Ögat mitt i stormen

Den brittiske biologen och bästsäljarförfattaren Richard Dawkins var nyligen i New York och höll ett föredrag om evolutionen. I USA har evolutionsmotståndarna, främst bibeltrogna kristna, fått stort utrymme i medierna. Richard Dawkins är deras värste fiende. Som väntat gav han en känga åt så kallad intelligent design – tanken att vissa organ, till exempel ögon, är så komplicerade att de förutsätter en skapare eller ”intelligent designer”. Han hämtade sitt bästa motargument från Sverige:

”Den svenske biologen Nilsson har gjort en underbar datormodell av ögats evolution. Den bygger på troliga antaganden och tyder på att ryggradsdjurens ögon kan ha utvecklats på så lite som en halv miljon generationer”, sa Richard Dawkins.

En halv miljon generationer är bara ett kort ögonblick i den geologiska tideräkningen som styr livets utveckling. Därmed slog Richard Dawkins fast att det knappast är något mirakel att så gott som varenda kryp under solen har ögon att se med. Visserligen hade han råkat missuppfatta en detalj i den svenska forskningen, vilket ledde till att Dan Nilsson och hans medarbetare vid Lunds universitet blev indragna i en hätsk debatt om intelligent design (se rutan på sidan 25). Men lundaforskarna är helt överens med Richard Dawkins om att evolutionen ganska snabbt kan utveckla ett komplett öga.

Motståndare mot evolutionsläran fokuserade tidigt på ögonen. Charles Darwin var beredd på kritiken. När han lanserade utvecklingsläran i boken Om arternas uppkomst gav han stort utrymme åt ögonen i ett kapitel om stötestenar för teorin. I början skriver han: ”Att föreställa sig att ögat” skulle ha kunnat utformas genom ett naturligt urval verkar ju, det erkänner jag villigt, som något i allra högsta grad absurt”. Sedan förklarar han varför tanken inte alls är absurd. Han utgår från det mest primitiva öga han kunde tänka sig: en nerv omgiven av pigmentceller och täckt av genomskinlig vävnad. Detta ur-öga kunde i sin tur ha uppstått ur en enkel fläck av ljuskänsliga celler vars enda uppgift var att skilja ljus från mörker, skrev Darwin.

Vissa djur var klarsynta

All evolution utgår från tre faktorer: variation, ärftlighet och urval. Det finns alltid skillnader mellan individer inom en art. Även bland de mest skumögda varelser som först skymtade dagens ljus kan man räkna med att somliga var mer klarsynta än andra. Och skillnaderna är mer eller mindre ärftliga. Det betyder att individer som är bra på att använda ögonen till att se hot och möjligheter runt omkring sig också har goda utsikter att fortplanta sig och sprida sina gener till kommande generationer.

Nästan 150 år har gått sedan Darwin presenterade sin lära. Hittills har ingen lyckats visa att grundtanken är fel, även om forskare ständigt träter om hur teorin stämmer med olika fenomen i naturen. Biologer har sedan länge slutat bekymra sig över att just ögats evolution skulle kräva något slags mirakel. I stället försöker de lista ut hur utvecklingen gick till i detalj.

Dan Nilsson, ögonforskare och professor i zoologi vid Lunds universitet, tror att det första primitiva ögat uppstod strax före den så kallade kambriska explosionen för omkring 530 miljoner år sedan. Då inträffade en av de största omvälvningarna i jordens och livets historia. I fossila lämningar finns spår av en explosion i antalet livsformer.

– Jag skulle tro att hela den kambriska explosionen berodde just på evolution av ögon och rörlighet, säger han.

Många av de nya arter som uppstod tidigt under explosionen hade skelett, vilket tyder på att de kunde röra sig snabbt. Och för kvicka djur är det en stor fördel att kunna se. Men frågan är omstridd. En vanlig uppfattning bland geologer är att explosionen i stället utlöstes av någon förändring i miljön, till exempel att syrehalten i luften ökade.

De äldsta fossil av djur som helt säkert hade ögon kommer från trilobiter som levde för ungefär 520 miljoner år sedan. Trilobiter är ett slags utdöda leddjur som uppstod under kambrium. Många av dem hade fullt utvecklade fasettögon som liknade moderna insektsögon. Det finns äldre fossil från djur som kan ha haft ögon, men här går tolkningarna isär.

Det finns en väg till ögat

Dan Nilsson har gjort teoretiska beräkningar för att ta reda på hur ögon kan ha uppstått. Tillsammans med sin kollega Susanne Pelger försökte han hitta en utvecklingsväg som i generation efter generation kan förvandla en ljuskänslig hudfläck till ett klarsynt öga med lins. Biologerna har länge antagit att det finns en sådan väg utan att veta säkert.

Kravet är att varje litet steg på utvecklingsvägen leder till ett öga som är bättre på att urskilja detaljer i omgivningen. Evolutionen har mycket svårt att nå en viss lösning på ett problem om vägen dit går via en försämring. Det är skälet till att vi får dras med den blinda fläcken, vilket bläckfiskarna slipper. Hos oss ryggradsdjur ser näthinnan ut att vara vänd ut och in. Näthinnans tappar och stavar pekar bakåt i ögat. De nervceller som skickar synintryck vidare till hjärnans synbark ligger i vägen för ljuset. I den blinda fläcken stålar nervcellerna samman i synnerven. Fläcken är blind eftersom näthinnan har ett hål där synnerven tränger ut.

– Här kan man knappast prata om intelligent design, säger Dan Nilsson.

Hos bläckfisken, däremot, är näthinnan rättvänd. Inga nervceller ligger i vägen för ljuset, och synnerven behöver inget hål i näthinnan för att komma ut ur ögat. Tyvärr kommer evolutionen knappast att ge oss lika bra ögon som bläckfiskens. Orsaken är att ett litet steg i den riktningen skulle innebära en försämring – just en sådan väg som evolutionen har svårt att följa.

Däremot kan evolutionen mycket väl följa en väg av enbart förbättringar från en primitiv ljuskänslig fläck till ett fullt utvecklat linsöga. Den slutsatsen drog Dan Nilsson och Susanne Pelger av sina beräkningar. De stakade ut en väg där även det allra minsta steg ledde till synorgan med bättre förmåga att urskilja detaljer.

Hur lång tid tar det då för evolutionen att utveckla ett komplett öga? För att svara på den frågan summerade Dan Nilsson och Susanne Pelger alla formförändringar under ögats utveckling längs den utstakade vägen. Därmed fick de ett mått på hur mycket formförändring hela utvecklingen krävde. De jämförde summan med en försiktig uppskattning av hur mycket en art som är utsatt för naturligt urval kan tänkas ändra form från en generation till nästa. Beräkningarna visade att hela utvecklingen av ett öga skulle vara klar efter 400 000 generationer. De publicerade sina slutsatser i en vetenskaplig rapport år 1994. Rapporten säger inget om vad som faktiskt har hänt under utvecklingshistorien. Men den visar att det finns en möjlig utvecklingsväg mot ögon.

– Vi har inte hört någon kritik mot beräkningarna från andra forskare, säger Dan Nilsson.

Tvärtom har flera biologer använt räknestycket som ett tillhygge mot anhängare av intelligent design, vilket Dan Nilsson tycker är utmärkt. Men för egen del är han betydligt mer intresserad av en helt annan debatt som just nu pågår bland biologer. Frågan gäller huruvida ögon har uppstått en eller flera gånger under livets utvecklingshistoria.

Bläckfiskögon bildas av hud

Läroböcker tar ofta upp ögon som exempel på organ som har utvecklats flera gånger oberoende av varandra hos olika djur. Att ögonen i vissa fall ändå är lika till det yttre förklaras med att de har fått sin form under samma sol. Ljusets egenskaper och optikens lagar sätter vissa gränser för hur ögon kan se ut.

Ytligt sett liknar bläckfiskens ögon människans. En närmare granskning visar som sagt att näthinnan skiljer sig mellan arterna. Men inte nog med det. Hos ett mänskligt embryo bildas ögonen av nervvävnad. Hos bläckfisken uppstår de i stället ur huden. Ögonen växer alltså fram på helt olika sätt hos olika arter. Bilder tagna med elektronmikroskop visar dessutom att de ljuskänsliga cellerna i olika slags ögon skiljer sig åt.

Den här typen av skillnader övertygade många biologer om att ögon måste ha uppstått flera gånger. Ernst Mayr, en av förra seklets mest inflytelserika evolutionsbiologer, stödde den tanken i en vetenskaplig artikel år 1977. Tillsammans med kollegan Luitfried von Salvini-Plawen slog han fast att ögon har uppstått oberoende av varandra mellan 40 och 65 gånger. Den tesen mötte inga allvarligare mothugg förrän forskare i Schweiz mixtrade med generna hos en bananfluga så att den fick ögon på benen.

Flugor fick ögon på benen

I början av 1990-talet upptäckte molekylärbiologer att skador i en och samma gen hos bananflugor, möss och människor leder till ofullständigt utvecklade ögon. Genen kallas Pax6. Om båda kopiorna av genen är skadade utvecklas inga ögon alls. Walter Gehring, professor i utvecklingsbiologi och genetik vid Universität Basel i Schweiz, misstänkte att genen fungerar som ett slags på-knapp i utvecklingen av ögon hos både ryggradsdjur och insekter. Två av hans medarbetare förde in extra kopior av Pax6 i fluglarver. Det ledde till att de fullvuxna flugorna fick extra ögon på sina ben, antenner och vingar.

– Vi kan till och med sätta ögon på flugornas könsorgan. Men bilderna är så obscena att vi aldrig har publicerat dem, säger Walter Gehring.

Experimenten visar tydligt att Pax6 kan starta ett genetiskt maskineri som styr utvecklingen av ögon. Och genen fungerar på samma sätt i vitt skilda arter. Pax6 från en mus kan till exempel starta utvecklingen av ögon hos en bananfluga – som får bananflugeögon, inte musögon. Att genen spelar samma roll i så olika arter ledde Walter Gehring till slutsatsen att alla ögon måste ha ett och samma ursprung.

– Walter Gehring håller stenhårt fast vid detta, men de flesta andra har nog insett att det inte kan vara så enkelt, säger Dan Nilsson.

Han anser att forskningen om Pax6 bara visar att ljuskänsliga molekyler har ett gemensamt ursprung. Och det är ingen överraskning. Fysiologerna har länge vetat att opsiner – proteiner som finns i ögats ljuskänsliga celler – är snarlika i alla ögon. Men ett protein är inte ett öga.

– Svaret på frågan om hur många gånger som ögon har uppstått beror på vad man menar med ögon, säger Dan Nilsson.

Läroboken skrivs om

Det finns två grundtyper av ljuskänsliga celler i ögon hos djur, och många forskare tror att de båda celltyperna har ett gemensamt ursprung. Men en cell är inte heller ett öga. Dan Nilsson hör till dem som menar att riktiga ögon har utvecklats från ljuskänsliga celler flera gånger.

Ryggradsdjurens ögon är klart olika ögonen hos ryggradslösa djur. De ljuskänsliga cellerna i våra ögon skiljer sig från den typ som finns hos nästan alla andra djur. Bland de ryggradslösa djuren delar Dan Nilsson in ögonen i tre familjer: de som sitter på djur med fram- och bakända, de som sitter på maneter, och de som spanar ut längs mantelkanten på vissa musslor. Han anser att dessa ögontyper är så olika att de måste ha uppstått oberoende av varandra.

Men Walter Gehring litar mer på sina molekylärbiologiska resultat än på kartläggningar av hur olika djurögon ser ut och fungerar.

– Dan Nilsson är nog min starkaste opponent. Han håller fast vid sina gamla idéer, säger Walter Gehring.

En lärobok i zoologi som Walter Gehring har skrivit säger visserligen att ögon har uppstått flera gånger. Men i nästa upplaga tänker han ändra texten. Han noterar också att Ernst Mayr, som dog i fjol vid 100 års ålder, mot slutet av sitt liv började tvivla på sin egen tes om att ögon har uppstått minst 40 gånger.