Mutationer

Mutationer er som nævnt fejl der sker i vores DNA med jævne mellemrum. Går vi lidt i dybden med dem, vil vi opdage at det kun er et fåtal af dem der kan levere det råstof der skal til for at skabe evolution:

Mutationer kan foregå på forskellig måde: • Ved inversion, dvs. et stykke DNA klippes ud og sættes ind omvendt. • Ved duplikation eller amplifikation, dvs. der laves (som navnet siger) en ekstra kopi af et stykke DNA. • Ved deletion, dvs. sletning af en DNA-sekvens. • Ved transposition, dvs. en flytning af eksisterende gener til forskellige steder på kromosomet eller sågar til andre kromosomer. • Ved translokation, dvs. et stykke kromosom flyttes til et andet sted på samme eller et andet kromosom. • Ved basesubstitution, dvs. at en base udskiftes med en anden.

Selvom mutationer regnes for at være tilfældige, så betyder det ikke at de ikke kan være årsagsbestemt. Der kan ske en fejlafskrivning under kopieringen af DNA’et som cellen ikke får rettet – og det kan ske uden en ydre årsag. Men årsagen kan også tilskrives de såkaldte mutagener. Det er stoffer som øger risikoen for mutationer. Radioaktiv stråling og solbadning er de mest kendte.

På den anden side, selvom man kender årsagen, så er det ikke muligt at forudsige hvilke fejl der kan opstå. Det svarer til at tabe et fjernsyn og konstatere at det ikke virker bagefter. Årsagen er klar her, men hvad der præcist er sket i elektronikken, er ikke til at sige. Man er bange for at mutationer kan have mange årsager. Tilsætningsstoffer i mad, højspændingsledninger og mobilstråling mistænkes fx af mange for at kunne fremkalde mutationer som i sidste ende kan give kræft.

genom – den totale genetiske information som bæres af et enkelt sæt kromosomer; undertiden brugt som betegnelse for det totale DNA-indhold i en cellekerne.

DNA’et er altså som en kode eller et sprog der indeholder information, og derfor kan vores genom sammenlignes med en bog. Forestil dig at en forfatter vil forbedre en bog ved at lave helt tilfældige ændringer i bogstaverne. Evolutionsteorien fortæller os at ændringerne sker på de mindst mulige enheder, altså en af baserne A, C, T eller G. Ændrer man på en af dem, svarer det til at man ændrer på et enkelt bogstav i en bog. Skulle forfatteren forbedre bogen sådan som man forestiller sig evolutionen har forbedret DNAkoden, så skulle han lave få og små ændringer (mutationer) i hver udgivelse. Derefter skulle han så læse bogen igennem igen og vurdere om han kan lide den nye udgave (naturlig selektion). Men det er vel at mærke ikke sådan at han kan vælge mellem ændringerne i bogen. Det er et enten eller: Enten overlever bogen med de ændringer der er sket, eller også bliver den smidt væk. En organisme kan jo ikke sortere blandt sine mutationer. Det er også derfor forfatteren er nødt til at lave antallet af ændringer så Evolutionen skriver DNA-koden få som muligt, hvor risikoen for at få en negativ ændring er langt større end chancen får at få en positiv. Er der mange ændringer, vil flertallet af negative ændringer skade informationen i bogen så meget at den vil blive kasseret. Det er derfor at evolutionsteoretikeren normalt fastholder at evolutionen er sket i små skridt.

En ændring kan ikke stå alene

Selvom oddsene er dårlige for en positiv mutation, så er chancen til stede rigtig mange gange fordi der lever mange dyr på kloden, og de har boet her i mange år. Eksisterende koder kan ved små ændringer skifte karakter, og i sproget kan det skabe nye betydninger.

Hvis ordet hus indgår i en tekst, og det bliver udsat for ændringer, kan det fx komme til at se sådan ud:

dus, lus, bus, sus, tus, gus, nus, pus, rus, hue, hub16 , hud, Huf17 , luf, puf, ruf, tuf, vuf,

eller nogen helt andre kombinationer som ikke er ord. Dvs. at en tilfældig ændring af eksisterende information godt kan give en ny betydning.

Nu er det bare ikke nok at få en brugbar ændring. Før den kan få en positiv virkning, skal den indgå som en meningsfuld del af helheden. Benzinslangen fra tanken i en bil er ikke meget værd hvis den ikke går det rigtige sted hen, ja, så kan den nærmest være livsfarlig.

Lad os se på et citat fra Søren Kierkegaards Enten-Eller:

Gift dig, og du fortryder det. Gift dig ikke, og du fortryder også det.

16 En “stikdåse” til en internetforbindelse. 17 Den ungarske møntfod Forinth

Lad os nu forestille os at ordet “ikke” skifter plads, så sætningen bliver:

Gift dig, og du fortryder det ikke. Gift dig, og du fortryder også det.

Det ændrer budskabet betydeligt. Budskabet som sådan er klart nok (du vil ikke fortryde at du gifter dig), men det er i modstrid med budskabet i den resterende del af bogen. Ja, faktisk kolliderer vores lille mutation allerede med slutningen af citatet hvor der indgår et også. Citatet bliver altså logisk usammenhængende fordi det nu er umuligt at sige om man vil fortryde det hvis man gifter sig. Sætningen bærer nu en ny, men ikke sammenhængende information.

Pointen er at en ændring ikke kan stå alene.

Sker der en ændring i vores DNA, kan den ikke være i modstrid med de 50 andre hyldemeter af DNA som allerede er der i forvejen. Enten skulle Kierkegaard fjerne udsagnet om ægteskabet tidligere, eller også skulle han rette alle de efterfølgende til, så de passer med den nye “forbedring”. Det forekommer at være noget af en opgave at få en positiv mutation nedarvet, med en bedre tilpasning til følge, når den skal harmonere med den allerede eksisterende information – men helt umuligt er det ikke, og det skal vi se senere.

Kierkegaard var næppe husket i dag hvis han skrev som i vores “forbedring”, så det er fint at han ikke lavede tilfældige ændringer i det han skrev.

Nu er informationen i DNA’et langt mere kompleks end informationerne er i en bog. Hvis en fisk skal udvikle sig til en frø, så skal der ikke blot udvikles “frø-gener” – generne skal også udtrykkes på det rigtige tidspunkt og på det rette sted, og de skal indgå steder i sammenhængen hvor de har mulighed for at blive udtrykt. Der findes regulerende gener som sørger for at dette system fungerer som det skal.

Punktmutationer

De ændringer som kan levere råstoffet til varige forandringer, er punktmutationer hvor fx en enkel base bliver udskiftet med en anden. Det resulterer ofte i at der bliver produceret et protein som er helt ubrugeligt, men i ekstreme tilfælde kan det føre til en fordel for organismen. Det skal vi se eksempler på senere, men først skal vi have styr på hvilken virkning de forskellige mutationer kan have på organismens overlevelse.

1. Positive variationer. Det er dem der er interessante for evolutionen. En positiv mutation hjælper en organisme til at få mere afkom. Det kan ske både direkte og indirekte. En direkte effekt kan være at organismen får mere afkom. En indirekte effekt kan fx være kamuflage, at kunne løbe hurtigere. Et hurtigere dyr kan lettere indhente et byttedyr, og det betyder alt andet lige at det får et længere liv hvor det kan nå at få mere afkom. 2. Negative variationer har den stik modsatte effekt: De reducerer antallet af overlevende afkom, og det kan også ske både direkte og indirekte. Et dyr kan fx få et dårligere syn og dermed ikke være så effektivt til at søge føde og opdage farer. Det giver et kortere liv med færre chancer for at parre sig og mindre energi til at opfostre afkommet. En direkte effekt kan være nedsat frugtbarhed. En meget radikal negativ variation kan slå organismen ihjel før den kan nå af få afkom. 3. Neutrale variationer resulterer hverken i mere eller mindre afkom. Blå og brune øjne hos mennesket er tilsyneladende en neutral variation.

Selvom en mutation optræder hos et enkelt individ, så taler man først om evolution når der indtræffer en ændring i en hel population. Hvis en organisme får en positiv mutation, vil den ifølge evolutionsteorien få mere afkom end den resterende del af populationen som ikke har mutationen, og lidt efter lidt overtage hele populationen.

Populationen vil normalt ikke blive større på grund af den positive mutation fordi den ofte løber ind i den ovenfor beskrevne ydre begrænsning i fødemængde og pladsforhold18 . Derfor vil en positiv mutation spredes på bekostning af de oprindelige dyr i populationen. Omvendt vil en negativ mutation langsomt forsvinde fra populationen.

En stabil population defineres som når fødselsraten er lig med dødsraten – dvs. antallet af individer er nogenlunde konstant. Indtræffer der en positiv mutation i en stabil population, vil fødselsoverskuddet primært indtræde blandt de individer der er begunstiget med denne mutation, og det vil ske på bekostning af de oprindelige dyr i populationen uden mutationen. Man siger at de dyr der har de mest fordelagtige variationer i det miljø populationen lever i, er bedst tilpasset. Med tiden vil de med deres overtal i afkom overtage populationen, og et lille skridt i evolutionens lange vandring er taget.

Fitness

fitness – (som biologisk begreb) tilpasset til miljøet

Hvor godt tilpasset en organisme er, kan der sættes tal på. Har en organisme 0,1% mere levedygtigt afkom end resten af dyrene i en population, har den en positiv fitness på 0,1%. En negativ fitness betyder at organismen får afkom i et mindre antal end de andre medlemmer af populationen. Et individ med en negativ fitness på 0,1% vil således få 0,1% færre unger end artsfællerne. Den naturlige selektion favoriserer individer med positiv fitness.

Det hele lyder meget ligetil, men naturen opfører sig sjældent så pænt som det ser ud til i bøgerne. Ronald Fisher er matematiker og en af grundlæggerne af den

18 Jf. afsnittet Grænser for vækst, side 6 19 Fisher, R. A. (1958) The Genetical Theory of Natural Selection. Oxford. Second revised edition, New York: Dover

moderne evolutionsteori – han har lavet nogle af de første beregninger på hvordan den naturlige selektion fungerer. Han har vist at selv positive mutationer har en meget stor risiko for at blive udraderet ved tilfældigheder – på trods af deres positive fitness. En enkel mutation vil ifølge Fisher ikke have de store chancer fordi skal mutationer have reel effekt på evolutionen, skal der mange til19 . George Gaylord Simpson, kendt palæontolog og ivrig fortaler for evolution, havde også indset problemet ved at en enkel mutation kun har ringe chance for at blive bevaret i populationen; men han troede at hvis mutationerne blot skete ofte nok, så “vil de måske med tiden blive etableret i populationerne”20 .

Spetner21 har regnet lidt på det og fundet ud af at et genom med en fitness på 0,1% blot vil have en chance på én ud af 500 for at undgå at blive udraderet af tilfældige hændelser. Er der 500 positive mutationer, så skulle man tro at chancen er 100%, men den er kun 5 ud af 8. Tusind positive mutationer ville give en chance på 6 ud af 7, og der skal 250022 til før chancen overstiger 99%. Vi har altså en kraft i form af positiv fitness som forsøger at bevare den positive mutation, men en stærk modsatrettet kraft i form af tilfældigheder der går i den anden retning.

Det efterlader os med et mere dystert billede end Darwin havde forudset. Han skrev at selv den mindste modifikation som blot på nogen måde kan favorisere nogle af en arts individer ved en bedre tilpasning til de ændrede omstændigheder, vil have en tendens til at blive bevaret … Under naturlige forhold vil selv den mindste forandring i kropsstuktur kunne tippe den fine balance der findes i kampen for livets opretholdelse, og således blive bevaret … Man kan bruge det billede og sige at den naturlige selektion hver dag, hver time – alle vegne – afprøver selv den mindste variation, idet den forkaster de dårlige og bevarer og opsummerer alle de gode. Og den arbejder stille og umærkeligt, hvor og hvornår lejlighed byder sig, på at forbedre hver eneste levende organisme i relation til dens organiske og uorganiske livsbetingelser.

Theodosius Dobzhansky er en kendt evolutionist og bliver ofte citeret for at sige at intet i biologien giver mening –undtagen i lyset af evolutionen – en tolkning som efterhånden gennemsyrer alle tv-programmer og biologibøger mere eller mindre direkte. Han har også beskæftiget sig med positive variationer, og han skriver: „Hvis bæreren af en genotype i gennemsnit producerer afkom på gennemsnitlig 1000 individer, mens bæreren af en anden genotype producerer 999, så vil forskellen i tilpasningen [fittnessen] til sidst føre til en ændring i den genetiske sammensætning i populationen23 . Det er i og for sig en OK-slutning at foretage, men han springer mellemregningerne over, for han forudsætter at der allerede i udgangspunktet findes mange organismer med den gavnlige mutation, men som vi har set, er det ret så usandsynligt at der optræder “mange organismer”, da oddsene er ret dårlige for at en enkelt positiv mutation skulle kunne få fodfæste i en større del af populationen. genotype – et begreb som den danske genetiker Wilhelm Johannsen lancerede i 1909, er et individs nøjagtige genetiske egenskaber (dets genom = DNA’et i cellekernen). Den interaktion der finder sted mellem et individs genotype og dets miljøpåvirkning, bestemmer dets fænotype. Selvom genotypen har den væsentligste indflydelse på en organismes udvikling, findes der også andre faktorer som bevirker at selv organismer med identiske genotyper får forskellig fænotype. Et godt, gammelt eksempel finder vi hos énæggede (monozygotiske) tvillinger. Selv om de har samme genotype, har de dog aldrig samme fænotype, også selvom de kan være ganske ens i deres fremtoning. Det ser man af det faktum at deres forældre og nære venner godt kan se forskel på dem selvom andre kan have svært ved det. Derudover kan man også identificere den enkelte tvilling vha. fingeraftrykket som aldrig er fuldstændig ens. (Kilde: Wikipedia i dansk, engelsk, fransk, svensk og tysk udgave.)

For overlevelsen af én mutation er chancen 1 til 500, men hvis populationen er lille, vil sagen se anderledes ud. Det er derfor den almindelige holdning blandt neodarwinister at nye positive mutationer begynder netop her: I en lille population er chancen for at bevare en enkelt mutation nemlig større, og dermed er mulighederne for at overtage populationen langt bedre. Der er bare endnu et problem. En lille population på fx 10 individer kan langt lettere blive udryddet af tørke, sygdom eller stormflod end en population på 100.000. Forsvinder de 10 individer, så forsvinder måske også millioner af års “opsparede” positive mutationer. Opvejes de to forhold imod hinanden, viser det sig at chancen for at en positiv mutation opstår og bevares for eftertiden, trods alt er større i en stor population end i en lille.

Hvis en positiv mutation får fodfæste, så kan en ny måske opstå og med tiden kan også den blive bygget ind i populationens DNA. Hver lille positive mutation giver en bedre tilpasning til miljøet og udgør et lille skridt i livets udvikling. Ifølge evolutionsteorien vil de mange små ændringer kunne forklare oprindelsen af store komplekse strukturer som fx vinger, fotosyntesen, flageller osv. Det svarer til at man kan blive millionær ved at sætte 25 øre ind i banken over en lang årrække.

20 Simpson, G. G., (1953). The Major Features of Evolution,

New York: Colombia University Press. p 118. 21 Lee Spetner p 55. 22 De behøver ikke alle sammen være ens. 23 Dobzhansky, T., (1951) Genetics and the Origin of Species, 3rd ed. New York: Colombia University Press. p 79.