En av menneskets aller nærmeste slektninger er sjimpansen.

Evolusjonært skilte vi lag for seks eller sju millioner år siden. Men genetisk er vi fortsatt nesten like: Mer enn 97 prosent av menneskets genmateriale er identisk med sjimpansens.

Hvorfor er vi da så ulike?

Svaret ligger ikke i genene som sådan. Det ligger i hvordan vi bruker de genene vi har, også dem vi har til felles. Sagt på en annen måte: hvordan genene arbeider og samhandler.

Denne forskjellen er særlig tydelig i hjernen, der mange av menneskets gener er knyttet tettere sammen i nettverk enn sjimpansens. Dette har norske og amerikanske forskere nylig funnet ut ved å studere bruken av et stort antall gener fra begge artene.

Hvorfor ble vi mennesker?

– Vi ville finne ut mer om hvordan evolusjonen skjer i mennesker, forklarer Eivind Almaas. Han er professor i systembiologi ved NTNU, og deltok i studien som fant sted ved University of Illinois.

– Hvorfor ble vi mennesker? Hvor sitter forskjellene mellom oss og sjimpansene? Hvilke molekylærgenetiske mekanismer er opphavet til dem?

– Én mulighet er at tilfeldig valgte gen, ett her og ett der, får små mutasjoner som skaper varige forandringer i arten. Men denne type forandringer vil trolig bare ha små effekter.

– En annen mulighet er at utvalgte forandringer i noen helt spesielle gener – transkripsjonsfaktorene – setter i gang modifiserte eller nye genetiske programmer i ulike deler av kroppen. Spørsmålet vårt var om denne siste muligheten kan forklare forskjeller i menneske- og sjimpansehjerner, sier Almaas.

Kroppens trafikklys

Et gen har i seg selv ingen annen funksjon enn å være en arbeidstegning for viktige byggesteiner i cellene i en organisme. Organismen bruker genet som oppskrift for å bygge et molekyl, som oftest et protein, og det er dette molekylet som utfører det vi vanligvis omtaler som genets funksjon.

De ulike proteinene er nødvendige for oppbygning og vedlikehold av celler og molekyler, og spiller viktige roller i alle kroppens funksjoner.

I de genene som kalles transkripsjonsfaktorer, har proteinet imidlertid en spesiell funksjon: Det sendes utelukkende ut for å kontrollere andre gener – det vil si styre produksjonen av og funksjonen til andre proteiner.

Transkripsjonsfaktorene skrur andre gener av og på, demper eller styrker dem, koordinerer og regulerer dem. Omtrent som et avansert lyssystem i et komplisert og tungt trafikkert kryss.

Forskerne hadde en mistanke om at forskjellen mellom oss og sjimpansene kunne spores til koordinerte endringer i noen transkripsjonsfaktorer, og hvordan de blir brukt.

1,2 millioner genprøver

De tok derfor for seg tidligere resultater av vevsprøver fra fem sjimpanser og seks mennesker. Her hadde aktiviteten til gener i hjerte, nyrer, lever, testikler og hjerne hos begge artene blitt analysert ved hjelp av såkalte DNA-mikromatriser.

Dette er et molekylærbiologisk verktøy hvor man i et enkelt eksperiment kan registrere aktivitetsnivået for titusener av gener i celle- eller vevsprøver. Matrisen er en liten glassbrikke der man kan plassere prøvene tett i tett.

Forskerne sammenlignet aktivitetsnivået i til sammen 21 000 enkeltgener som i utgangspunktet var identiske for begge arter i de 55 prøvene. De ble alle målt på mRNA-stadiet. Det er et mellomstadium der en kopiversjon av genet er på vei ut i cellen for å produsere protein, og reflekterer genets aktivitetsnivå.

Det viste seg at omtrent hvert femte gen oppførte seg forskjellig i menneske og sjimpanse i prøvene som var hentet fra hjerne, hjerte, nyre og lever, mens nesten halvparten av genene oppførte seg forskjellig i testikkelvevet.

– Men ved å se spesielt på transkripsjonsfaktorene oppdaget vi at det bare var i hjernevevet disse var overrepresentert blant gener med forandret aktivitetsnivå. Dette gjorde det mulig for oss å identifiserte 90 transkripsjonsfaktorer som var spesielt ulike hos mennesker og sjimpanser, forteller Almaas.

Tett nettverk

Hva var det så disse transkripsjonsfaktorene bedrev i hjernen? Enkelt sagt: De dannet nettverk. Til sammen påvirket de rundt 1400 gener. Og de aller fleste av disse 1400 genene ble påvirket av flere enn én transkripsjonsfaktor.

Eivind Almaas utviklet et nettverksdiagram som viste hvordan disse genene påvirket hverandre. Sjimpansens hjernenettverk lignet i store trekk på menneskets – bortsett fra at menneskets nettverk var langt tettere, og samhandlingen større.

I tillegg var funksjonen til disse genene assosiert med øket stoffskifte, transport av molekyler, samt proteinproduksjon. Alt dette er prosesser som er nødvendige for å vedlikeholde en fysisk mye større menneskehjerne.

Heftig aktivitet

En spesiell gruppe av transkripsjonsfaktorer kalles KRAB-ZNF. Dette er den vanligste typen transkripsjonsfaktorer hos pattedyr, og en tredel av dem finnes bare hos primatene. Aktiviteten til akkurat disse transkripsjonsfaktorene var påviselig annerledes i menneskehjernen enn hos sjimpansen.

– I snitt har KRAB-ZNF-genene fått mange flere mutasjoner enn andre gener siden vi skilte lag, sier professoren

– Dette indikerer at de har bidratt til mange av de viktige forskjellene mellom oss og sjimpansene.

– Nå har vi også sett at mange gener brukes svært ulikt i hjernevevet, og kan forklare det ved å gå til transkripsjonsfaktorene. Men vi har ennå ikke nok kunnskap om hvordan disse arbeider, presiserer Almaas.

I samarbeid med de amerikanske forskerne skal Eivind Almaas nå ta for seg tre–fire av de genene som spilte veldig ulike roller hos sjimpanser og mennesker, og finne ut mer om deres funksjon.

Artikkelen er endret siden første publisering. Formuleringen om når sjimpansene og menneskene skilte lag evolusjonsmessig er korrigert 14. april.