Slanger har stadig gener til ben: derfor forsvandt deres lemmer gennem evolutionen
Når en slange glider lydløst gennem sand, græs eller regnskov, virker dens lange, benløse krop som et perfekt eksempel på evolutionens effektivitet. Den kan kravle gennem smalle sprækker, svømme, klatre i træer og bevæge sig næsten lydløst uden behov for lemmer. Men sådan har det ikke altid været.
For mere end 100 millioner år siden havde forfædrene til nutidens slanger ben. Fossiler viser, at de tidligste slanger stadig havde veludviklede baglemmer, og moderne genetiske undersøgelser afslører noget endnu mere overraskende: Slanger har aldrig helt mistet den genetiske opskrift på at danne ben. Den ligger stadig gemt i deres arvemasse, men et afgørende genetisk kontrolsystem blev for millioner af år siden slukket.
Denne opdagelse har ændret biologernes forståelse af evolution. Den viser, at udviklingen af nye arter ikke nødvendigvis kræver nye gener. Ofte handler evolution i stedet om, hvornår eksisterende gener bliver aktiveret – eller tavse.
Slanger og øgler begyndte med den samme kropsplan
Slanger og øgler tilhører begge ordenen Squamata og deler en fælles evolutionær forfader. De første medlemmer af gruppen lignede sandsynligvis moderne firben med fire veludviklede ben, hale og en langstrakt krop.
På et tidspunkt begyndte én gren af denne evolutionære familie at udvikle en mere aflang kropsform. Samtidig blev lemmerne gradvist mindre.
Fossile arter som Najash rionegrina og Tetrapodophis viser netop denne overgang. De havde stadig bagben, men benene var små og sandsynligvis ikke længere afgørende for bevægelsen.
Det fortæller forskerne, at tabet af lemmer ikke skete pludseligt. Det var en gradvis proces, hvor kroppen langsomt blev tilpasset et nyt liv i underjordiske gange, tæt vegetation eller andre miljøer, hvor en lang, smidig krop gav en fordel.
Det afgørende gen hedder Sonic hedgehog
Bag udviklingen af lemmer hos alle hvirveldyr ligger et af biologernes mest berømte gener: Sonic hedgehog, forkortet SHH.
Navnet lyder usædvanligt, men genet spiller en afgørende rolle under fosterudviklingen. Det fungerer som et signalmolekyle, der fortæller embryonets celler, hvor arme, ben, fingre og tæer skal dannes.
Hos mennesker, fugle, pattedyr og de fleste øgler aktiveres SHH på præcise tidspunkter. Det udløser en kæde af genetiske signaler, som får lemmerne til at vokse.
Hos slanger findes genet stadig.
Problemet er ikke selve genet, men det system, der normalt tænder for det.
Evolution slukkede kontakten – ikke genet
I mange år troede forskerne, at slanger havde mistet de gener, der skaber lemmer.
Det viste sig at være forkert.
Studier offentliggjort i Nature Communications viste, at slanger stadig besidder SHH-genet. Det afgørende tab skete i stedet i en lille regulatorisk DNA-sekvens, en såkaldt enhancer.
Enhancere fungerer som genetiske tænd-sluk-kontakter. De producerer ikke proteiner, men bestemmer, hvornår et gen skal aktiveres.
Hos øgler fungerer denne enhancer normalt og aktiverer SHH under fosterudviklingen.
Hos slanger har millioner af års mutationer ændret enhancerens struktur så meget, at den næsten har mistet sin funktion. Resultatet er, at SHH aldrig når at sende de nødvendige signaler til udviklingen af lemmer.
Genet findes stadig – men instruktionen om at bruge det er stort set forsvundet.
Pythoner afslører evolutionens fortid
Den genetiske historie bliver endnu mere fascinerende hos pythoner og boaer.
Disse primitive slanger udvikler i fosterstadiet små anlæg til baglemmer. I de tidlige embryonale faser dannes små knopper, der minder om begyndelsen på benudvikling hos øgler.
Kort tid senere stopper processen.
Lemmerne vokser aldrig færdige, og de fleste strukturer tilbagedannes, inden ungen klækkes eller fødes.
Hos voksne pythoner kan man stadig se små hornlignende udvækster ved kloakken. De kaldes bækkensporer og er rester af det bækken og de baglemmer, som deres forfædre engang brugte.
Disse små strukturer fungerer i dag især under parring, hvor hannen bruger dem til at stimulere hunnen.
Evolution har altså ikke fjernet alle spor efter benene. Den har blot reduceret dem til små anatomiske rester.
Hvorfor blev ben en ulempe?
Evolution arbejder ikke mod et bestemt mål. Den favoriserer de egenskaber, som giver størst overlevelseschance i et bestemt miljø.
For de tidlige slanger kan en lang, smidig krop have været langt mere effektiv end fire ben.
Hvis dyrene levede under jorden eller mellem tæt vegetation, kunne ben faktisk være en hindring. En cylindrisk krop gjorde det lettere at presse sig gennem smalle gange og bevæge sig hurtigt uden at sidde fast.
Efterhånden som denne livsstil blev mere succesfuld, blev der mindre behov for lemmer. Mutationer, der reducerede benenes udvikling, blev derfor ikke længere modarbejdet af naturlig selektion.
Tværtimod kunne de blive en fordel.
Over millioner af år udviklede slanger samtidig hundredvis af ryghvirvler og ekstremt fleksible ribben, som gjorde kroppen endnu mere bevægelig.
Det er et eksempel på evolutionær specialisering: En funktion går tabt, mens andre bliver langt mere avancerede.
Kan slanger få ben igen?
Teoretisk set viser forskningen, at den genetiske kapacitet ikke er helt forsvundet.
Laboratorieforsøg har vist, at ændringer i enhancer-sekvenser kan påvirke SHH-signaleringen. Det betyder, at nogle af de genetiske programmer stadig eksisterer i arvemassen.
Men i naturen er sandsynligheden for, at moderne slanger igen udvikler funktionelle ben, ekstremt lille.
Udviklingen af lemmer afhænger nemlig ikke kun af ét gen. Den kræver et komplekst netværk af hundreder af gener og regulatoriske signaler, som gennem millioner af år har udviklet sig i en helt anden retning.
Evolution bevæger sig sjældent baglæns.
En ny forståelse af evolution
Historien om slangers ben viser, at evolution ikke kun handler om nye mutationer eller tab af gener. Langt oftere ændres de genetiske “kontakter”, der styrer, hvornår gener skal være aktive.
Det gør opdagelsen vigtig langt ud over slanger.
De samme regulatoriske mekanismer spiller en central rolle i udviklingen af mennesker, fugle og andre dyr. Små ændringer i DNA, som ikke påvirker generne direkte, kan føre til enorme forskelle i kropsbygning.
Slanger minder os derfor om, at evolution ikke sletter fortiden. Den gemmer den i genomet.
Dybt inde i deres DNA findes stadig sporene af fire ben – et tavst vidnesbyrd om en verden, hvor deres forfædre engang gik på jorden, længe før de lærte at glide gennem landskabet uden lemmer.
