Vad är en människa?

Den 25 juni år 2000 annonserade Tony Blair och Bill Clinton att människans arvsmassa var i det närmaste kartlagd och avläst. Bakom arbetet låg gigantiska och mångåriga arbetsinsatser av forskare och företag världen över.

De senaste åren har arbetet följts upp och kartläggningen finslipats. Dechiffreringen av de tre miljarder ”bokstäver” (ibland kallade baspar) som utgör vår totala genetiska kod är en milstolpe för vetenskapen. Men hur vet vi vad det är bland alla dessa byggstenar som gör oss till just människor?

Paradoxalt nog kan en av de viktigaste ledtrådarna till människans innersta komma från kartläggningen av andra arters arvsmassor. Inom kort kommer schimpansens fullständiga arvsmassa att presenteras. Genom att jämföra människans arvsmassa med den hos vår närmaste levande släkting, kan vi se vilka DNA-förändringar – mutationer – som har skett sedan våra utvecklingslinjer delade sig för 5-6 miljoner år sedan. Det är dessa mutationer som har gjort att vi har utvecklats till människor och inte fortfarande är fyrbenta, trädlevande och grymtande varelser.

När vi kan jämföra de båda arvsmassorna sida vid sida kommer vi att få ledtrådar till vilka skillnader som ligger bakom människornas intelligens, vår förmåga att kunna tala och varför vi ser ut och rör oss som vi gör.

Hjärnans gener avgör

Den tidiga uppfattningen om människans och apornas släktskap var att det finns stora genetiska skillnader bakom våra olikartade egenskaper. Men med hjälp av biokemiska och molekylärbiologiska metoder kom det redan under 1970-talet rapporter om att människan och aporna är oväntat genetiskt lika. Denna insikt har förstärkts sedan dess. Storskaliga undersökningar visar nu att vi är lika schimpansen till cirka 99 procent. Och det är då ändå bara ett genomsnittligt värde för arvsmassan i stort. Tittar man enbart på våra gener, det vill säga de delar av arvsmassan som bildar proteiner, är likheten ännu större.

Denna nya kunskap ledde till tanken att det snarare måste vara hur generna avläses, och inte deras uppbyggnad, som ligger bakom människans och schimpansens olika egenskaper. Generna utgör en mall för tillverkningen av proteiner. Hur, när och var i kroppen proteiner tillverkas har stor betydelse för deras funktion.

Ett spännande exempel har rapporterats av den svenske forskaren Svante Pääbo, verksam vid Max-Planck-Institut für Evolutionäre Antropologie i Leipzig och adjungerad professor vid Uppsala universitet. Hans forskargrupp studerade hur en mängd olika gener avläses i hjärnan och fann stora skillnader mellan människa och schimpans. När de sedan jämförde vilka proteiner som bildas i blodet och i levern var skillnaden mellan arterna däremot små. De proteiner som bildas i schimpansens hjärna visade sig i sin tur avläsas på likartat sätt som hos andra apor.

Amerikanska forskare har nyligen undersökt saken ytterligare. Den huvudsakliga skillnaden mellan människor och schimpanser är enligt deras studie att vi människor bildar mer av vissa hjärnproteiner än schimpanser gör. Det gäller bland annat proteiner som är viktiga i överföringen av information mellan nervceller och proteiner som bidrar till nervcellernas energiproduktion. Fynden tyder på att människohjärnans särskilda fysiologi och funktion hänger samman med att det har skett en förändring i hur gener avläses sedan den utvecklingslinje som ledde fram till den nutida människan skilde sig från den linje som ledde till schimpansen. En ökad genaktivitet i hjärnan tycks alltså ligga till grund för människans förståndsmässiga färdigheter, det som också kallas kognitiva funktioner.

Små förändringar kan avgöra

De allra senaste årets forskning har emellertid visat att de små skillnader som finns mellan människans och schimpansens arvsmassor är viktigare än vi tidigare trott. Någon enstaka mutation i en gen kan förändra det protein som genen utgör mall för, något som påverkar proteinets funktion. De allra flesta mutationer som förändrar proteiner är negativa för individen. Proteinernas utformning har finslipats under miljoner år av evolution, och slumpvisa förändringar kan därför på goda grunder antas leda till ett sämre protein. Eftersom det naturliga urvalet sållar bort sådana mutationer, utvecklas gener vanligen långsammare än de DNA-sekvenser som inte ligger som mall för proteiner.

Men ibland händer det att en genmutation förändrar ett protein i positiv riktning. Sådana mutationer kommer att gynnas av det naturliga urvalet och sprids med tiden inom en art. I dessa fall utvecklas generna snabbare.

En jämförelse av gensekvenser hos människan och schimpansen visade nyligen att cirka 10 procent av människans gener uppvisar spår av sådan accelererad utveckling. En rimlig tolkning är att det i dessa gener har uppstått positiva mutationer som gett dess bärare nya fördelaktiga egenskaper. En mycket grov uppskattning ger vid handen att i storleksordningen 50 000-100 000 fördelaktiga mutationer har ansamlats hos oss sedan människans utvecklingslinje vek av från schimpansens. Fyndet talar alltså för att vi måste revidera uppfattningen att det främst är styrningen av hur olika gener avläses som ligger bakom människans utveckling.

Stora skillnader i vissa gener

Det återstår nu att ta reda på vilka förändringar i egenskaper som de fördelaktiga mutationerna har åstadkommit. Några gener tilldrar sig dock redan särskilt intresse. Sedan tidigare vet vi att en gen kallad ASPM påverkar hjärnans tillväxt. Skadliga mutationer i denna gen gör att hjärnan inte växer som den ska och leder till svår hjärnsjukdom hos människor. Genen har undersökts hos många olika däggdjur och uppvisar få förändringar hos de flesta arter. Hos människor kan man emellertid se en tydligt förhöjd utvecklingshastighet, med flera mutationer som har förändrat proteinets uppbyggnad. Tidiga positiva mutationer i ASPM skulle därför kunna förklara åtminstone en del av människans stora hjärna och hennes intelligens.

För drygt två miljoner år sedan började hjärnan hos våra förfäder öka i storlek. Under samma period minskade käken. Nu visar amerikanska forskare att orsaken till minskningen är en mutation i en gen kallad MYH16. Genen ligger som mall för ett av de viktigaste käkmuskelproteinerna, och mutationen kom att minska mängden muskelmassa i käken.

I samband med detta ändrades underkäkens form. Från att vara utskjutande som hos de flesta nu levande apor (och hos den tidiga Australopithecus i människolinjen), blev underkäken mindre och en del av den moderna människans plattare ansikte. Att käkmusklerna minskade ändrade också vårt sätt att bearbeta födan, från ett mer mekaniskt malande till det sätt vi tuggar på i dag.

En annan gen som nyligen uppmärksammats är FOXP2, ”talgenen”. Skadliga mutationer i denna gen ger stora tal- och språksvårigheter. Precis som i fallet med ASPM har denna gen varit i stort sett oförändrad under däggdjurens utveckling. Men för uppskattningsvis 200 000 år sedan skedde två mutationer som förändrade proteinets utseende hos de tidiga människorna. Det är frestande att tänka att detta har bidragit till uppkomsten av vår talförmåga!

Man ska dock vara varsam med att övertolka enskilda mutationer eller geners betydelse. Tal- och språkförmåga är egenskaper som med största sannolikhet har en mycket komplex genetisk, biokemisk och fysiologiskt grund. Det verkar därför inte troligt att förändringar i en enda gen skulle kunna förklara varför människan, men inte andra däggdjur, kan tala.

När skedde förändringen?

Att jämföra flera olika arter hjälper forskarna i det detektivarbete som det innebär att spåra när och var förändringar i arvsmassan har skett. I ett tänkt exempel har människor i en viss position i en gen bokstaven A medan schimpanser har bokstaven G. Hur vet man då om det är förändringen G till A som har skett i människolinjen eller om det är A till G som har skett i schimpanslinjen?

Svaret kan erhållas genom en jämförelse med en tredje art som skilde sig från människans och schimpansens gemensamma utvecklingslinje redan innan dessa två arter separerade. I det här fallet använder man sig av orangutangen, vars utvecklingslinje vek av från vår och schimpansens gemensamma bana för 12-15 miljoner år sedan. I exemplet visar sig orangutangen ha bokstaven G på den aktuella platsen. Den troligaste tolkningen är då att det har skett en förändring G till A i människolinjen, efter att vi vek av från schimpansens utvecklingslinje.

Mutationer styr utvecklingen

I studier som min forskargrupp har gjort av människans och schimpansens arvsmassor har vi funnit att nya mutationer uppstår oftare i vissa delar av arvsmassan än i andra. Detta tycks ha att göra med inneboende egenskaper hos olika DNA-regioner. Om man jämför motsvarande delar av DNA hos människan och schimpansen finner man nämligen snarlika mutationsfrekvenser hos de två arterna.

Det finns olika teorier om varför detta sker. En säger att de olika byggstenarna i arvsmassan är olika benägna att förändra sig. Det skulle betyda att den specifika sammansättningen av byggstenar påverkar mutationsfrekvensen. Enligt en annan teori kopieras olika delar av arvsmassan med varierande noggrannhet när könscellerna ska bildas. En tredje hypotes säger att det är sättet på vilket DNA-strängarna packas ihop i cellkärnan som styr sannolikheten för mutation. En fjärde teori sätter mutationer i samband med genetisk överkorsning, det vill säga den process där kromosomerna byter material med varandra när könscellerna bildas.

I alla händelser skapar upptäckterna spännande frågor. Är mutationsfrekvensen i sig en egenskap som har anpassats genom naturligt urval? Har det exempelvis utvecklats en särskilt låg mutationsfrekvens i de regioner av arvsmassan där det finns gener vars funktion det naturliga urvalet verkar för att bevara? Eller kanske omvänt, har det naturliga urvalet gynnat sådana omstruktureringar av arvsmassan som har fört bevarade gener till regioner där mutationsfrekvensen redan är låg?

Män muterar mer än kvinnor

Antalet mutationer är inte bara olika på olika platser i vår arvsmassa. Det visar sig också att benägenheten att mutera varierar mellan människor: män muterar mer än kvinnor, och äldre män mer än yngre.

De flesta mutationer som förs vidare till nästa generation uppstår när könscellerna delar sig. Ju fler celldelningar, desto fler mutationer. Män producerar många, många fler spermier än kvinnor producerar äggceller. Därför är antalet celldelningar som föregår bildandet av spermier långt större än det som föregår bildandet av mogna äggceller. I en undersökning fann jag att av 100 nyuppkomna mutationer hos människor hade hela 80 sitt ursprung hos pappan, medan bara 20 härstammade från mamman. Mutationsfrekvensen hos män tycks alltså vara cirka fyra gånger så hög som hos kvinnor, kanske högre.

Män fortsätter dessutom att producera könsceller under vuxen ålder. Eftersom antalet mutationer ackumuleras, bör antalet mutationer i en mans spermier öka med åldern.

Genom att jämföra hur många mutationer som har hunnit ackumuleras sedan människan och schimpansen skildes åt kan vi uppskatta det genomsnittliga antalet mutationer i varje generation. Det innebär att hos var och en av oss finns i storleksordningen något hundratal nya mutationer som uppstått i våra föräldrars könsceller.

Att jämföra ger nya svar

Evolutionsbiologi, läran om den biologiska utvecklingen, har traditionellt studerats med nära anknytning till naturen. Klassiska exempel är att undersöka anpassningar och egenskaper hos arter, att studera fossil och att beskriva artrikedom och arters släktskap. Vår strävan att bevara den biologiska mångfalden gör denna typ av forskning angelägen och värdefull. Men nu har alltså möjligheten att i stor skala läsa av olika arters arvsmassor banat väg för evolutionsbiologiska studier i ny tappning.

Hittills har storskaliga satsningar på genetisk forskning huvudsakligen haft medicinska och tekniska förtecken. Men frågan är om inte den största potentialen i forskningen om arters arvsmassor ligger i att på lång sikt skapa ökad förståelse för grundläggande biologiska processer hos andra arter än människan. Det framstår inte längre som en utopi att vi kommer att kunna bena ut den genetiska bakgrunden till många av de egenskaper som det naturliga urvalet i varje generation finputsar ute i naturen.

Min vision av den framtida biologin är att vi inte bör särskilja den forskning som studerar processer på molekylär och cellulär nivå från den som studerar arter, individer och anpassningar. Dessa båda riktningar kallades tidigare ibland för vit respektive grön biologi. I gränslandet mellan dessa två angreppssätt finns nu i stället förutsättningar för ett integrerat biologiskt tänkande, där vi kan koppla samman genetiska faktorer med individers och arters speciella anpassningar. Häri ligger en av nycklarna till gåtan om livets utveckling – en stor intellektuell utmaning för en ny generation naturvetare!