Konvergent og parallel evolution

form på størrelse med en hund til de heste vi kender i dag med en hov. Den evolution menes at have taget 65 millioner år. Med baggrund i de kilder der er om hestens udvikling, estimerer Spetner det til 50 millioner generationer.

Chancen for at gennemføre en udvikling af en ny art i 500 skridt er derfor som følger: En positiv mutation er for det første nødt til at opstå, og dernæst skal den overleve for at overtage populationen. Hvis vi bruger den fitness for en positiv mutation vi regnede med tidligere på de 0,1%, vil vi være nødt til at have 350 positive mutationer for blot at have en 50%-chance for at mutationen overlever. – Er der kun én mutation, er chancen 1/500. Chancen for at den overhovedet vil opstå, er 1/600. Chancen for at den positive mutation både indtræffer og bliver bevaret, er altså 1/500 x 1/600 = 1/300.000. Og det var kun én positiv mutation vi talte om – vi skal bruge 500! Derfor skal vi gange tallet med 500, og det giver et mikroskopisk lavt tal nemlig 2,7 x 102.739 til en! Så det viser sig at det er ekstremt mere usandsynligt end vores serie på 150 kroner i træk (1045 til én) som vi kaldte umulig.

Små skridt giver ikke store skridt

Hvis det er så utænkeligt at en positiv mutation kan opstå, blive bevaret og indbygget i genomet, hvad så med de eksempler på en klar forbedring hos bakterier og dyr som vi kender? Bakterier der bliver resistente over for antibiotika, den opståede resistens over for sprøjtemidler hos insekter, de lyse og mørke varianter af birkemåleren? Hvad med bakterier som pludselig begynder at spise ting de aldrig har spist før? Ovenfor har jeg kaldt det for mikroevolution og påstået at det ikke kunne forklare hvordan makroevolutionens store udvikling af ny kompleksitet og information er foregået. Lad mig derfor præcisere:

En lille isoleret ændring som der er tale om i eksemplerne på mikroevolution, er ikke tilstrækkelig til at opfylde de her opstillede krav til makroevolution. De mikroevolutionære ændringer tilfører nemlig ikke nødvendigvis ny information, og de udgør heller ikke nødvendigvis en serie (men derfor kan de jo godt være gavnlige alligevel). Faktisk behøver bakterien blot omarrangering af eksisterende information for at kunne udvise nye egenskaber.

Når positive mutationer opstår, sker det næsten hver gang (måske altid) med tab af information til følge. Et eksempel på opbygning af ny information har vi til gode at se, hvis det overhovedet findes.

Evolutionsteorien opererer med noget den kalder konvergent evolution og parallel evolution. Konvergent udvikling er udviklingen af ligheder mellem forskellige dyre- og plantearter som ikke beror på slægtskab, men er et resultat af en tilpasning til lignende ydre livsbetingelser, fx ligheden mellem hvaler og fisk, eller vinger hos flagermus og fugle. Parallel evolution er udviklingen af ligheder hos to beslægtede arter hvor disse ligheder er udviklet uafhængigt af hinanden33 . Konvergent udvikling tolkes altså sådan at der er ligheder fordi organismerne har levet i samme miljø, mens parallel evolution er et resultat af at organismerne er beslægtede.

Men hvor stor er muligheden rent faktisk for at evolutionen vil vælge samme vej til en struktur to eller flere gange? Hvis der er ca. 1.000.000 muligheder for positive mutationer hos et dyr i blot ét trin, så er udviklingsvejene for hvert at de millioner af trin også en million osv. Det giver så gigantiske muligheder for udvikling som på 1030.000 .

Hvis vi tager forbehold for at der er forskel på fx en flagermusvinge og en mågevinge, er chancen for at samme træk opstår én til 10600, altså langt mere umuligt end sandsynligheden for vores 150 gange krone som vi har kaldt en umulighed fordi den kun har en sandsynlighed på 1/1045. Og så

33 Ole Rasmussen. Håndbog i biologiske fagtermer. Gad, Kbh. 2001.

regner vi oven i købet kun med en minimal ændring på kun 500 gavnlige mutationer – et nyt organ ville kræve en serie på flere tusinde ændringer.

Alligevel ser vi overalt i naturen strukturer som evolutionsteorien kalder konvergente eller parallelle fordi de ligner hinanden, ja, de skal måske tælles i tusinder. Med en chance på 1/10600 er det umuligt ved tilfældige processer, og jo mere kompleks ligheden er, jo mere umuligt bliver det.

Vi ser det fx ved flagermusens sonarsystem som hvaler også har, og nogle fugle. Disse forskellige dyregrupper menes ikke at være i tæt familie, og derfor må de avancerede sonarsystemer have udviklet sig hver for sig. Sydamerikanske elektriske fisk og afrikanske elektriske fisk kan “se” i mørkt, mudret vand ved at sanse det elektrostatiske felt de danner i området omkring sig – også de fisk menes at have udviklet deres orienteringssystem uafhængigt af hinanden. Der er også fisk der lammer deres bytte med stærkstrøm. Det gælder elektriske ål, elektriske rokker og elektriske maller34 . De menes hver især at have udviklet deres stærkstrømssystem. Noget så jordnært som den visuelle evne er tilsyneladende også opstået mange gange. Små øjealger kan sanse lys og reagere på det, og de er endda planter, ikke dyr. Blæksprutter, fisk, insekter, edderkopper, krybdyr, krebsdyr og mennesker har også en synssans. I alt 26-38 gange har disse fantastisk komplicerede synsapparater udviklet sig og er ved hjælp af tilfældige mutationer nået frem til resultater der i forbløffende grad ligner hinanden35 . Nu har man fundet samme gen for synet hos så forskellige dyregrupper som mennesker og insekter. Det viser sig at 94% af deres DNA er identisk36 ! Det er et problem, og det indså forfatterne til undersøgelsen også:

Den traditionelle opfattelse af at hvirveldyrøjet og det sammensatte øje hos insekter har udviklet sig uafhængigt af hinanden, er nødt til at blive taget op til revision.

Noget af det mest komplicerede vi kender, er hjernen, selvom vi stadigvæk forstår meget lidt af hvordan den fungerer. Den menneskelige hjerne består at ca. 10.000.000.000 nerveceller! Hver celle har mellem 10.000 og 100.000 fibre der forbinder den til andre nerveceller! Det giver 1015 eller et tusind millioner millioner forbindelser i hjernen. Hvis vi tilplanter hele Storbritannien (ca. 6 x Danmarks areal) med træer med 3.861 træer for hver km2, og hvis vi antager at der er 100.000 blade på hvert træ, så vil antallet af blade i hele Storbritannien svare til antallet af nerveforbindelser i din hjerne!

En hjerne har eksisteret allerede tidligt i udviklingen hos de tidlige dyr og menes at have udviklet sig parallelt i de forskellige ordner hos selv pattedyrfamilierne, ved tilfældige processer.

Evolutionsteorien forklarer at der altid i genomet hos en hvilken som helst organisme findes et væld af baser som kan være mål for positive mutationer. Hvorfor vælger evolutionen så ofte den samme vej til samme struktur? Er det tilfældige mutationer som resulterer i at både mågen, insekterne og flagermusen har vinger? Sandsynligheden for at det er tilfældet, er meget lille. Generne koder for det ydre udseende. Vi kalder udseendet af generne for genotype, mens det fysiske resultat kaldes fænotype. Indtil nu har vi set eksempler på fænotypen, og det er også fænotypen som den naturlige selektion virker på. Men for at få en permanent ændring skal ændringen selvfølgelig også ske genetisk, så den kan nedarves. Genetiske forskelle er at foretrække fordi de er lettere at måle præcist. I de sidste årtier er der blevet sekvenseret flere og flere stykker DNA, og arbejdet med at kortlægge hele menneskets DNA blev afsluttet for et par år tilbage. Det er den tekniske indsigt i nye teknologier og en øget computerkraft der nu har gjort det muligt.

sekvensere – at bestemme rækkefølgen og “betydningen” af kodningsrækkefølger i DNA

Et eksempel på konvergent evolution i genotypen er et gen for et enzym som hedder lysozym. Man har undersøgt enzymet hos køer og languraben. I maven hos koen og andre drøvtyggende hovdyr findes enzymet, og det samme gør det i maven på languraben som ellers er en primat og altså tilhører en helt anden dyregruppe end koen. Der er enighed om at koen ikke stammer fra languraben, og der er

Koens og langurabens relative placering i klassifikationsystemet

34 Nichols, J. T. and C. Hubbs, (1967). Fish Encyclopædia Britannica, vol. 9, p. 332. 35 Zuker, C. S., (1994). On the evolution of eyes: Would you like it simple or compound? Science, vol. 265, pp 742-743. 36 Quiring, R., U. U. Walldorf, U. Kloter, and W. J. Gehring, (1994). Homology of the Eyeless Gene of Drosophilia to the

Small Eye Gene in Mice and Aniridia in Humans, Sceince, vol. 265, pp. 785-789.

også enighed om at de ens maver ikke er opstået hos en fælles forfader som i en fjern fortid skulle have levet som et uanseeligt lille pattedyr side og side med dinosaurerne.

Det kan måske virke overraskende, men en ko kan faktisk ikke spise græs – den kan i hvert fald ikke fordøje det. I formaven hos både koen og languraben findes der et forgæringskammer, og i disse kamre lever der bakterier der har de enzymer som dyrene ikke selv kan producere. Årsagen til at vi mennesker ikke kan spise græs, er at vi ikke har hverken forgæringskammer eller enzymer – den cellulose som planteceller er opbygget af, kan vi derfor ikke nedbryde. Dyrene lader bakterierne nedbryde og omsætte det græs og de blade de har sat til livs, og næringen optages i bakterierne. Bakterierne kan dyrene derimod godt nedbryde og leve af, for den halvfordøjede planteføde og bakterierne føres videre til den næste mave hvor bakterierne nedbrydes – takket være enzymet lysozym der nedbryder bakteriernes cellevægge.

Andre pattedyr har også lysozymer, men i langt mindre mængder, og dem bruger de som antibiotika. En forskergruppe ved Berkeley Universitet analyserede engang aminosyresammensætningen i proteinerne hos menneske, bavian, rotte, hest, ko og langurabe. De kunne konkludere at der er præcis syv aminosyrer som koen og languraben har udviklet konvergent, dvs. uafhængigt af hinanden37 . Vi kan altså konstatere at der skulle være foregået en konvergent evolution af både enzymet og maven. Hver aminosyre kodes af tre baser i DNA, men flere koder kan kode for den samme aminosyre, og det betyder at de i alt har lighed på ni baser. – Hver af dem skal ligesom før i sig selv være positive hver for sig og overvinde oddsene imod at blive elimineret af tilfældige katastrofer.

Hvert trin har en million mulige veje, men alligevel har languraben og koen valgt næsten den samme vej for de ni skridt – rent tilfældigt. Chancen for dét er 1:1.000.0009 eller 1:1054, og det er en milliard gange mere usandsynligt end det vi kaldte umuligt i vores plat og krone-forsøg (1045). Havde vi ganget sandsynligheden for at maven også vil udvikle sig parallelt og på det rigtige tidspunkt, vil det gøre det umulige endnu mere umuligt. Eksemplet er ikke ekstremt, måske tværtimod, for syv aminosyrer er ikke meget. Naturen er fyldt med lignende eksempler.

Den grå langurabe tilhører slægten Simnopithecus, her fotograferet på Sri Lanka

Nysgerrig kalv fra Dar Es Salamm i Tanzania

37 Stewart, C. B., J. W. Scnhilling, and A. C. Wilson, (1987).

Adaptive Evolution in the Stomach Lysozyme of Foregut Fermenters, Nature, vol. 330, pp. 401-404.