Artikkel

Den Røde Dronningen - eventyr og evolusjon

Alice Red Queen
Den røde dronningen i Alice in Wonderland brukes som modell for å beskrive et fenomen innen evolusjonen. Foto: Disney

Den Røde Dronningen - eventyr og evolusjon

”Hugg hodet av ham!” er kanskje det mest kjente sitatet fra Den Røde Dronningen fra Alice i eventyrland. Det nest mest kjente sitatet beskriver en viktig hypotese i evolusjonsbiologien.

Alice har forvillet seg inn i en eventyrverden. Her, hvor alt er mulig, møter hun Den Røde Dronningen.

Dette er en dame med mye temperament, men hun lever under vanskelige forhold. Dronningen forklarer spillereglene:

”Kjære, her må vi løpe så fort vi kan for å stå på stedet hvil. Hvis du ønsker å gå noe sted må du løpe dobbelt så fort.”

Så viser det seg etter hvert at disse reglene ikke er ren fantasi. I evolusjonsbiologien kan dette være forklaringen på hvorfor arter forandrer seg. 

Utdøingsloven

I 1973 formulerte evolusjonsbiologen Leigh Van Valen hypotesen om ”Utdøingsloven”. (I bakgrunnen roper Den Røde Dronningen: Av med hodet!)

Van Valen studerte hvordan arter utvikler seg over tid. Da tegnet det seg ikke noe klart mønster.

Han trakk den slutningen at en arts evne til å overleve over tid ikke blir bedre, til tross for at evolusjon egentlig burde tilsi at arten fortsetter å utvikle seg.

Denne mangelen på mønster med tanke på når en art dør ut indikerer at dette er en nokså tilfeldig prosess, og det er dette som ble kalt ”Utdøingsloven”. For å forklare dette fenomenet presenterte Van Valen hypotesen om Den Røde Dronningen. 

Alice Red Queen
Den temperamentsfulle røde dronningen gir Alice klare råd.  Foto: Disney

Matematikken i eventyrland

Ifølge Den Røde Dronning-hypotesen må en art alltid forandre seg. Spørsmålet mange forskere lurer på er om dette også gjelder dersom arten ikke utsettes for ikke-biolgiske endringer som f.eks. klima og hva med påvirkningen fra andre arter?

Vil en art slutte å forandre seg hvis konkurransen om ressursene opphører? Det er mange spørsmål fremdeles er ubesvart. 

Da Lewis Caroll skrev Alice i eventyrland la han hele veien vekt på undring og nysgjerrighet. I boken stilles spørsmål som ”hvorfor er en ravn lik en skrivepult?”, og selv om dette kanskje ikke er et nyttig spørsmål i denne sammenheng er det nettopp spørsmålene som bringer verden videre.

I eventyrland er spørsmålene med på å avsløre logiske brister. På denne måten kommer mye av den underliggende matematikken i eventyrlandet fram.

Lewis Caroll er for øvrig matematiker, selv om det ikke er det han er mest kjent for. 

Modell for økosystem

For å finne ut hvor for man må løpe for å stå på stedet hvil har derfor professor i evolusjonsbiologi, Nils Chr. Stenseth samarbeidet med matematiker Jan Martin Nordbotten ved Universitetet i Bergen for å lage en modell av hvordan, og hvem, som påvirker hva innen et økosystem. 

– Hva er de største utfordringene med forståelsen av evolusjon? 

– Slik jeg ser det er det å forstå evolusjon over lange tidsskalaer, deriblant artsdannelse, som er den store utfordringen vi i dag står overfor.

Stenseth utdyper.

– Selv om vi har visst siden Charles Darwins tid at slik evolusjon foregår, vet vi fremdeles ikke nok om hvordan det foregår. Vi har gode modeller for å forstå evolusjon på korte tidsskalaer, men mangler i større grad en solid forståelse av hva som driver og begrenser evolusjonen på tidsskalaer over millioner av år. 

Med matematiske modeller kan man nå leke med parameterne for å se ting som er praktisk talt umulig i virkeligheten.

LES OGSÅ: The death rate in Game of Thrones is realistic. Has the TV show become far too bloody? No, say statistical analyses.

Nils Christian Stenseth
UiO-professor Nils Christian Stenseth er med på å utvikle en modell av hvordan og hvem som påvirker hva i et økosystem, Foto: Gunhild M. Haugnes/UiO Bruk bildet.

På denne måten kan forsøke å forutsi hva som kommer til å skje hvis enkelte forhold endrer seg. Det blir mulig å svare på noen av de umulige spørsmålene ”tenk om…?”.

Naturens våpenkappløp

Så hva ser man når man trikser med tallene i eventyrland? Den viser i alle fall at Den Røde Dronning-hypotesen kan forklare to observasjoner.

For det første forklarer den hvorfor man ser en relativt konstant utrydningsrate, slik som Van Valen antydet.

Ved å studere paleontologiske data ser man at arter blir utryddet hele tiden, og ikke nødvendigvis bare når det skjer en større endring i miljøet, slik som et meteornedslag. Utrydningen av arter skjer med andre ord også på grunn av samspillet mellom artene.  

For det andre forklarer Den Røde Dronning-hypotesen hvorfor sex er en fordel.

Når en art formerer seg seksuelt skaper det nemlig genetisk unike avkom. Det er ingen i neste generasjon som vil ha de nøyaktig samme egenskapene som foreldrene. En sjelden gang kan du ende opp med et individ som bare fikk de ”uheldige” genene, men for populasjonen som helhet er dette en stor fordel som gjør at de bedre takler forandring.

Når variasjonen er stor vil det alltid være noen som har et fortrinn. Med andre ord: konkurransen med andre arter gjør at behovet for variasjon er stort og sex er nødvendig for å sikre stort genetisk mangfold. Men hvorfor må de egentlig endre seg?

Løp, løp, løp!

En art må alltid endre seg, eller løpe, for å være på det samme stedet i konkurransen om ressursene. Hvis en art slutter å utvikle seg vil den raskt tape denne konkurranseevnen.

Dette er testet i en rekke forsøk bl.a. med snegler hvor man ser at de sneglene som formerer seg seksuelt klarer seg mye bedre enn en populasjon hvor sneglene lager kloner av seg selv når populasjonen blir invadert av en parasitt. 

Til tross for disse forsøkene er likevel ikke hypotesen helt tilfredsstillende. Den svarer nemlig ikke på hvorfor noen arter har holdt seg tilsynelatende like i millioner av år, slik som krokodiller.

Dette fenomenet kalles for stasis-paradokset. Og her er forskerne i tvil: Hvilke betingelser fører til Den Røde Dronning-situasjonen og hvilke betingelser gir stasis - det vil si ingen evolusjonære endinger over tid? 

Lager en virtuell virkelighet

Matematikere er heldige: De kan operere med mange virkeligheter og så bruke datateknologi til å manipulere dem.

I Nordbotten og Stenseths modell har de testet samspillet mellom arter for å undersøke hva som gir forandring eller stasis. Konklusjonen var at både vedvarende evolusjon og stasis kan oppstå i et økologisk område med flere arter, men med litt ulike parametere.

Dette er meget interessant, fordi ingen har klart å lage en god matematisk modell av det tidligere. Evolusjon har vært bevist mange ganger, men uten at man har klart å vise hva som påvirker stasis fremfor endring.

Forandring fryder

Funnet viser at stasis, altså å stå på stedet hvil, først og fremst oppstår når det er en symmetri i de økologiske interaksjonene. Med symmetri menes nettopp det at det er en slags gjensidig balanse. Det er ingenting som påvirker artene til å utvikles i en bestemt retning. 

På den andre siden vil et økologisk system med asymmetri i interaksjonene føre til en Rød Dronning-situasjon. Asymmetri vil si at en av artene i systemet for eksempel er en parasitt slik at den har en fordel som påvirker den andre negativt eller positivt.

Resultatet er at en art kun kan stoppe å utvikle seg dersom den ikke påvirkes av ikke-biologiske faktorer og er i symmetrisk interaksjon med andre arter.

Det er ikke kjent om det finnes noe slikt system. Trolig er tanken på en slik verden like fantastisk som den verdenen Alice vandret inn i. 

Videre viser det seg at graden av endring øker med graden av asymmetri. Dess større fordeler en art har, dess mer påvirker den en endring hos arter den interagerer med. 

Det er dermed vist, i alle fall matematisk, at evolusjonen kun kan stoppe ved gitte (nesten umulige) betingelser. Den Røde Dronningen vil derfor alltid måtte løpe uten å komme noen vei. 

Les også på Titan.uio.no

Kunnskapsfest på Darwins bursdag

Nils Chr. Stenseth: Til topps med nysgjerrighet som drivkraft

Darwin 150 år etter: Hvordan kan vi stamme fra aper når det fortsatt finnes aper i naturen?

Vitenskapelig artikkel:

Resultatene er hentet fra artikkelen Asymmetric ecological conditions favor Red-Queen type of continued evolution over stasis.

Kontakt:

Professor Nils Chr. Stenseth, Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis ved Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Oslo

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Løvenes konge-pastisj

Kampen om dyretronen

En sibirsteinbukk-hunn vil bare følge den hannen som har vunnet i kamp mot de andre, hos flekkhyenen er det hannene som vier livet sitt til å følge hunnene. Sosialt hierarki i dyreriket er like varierende som dyrene selv.

Hus begravd i slam etter Lusi-utbruddet

Kilden til verdens største slamutbrudd er funnet

I 2006 ble det utløst flere slamutbrudd fra vulkaner nordøst på den svært folkerike øya Java.  Det mest aktive utbruddet - Lusi - er fortsatt aktivt, og forskerne ser det nå i samenheng med et nærliggende vulkansystem.

Professor Norbert Roos med et av IBVs kryoelektronmikroskoper

Mange ristet på hodet, men resultatet ble en nobelpris

Kjemikeren Jacques Dubochets første forsøk på å lage et kryoelektronmikroskop endte med at linsene i mikroskopet ble brukt til verdens dyreste askebegre. De neste forsøkene gikk bedre, og nå er innsatsen belønnet med en nobelpris.