174.

Grant PR og Grant BR. 2006. Evolution of character displacement in Darwin’s finches. Science 313: 224–226.

Johnson CK, Hitchens PL, Pandit PS, Rushmore J, Smiley Evans T, Young CCW og Doyle MM. 2020. Global shifts in mammalian population trends reveal key predictors of virus spillover risk. Proceedings of the Royal Society B 287. Doi: https://doi.org/10.1098/rspb.2019.2736.

Laczi M, Garamszegi LZ, Hegyi G, Herényi M, Ilyés G, Könczey R, Nagy G, Pongrácz R, Rosivall B, Szöllősi E, Tóth L og Török J. 2019. Teleconnections and local weather orchestrate the reproduction of tit species in the Carpathian Basin. Journal of Avian Biology 50. Doi: https://doi.org/10.1111/jav.02179.

Mennerat A, Ugelvik MS, Jensen CH og Skorping A. 2017. Invest more and die faster: The life history of a parasite on intensive farms. Evolutionary Applications 10: 890–896. Doi: https://doi.org/10.1111/eva.12488.

Schmid-Hempel P. 2011. Evolutionary parasitology: the integrated study of infections, immunology, ecology, and genetics. Oxford University Press, New York.

Ugelvik MS, Skorping A, Moberg O og Mennerat A. 2017. Evolution of virulence under intensive farming: salmon lice increase skin lesions and reduce host growth in salmon farms. Journal of Evolutionary Biology 30: 1136–1142. Doi: https://doi.org/10.1111/jeb.13082.

Idunn bruker informasjonskapsler (cookies). Ved å fortsette å bruke nettsiden godtar du dette. Klikk her for mer informasjon