”Evolutionen drivs av ständiga kraftmätningar”

Några millimeterlånga fröbaggar rör sig inuti glasburken på labbet. En mängd avlidna artfränder vilar bland de ägg de nyss lagt på burkens botten, men några individer är ännu i sin krafts dagar. Så tillhör de också en population som kan uppnå en snittålder på 57 dagar, motsvarande 160 människoår.

– De här fröbaggarna av arten Acanthoscelides obtectus lever dubbelt så länge som normalt, är mycket större och åldras mycket långsammare. På 400 generationer har vi nästan skapat en ny art, säger Göran Arnqvist, professor i zooekologi vid Institutionen för ekologi och genetik.

Experimentet på Evolutionsbiologiskt centrum startade redan 1986 och visar stora skillnader i evolution jämfört med övriga skalbaggepopulationer på labbet. Samtliga populationer hålls i samma skyddade miljö utan rovdjur, parasiter eller sjukdomar. Men levnadsförhållandena skiljer sig åt på en avgörande punkt: de långlivade fröbaggarna får inte reproducera sig förrän de levt i tio dagar.

– Alla skalbaggehonor producerar ägg från första levnadsdagen och kan därmed befruktas. Men i det här fröbaggeexperimentet måste de hålla sig levande till dag tio för att överhuvudtaget ge något genetiskt bidrag till nästa generation, säger Göran Arnqvist.

Metabolismen har stor betydelse

De här fröbaggarna åtnjuter dessutom fasta rutiner kring mat, temperatur och luftfuktighet som bidrar till att de åldras långsamt och lever länge. När genetiska effekter på så sätt renodlas kan forskarna se hur insekterna förändras över tid, och det redan efter 10 till 20 generationer. Klart är hur viktig metabolismen är för ett långt liv.

– Där kan vi jämföra mot andra arter i naturen. Om du har snabb metabolism så lever du inte länge, det är helt enkelt mer fördelaktigt med långsammare metabolism för deras livslängd. Dessutom har hanar en snabbare ämnesomsättning och kortare liv.

Ett problem med alltför snabb metabolism är att det bildar fria radikaler: en typ av cellulära komponenter som är skadliga för cellen och som bland annat kan leda till mutationer. Men kan de här forskningsrönen överföras till andra däggdjur, som människan? Kan de rentav ge svar på hur vi kan hantera vår egen metabolism och öka vår livslängd?

­– Jag är inte medicinare, men jag känner inte till några data som visar att till exempel kosttillskott mot fria radikaler har någon påverkan på vår livslängd, säger Göran Arnqvist. Bäst är att hålla sig till redan välkända livsstilsfaktorer som kan bidra till långsamt åldrande, som att undvika negativ stress, motionera, äta en balanserad kost och inte dricka för mycket alkohol.

”Mörk materia” i arvsmassan

Det hans forskargrupp nu vill ta reda på är hur arvsmassan samverkar med andra element som finns kodade i genomet. I fröbaggarna är andelen gener i arvsmassan bara runt 30 procent. Vad resterande 70 procent gör är relativt okänt.

– Hos människor består en stor del av arvsmassan av DNA-strängar som inte beskriver uppbyggnaden av proteiner. Den här delen kallas ibland för ”dark matter”, alltså mörk materia, och vi vet ganska lite om vad den gör. Men en del av den har att göra med hur gener uttrycks, säger Göran Arnqvist.

Hans intresse för biologi väcktes tidigt. Under uppväxten i Härnösand var han ofta ute i naturen med föräldrarna och plockade svamp och bär. I tolvårsåldern gick han med i Fältbiologerna vilket gjorde starkt intryck och fördjupade hans intresse för djur och natur. Efter naturvetenskaplig linje på gymnasiet studerade Göran Arnqvist på Umeå universitet där han disputerade i ekologisk zoologi 1992.

Därefter bar det av till USA för flera post-doktortjänster, som längst tre år i Albuquerque, New Mexico. 1996 återvände han till Sverige och hamnade 2002 i Uppsala där han erbjöds en lektorstjänst.

– Här på Uppsala universitet är vi väldigt duktiga på evolutionsbiologi, vi tillhör de tio bästa universiteten i världen. Jag har haft många samarbeten med forskargrupper över hela världen under åren, just nu är det främst i Serbien, England, Kanada, Österrike, Tyskland och Frankrike.

Mängden data kräver mer datorkraft

Till Uppsala universitets styrkor hör arbetet med mångåriga modellsystem, som bland annat skalbaggar och zebrafiskar. För att analysera de stora mängder data som genereras krävs speciella metoder och högpresterande datorsystem, belägna i närliggande SciLifeLab och Uppmax.

– De här infrastrukturerna är en fantastisk resurs för oss. I takt med att vi får mer och mer effektiva metoder för att läsa av arbetsmassan växer datamängderna exponentiellt och även den beräkningskraft vi behöver. Vi har stora behov, men än så länge får vi de tider vi behöver.

Ett område han länge forskat på är evolutionära konflikter mellan hanar och honor. 2019 publicerade hans grupp en artikel i tidskriften Nature Ecology & Evolution om hur olika varianter av gener bibehålls i populationer, i de fall könen gynnas av olika varianter. Samtidigt kan sådana konflikter leda till en balans mellan könen i gener som styr ämnesomsättning och reproduktion. Resultatet blir en genetisk mångfald med högre odds att stå emot till exempel sjukdomar och miljöförändringar.

Slutsatserna är i linje med Göran Arnqvists tidigare studier. I boken Sexual Conflict från 2005 beskrev han bland annat hur könsselektionen konstant drar den gemensamma arvsmassan i motsatta riktningar. Sådana konflikter bidrar till många av de egenskaper som skiljer hanar och honor åt, och därmed till variationsrika släktlinjer.

Evolutionära dragkamper på gott och ont

Men evolutionen tar sig ibland väl extrema uttryck, något som framgick av en studie publicerad av hans forskargrupp i Current Biology 2012. Hos fröbaggen Callosobruchus maculatus kantas det manliga parningsorganet av taggar. Ju längre taggar, desto större fortplantningsframgång och mer livskraftiga avkommor. Samtidigt ger taggarna stora skador i honornas parningskanaler.

Enligt Göran Arnqvist finns det en förklaring till varför evolutionen går till sådana ytterligheter.

– Om könsurvalet är tillräckligt starkt och gynnsamt för ett kön kan det leda till evolutionen av karaktärer som är skadliga för det andra könet. Hos det här systemet har honor dock utvecklat en rad motanpassningar som gör att de kan hantera det här ganska bra. Sådana evolutionära dragkamper mellan könen kan också leda till att en mångfald av genvarianter bibehålls, säger Göran Arnqvist.

En av fröbaggarna, den ivrigaste klättraren av dem, har fått komma ut ur glasburken. Göran Arnqvist placerar den i en petriskål under ett mikroskop. Fröbaggen fortsätter att krypa runt ett tag men stannar sen upp och börjar omsorgsfullt putsa sina mundelar.

– Det är med största säkerhet en gammal hona, man kan se att hon har lagt alla sina ägg, säger han.

Vad letar du vidare efter i din forskning?

– Dels vill jag förstå vilka specifika genetiska förändringar i arvsmassan det är som ligger bakom lång livslängd. Men också hur arvsmassan skapar de fenotyper, alltså de egenskaper vi kan se hos organismer. Det är i mångt och mycket ett vitt fält på den biologiska kartan, för det är så oerhört komplext, säger Göran Arnqvist och tillägger:

­­­– Den är en enormt kreativ kraft, evolutionen.

Anneli Björkman