To kjønn

TO KJØNN

EVOLUSJONENS STØRSTE GÅTE

© 2023 Kagge Forlag AS

Omslagsdesign: Johanne Hjorthol

Layout: akzidenz as | Dag Brekke

Papir: Holmen Book Cream 80 g

Boka er satt med Corundum Text 11/15

Trykk og innbinding: Livonia Print, Latvia

ISBN: 978-82-489-3307-6

Kagge Forlag AS

Tordenskiolds gate 2

0160 Oslo

www.kagge.no

Forord

Jeg husker ikke sikkert når jeg første gang fikk ideen om å skrive en bok om kjønn, men jeg har lenge lekt med tanken. Gjennom mange år som forsker og foreleser i biologi har jeg kommet over en rekke interessante historier om kjønn i naturen. Historier jeg tror vil pirre nysgjerrigheten og gjøre seg i en bok som denne. Men jeg ønsker mer enn å underholde med morsomme fakta fra naturen. Det vi forstår som kjønn, er et resultat av en lang evolusjonshistorie. Evolusjonsbiologi gir oss et rammeverk for å forstå verden og vår plass i den. Det er derfor verdt å ta denne måten å tenke på innover seg, og det har vært en viktig motivasjon for meg med denne boka. Kjønn og formering ligger nemlig veldig nær kjernen av hva evolusjonen dreier seg om. I naturprogrammer brukes gjerne «kampen for tilværelsen» som en metafor for evolusjonens drivkrefter. Jeg mener at formering er viktigere. Det er gjennom forplantningen at gener føres videre til avkommet. Seier i kampen for tilværelsen er uten evolusjonær betydning om den ikke følges av formering, slik at de gode egenskapene som sikret overlevelse, kan bringes videre til nye generasjoner. Alle mennesker som lever her og nå, er et resultat av at en sædcelle en gang befruktet en eggcelle. Arvemateriale fra to ulike individer, mor og far, smeltet sammen ved befruktningen og dannet utgangspunktet for et nytt liv. Mer enn 99,99 prosent av alle dyr som lever i dag, har blitt til på samme vis.1 Kjønnet formering er ikke den eneste formen for formering vi finner i naturen, men den dominerer hos alt som omgir oss av synlig liv – dyr, planter, sopp og alger.

Kjønn gjennomsyrer svært mye av det vi tenker på som liv og natur. Mendels arvelover som vi lærte om i naturfagtimene på skolen, betrakter vi gjerne som allmenngyldige, men de gjelder kun for arter med kjønnet formering.2 Bakterier formerer seg ukjønnet, så hos dem gjelder andre arvelover. De første organismene som utviklet seg på jorda, formerte seg ikke kjønnet. Hvordan og hvorfor oppstod kjønnet formering? Dette er ikke et trivielt spørsmål. Berømte biologer har omtalt kjønnet formering som et av naturens store paradokser,3 eller som dronningen blant evolusjonens gåter.4

Evolusjonens fantastiske teater utspiller seg av en grunn: Selv om individer lever et kort og hektisk liv før de dør, lever genene deres videre gjennom avkommet og deres avkom igjen i en uendelig kjede. Ved å studere genene til ulike organismer kan vi se konturene av disse lange kjedene bakover i tid gjennom utallige generasjoner – kjeder som til syvende og sist forener alle levende organismer.2 Går vi langt nok tilbake i tid, har vi alle et felles opphav. Kjønn er bindeleddet mellom generasjonene for alle organismer som formerer seg kjønnet, men danner også utgangspunktet for barrierene som oppstår når nye arter dannes.5 Ulv og rødrev, for eksempel, er ulike arter siden de ikke kan eller vil pare seg med hverandre eller få levedyktig og fruktbart avkom sammen om de allikevel skulle forsøke. Fraværet av forplantning i forbindelse med artsdannelse gir forgreninger i livets tre.6

Fortellingen om oss som kjønnede vesener har en lang, spennende og ofte overraskende forhistorie som de færreste tenker over til daglig eller egentlig kjenner til. Det er en historie som inkluderer et enormt biologisk mangfold og utallige tilpasninger til livets mange utfordringer. Én viktig tilpasning var evolusjonen av to kjønn med ulike funksjoner i forplantningen – hunn og hann. Hunnens primære funksjon er å produsere store og robuste kjønnsceller som sørger for at det nye livet overlever, mens hannens primære funksjon er å produsere mange og gjerne mobile kjønnsceller som sørger for at befruktningen skjer.7

De siste årene har spørsmål om kjønn havnet på dagsordenen, og de preger samfunnsdebatten langt ut over biologenes rekker. Diskusjonene er ofte følelsesladede og harde. Jeg har selv vært en aktiv deltaker i kjønnsdebatten, og har særlig kvesset pennen når jeg har møtt påstander som strider med naturvitenskapen. Det er rom for mange spennende og viktige bøker i skjæringspunktet kjønn, medisin og samfunn. Denne boka handler om biologien. Evolusjonen har til gode å komme opp med flere enn to kjønn, og det er et utrolig spennende empirisk faktum. Hvorfor er det sånn? Når så mye annet i naturen varierer, hvorfor finnes det ikke flere kjønn enn hunn og hann? Dette er en av gåtene denne boka skal forsøke å gi svar på.

DEL I − HVA ER LIV?

Kapittel 1

Levende og livløst

I begynnelsen var hva da?

Historien om kjønn har en begynnelse. Jeg tenkte å begynne denne historien enda tidligere, for kjønn oppstod ikke i et vakuum. Alle organismer formerer seg, men ikke alle organismer formerer seg kjønnet. Hva fantes forut for kjønn og kjønnet formering?

De første organismene på jorda var prokaryoter, organismegruppen som inkluderer bakterier og de såkalte arkebakteriene.8

Ordet «prokaryot» er avledet fra gresk pro og karyon, som betyr «før kjerne». Navnet viser til at disse organismene mangler cellekjerne. Arvematerialet til prokaryotene består av ett kromosom som flyter fritt inni cellen. Prokaryotene er forholdsvis enkle encellede organismer. De formerer seg utelukkende ukjønnet ved at morcellen deler seg i to identiske datterceller.

Foruten oss mennesker inkluderer eukaryotene dyr, planter, sopp, alger og diverse grupper av encellede organismer. Eukaryotene har fått sitt navn fordi de har cellekjerner som huser organismens arvemateriale i form av flere kromosomer. Kjønnet formering er en form for formering vi utelukkende finner hos eukaryotene, og kjennetegnes av at kjønnsceller fra to ulike individer smelter sammen og danner utgangspunktet for det nye livet. Eukaryotene kom til senere i evolusjonshistorien enn prokaryotene, så kjønnet formering er en relativt ny form for forplantning.

Formering er en av de grunnleggende egenskapene ved liv. Dette er noe alle organismer holder på med. Hvilke andre egenskaper er

viktige? Biologi betyr «læren om liv». Man skulle kanskje tro at biologer dermed har kommet frem til en definisjon av liv som alle er enige om. Sånn er det ikke. Hva tenker du? Hvilke egenskaper er felles for levende objekter, og hva skiller dem fra livløse ting?

Det første levende jeg tenker på nå, er dyr. Fisk, pattedyr, insekter og fugler. Noe de har felles, er at de kan bevege seg og gjøre morsomme ting: løpe, hoppe, klatre, svømme eller fly. Ikkelevende objekter har det med å mangle slike evner. En stein blir liggende i ro på bakken med mindre du eller noe annet levende sparker til den eller tar den opp og kaster den ...

Nei, vent litt. Dette var en svak analyse. Mange organismer – planter og sopp, for eksempel – sitter fast og har få muligheter til å bevege seg, mens livløse planeter og kometer beveger seg i en svimlende hastighet i bane rundt sola eller en annen stjerne. Heller ikke steinen i eksempelet mitt har ligget der den ligger siden tidenes morgen. La oss si at den er av typen gneis. Livløse geologiske prosesser har i så fall gjort at den i sin tid størknet fra glovarm, flytende magma i jordas indre, ble presset opp til overflaten, skallet av fra grunnfjellet og flyttet dit den ligger nå, kanskje med isen som trakk seg tilbake etter siste istid.

En egenskap ved levende vesener er at de gjerne har en avgrenset og karakteristisk form. Mange dyr er for eksempel bilateralt symmetriske. Det vil si at høyre og venstre side speiler hverandre – et øye, et øre og et nesebor på hver side av en tenkt midtakse i menneskeansiktet. Sjøstjerner og kråkeboller er radialsymmetriske. Fra et sentrum stråler like strukturer ut i form av armer eller plater.

Men også mange livløse objekter har karakteristiske og ordnede former. Vakre kvartskrystaller dannes når flytende kvarts avkjøles sakte og går over til fast form. Kvartsen ordnes da i et gjentakende, tredimensjonalt gittermønster ut fra molekylenes fysiske og kjemiske egenskaper. Molekylene «hviler» i krystallstrukturen. Store himmellegemer som planeter og stjerner får kuleform på grunn av gravitasjonskreftene som virker på dem.

I lærebøker i biologi systematiserer gjerne forfatterne slike tankeeksperimenter og forsøker å finne minste felles multiplum mellom alle levende objekter vi kjenner til.8 Hva har kolerabakterier til felles med blåveis, amøber, hest, blæretang og dompap?

Å definere liv basert på vårt kjennskap til livet på jorda er ikke helt uproblematisk, for vi har egentlig et veldig begrenset sammenlikningsgrunnlag. Men finnes det ikke i størrelsesorden 10 millioner9 forskjellige arter på jorda? vil du kanskje innvende. Jo, det stemmer, men alle disse organismene har et felles opphav. De er etterkommere av ur-organismen, LUCA (Last Universal Common Ancestor)10, en encellet, enkel, bakterieliknende organisme som levde en gang for mer enn 3,5 milliarder år siden. De har derfor arvet egenskaper fra LUCA og er ikke uavhengige eksempler på liv. Kanskje liv på en annen planet ville ha vært helt annerledes og ugjenkjennelig for oss?

Dessuten, alle disse organismene har en evolusjonshistorie på mer enn 3,5 milliarder år. Selv de enkleste bakterier har hatt over 3,5 milliarder år på å utvikle komplekse løsninger på livets utfordringer. Ingen gren på livets tre har stått stille siden livet oppstod. Hva kjennetegnet liv før all denne evolusjonen perfeksjonerte de ulike etterkommerne i kompleksitet og avanserte tilpasninger? Her følger en liste på fem punkter over egenskaper som kjennetegner alle etterkommere av LUCA.

Fem punkter som kjennetegner levende organismer

1. Levende organismer er klart avgrenset fra omgivelsene og har en definert organisering og struktur. De består av én eller flere celler som er omsluttet av en membran. Dette er jo ikke så overraskende, siden alle er etterkommere av LUCA, den encellede ur-organismen.

2. Levende organismer er i stand til å opprettholde et relativt konstant og stabilt fysisk og kjemisk miljø på innsiden. For eksempel holder mennesker og andre pattedyr en jevn

kroppstemperatur på ca. 37˚C, og selv de enkleste encellede organismene er i stand til å regulere forhold som pH, væskebalanse og saltkonsentrasjon på innsiden av cellemembranen.

3. Slik selvopprettholdelse, vekst og andre livsfunksjoner krever energi. Levende organismer er i stand til å lagre energi og bruke den til å vokse og holde livmaskineriet i gang. Noen organismer bygger energirike molekyler selv. Planter og alger produserer druesukker fra karbondioksid og vann ved hjelp av energien fra sollys, en prosess vi kaller fotosyntesen. Mennesker og andre dyr får energi ved å bryte ned organiske molekyler som sukker, fett og protein fra maten vi spiser. Alle organismer er dessuten i stand til å kvitte seg med avfallsstoffer og restprodukter fra de ulike livsprosessene i cellen(e). På fagspråket kaller vi alt dette for metabolisme eller stoffskifte.

4. Et av de grunnleggende fellestrekkene ved levende organismer er at de er i stand til å formere seg. Det finnes ulike typer formering. Bakterier og andre prokaryoter formerer seg som sagt ukjønnet ved at morcellen deler seg i to. Noen planter kan formere seg ukjønnet ved knoppskyting. Enkelte bladlus formerer seg ukjønnet ved såkalt partenogenese, eller jomfrufødsel, der et nytt individ utvikles fra en ubefruktet eggcelle. Allikevel, kjønnet formering er den suverent mest utbredte formen for formering blant eukaryoter.

5. Alle levende organismer er i stand til å tilpasse seg og evolvere som svar på endrede miljøforhold. De er gjenstand for evolusjon ved naturlig utvalg.

Vi kan skille levende organismer fra livløse objekter basert på slike lister av egenskaper. En kvartskrystall har kanskje en ordnet form, men ikke i form av celler, og vi kan definitivt ikke huke av for den på de andre punktene. Det finnes imidlertid noen mer problematiske objekter som vi helt klart kan huke av for på noen, men ikke alle de fem punktene. Virus er et godt eksempel. Hvordan skal vi forstå

disse objektene?11 Her er det uenighet. Noen biologer vil hevde at virus er livløse, siden de er avhengige av en vert for alt som kan minne om livsprosesser. Andre biologer vektlegger egenskapene virus deler med levende organismer, og regner dem til klassen av levende. Vi skal snart se at formering er en viktig fellesnevner mellom virus og levende organismer, men la oss gjøre det skikkelig og sjekke dem mot fempunktslista.

Virus

Virus er parasittiske partikler og fullstendig avhengige av en vert for å formere seg og spre seg. De har en definert struktur og noe som kan minne om en kropp (punkt 1), siden de er omsluttet av en proteinkappe. Allikevel, viruspartikkelen er langt ifra noen fullblods celle.12 Den mangler et biokjemisk maskineri til å holde forholdene inni proteinkappen konstante (punkt 2). Kappen gir allikevel arvematerialet den huser, en viss beskyttelse fra omgivelsene. Nok til at viruspartikkelen kan spre seg fra én vert til en annen, for eksempel via små dråper som verten spruter ut med host og nys. Dessuten har proteinkappen egenskaper som gjør viruspartikkelen i stand til å feste seg til en vertscelle og trenge inn i den. De mye omtalte piggproteinene på koronaviruspartikkelen er et eksempel på det. Virus har heller ikke eget stoffskifte (punkt 3). Energien som kreves for å lage nye viruspartikler, og avfallet som produseres i prosessen, er det verten som står for og håndterer. Men virus er veldig gode til å formere seg (punkt 4), uheldigvis for oss. De utnytter det biokjemiske maskineriet i vertscellen til å produsere nye viruspartikler. Biologer er uenige om hvorvidt virus er levende eller ikke, men formering er altså noe de holder på med, og det er en av få egenskaper de deler med levende organismer. Formering er en særdeles grunnleggende egenskap ved liv, eller selve bindeleddet mellom levende og livløst.

Som vi alle har erfart, ikke minst gjennom covid-19-pandemien, er virus dessuten irriterende gode til å tilpasse seg endrede miljøforhold gjennom evolusjon (punkt 5). I rekordfart utviklet

forskere ved legemiddelfirmaer som Pfizer og Moderna vaksiner som vi håpet skulle ta oss ut av pandemien.13 Vi kan se på vaksinen som et ekstremt forverret miljøforhold for viruset. Etter massevaksinasjonsprogrammet møtte viruset stort sett celler med fiks ferdige antistoffer mot piggproteinene deres når de forsøkte å angripe oss. Og joda, vaksinene hadde effekt. R-tallet, som Camilla Stoltenberg og Espen Rostrup Nakstad stadig snakket om under pandemien, gikk midlertidig ned da vaksinasjonsprogrammet ble rullet ut. Dessuten ser vaksinen ut til å beskytte mot alvorlig sykdom fordi immunforsvaret vårt, t-celleresponsen, blir satt i beredskap.

Allikevel, stadig nye mutanter av viruset dukket opp – og det skjer fremdeles. Mutanter med bedre evne til å omgå vaksinen og immunforsvaret vårt formerer seg som bare det. Disse favoriseres ved naturlig utvalg og utkonkurrerer dermed tidligere varianter. Det naturlige utvalg premierer høy formeringsevne. Gjennom noen intense pandemi-år har vi virkelig fått erfare evolusjon ved naturlig utvalg på høygir. Avansert høyteknologisk biomedisin klekket ut av de klokeste hoder var på ingen måte nok til å forhindre viruset i å fortsette å mutere, spre seg og gjøre oss syke. Evolusjon ved naturlig utvalg kan være en mektig fiende når det er kroppen og cellene våre som utgjør miljøet parasitten tilpasser seg.

Parasittgener

Det finnes objekter som er enda enklere enn virus, men som allikevel har egenskaper vi ellers forbinder med liv. Vi skal ta en nærmere kikk på det jeg har valgt å kalle parasittgener, i faglitteraturen også kjent som transposable elementer. Det er forunderlig at disse objektene er såpass lite kjent utenfor biologien, for de er ekstremt tallrike og viktige. De påvirker livet vårt og har hatt store konsekvenser for livets utvikling på jorda.

Hver eneste celle i kroppen din er infisert av slike parasitter. Innerst inne i det aller helligste, i cellenes kjerne, der arvematerialet

ditt holder hus. Ja, i selve DNA-et ditt, midt imellom den kodede oppskriften på deg – kropp, hjerne og alt – der finner vi dem. Parasittgener er ikke levende organismer. Du kan tenke på dem som ren genetisk informasjon – molekylære beskjeder skrevet i livets eget alfabet: A, T, C og G. Arvematerialet du bærer med deg i hver celle i kroppen din, er ikke ditt. Ikke bare ditt i hvert fall. Genomet, arvematerialet som fordeler seg i 23 par kromosomer i hver celle i kroppen din, er en kamparena hvor det utspiller seg en informasjonskrig. Mellom ditt eget og fremmed DNA. Vert og parasitt, men parasitten har ingen egen kropp. Den er genetisk informasjon som snylter på livsmaskineriet ditt. Et parasittgen består av DNA, men det samarbeider ikke med de andre genene i genomet ditt. Beskjeden det har kodet i DNA-et sitt, er enkel: «Kopier meg!»

Slike parasittgener blir noen ganger kalt «hoppende gener». 14, 15 Betegnelsen viser til at de, i hvert fall tilsynelatende, kan flytte på seg eller «hoppe» rundt mellom ulike plasser i genomet. Jeg skriver «tilsynelatende», for den dominerende gruppen av parasittgener flytter seg ikke fysisk fra sted til sted (selv om det finnes andre typer elementer som gjør nettopp det). Genet forblir der det er, men det formerer seg. Det avler kopier av seg selv som limes inn på nye steder i genomet. Det blir dermed stadig flere av dem.

Mer enn 45 prosent av DNA-et du bærer med deg, består av slike kopier – du har hundre tusener av dem i hver celle i kroppen. De færreste av kopiene er fremdeles i stand til å formere seg. Det skyldes dels mutasjoner som har ødelagt formeringsegenskapene deres, og dels at verten har utviklet mottrekk som hindrer dem i å formere seg. Allikevel, noen av kopiene er fortsatt aktive i genomene våre – aktive på den måten at de fortsatt formerer seg og blir flere. I gjennomsnitt har hver av oss mellom 80 og 100 aktive parasittgener.16 De er enklere enn virus, men formering – det mestrer de.

Strengt tatt er slike parasittgener kun molekyler. Molekylene vi finner i levende organismer, kaller vi ofte biomolekyler, men

de er egentlig ikke så annerledes enn andre molekyler. Også ikkelevende objekter består av molekyler: luft, vann, kvartskrystaller, planeter ... Det meste er bygget opp av atomer som er satt sammen i molekyler. Atomene holdes sammen i slike molekyler på grunn av de kjemiske kreftene som forbinder dem. Parasittgener er DNAmolekyler som består av noen av de enkleste atomene i universet – karbon, hydrogen, oksygen, nitrogen og fosfor. Sammenlikner vi dette molekylet med molekyler fra livløse objekter, er det ingen andre krefter her som holder atomene sammen. Det finnes ingen egen mystisk gnist eller livskraft som skiller DNA og andre biomolekyler fra molekylene livløse objekter består av. Levende og livløst, alt er bygget opp av stjernestøv – avfall etter supernovaeksplosjoner som ble slynget ut i verdensrommet for milliarder av år siden.17

Parasittgener er blant de enkleste enhetene i naturen vi kjenner til som også har noen av de grunnleggende egenskapene som karakteriserer liv og det som er levende. De består som sagt av samme stoff som arvemolekylet til levende organismer, DNA. De inneholder informasjon som gjør at de kan formere seg (punkt 4 på lista vår). Dessuten responderer de på miljøet der de befinner seg – i dette tilfellet de biokjemiske forholdene inni cellen. Mutante parasittgener som er bedre til å formere seg under rådende forhold, etterlater seg flere kopier enn andre. De er gjenstand for evolusjon ved naturlig utvalg (punkt 5), og det naturlige utvalg premierer alltid høy formeringsevne.

Konsekvenser av parasittgener

Parasittgener kan gjøre skade. En lang rekke sykdommer skyldes at de formerer seg og limer seg inn på nye steder i genomet vårt og direkte eller indirekte forårsaker mutasjoner og skade.18, 19 Et lite utvalg av sykdommer som kan knyttes til slike gener, inkluderer nervesykdommene ALS (amyotrofisk lateral sklerose) og

Creutzfeldt-Jakobs; de autoimmune sykdommene MS (multippel sklerose) og lupus; blødersyke og ikke minst kreft.18–20 Siden de

gjør skade, er det et sterkt seleksjonspress fra vertens side for å bekjempe og stoppe dem. Immunforsvaret vårt har utviklet mange og sofistikerte mottrekk som i større eller mindre grad holder dem i sjakk,21, 22 i hvert fall midlertidig. Når disse kontrollmekanismene bryter sammen, kan resultatet bli at cellen forvandles til en kreftcelle.20 Til og med normal aldring kan kobles til et tiltakende tap av immunologisk kontroll over parasittgenene vi bærer med oss med alderen.23

Kampen mellom vert og parasitt utspiller seg også over evolusjonær tid. Mutante parasittgener som er bedre i stand til å unnslippe vertens immunforsvar, formerer seg og etterlater seg flere kopier enn andre. På den andre siden, verter som er bedre til å holde parasittene i sjakk, unngår sykdom og lever dermed lenger og får i snitt flere unger enn verter som må gi slipp på kontrollen. Vår formering og parasittens formering er i konflikt med hverandre. I kapittel 4 skal vi se at slike evolusjonære kappløp mellom parasitter og verter kan ha vært en medvirkende årsak til at våre forfedre og -mødre utviklet sex og kjønnet formering. I tillegg til at sex er en måte å formere seg på, kan det faktisk også være et våpen i kappløpet mot parasitter som bruker våre celler og vår kropp til sin formering.

Parasittgener finnes ikke bare hos mennesker, de er utbredt i alle slags organismer. I sin tid ble de oppdaget i maisplanten av den amerikanske genetikeren og botanikeren Barbara McClintock24 – en oppdagelse som i 1983 ga henne Nobelprisen i fysiologi eller medisin (prisen heter faktisk det). Parasittgener i ulike organismer har likhetstrekk som viser at de er beslektet med hverandre – de har et felles evolusjonært opphav.

Sammenliknet med bakterier, planter og dyr er parasittgener enkle og kvalifiserer ikke som levende organismer ifølge fempunktslista vår. Allikevel er de her, formerer seg og tilpasser seg levende organismer som utgjør svært komplekse miljøer. De sjonglerer «livets språk» – informasjonsflyten mellom biomolekyler

og strukturer i den levende cellen – og bruker den til sin fordel. Vi kan tenke på dem som minimalister: enkle, men allikevel uhyre spesialiserte og effektive. For å forstå hvordan de formerer seg, og hvor de kan tenkes å komme fra, må vi først forstå grunnprinsippene for informasjonsflyten mellom de viktigste biomolekylene i levende celler, og det er temaet for neste kapittel.