Magasin

Hvordan ser egentlig livets tre ut blant de slimete dyrene? James Fleming, forsker ved Naturhistorisk museum, sier det i hovedsak er tre store grupper som alle dyr kan deles inn i:

Ryggstrengdyrene, hvor vi mennesker befinner oss, Ecdysozoa, for eksempel insekter og Lophotrochozoa, for eksempel blekkspruten. I tillegg finnes noen mindre grupper, men ifølge Fleming er disse tre de viktigste:

– For en lekmann er det kort og godt de dyrene som har ryggrad, og de to grup­pene uten ryggrad; de slimete og de knasende.

I følge Fleming er det mye mark, snegler og en god del parasitter, blant de slimete dyrene.

– Det er mange dyr med navn som slutter på mark, og så har du noen underlige former som blekksprut, sier han. Maneter er noe helt annet – de er mer en slags søstergruppe til de andre gruppene.

Flemings oppgave høres enkel ut: Finn ut hvordan de slimete er i slekt.

– For dyr med ryggrad eller skall har vi en god forståelse for utviklingen basert på fossiler. Det er fordi de etterlater seg harde rester som kan ses i fossilt materi­ale. De slimete derimot, etterlater seg ikke mye. Samtidig, når vi ser på DNA, så er det store forskjeller. Så vi må forvente at denne gruppen er ekstremt variert, sier Fleming.

Noe av grunnen til den ekstreme variasjonen skyldes at de slimete dyrene ofte lever i havet, og de har vært på planeten lenge – lenge før oppfinnelser som ryggrad, eller knasende skall. Likevel vet vi lite om denne gruppen.

Den slimete gruppen omfatter noen dyr som sannsynligvis er svært intelligente, som blekksprut. Men også dyr som få har lagt merke til, som kolonidyrene som bor på tang.

– Hvis du har plukket tang, så har du kanskje lagt merke til et hvitt nett som sitter oppå? Det er et kolonidyr. Den slimete gruppen omfatter alt fra blekk­sprut til slike, så det er åpenbart en hel masse evolusjon som har skjedd. Vi kan bare ikke finne det i fossiler fordi det ikke er bevart, sier Fleming.

På grunn av mangelen på fossiler har Fleming måttet finne andre metoder. Men fordi variasjonen i denne gruppen er så stor er det nesten vanskeligere å finne slektskapet.

– Når vi bruker genetiske metoder opp­lever vi at det har vært så mye forandring at vi bare ser støy. På samme måte som hvis du tuner radioen for fort. Derfor har vi flere ulike teorier for hvordan ting passer sammen, sier Fleming.

Ifølge Fleming handler mye av vår forståelse av evolusjon om å telle og registrere forandringer. Gjerne ved hjelp av ulike sannsynlighetsberegninger. Problemet er at det er veldig mange ukjente størrelser i likningene:

– Vi har ukjente størrelser som skyldes utdøing og variasjon som vi ikke ser. Vi har også mange ukjente fordi historien til et gen, ikke er den samme som historien til en art, forteller Fleming.

Han forklarer historien til et gen slik: Hvis en tidligere populasjon med aper har både blå og brune øyne, men dagens etterkommere bare har brune, er den variasjonen tapt.

Hvis den nåværende populasjonen har brune øyne, og det tilfeldigvis også er tilfelle med noen liknende arter, kan det se ut som at de to artene er nærmere beslektet enn de egentlig er, bare fordi de har vært gjenstand for like endringer.

Det hender også at noen grener av livets tre er mer utsatt for forandring enn andre. Det kan skyldes flere ting, som at alle slektningene har dødd ut, eller at det faktisk er mye endringer. Forskerne kaller dette for komposisjonell heterogenitet.

Enkelt sagt betyr det bare at et dyr eller en liten gruppe med dyr har endret seg så mye at de ikke likner på det de faktisk slekter på.

– Da kan vi bruke våre metoder til å prøve å finne ut hvor de hører hjemme. Det kan være at den feilaktig likner noe annet. Noe av det jeg jobber med er å prøve å finne et tall som sier noe om sannsyn­ligheten for at de er i slekt, sier Fleming.

For å kunne gjøre dette er Fleming avhengig av gode genetiske data. Hele det menneskelige genom var ferdig sekvensert i 2003. Det er bare 20 år siden.

Nå har forskere satt seg fore å sekvensere alle verdens arter, med unntak av bak­terier. Dette prosjektet kalles Earth Biogenome Project. Prosjektet er så omfattende at flere har kalt det for biologiens månelanding.

– Hvis vi har alle genene til en blekksprut, og alle genene til en snegle, kan vi kanskje ha nok gener til å finne ut av slektskapet, undrer Fleming. Likevel advarer han:

– Matematikken kan komme fram til en rekke ideer som ser fornuftige ut, men som likevel er i strid med hverandre, sier Fleming.

Noen av genene som forskere bruker til å se på slektskapet mellom dyr kan lure dem. Fleming forklarer at hvis man skulle sjekke slektskapet mellom fisk og delfin ved å se på kroppsform eller habitat, ville man kanskje lande på at de var nært beslektet, selv om delfinene er pattedyr.

Noen gener kan også likne hverandre i ulike dyr, uten at det betyr at dyrene er nært beslektet. Likeheten kan være tilfeldig. Derfor må forskerne være svært nøye med hvilke gener de velger.

– Hvis vi ser på historien til alle de individuelle genene, og gjør en statistisk analyse, kan vi få et tall på om vi lurer modellen. Eller om det er sannsynlig at svaret er overraskende, men fornuftig, forklarer han.

Dette tallet blir ofte kalt for posterior sannsynlighet, fordi det gjøres etter at genanalysen er gjort. Og det sier noe om sannsynligheten for at analysen stemmer.

– Analysen kan bare være sann i henhold til data som jeg har gitt den, sier Fleming. Dårlige data, gir dårlige svar.

Så hvordan skal forskerne finne en metode for å velge de riktige genene? Det er ekstremt dyrt å ta med alle genene, og det krever store mengder data. Derfor må forskerne gjøre et utvalg.

Tidligere var det vanlig å bruke bestemte gener, men Fleming mener vi fort kan velge gener som peker mot en gitt konklusjon.

Det kan gi oss feil svar om slektskap, slik som kroppsformen på delfiner og fisk. I noen tilfeller kan gener se like ut, selv om organismene ikke er i slekt.

– Det vi har jobbet med i det siste er å gjøre det motsatte: Ikke identifisere genområder i det hele tatt, det er en slags matematisk naivitet. Hvis du velger de genområdene som du tror at passer vår forståelse av evolusjon best, så er svaret du får det du trodde du ville få, som gjerne støtter den eksisterende teorien. Vi har laget en ny form for program som vi kaller speiderkniven, eller Scout Knife, sier Fleming.

Fleming har laget programmet sammen med masterstudenten Pia Merete Eriksen. Speiderkniven er først og fremst et statistikkverktøy.

Dersom en organisme har 5.000 gener velger programmet 50 av dem helt tilfeldig, og den gjør dette 100 ganger.

– På denne måten vil enkeltgener som peker i feil retning, drukne i data fra andre gener. Sannsynligheten for at man velger et problematisk gen er ikke så høy, men samtidig er det alltid sannsynlig at et problematisk gen er en del av utvalget, sier han.

– Med denne metoden er det likevel ikke så viktig, fordi sannsynligheten for å utelukkende velge vanskelige gener er veldig lav, legger han til.

For å forsikre seg om at det er mulig å gjøre dette har Fleming og kollegene hans testet 18 genetiske slektskapsanalyser som allerede er publisert. Disse er gjort med nøye utvalgte gener, men Fleming tok de samme organismene og valgte gener tilfeldig.

– Dette kan sammenliknes med å slenge en slegge mot en vegg, mens andre genetiske metoder er mer som en liten skalpell, som møysommelig velger ut hver eneste lille bit, sier han.

Likevel kom programmet frem til samme konklusjon som de forskerne som hadde valgt data på den tidkrevende måten.

– Hver gang fikk vi det samme svaret som de kom fram til, noe som antyder at vår metode er like god selv om vi ikke bruker tid på å velge ut gener. Vår metode er vesentlig raskere og litt mindre fordoms­full, sier Fleming.

Det største problemet med metoden, ifølge ham selv, er at den krever mye data. Dette problemet vil imidlertid løses med Earth Biogenome Project.

– Betyr dette at du vil være i stand til å se bakover i historien og gjenskape familietreet til de slimete dyrene?

– Ja, det kan det bety. Det betyr i alle fall at vi kan lære mer om evolusjonsraten og hvordan ulike rater i evolusjonen virker, sier Fleming.

Han legger til at metoden kanskje er raskere enn tidligere metoder, men samtidig er sikkerheten på at svaret er rett noe lavere. Derfor har han laget ett program til, som kan sammenlikne modeller for slektskap og gi en figur for hvilken modell som er mer sannsynlig.

Fleming forklarer at metodene som brukes til å analysere data kan gi debatt i miljøet. Et spørsmål som lenge har vært sentralt, er hvilket dyr er det som kom først: svampen eller ribbemaneten?

Her håper Fleming at hans nye metoder kan gi en objektiv måte å finne ut av det på.

– Jeg tok doktorgraden min i en svamper-først-lab. Men nå jobber jeg med mange forskere som mener at ribbemaneten kom først. Jeg har fortsatt mest tro på svamper-først teorien, og det er en vanlig diskusjon på personalerommet over lunsjen, humrer han.

Han sier at forskere av og til prøver å bruke den andre sidens metoder for å bevise sin egen teori, men at han først anser kontroversen som løst når et laboratorium som tror sterkt på den ene teorien, publiserer en artikkel som viser tro på den andre.

– Derfor har jeg samarbeidet med forskere fra Berkeley om å lage et program som tallfester tilliten vi kan ha til resultatet, sier han.

Metoden går ut på å ta to publiserte slektstrær og datasettene som er brukt for å komme fram til resultatet. Deretter tar programmet datasettet fra det ene settet inn i den andres modell, og motsatt.

Det slektstreet vi bør ha størst tro på at stemmer er det som har høyest sannsynlighet for å gjenskapes med begge datasettene, i alle fall hvis dataene er gode, sier Fleming.

Tallet som kommer ut er et mål på tillit, eller sikkerhet, til at analysen stemmer.

– Det er det som er så fint med dette programmet: Å sette et tall på vår egen fordomsfullhet, eller usikkerhet, sier han.

Han legger til at han for tiden tester modellen på en av sine egne ideer om slektskap. Arbeidet er foreløpig ikke publisert.

– Vi analyserte alle de ulike slektskaps­modellene for «de slimete» dyrene og analysen viste at det definitivt ikke var den ene, og at de to øvrige hadde like stor sannsynlighet for å være riktig, sier han, og avslutter:

– Den hypotesen som programmet landet på at det definitivt ikke var, det var min. Det var et arbeid jeg hadde publisert tidligere, som jeg var ganske sikker på. Det var min hypotese som ble skrotet av min egen metode, og det er jeg i grunnen ganske fornøyd med, ler Fleming.