Arv, miljö och om hur elefanten fick sin långa snabel

2015-01-28 06:28  

KAIANDERS. Hur kommer det sig att celler i kroppen kan vara så olika trots att de innehåller precis samma dna? Vad är det som hindrar en nervcell från att plötsligt bli en hudcell? Det är mer än den genetiska koden som styr och ställer i cellernas liv.

Var och en som läst Rudyard Kiplings ”Just så, historier” vet hur det gick till när elefanten fick sin långa snabel. Så här var det:

En dag när elefanten gick ner till floden för att släcka törsten låg en hungrig krokodil på lur under ytan. Eftersom elefanten på den här tiden (för det var mycket länge sedan) inte hade någon snabel utan bara en ganska alldaglig kort nos, var han tvungen att luta sig ut över strandbanken för att dricka. Vips kastade sig krokodilen upp ur vattnet och bet tag i elefantens nos.

Släpp bej!” sa elefanten och stretade och drog för att komma loss. Men det gjorde inte krokodilen. Ju mer de drog desto längre blev elefantens nos. När krokodilen till sist släppte taget hade nosen blivit jättelång.  Och sedan den dagen har alla elefanter en lång och vacker snabel.

Att förvärvade egenskaper kunde ärvas av framtida generationer ansågs av forna tiders naturforskare, som Hippokrates och Aristoteles, fullständigt naturligt. Var det kanske inte så att smeder, som ju genom sitt tunga arbete utvecklades till grova män med långa armar och stora händer, fick söner som också växte upp till grova män med långa armar och stora händer?

Vid slutet av 1700-talet formulerade den franske biologen Jean-Baptiste de Lamarck tesen att miljön och yttre händelser (som idogt smidande) påverkade människor och andra levande organismer så att arvsmassan (vad det nu var för något) förändrades.

Men 1858 lade Charles Darwin ram sin evolutionsteori och kunde på alla punkter motbevisa Lamarck. Arvsmassan förändras successivt, men det beror inte på yttre händelser utan på mutationer och det naturliga urvalet.

Ungefär samtidigt upptäckte munken Gregor Mendel i Brno ärftlighetens lagar genom att experimentera med ärtor. Ärvda anlag, sa Mendel, kan ligga latenta i flera generationer innan de kommer till uttryck. Men en egenskap som det inte finns genetiskt anlag till kan aldrig dyka upp. Man kan aldrig korsa fram en blå ros, för rosor har inga anlag för blått.

Det var dock inte alla som trodde på Mendels lagar. Den sovjetiske kvasiforskaren Trofim Lysenko hävdade att man kunde lära grödor - och människor - att leva i en karg miljö, något som sedan skulle gå i arv. Tyvärr blev Lysenkos grödor inte alls köldtåliga. De sovjetiska skördarna slog fel med hungerkatastrof som följd.

Arvsanlagen som Mendel funnit kallades gener, och forskarna hade i början av 1900-talet lokaliserat dem till kromosomerna, de små svarta korvar som man med hjälp av mikroskop kunde se i cellernas kärnor. Människan har 46 kromosomer fördelade på 23 kromosompar i sina celler. Vid celldelningar kunde man se hur kromosomerna kopierades så att nybildade celler fortfarande hade en fullständig kromosomuppsättning.

Vid 1900-talets mitt var det klart att kromosomerna, och därmed generna, var uppbyggda av ett ämne kallat deoxiribonukleinsyra – dna. 1953 fann kemisterna Watson och Crick vid universitetet i Cambridge att dna var en extremt lång makromolekyl formad som en spiralvriden stege, där stegpinnarna utgörs av fyra olika nukleinsyror – cytosin (C), tymin (T), adenin (A) och guanin (G). Sekvensen av nukleinsyror utgör en kod som bestämmer vilka proteiner som cellerna ska tillverka för att bygga upp organismen.

År 2000 hade hela det mänskliga genomets sekvens analyserats. Nu var livets gåta löst, hävdade förhastade förståsigpåare. Det gällde bara att ta reda på vilka gener som gjorde vad.

Men det är inte så enkelt att sekvensen av nukleinsyror i dna-molekylen utgör all information som en organism behöver. Snarare kan dna-sekvensen ses som manuset till en teaterpjäs. Men hur sedan föreställningen bir beror också på en rad andra saker.

På 1930-talet började den brittiske biologen Conrad Waddington vid universitetet i Edinburgh att fundera över varför en organisms celler kan vara så olika trots att de innehåller precis samma genom, samma dna. Han kallade sitt forskningsfält epigenetik. 1957 illustrerade han hur celler specialiseras med en bild han kallade ”det epigenetiska landskapet”, en backe där en kula rullar nedåt och väljer mellan att hamna i olika dalgångar. När kulan väl rullat ner kan den inte rulla upp igen och ta sig till en annan dal. När en cell väl specialiserat sig finns ingen återvändo.

När ett däggdjursägg befruktas av en spermie bildas en zygot, en cell som är totipotent, kapabel till att bli allt. Zygoten börjar sedan dela sig. Det första valet de nybildade cellerna gör är om de ska bli celler i moderkakan eller i fostret. Därefter specialiserar sig cellerna alltmer under fosterstadiets första tid och blir till nervceller, hudceller, leverceller eller något annat.

Cellens specialisering innebär att en rad gener stängs av. Det visar sig att detta sker kemiskt genom att en flagga i form av en metylgrupp fästs där dna-strängen kodar för genen. Den blir sedan kvar under hela cellens återstående liv. Geners uttryck bestäms också genom att en rad andra lösare kemiska markörer läggs till eller tas bort.

Metylering av dna, som alltså stänger av gener, kan också ske som ett resultat av yttre omständigheter, exempelvis av svält eller påverkan av miljögifter. En på det sättet avstängd gen kan ge upphov till grav övervikt eller någon annan störning.

Vid befruktningen tas metyleringarna som finns på föräldrarnas könscellers dna bort (eller snarare omprogrammeras genomet med avseende på metyleringarna) så att den nya organismen kan börja livet som ett oskrivet blad. Nu har det emellertid visat sig att en del av föräldrarnas metyleringar kan överleva omprogrammeringsprocessen i zygoten. Det innebär att miljöpåverkan i vissa fall faktiskt kan ärvas i flera led, och det utan att dna:et har förändrats.

Lamarck hade tydligen delvis rätt.

Mer om epigenetik kan man läsa i ”The Epigenetics Revolution” av Nessa Carey. 

 

Litterär syntetisk bakterie

På den Europeiska vetenskapsfestivalen Esof2012 i Dublin sommaren 2012 framträdde biologen och entreprenören Craig Venter och berättade om sina experiment.

– För två år sedan skapade vi på mitt forskningsinstitut den första syntetiska organismen, sa han. Detta var kanske en sanning med modifikation. Vad de gjorde var att med kemins hjälp bygga upp ett helt nytt bakteriegenom, en plasmid, och sedan stoppa in det i en bakterie som först tömts på sitt eget dna

Att detta skulle vara liktydigt med att skapa liv är dock en grov överdrift. Snarare kan det nog jämföras med att byta motor i en Volvo Amazon eller processor i en PC.

Eftersom Craig Venter har svårt att hålla fingrarna i styr passade han på att lägga in lite extrainformation i bakteriens syntetiska genom. Förutom 457 gener finns där också hans namn i dna-kod samt citat av James Joyce: To live, to err, to fail, to triumph, to create life out of life, från American Prometheus: See things as they are, not how they might be, och av fysikern Robert Feynman: What I cannot create I do not understand. KS

Kaianders Sempler

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt

Läs mer