Darwins rejse

Charles Darwin blev født i 1809 og voksede op i England. Fra barnsben havde han en stor interesse for naturen. Det vil vise sig at være af stor betydning for vores verdensopfattelse. Darwin startede, ligesom sin far med at læse medicin. Men Darwin syntes, at forelæsningerne var kedelige. Han kunne mærke, at naturen kaldte på ham. I 1831, i en alder af 22 år, blev Darwin inviteret ombord på et skib kaldet HMS Beagle. Skibet skulle på en jordomrejse og udforske Sydamerika (se figur 1). Rejsen varede fem år, og Darwin fik indsamlet tusinder af fossiler og prøver.

Figur 1. Kort over ruten for Darwins jordomrejse med HMS Beagle (1831-1836). Galapagosøerne er markeret med stjernen. Figuren er lavet med BioRender.com.

Darwin syntes især, at Galapagosøerne var interessante, da de gemte på mange forskellige arter. Observationerne på øerne skulle senere lægge grund for hans evolutionsteori. Miljøerne på øerne var forskellige fra ø til ø. Darwin lagde blandt andet mærke til en familie af fugle kaldet finker (se figur 2) – han var bare ikke selv klar over, at fuglene var finker. Darwin placerede faktisk fuglene i flere forskellige fuglefamilier under ekspeditionen. Det var først i årene efter ekspeditionen, med hjælp fra en fugleekspert, at han opdagede, at fuglene egentlig var forskellige arter i samme fuglefamilie.

På den ene ø fandtes finker med korte, stærke næb. Samtidigt på en anden ø havde finkerne lange, smalle næb. Hvordan kunne finkerne have så forskellige næb, når de levede så tæt på hinanden? Dette regnede Darwin ikke ud på sin rejse, men han var klog nok til at skrive alle informationer og tanker ned i sine noter.

Figur 2. Fugleeksperten John Goulds tegning af finkerne Darwin havde bragt med hjem fra Galapagosøerne. Finkerne er af forskellige arter og har forskellige næbtyper.

 

Det samme fænomen gjorde sig gældende hos skildpadderne omkring øerne. En type skildpadde havde lang hals og fladere skjold, modsat en anden type med kort hals og et rundt skjold. Darwin fandt mange eksempler på det samme dyr med lidt forskellige træk. Nu manglede han bare at finde ud af, hvorfor de havde disse træk og ikke bare så ens ud. Du må huske på, at verdenssynet i Darwins tid var, at verden var uforanderlig – den havde ikke ændret sig siden Gud skabte den. Problemet for Darwin var bare, at det ikke stemte overens med, hvad han så med sine egne øjne.

Muslinger over havet og forstenede træer inde i bjerge

En stor ledetråd til at Jorden faktisk ændrer sig, var de fossiler Darwin fandt.  Han så nemlig, at fossilerne aldrig var af nulevende arter. Hvis alle dyr og planter havde set ud på samme måde siden skabelsen, ville det jo være de nuværende arter, man kunne finde fossiler af. Denne iagttagelse gik altså imod Jordens uforanderlighed. En anden opdagelse Darwin gjorde var efter et jordskælv i Chile. Det var et voldsomt jordskælv, der gjorde, at kystlinjen havde hævet sig over havet. Muslinger der før havde været under vandet befandt sig nu over havoverfladen. Jorden var altså blevet skubbet en smule op efter jordskælvet. Endnu et bevis på, at Jorden ændrede sig.

En dag i Andesbjergene i Sydamerika gjorde også Darwin lidt klogere. Flere hundrede meter over havoverfladen fandt Darwin fossiler af træer inde i bjergene. Træerne stod stadig oprejst. Dette betød, at de havde været en del af en skov, da de blev begravet i vulkansk aske. Stille og roligt blev de forstenet inde i bjerget. Gennem mange jordskælv blev de forstenede træer skubbet op til det, vi kender som Andesbjergene (se figur 3).

Figur 3. Forstenet træ i Andesbjergene. © Foto af Mark Wilson.

 

Disse geografiske ændringer var med til at inspirere Darwin. For hvis ét jordskælv kunne ændre jorden, hvordan kunne jorden så ændre sig over mange år? Og hvad nu hvis arter opførte sig på samme måde?

Evolutionsteoriens fødsel

Da Charles Darwin kom hjem efter fem års ekspedition, stod han med en masse noter, tegninger og fossiler. De næste 20 år brugte han på at finde hoved og hale i det hele.  Til sidst nåede han frem til det, vi i dag kender som Darwins evolutionsteori. Han kiggede tilbage på finkerne og skildpadderne, og så slog det ham. Dyrenes træk skyldtes den tilgængelige føde, der var på deres øer!

Finkerne med korte, stærke næb levede et sted med mange nødder og frø. Deres type næb var rigtig gode til at knække dem. De andre finker levede et sted med mange insekter. Det spidse næb kunne nemt komme ned i huller og fange insekter nede i jorden eller inde i træer. I kan få et overblik over finkerne i tabel 1.

Tabel 1. Skema over fuglene fra figur 2. Her angives navn, latinsk navn, næbtype og primære fødekilde.

Det samme gjaldt skildpadderne (se figur 4). De skildpadder med kort hals og rundt skjold levede på en ø med meget tilgængelig mad, så de kunne nemt nå maden med deres korte hals. På den anden side, var der flere rovdyr, så det var nødvendigt for skildpadden at kunne beskytte sig inde i sit skjold. Den langhalsede skildpadde levede på en mere tør ø, hvor der var mindre føde. Den lange hals gjorde det nemmere at nå blade højere oppe. Det flade, saddelagtige skjold havde samme funktion. Så typen af føde og trusler i miljøet havde altså været med til, at finkerne og skildpadderne så anderledes ud.

Figur 4. Langhalset skildpadde med saddelagtigt skjold (venstre) og korthalset skildpadde med rundt skjold (højre) fra Galapagosøerne. ©Venstre foto af Mike Weston|CC BY 2.0, højre foto af putneymark|CC BY 2.0.

 

I de 20 år Darwin brugte på at regne sin meget kontroversielle teori ud, var der faktisk andre der havde fundet ud af det samme som Darwin. Alfred Russel Wallace, en anden engelsk naturforsker, havde set de samme tendenser på sine rejser i Asien. I og med at der er flere mennesker, der uafhængigt af hinanden kommer frem til det samme, må der jo være noget om det. Forskellen på Darwin og Wallace var bare, at Darwin allerede havde skrevet flere tusinder af sider og havde væsentligt flere beviser end Wallace. Det var vigtigt for Darwin at basere sin teori på konkrete beviser. I frygt for, at Wallace ville overhale ham indenom, skyndte Darwin sig at udgive sin verdenskendte bog ”Arternes oprindelse” i 1859 (se figur 5).

Figur 5. Foto af Charles R. Darwin i 1869 og hans verdensberømte bog “Arternes oprindelse” fra 1859. © Højre foto af Welcome Library|CC BY 4.0.

 

Han var selv klar over, at dette ville falde i dårlig jord hos nogle. Darwin gjorde oprør med den daværende verdensopfattelse, at Gud havde skabt Jorden og alle dens arter. Mennesket blev anset for at være hævet over alle andre arter med fornuft og tankevirksomhed. Men Darwin satte os på samme hylde som menneskeaberne, da vi har samme forfader. Det gjorde nogle rasende og andre meget interesserede – hans bog blev derfor udsolgt på den første dag!

Efter Darwin ændrede verdens syn på mennesket, blev en særlig illustration meget populær. Du kan se den nedenunder. Den er dog en smule misvisende.

Figur 6. Misvisende illustration af menneskets evolution. © Illustration af Stadtpflaenzchen|CC0 1.0.

 

Kan du se, hvilke problemer der kan være med netop denne fremstilling af menneskets evolution (figur 6)?

Svar:

1. Tegningen får det til at ligne, at aberne er blevet til mennesker direkte. Dette er dog forkert. Aberne og mennesket er evolutionære kusiner og fætre med en fælles forfader. Vi har altså alle haft lige lang tid til at udvikle os, fra da vores veje skiltes. 2. Evolution har ikke en trappeform med den mest udviklede på toppen. Nogle gange er det en fordel at blive mere simpel. 3. Mennesket er ikke evolutionens endelig mål og er stadig i udvikling – ligesom alle andre levende organismer!

Vigtige begreber om evolution

Naturlig variation

I naturen er der ingen kære mor – dyrene slås om føden, og det gælder om at overleve længe nok til, at man kan få unger. Inden for en art er der naturlig variation. Det vil sige, at dyrene er en lille smule forskellige. Ligesom når vi mennesker har forskellig højde eller hudfarve. Nogle gange giver variationen dyret en lille fordel, der gør, at de lige kan nå lidt flere blade, eller de lige kan løbe lidt hurtigere væk fra et rovdyr.

Naturlig selektion

Hvis disse dyr med fordelagtige træk overlever længe nok til at få unger, bringes de gavnlige træk videre til deres unger. Hen over tid vil de have udkonkurreret de dyr, der ikke havde lige så fordelagtige træk. Det er, hvad man kalder naturlig selektion, og det danner grundlaget for Darwins evolutionsteori. Det er det samme princip, som landmænd udnytter, men der kaldes det kunstig selektion. Hvis landmændene fx har en ko, der giver meget mælk, så vælger de at avle på denne ko i håb om at få flere køer, der producerer meget mælk. Det er altså kunstig selektion, når nogle udefra tager et valg. Dette gør naturen helt af sig selv, men det er bare de bedst egnede der overlever – ”survival of the fittest” eller på dansk ”den bedst egnede overlever”.

Mutationer i vores arvemateriale

Darwin var ikke klar over, hvordan naturlig variation opstår, eller hvordan det bringes videre til næste generation. Det var først efter Darwins død, at en belgisk munk ved navn Gregor Johann Mendel observerede en masse ærter og kom frem til, at vores arvemateriale gives videre som gener (se figur 7). Gener er et stykke DNA, der bestemmer noget specifikt om os, fx din hårfarve. Hvis du gerne vil vide mere om Mendels ærter og gener så tjek ”Gener – koden til alt levende!” ud.

Figur 7. Arvematerialet, også kaldet DNA, findes i alle dyre- og planteceller. Det hele kan findes inde i cellekernen. Gener er stykker af DNA, der koder for noget specifikt. Figuren er lavet med BioRender.com.

 

Ifølge Darwins teori er naturlig variation og selektion nødvendige for, at der kan ske evolution (se figur 8). I dag ved vi fra store fremskridt i teknologien, at den naturlige variation skyldes tilfældige mutationer i vores arvemateriale altså i vores gener. Mutationer er ændringer i vores arvemateriale, der også kaldes DNA. Nogle mutationer har ikke nogen betydning, mens andre kan medføre, at cellen dør. Og det er netop disse mutationer, der driver evolutionen. For hvis alle så helt ens ud, ville der jo ikke være noget, der gjorde, at nogle overlevede frem for andre. Så ville en hel art meget hurtigt kunne uddø.

Figur 8. Naturlig variation og selektion. Figuren viser, hvordan generne ændrer sig en smule gennem flere generationer vha. mutationer i generne. Variationen vises med forskellige farver, hvoraf nogle unger dør (rød streg). Figuren er lavet med BioRender.com.

 

Art eller race?

En art er en gruppe af individer, der ligner hinanden på mange punkter – udseende, egenskaber mm. Derudover skal to individer inden for samme art være i stand til at få unger sammen, der også selv senere kan få unger.

FUN FACT

Ved du, hvad man får, hvis en hest og et æsel får unger? Muldyr! Muldyr er dog ikke en art, da de er sterile og dermed ikke kan få unger selv. Dyret er en hybrid, når forældrene er af to forskellige arter (se figur 9).

Figur 9 Når en hest og et æsel får unger, hedder det et muldyr. Muldyr er en hybrid af flere arter og er ikke selv en art. Den er steril og kan altså ikke selv få unger. Figuren er lavet med BioRender.com.

 

En art behøver dog ikke at ligne hinanden på en prik! Hvis en gruppe af dyr inden for samme art har fælles træk, der adskiller dem fra de andre dyr af samme art, kaldes det en race. Præcis som vi har hunderacer, der godt kan få hvalpe sammen på tværs af racer.

Du kan lige tjekke din begrebsviden inden vi bevæger os videre:

  • Art: En gruppe af individer, der ligner hinanden på mange punkter og er i stand til at få frugtbart afkom – altså afkom, der selv kan få børn.
  • Race: En gruppe af individer inden for samme art, der deler karakteristiske træk. De er stadig i stand til at få afkom med en anden race inde for samme art.
  • Mutation: Tilfældig ændring i DNA’et. Det kan medføre en betydelig ændring (såsom død) eller have ingen betydning (kaldet en tavs mutation).
  • Arvemateriale: Det biologiske materiale, også kaldet DNA, der indeholder alle generne for en organisme.
  • Gen: Stykker af DNA, der koder for noget specifikt – fx øjenfarve.
  • Naturlig variation: De tilfældige mutationer i arvematerialet/DNA’et giver naturlig variation i en arts træk og gør individerne lidt forskellige hver især.
  • Naturlig selektion: Det individ, der er bedst egnet (dvs. har de mest fordelagtige træk) til miljøet omkring dem, har størst sandsynlighed for at leve længe nok til at få unger og derved bringe de fordelagtige træk videre. Naturlig selektion er ikke tilfældig.

Nu hvor du ved, hvad en art egentlig er, kan biologisk evolution beskrives som en langsom udvikling af arter. Denne forandring tager i de fleste tilfælde lang tid – vi taler om flere tusinder af år! For store organismer som os tager det lang tid. Men for encellede organismer, som fx bakterier, kan det gå hurtigt.

Figur 10. Skematisk tegning af agarplade brugt til evolutionsforsøg med Escherichia coli-bakterier. Den viser koncentrationen af antibiotikummet trimethoprim (0-3000), hvor tallet 1 svarer til den dødelige koncentration af trimethoprim. Pilene viser, hvor E. coli voksede fra. Figuren er lavet med BioRender.com.

 

FUN FACT

Det hvide der vokser i videoen er E. coli-bakterierne. Forsøget her har skabt et kontrolleret miljø, hvor det eneste der ændrer sig hen over pladen, er koncentrationen af antibiotikum. I starten vokser bakterierne kun på den del af pladen uden antibiotikum. Men efter noget tid er der nogle udspringere fra den oprindelige gruppe af bakterier. De har fået en mutation, der gør dem i stand til at overleve ved tre gange den dødelige koncentration! Bakterien har tilfældigvis udviklet resistens overfor trimethoprim. Resistens betyder, at bakterien ikke længere dør af antibiotikummet. Nu kan bakterien gro ud på en større del af pladen end resten af bakterierne og nyde godt af næringen. Dette sker hele vejen op til 3000 gange den dødelige koncentration på blot 12 dage! I forsøget bliver der altså selekteret for bakterier, der kan overleve højere og højere koncentrationer af antibiotikummet. Selektion er, når organismer med fordelagtige træk overlever. Her var det fordelagtige træk antibiotikaresistens.

 

Giraffens lange hals

Vi har fulgt Darwins rejse og set på finker og skildpadder som eksempler på evolution. For en god ordens skyld tager vi et helt tredje eksempel på naturlig variation og selektion. Hvordan tror du giraffens forfader så ud for omkring 700 mio. år siden? Langhalset? Der kan du tro om igen. Giraffens forfader havde en halslængde på én meter. Den havde heller ikke rigtig brug for så meget mere hals, da der var masser af føde i skoven, hvor den levede. Giraffens forfader blev også født med forskellig højde og halslængde, hvilket I nu ved hedder naturlig variation. Området hvor forfaderen levede ændrede sig en lille smule år for år. Disse ændringer betød, at der en gang imellem kunne være langt mellem føden. Føden bestod bl.a. af blade fra træer. Spids ørerne, for nu kommer det helt essentielle – ungerne med længere halse kunne nå lidt flere blade i toppen af træerne end ungerne med kortere halse (se figur 11). På denne måde var der mere tilgængelig føde til de langhalsede i kuldet.

Figur 11. Naturlig selektion. Den høje giraf til højre kan spise op til den røde stiplede linje, mens den lave giraf til venstre kun kan nå op til den blå stiplede linje. Der er altså mere tilgængelig føde til den høje giraf, hvilket giver den en større sandsynlighed for at overleve længe nok til at få unger og bringe sine gener for en lang hals videre. Figuren er lavet med BioRender.com.

 

 

Når der er mere tilgængelig føde, er der større sandsynlighed for overlevelse og for senere at få unger selv. Ungerne får videregivet forældrenes gener med en lang hals. Denne udvikling er sket over meget lang tid og afhænger af det omkringliggende miljø. Evolutionen har medført en fordobling i giraffens halslængde. Giraffens gener er så anderledes fra andre dyr, at den er sin egen slægt Giraffa camelopardalis.

Opsummering

Der var nok en del nye ord og viden, så lad os lige opsummere en gang: Evolution er en udvikling af arter. Det vigtige for evolutionen er, at der er naturlig variation blandt dyr inden for samme art. Det betyder, at de ikke er helt ens og har lidt forskellige træk. Variationen skyldes mutationer i vores gener. De dyr der har de mest fordelagtige træk har større sandsynlighed for at overleve længe nok til at få unger. Dette kaldes naturlig selektion – de bedst egnede overlever. Ungerne nedarver så de fordelagtige træk gennem generne. Over mange generationer kan generne have udviklet sig så meget, at der opstår en ny art.

Med denne tankegang, kan man arbejde sig tilbage i tiden til den gang, der kun var en art. Vi ved i dag, at alle organismer har en fælles forfader, som alt levende på jorden stammer fra. Det ved vi takket være genetik – viden om gener. Vores fælles forfader var en organisme, vi kalder LUCA. Hop videre til næste afsnit for at lære mere om, hvad du i virkeligheden stammer fra!