Image
Christophe Pelabon (t.v.) og Thomas Fredrik Hansen utenfor Det norske videnskapsakademi.

Christophe Pelabon (t.v.) og Thomas Fredrik Hansen leder et tverrfaglig forskningsprosjekt om potensialet for evolusjon. Foto: Dag Inge Danielsen/UiO

De innerste hemmelighetene bak artenes tilpasning

Alt liv utvikler seg, enten det er virus, hvaler eller mennesker. Men hvordan kan vi forstå de store mønstrene som ligger til grunn for evolusjonen?

Hvilke arter har iboende forutsetninger for å tilpasse seg, og hvorfor er det slik? Hvor store endringer kan en art tåle? Hvor lang tid trenger den for å tilpasse seg? Og finnes det noe vi kan gjøre for å hjelpe arter å tilpasse seg?

Slike spørsmål opptar professorene Thomas Fredrik Hansen og Christophe Pelabon på CAS.

– Vi har forstått at ting kan endre seg fort gjennom evolusjon, mens man før trodde at alt skjedde langsomt, forklarer Thomas Fredrik Hansen.  – For eksempel må man ta hensyn til muligheten for evolusjonære endringer når man studerer fiskepopulasjoner og forvaltning av fiskeressurser. Driftsform og innhøstingsrate er eksempler på faktorer som kan påvirke evolusjonen.

Fakta

Evolvability: A New and Unifying Concept in Evolutionary Biology?

Et ettårig, tverrfaglig forskningsprosjekt i regi av CAS, Center of Advanced Studies/Senter for grunnforskning ved Det Norske Videnskaps-Akademi.

Ledes av professor Thomas Fredrik Hansen ved UiO og professor Christophe Pelabon ved NTNU.

Et annet eksempel på at evolusjonen har praktisk betydning, er farlig aktuelt:

– Antibiotikaresistens er en av våre største utfordringer. Hvor fort kan bakterier tilpasse seg antibiotika? Dette handler om hurtig evolusjon og forståelse av sykdom. For å finne svarene, er det overordnet viktig å forstå evolusjonens potensial, sier Hansen.

– Når influensa kommer tilbake år etter år, er grunnen at viruset har høy evolverbarhet (potensial for evolusjon), som gjør det mulig stadig å utvikle nye former som unngår gamle vaksiner og immunresponser. Det er et interessant spørsmål om covid-19 er tilstrekkelig evolverbar til å gjøre det samme.

Hjelp til å takle klimaendringer

Endringer i jordas klimasystemer og miljø er ett område der evolusjonen har stor betydning.

– Når en art er utrydningstruet og vi ønsker å gjøre en innsats for å redde den, må vi stille oss spørsmålet om den har potensial til å evolvere. Det kan være essensielt for å redde den. Da må vi se på kvantitativ genetikk for å kunne måle det evolusjonære potensialet, forklarer Christophe Pelabon.

– Først kan vi prøve å beregne sannsynligheten for at arten vil lykkes med å tilpasse seg. Dernest kan vi se på metoder for å øke denne sannsynligheten. Det er ikke nødvendigvis enkelt, men det er mer konstruktivt enn bare å fastslå om det er mulig med tilpasning eller ei.

Hansen supplerer: – Det skjer som nevnt store evolusjonære endringer på korte tidsskalaer. Når miljøet endrer seg, vil arter i noen grad tilpasse seg. Det er viktig å vite hvordan det skjer og hva som påvirker evnen til tilpasning. Hvor store endringer kan en art tåle? Hvor lang tid trenger den for å tilpasse seg? Og finnes det noe vi kan gjøre for å hjelpe den?

Ett begrep – flere forståelser

Pelabon og Hansen understreker at det er grunnforskning de driver med, ikke praktisk anvendelse. Når de bruker faguttrykket evolverbarhet, evolvability, dreier det seg om å forstå potensialet (muligheten) for evolusjon.

Begrepet evolverbarhet dukket opp omkring 1990 og ble raskt tatt i bruk på flere forskningsfelt. Det viste seg imidlertid snart at ulike fagområder brukte begrepet på ulike måter og ga det forskjellig meningsinnhold.

– Har de ulike fagmiljøene en felles forståelse? Eller studerer de ulike ting, men med samme merkelapp? Dette er det viktigste spørsmålet som vi tok utgangspunkt i, da vi startet prosjektet her på CAS, forklarer Hansen.

Et hovedmål er å samle og vurdere mest mulig kunnskap om evolverbarhet. Forskerne kartlegger hvordan begrepet og forskningsfeltet har utviklet seg.

Manglet en teori

Forskningen på biologisk evolverbarhet deles i tre områder:

  • Evolusjon og utvikling: Her studeres vekselvirkningen mellom evolusjon og utvikling av organismer.
  • Kvantitativ genetikk: Her studeres evolusjon på populasjonsnivå.
  • Makroevolusjon: Her studeres evolusjon over tidsspenn på opptil millioner av år.

Tradisjonelt har evolusjonsteori handlet om å vise at seleksjon er effektiv og at store endringer kan skje gjennom gradvis evolusjon. Selv et svakt evolusjonstrykk kan føre til store endringer over lang tid. Når biologene resonnerte slik, antok de at genetisk variasjon var til stede. Kanskje målte de også genetisk variasjon, men ikke hvor mye den endret seg over tid.

Lenge var evolusjonsbiologene opptatt av å måle hvor mye ny genetisk variasjon som oppstår fra mutasjoner. Men de manglet en teori om hva som bestemmer dette; altså hvor mye variasjon som oppstår ved mutasjon. Og hvorfor er det slik at noen trekk har høyere mutasjonsrater enn andre? Dette er spørsmål som nå er sentrale i forskningsfeltet.

Én endring kan påvirke flere ting

En organisme består av mange trekk. Armlengde hos mennesker kan være ett eksempel. Hvis det er mye genetisk variasjon, betyr det at det er lett å endre lengden på armen. Men den samme genetiske variasjonen kan påvirke en rekke andre egenskaper, som eksempelvis benas lengde. Det betyr at potensialet for å endre på armen likevel kan være lite, hvis det ikke er ønskelig å endre på andre deler av kroppen.

– For å forstå evolusjonært potensial er det viktig å forstå hvilke gener som påvirker det aktuelle trekket. Dette er noe vi studerer gjennom molekylærgenetiske metoder, sier Hansen.

To teorier: Hensiktsmessig eller begrenset?

Pelabon forklarer at det finnes to hovedhypoteser om hva som er viktig i makroevolusjon. Det klassiske synet er at seleksjonen er effektiv og evolverbarheten generelt høy, slik at endringer og tilpasninger enkelt kan skje. Over mange millioner år vil en art alltid klare å utvikle seg slik det er hensiktsmessig. Dette synet innebærer at seleksjon er den avgjørende mekanismen.

– Et annet syn går ut på at noen type endringer er vanskelige eller umulige å få til fordi det finnes beskrankninger som setter grenser for evolusjonen. Det betyr at det ikke finnes potensial for evolusjon i visse retninger. Hvis dette er tilfelle, og hvis vi måler evolverbarheten på disse trekkene, vil vi kunne fastslå om det stemmer at trekkene med lav evolverbarhet heller ikke har evolvert på lange tidsskalaer. På korte tidsskalaer vil det ofte være beskrankninger, eller begrensninger, men på svært lange tidsskalaer vil de kanskje forsvinne. Dette er noe av det vi ønsker å forstå mer av.

Les mer om evolusjon på Titan.uio.no:

– Evolusjonen feilskjær motbeviser teorien om intelligent design

Når en art taper terreng, går det mot slutten

Restaurering av våtmarksområde ga rekordrask evolusjon