Apropå geners funktion: Per Köhler frågade:

Bra fråga. Han hänvisar det en viss artikel och en viss terminologi från Stephen Gould och Richard Lewontin: The Spandrels of San Marco and the Panglossian Paradigm: A Critique of the Adaptationist Programme (1979). Det är en pamflett om evolution som verkar ha haft stort inflytande; den kommer på tal med jämna mellanrum i olika sällskap och biologer har mycket olika åsikter om den. Jag tror den är relativt tillgänglig och värd att läsa en bit av, om en bara kommer ihåg att den är en inlaga i en debatt som inte riktigt finns längre.

Kort och gott skäller Gould & Lewontin på forskare som för lättvindigt antar att organismers olika egenskaper är anpassningar som hjälper dem fortplanta sig. Naturligt urval kan inte åstadkomma vad som helst och har ingen plan för framtiden, så många av levande varelsers egenheter kan bara ha råkat bli så. Som ett exempel på saker som är så för att de blir så lanserar de en liknelse om St Markuskyrkan i Venedig. De tar valvbågarna i kyrkans tak som exempel. De kilformiga ytorna, spandrillerna, är förgyllda och har porträtt av de fyra evangelisterna, men Gould & Lewontin hävdar att det är fel att börja med att anta att spandrillernas funktion är att bära dekorationer, för spandrillerna är en nödvändig bieffekt av andra val vid utformningen av kyrkan. De myntar ordet spandrill (spandrel på engelska) för biologiska egenskaper som har den sortens historia: de uppstod som en bieffekt av något annat och råkar sedan få en ny funktion.

(Foto: Ricardo André Frantz, via Wikimedia Commons. cc:by-sa 2.5)

Jag vet ingenting om arkitektur, men liknelsen om St Markuskyrkan handlar tack och lov inte om det, utan om genetisk arkitektur. Gould & Lewontin föreslår att många egenskaper inte uppstår för att de är föremål för naturligt urval själva, utan för att de är genetiskt korrelerade till andra egenskaper som främjas av naturligt urval. Det är samma genetiska varianter, så att välja den ena egenskapen betyder att den andra hänger med.

För att det här ska bli något begripligare, låt oss ta ett par exempel! Först ett från Gould (1997) och sedan ett nyare exempel (Franchini m.fl 2011). Hos fläckiga hyenor har inte bara hanar utan också honorna en penis. Ibland kallas den pseudopenis, men jag vet inte riktigt vad det är som är pseudo- med den mer än att den sitter på en hona. Hyenorna har också ett socialt system där honorna är bildar en dominanshierarki över hanarna och är jämförelsevis aggressiva. De använder sina penisar i hälsningsceremonier, så den verkar fylla någon social funktion. Som Gould skriver finns det åtminstone två möjliga hypoteser. Är honornas penis en produkt av naturligt urval för bättre social signalering, eller är det kanske en naturligt urval för ändrat beteende som påverkat hormoner som orsakat en ”maskuliniserad” klitoris som bieffekt? Ibland går det att titta närbesläktade arter med och utan egenskapen och ta reda på vad som kom först. Och ibland går det att testa om en viss bieffekt är rimlig, i det här fallet att undersöka om det verkligen är samma hormoner som är inblandade i hyenans penis och beteende. Men det är svårt att säkert veta om något är en anpassning eller inte.

För att göra språkbruket ännu rörigare myntade Gould & Lewontin ett ord till för sina spandriller: exaptation. En adaptation är en evolutionär anpassning; en exaptation är en evolutionär anpassning som bygger vidare på något som från början uppstod som bieffekt. En exapation är en spandrill som har en ny funktion, som när någon kom på att sätta upp mosaiker av evangelisterna i katedralen. Det finns en bunt molekylära exempel på exaptationer: dna-sekvenser som haft någon annan funktion men som av någon mutation flyttats om så att de hamnat i ett nytt sammanhang och börjat göra något nytt. Ett fint exempel kommer från Franchini & co (2011) som studerade regleringen av en gen som heter POMC. Den kodar för proopiomelanokortin som är ett förstadium till flera hormoner som är inblandade i bland annat aptitreglering. POMC uttrycks i hypothalamus under kontroll av två reglerande sekvenser. Den ena, som heter nPE2, uppstod i en urmoder till däggdjuren, medan den andra, nPE1, är yngre och uppstod i en urmoder till placentadjuren. Själva POMC-genen finns bland käkförsedda ryggradsdjur. Poängen är att när Franchini & co letade efter nPE1:s ursprung så fann de att den matchar väl med familj retrotransposoner, alltså en sekvens som från början kommer från ett retrovirus. Virusgenom formas naturligtvis bland annat av naturligt urval, men inte för att reglera däggdjurs hormoner.

Med det i åtanke kan en dela upp spandriller i två sorter: de som uppstått som bieffekter men idag inte har någon evolutionär funktion och de som har fått en ny evolutionär funktion och är exaptationer. I det första fallet är frågan att skilja det som har evolutionär nytta från det som bara råkar ha blivit så, och problemet är att det är ganska lätt att hitta på hyfsat trovärdiga hypoteser om hur det mesta skulle kunna ha någon funktion, men väldigt svårt att avgöra hur det egentligen har gått till. I det andra fallet är det frågan om att avgöra i vilken ordning saker har ägt rum, vilken funktion som kom först och när den nya funktionen kom till. Och till saken hör att på molekylär nivå kommer (nästan) alla egenskaper ha en exaptation någon gång i sin historia. Det är omöjligt, eller i alla fall väldigt osannolikt, att komplexa reglerande sekvenser uppstår i ett slag. Nya sekvenser byggs upp av evolution för någon annan funktion eller process av neutral evolution innan de råkar arrangeras om och få en ny funktion. Nya reglerande sekvenser, som nPE1 ovan, kan flyttas om så att de börjar reglera en ny gen. Gener med nya funktioner uppstår ofta från duplicerade kopior av gener med någon annan funktion (se IRX3, till exempel). Jag ber om ursäkt om det låter som att jag trivialiserar deras fina metafor, men vad Gould & Lewontin egentligen säger är att att evolutionen tager om den så hava kan.

Litteratur

Gould, S. J., & Lewontin, R. C. (1979). The spandrels of San Marco and the Panglossian paradigm: a critique of the adaptationist programme. Proceedings of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences, 205(1161), 581-598.

Gould, S. J. (1997). The exaptive excellence of spandrels as a term and prototype. Proceedings of the National Academy of Sciences, 94(20), 10750-10755.

Franchini, L. F., López-Leal, R., Nasif, S., Beati, P., Gelman, D. M., Low, M. J., … & Rubinstein, M. (2011). Convergent evolution of two mammalian neuronal enhancers by sequential exaptation of unrelated retroposons. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(37), 15270-15275.