Evolusjon i samarbeid

En fare truer, men dine egne gener kan ikke ordne opp. Så hva gjør du? Bruker noen andre sine, selvfølgelig.

Publisert
"Drosophila-fluen har et hardt liv, men møter det med kreative løsninger. (Foto: Muhammed Mahdi Karim/Wikimedia Commons)"
"Drosophila-fluen har et hardt liv, men møter det med kreative løsninger. (Foto: Muhammed Mahdi Karim/Wikimedia Commons)"

Fluen Drosophila neotestacea er under angrep fra nematoder, en type parasitt. Den gjør hunfluen steril, og parasittene kan derfor true hele artens overlevelse.

Tilpasning vil være det vanlige svaret ifølge evolusjonsteorien: noen fluer ville utviklet immunitet mot angrepet, og dermed endret genene slik at immuniteten ble en del av DNAet.

Egenskapen kan derfor overføres til avkommet, og denne typen flue ville etter hvert blir den dominerende på grunn av bedre sjanser for overlevelse og reproduksjon.

Drosophila har imidlertid ”tenkt” litt annerledes, ifølge et forskerteam ledet av John Jaenike, biolog ved University of Rochester i Rochester, New York.

I stedet for å tilpasse sine egne gener, har fluen gått inn i et symbiotisk forhold med en bakterie for å motkjempe parasitten – og fluen fører nå denne bakterien videre gjennom reproduksjon.

Dette er det første beviste tilfellet av symbiotisk evolusjon noensinne.

Bare fra mor til barn

Symbiotiske forhold er velkjente, og relativt vanlige i naturen: Fugler lever av plantefrø, mens plantene er avhengige av fuglene for å spre frøene gjennom avføringen, og småfisk lever av parasitter i huden på større fisk, som får personlig renholdsservice i gjengjeld.

Dette handler om symbiose i den ytre verden. Jaenikes flue har imidlertid tatt det hele ett skritt lenger:

Bakterien som hindrer sterilitet, Spiroplasma, er blitt så integrert i fluens livsløp at den nå lever i fluens celler, og dermed overføres til neste generasjon gjennom morens eggcelle.

– Faktisk er dette den eneste måten Drosophila neotestacea kan få Spiroplasma, sier Jaenike.

– Dersom moren ikke bærer bakterien, er det umulig for avkommet å få den – så avkom av fluer uten Spiroplasma blir nesten garantert sterile om de angripes av parasitten.

" Den øverste fluen er infisert av parasitter. Bilde viser massevis av dem, samt at fluen har svært små eggstokker - som gjør reproduksjon nesten umulig. Den nederste, som er dissekert,er infisert av nematoder, men bærer også Spiroplasmabakterien. Bilde viser få og små nematoder og mange fullmodne egg fra fluens eggstokker. (Begge foto: John Jaenike)"
" Den øverste fluen er infisert av parasitter. Bilde viser massevis av dem, samt at fluen har svært små eggstokker - som gjør reproduksjon nesten umulig. Den nederste, som er dissekert,er infisert av nematoder, men bærer også Spiroplasmabakterien. Bilde viser få og små nematoder og mange fullmodne egg fra fluens eggstokker. (Begge foto: John Jaenike)"

Bakterien krøpler parasittene

Artikkelen ”Adaptation via symbiosis: Recent Spread of a Drosophila Defensive Symbiont”, som blir presentert i denne ukens utgave av Science, presenterer spredningen av Spiroplasma i den amerikanske Drosophilia-bestanden, og viser både laboratorieforsøk og eksempler fra naturen av bakteriens nytteeffekt:

Spiroplasma går inn og hemmer parasittene, som blir mindre og har vanskeligere for å formere seg i en organisme der bakterien også lever. Dermed gjør ikke bakterien fluen immun mot angrep fra nematoder, men den gjør angrepene harmløse.

Effekten er at Spiroplasmabærende fluer overlever, mens de uten blir sterile og dør uten avkom. Dette er ifølge Jaenike en form for adapsjon gjennom symbiose.

"John Jaenike (Foto: University of Rochester)"
"John Jaenike (Foto: University of Rochester)"

– For det første er det to forskjellige typer fluer: de med Spiroplasma og de uten. For det andre er det en klar overlevelsesmessig fordel for fluene med Spiroplasma, de har en høyere formeringsrate enn fluer som ikke bærer bakterien. Og for det tredje er bakterien arvelig, den overføres i reproduksjonsprosessen og ikke som følge av naturen den lever i eller maten den spiser.

– For meg høres dette definitivt ut som tilpasning gjennom naturlig utvalg.

– Dette er et utrolig interessant resultat, det er to organismer som gir hverandre mer permanente fordeler enn det vi har sett tidligere, mener Nils Christian Stenseth, professor og leder for Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES) ved UiO.

– Denne studien viser at symbiose kan gi en nærere evolusjon mellom to arter enn den tradisjonelle.

Tilpasning for flere arter, ikke bare én

Ideen om symbiotisk evolusjon er ikke noe nytt. Den kjente biologen Richard Dawkins lanserte i sin bok The Extended Phenotype konseptet med samme navn, der en art vil bruke ikke bare genene, men også miljøet rundt seg og artene i det til å øke sin egen ”fitness”, eller overlevelsesevne.

Jaenikes forskning er nå den første håndfaste indikasjonen på at konseptet til Dawkins kan være riktig.

– Et annet interessant aspekt ved denne type evolusjon er nettopp mulighetene for tilpasning for andre arter enn Drosophila neotestacea, sier Jaenike.

Foto: Jeremy Herren
Foto: Jeremy Herren

– Det finnes også andre typer Drosophila-fluer, og gjennom å studere genene deres har vi sett at noen av disse også bærer Spiroplasma. Teorien vår er at bakterien kan overføres fra art til art ved hjelp av midd som lever på de forskjellige flueartene.

– Om en art muterer på en fordelaktig måte i normal evolusjon, vil fordelen være begrenset til kun denne arten. Men her, med symbiotiske forhold, er det mulig for mutasjonen å spre seg til andre arter.

Symbiotisk evolusjon hos oss?

Jaenikes forskning reiser flere interessante spørsmål, både om evolusjon generelt, men også knyttet til mennesker.

Har vi utviklet oss i slik symbiose med andre arter? Og kan vi eventuelt bruke slik evolusjon til vår fordel? Jaenike har tanker om begge deler.

– Mennesket bærer jo på et enormt antall bakterier – særlig i huden og i magen, sier forskeren.

Faktisk bærer vi mennesker på ti ganger så mange bakterier som egne celler.

– Flere av disse bakteriene, særlig i magen, er definitivt nyttige for oss, så det ville vært interessant å undersøke disse nærmere og se på hvordan magen har utviklet seg.

Stenseth kan også se for seg at en slik type utvikling kan ha skjedd:

– Ta for eksempel mitokondrielt DNA.

Mitokondrielt DNA (mtDNA) er DNAet til mitokondriene, det spesielle energiverket som finnes i alle celler i kroppen. mtDNA er annerledes fra resten av kroppens DNA, og kan bare overføres fra mor til avkom gjennom reproduksjon.

– Den rådende teorien er at denne typen DNA ble utviklet ved at en annen art gikk inn i cellene og ble inkorporert i dem til det vi kjenner til i dag, forteller Stenseth.

"Nils Christian Stenseth (Foto: CEES/UiO)"
"Nils Christian Stenseth (Foto: CEES/UiO)"

Mulig medisinsk nytte

For oss mennesker kan oppdagelsen av Drosophila og Spiroplasmas nære samarbeid vise seg å ha store konsekvenser i fremtiden.

– Noen menneskelige sykdommer forårsakes av nematoder, og bæres av fluer, for eksempel elveblindhet og elefantsyke, forteller Jaenike.

– En flue som bærer Spiroplasma har nematoder som er mer harmløse enn vanlig – de er mindre og formerer seg dårligere. Man kan derfor se for seg at dersom fluen som overfører sykdommen til oss bærer Spiroplasma, vil parasittene vanskeligere kunne lykkes med å gå fra en organisme til en annen, og smitteraten ville gå ned.

Slik medisinsk relevans ligger imidlertid langt fram i tid. Stenseth mener allikevel tanken er god:

– Det er viktig at vi lærer å bruke det naturen gjør, og at vi forvalter slik kunnskap slik at vi kan utvikle legevitenskapen og andre områder der mennesker kan ha nytte av den. Det er absolutt klokt å bringe inn et aspekt av om dette kan være til fordel for mennesker på noen måte, selv om vi er langt unna en praktisk nytte i dag.

Kan gjelde flere arter

Jaenike skal nå følge Drosophilas utvikling videre, både på tvers av USA og i samspill med andre fluearter. Men han kan også godt se for seg at det kan bli aktuelt å utvide forskningen enda mer.

– Praktisk talt alle insekter lever i symbiose med en eller annen art som kun overføres i løpet av reproduksjonen. Du skal ikke se bort ifra at noen av disse forholdene har ført til utviklingsmessige fordeler for arten.

– Jeg tror definitivt slik symbiotisk utvikling kan ha vært tilfellet for mange andre arter.

Kilde:

Jaenike, John et al. (2010) “Adaptation via Symbiosis: Recent Spread of a Drosophila Defensive Symbiont” Science, 9. juli 2010