 |
Varför har giraffen så lång hals?
Giraffen har, som bekant, den längsta halsen bland nu levande ryggradsdjur. Det finns många svar på den frågan. För att den ska kunna beta högt upp i trädkronorna? Det är inget bra svar. Giraffen har inte konstruerats med syftet att göra detta. Ett bra svar är att beskriva de mekanismer som gör att giraffens hals tillväxer, så att den blir den längsta halsen bland nu levande djur. Ett helt annat och lika bra svar är att den långa halsen har uppkommit genom flera generationers evolution. Läs mer i huvudtexten nedanför denna bildtext om det svårtolkade ordet "varför".
Men vad innebär evolution? Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) hävdade, mycket förenklat, att giraffer som betade i trädkronor fick längre halsar och att denna förvärvade egenskap gick i arv till nästa generation. Efter flera generationer hade girafferna fått mycket långa halsar. Vi vet nu att evolutionen inte fungerar på det viset. Lamarck var emellertid en stor vetenskapsman. Han vann inte gehör i sin samtid, men banade väg för Charles Darwins evolutionslära, en av de bästa och mest fruktbärande vetenskapliga teorierna någonsin. Läs dock i faktarutan längst ner på sidan om hur Lamarck i någon mån fått revansch.
Enligt Darwins evolutionslära har giraffen fått sin långa hals genom slumpvisa genetiska mutationer och naturligt urval (naturlig selektion). Giraffindivider med en mutation, som förlängde halsen eller benen, fick tillgång till mer föda. Detta berodde på att dessa individer kunde beta blad högre upp på träden, dit inga andra djur nådde. Därigenom ökade deras livsduglighet och de fick en större avkomma än korthalsade individer. De gynnades med andra ord av det naturliga urvalet. Flera mutationer, som förlängde halsen och benen, ökade så småningom i frekvens, eftersom bärare av dessa mutationer fick fler giraffkalvar än andra giraffer. Så småningom eliminerades de genvarianter som gav kort hals och korta ben helt från giraffens arvsmassa.
Giraffen har förmodligen ytterligare en fördel med sin långa hals och sina långa ben. När vinder blåser runt smalare cylindriska utskott, som hals och ben, har den en större avkylande effekt, än när den blåser runt den tjockare kroppen. Mer värme avges då genom direkt värmetransport till luften och genom avdunstning av vatten från huden. Giraffen långa hals och ben skulle alltså kunna skydda den mot överhettning på den varma solbelysta savannen. Den viktigaste fördelen med giraffens hals och ben förblir dock ändå förmågan att beta högt upp i träden.
Molekylärbiologer har identifierat 70 genvarianter, som finns hos giraffen, men inte hos andra däggdjur, inklusive giraffens närmaste släkting, okapin. Se en bild av en okapi längre ner på sidan. Flera av dessa genvarianter har betydelse för utvecklingen av halsens och benens skelett. En del av dem är så kallade Hox-gener, gener som styr kroppens utformning under fosterutvecklingen. Andra genvarianter styr hjärt-kärlsystemets utveckling. Det är sannolikt dessa genvarianter, som gynnades av det naturliga urvalet, när giraffens hals och ben förlängdes. Mutationerna i gener, som styr hjärt-kärlsystemets funktion, behövdes för att motverka de cirkulatoriska problem som den långa halsen och de långa benen ger upphov till på grund av tyngdkraften. Läs om hur giraffen klarar av sina tyngdkraftsproblem och om hur den undviker andningsproblem med sin långa hals på andra sidor. Läs också på en annan sida om varför giraffen konstigt nog inte har ökat antalet halskotor. Courtesy of Esculapio from Encyclopedia of Life under Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License. |
|
Ordet "varför" uttrycker en fråga. Man frågar efter orsaken till något. I dagligt tal handlar det ofta om avsikt, om att någon människa har utfört en handling med ett syfte eller ett mål. Det är därför lätt att missuppfatta ordet "varför" i vetenskapliga sammanhang. Nedan diskuteras tre betydelser som detta svårtolkade ord kan ha.
Teleologisk orsak
Detta innebär en framförliggande, målinriktad orsak och är inte förenligt med naturvetenskapen. Viket mål har funnits med ett djur? Aristoteles ansåg, teleologiskt, att röken strävar uppåt därför att den hör hemma där, det vill säga att dess mål finns där uppe. Företrädare för så kallad "intelligent design" anser att en skapare har gjort en "ritning" för ett djur, alltså ställt upp ett mål, och sedan konstruerat det. Den katolske prästen Pierre Teilhard de Chardin (1881-1955) var en skicklig paleontolog som accepterade evolutionen, men inte darwinismen. Han ansåg, teleologiskt, att evolutionen strävade mot ett mål, Omega. Han ansåg att Omega var ett gudomligt tillstånd av maximal komplexitet och medvetande. Han ansåg att hela universum strävade emot Omega.
Vi förkastar teleologiska resonemang, eftersom det inte finns någon som helst evidens för dem i naturvetenskapliga sammanhang. Då återstår två naturvetenskapliga, bakomliggande orsaksdefinitioner. Texten fortsätter under bilden.
 |
En okapi (Okapia johnstoni). Den är med här för att den är den enda nu levande nära släktingen till giraffen. Den lever inte på den afrikanska savannen, som giraffen, utan i den afrikanska regnskogen. Som synes är dess hals ganska lång, men inte extremt lång. Den äter blad av träd, precis som giraffen. I regnskogen finns det blad betydligt närmare marken än på savannen. Troligen har det naturliga urvalet därför inte gynnat en extremt lång hals hos okapin. Courtesy of Raul654 from Encyclopedia of Life under GNU Free Documentation License. |
|
Proximat orsak
Hur är ett djur uppbyggt och hur fungerar det? Vilka bakomliggande mekanismer, i form av orsakskedjor och orsaksnätverk, förklarar att djuret ser ut och fungerar som det gör? Vilka är de komplicerade bakomliggande orsaker som lett till att dess kropp uppkommit ur ett befruktat ägg under embryots utveckling? Vilka bakomliggande mekanismer gör att djurets hjärta slår, att det kan röra sig och att det kan tillgodogöra sig sin föda?
Låt oss ta komodovaranen, världens största ödla, som ett exempel. Detta djur har ett bra luktsinne och kan röra sig snabbt över korta sträckor. De proximata orsakerna till det goda luktsinnet skulle bland annat kunna vara att varanen har mycket känsliga luktreceptorer och att den är utrustad med ett stort antal olika luktreceptorer för olika dofter. De proximata orsakerna till varanens rörelseförmåga har att göra med musklernas egenskaper och rörelseapparatens uppbyggnad.
Vilken bakomliggande orsakskedja gör att röken stiger uppåt? Så här är det. Elden värmer den luft som innehåller röken. Luftmolekylerna får då ett högre energiinnehåll. Därför rör de sig mer och kolliderar oftare med varandra. Det blir då glesare mellan luftmolekylerna. Eftersom avståndet mellan luftmolekylerna ökat, får den varma luften en lägre densitet ("täthet") än den omgivande kalla luften. Därför stiger röken uppåt buren av den varma luften. Texten fortsätter under bilden.
 |
Gerenuken (giraffgasellen; Litocranius walleri). är en afrikansk antilop, som lever på savannen, precis som giraffen. Den har liksom giraffen utvecklat en förmåga att beta högt upp på träden. Den använder emellertid delvis en annan metod. Den har visserligen längre hals och ben än andra lika stora antiloper. Men den når de höga höjderna främst genom att helt enkelt stå på bakbenen, när den betar. Courtesy of Frédéric Salein from Encyclopedia of Life under Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic License.
|
|
Ultimat eller evolutionär orsak
Genom vilka bakomliggande mekanismer har ett djur uppkommit under evolutionen? Här har både slumpen och det naturliga urvalet medverkat, samt dessutom sexuellt urval (som jag inte tar upp här). Slumpvisa mutationer har uppkommit i djurets arvsmassa, i enskilda gener eller genom förändringar på kromosomal nivå. Dessutom har befintliga gener stuvats om vid den könliga fortplantningen. Båda mekanismerna har lett till att individer med nya genkombinationer uppstått. Vissa individer har därigenom blivit bättre genetiskt anpassade, adapterade. till sin miljö, andra har blivit sämre adapterade. De bättre adapterade individerna kan till exempel ha blivit snabbare eller fått ett bättre luktsinne, vilket underlättat bytesfångsten. De mera väladapterade individerna är friskare och starkare. Därför har de fått en större avkomma. Då har deras genvarianter och genkombinationer ökat i frekvens i populationen, medan de mindre gynnsamma genvarianterna och genkombinationerna har försvunnit.
Observera att det naturliga urvalet inte är målinriktat. Det verkar här och nu, alltså vid den tidpunkt och i den miljö djuren befunnit sig vid det tillfälle då deras arvsmassa har förändrats. Richard Dawkins har formulerat detta i boktiteln "The blind watchmaker". Observera också att miljön innefattar både den icke levande omgivningen och andra levande organismer i ekosystemet.
Slumpen kan påverka evolutionen på ett annat sätt än genom slumpvisa mutationer. Små djurpopulationer kan ha isolerats från sina artfränder (genetisk drift). Alternativt kan små populationer ha utvandrat till ett nytt område (grundareffekt). I båda fallen kan genom slumpens inverkan vissa gener eller genkombinationer ha saknats i de nya populationerna. De nya populationerna kan med tiden ha utvecklats till nya arter. Detta kan kanske ha hänt när komodovaranen isolerats på öar som uppstod, när det som en gång var en sammanhängande landmassa omvandlades till dagens indonesiska övärld.
Ytterligare en synpunkt. Till skillnad från så kallad "intelligent design", leder naturligt urval inte till perfekta organismer, bara till organismer som överlever. En anledning kan vara att gynnsamma gener försvunnit i små populationer, som beskrivits ovan. En annan anledning kan vara att adaptioner till en miljö som djuret en gång levt i finns kvar, men inte längre är funktionella i den nya miljön. Ytterligare en anledning kan vara att det finns restriktioner i djurets fosterutveckling som gör att den vuxna individen inte kan bli perfekt adapterad. Läs även om rudiment på en annan sida.
|
Om hur förvärvade egenskaper i vissa fall kan ärvas
Lamarck har numera fått en viss revansch. Vi vet nu att förvärvade egenskaper i vissa fall kan ärvas. Det handlar då inte om förändringar i den genetiska koden i arvsmassans DNA. I stället rör det sig om att gener stängs av eller aktiveras genom att vissa molekyler binds till eller avlägsnas från arvsmassan, bland annat genom så kallad metylering eller avmetylering av DNA eller av kromosomala proteiner. I vissa fall kan dessa så kallade epigenetiska förändringar överföras till nästa generation. När dräktiga möss utsattes för vissa miljögifter, fann man ökad sjuklighet i de följande fyra generationerna. Dessa sjukdomar troddes vara orsakade av nedärvda epigenetiska förändringar. Doserna av miljögifterna var dock betydligt högre än de som människor utsätts för i förorenade miljöer. Det finns studier av människor som tolkats så att svältperioder under barndomen skulle kunna leda till ökad sjuklighet hos barnbarnen. Möjligen skulle detta kunna bero pĀ epigenetisk nedärvning, men här behövs mer data. Dessa resultat innebär dock inte att förvärvade egenskaper normalt ärvs. Sådan nedärvning måste betraktas som ovanlig. Det är fortfarande Darwins evolutionsteori som gäller, inte Lamarcks.
|
|
Referenser
M. Agaba et al.: Giraffe genome sequence reveals clues to its unique morphology and physiology (Nature Communications 7:11519, 2016).
R.W. Hill, G.A. Wyse, and M. Anderson: Animal Physiology (3rd ed, Sinauer, 2012) och en mängd andra biologiska läroböcker på universitetsnivå.
M. K. Skinner: A new kind of inheritance (Scientific American 311:44-51, 2014).
Till början på sidan
Till "Djurfakta"
|
