Streckkoder fångar livets mångfald

Paul Hebert är säker på att Carl von Linné skulle ha gillat den biologiska streckkodsläsaren. Apparaten ryms i fickan och kan på några ögonblick ange rätt art för en växt, svamp, insekt eller annan organism. Men precis som förebilden – en så kallad tricorder i tv-serien Star Trek – hör manicken hemma i science fiction-världen.

– Jag tror att den blir verklighet inom tio år, säger Paul Hebert. Han är professor i molekylär biodiversitet vid University of Guelph i Kanada.

Paul Hebert är eldsjälen bakom Consortium for the Barcode of Life (CBOL), en internationell organisation som vill använda ett slags DNA-streckkoder för att artbestämma allt liv på jorden. Han förklarar att syftet är att avsluta det stora systematiska arbete som Carl von Linné en gång startade.

CBOL bildades i maj år 2004 och nu deltar över 100 medlemsorganisationer från 39 länder i arbetet, däribland Naturhistoriska riksmuseet i Stockholm och Zoologiska institutionen vid Göteborgs universitet. Mari Källersjö är chef för forskningsavdelningen vid Naturhistoriska riksmuseet:

– Jag var väldigt tveksam i början, men jag är övertygad om att streckkoder kommer att bli viktiga i framtiden, säger hon.

Museet har nyligen fått 2,5 miljoner kronor för att streckkoda alla ryggradsdjur i Sverige. Mari Källersjö räknar med att jobbet kommer att vara så gott som klart inom tre år.

Streckkoder hittade nya fåglar

DNA-analyser har länge varit ett hjälpmedel inom taxonomin, den viktiga men oglamorösa läran om att sortera levande organismer i olika grupper. Men olika taxonomer har tagit fasta på olika delar av arvsmassan. Därmed blir det trassligt att utnyttja resultaten.

Paul Heberts mål är att standardisera verksamheten. För alla djur föreslår han att forskarna ska avläsa 648 DNA-bokstäver i en gen som kallas COI (cytokrom c oxidas I). Genen finns i mitokondrierna, cellernas kraftverk. Här förändras arvsmassan snabbare från generation till generation än i cellkärnan, vilket som regel gör det lättare att skilja mellan olika arter.

Målet är att bygga upp en databas med streckkoder för allt liv. För att databasen ska vara pålitlig kommer varje streckkod att vara kopplad till en individ av arten som en expert har artbestämt.

Det var Paul Hebert som kom på idén att kalla gensekvenserna för streckkoder. Ordet leder tanken till en avläsare som på ett ögonblick identifierar en av tusentals olika varor i en stormarknad med laserprecision.

– Det är ett listigt sätt att sälja idén, säger Mari Källersjö.

Marknadsföringen har fungerat. Paul Hebert berättar att han samlat ihop motsvarande 200 miljoner kronor till forskning om streckkoder. Aldrig tidigare har ett projekt inom taxonomisk forskning fått så mycket pengar. Men Paul Hebert påpekar att betydligt större summor har gått till kartläggningen av människans arvsmassa, investeringar i nya astronomiska teleskop och annan big science. Han räknar med att det skulle kosta ungefär 7 miljarder kronor att ta fram streckkoder för alla levande varelser på jorden – och tycker att det är ganska billigt.

Paul Hebert argumenterar så flitigt för sina streckkoder att hans kolleger har beskrivit honom som en blandning mellan marknadsförare och frikyrkopastor. Men han har också publicerat vetenskapliga rapporter om metoden. För två år sedan avslutade hans forskargrupp en genomgång av DNA-streckkoder från 260 fågelarter som häckar i Nordamerika. Forskarna slog fast att streckkoderna duger gott för att sortera individerna i de grupper som taxonomerna kallar arter. Bland de undersökta fåglarna hittade de dessutom individer som sannolikt tillhör fyra tidigare okända arter.

En liknande analys av den tropiska fjärilen Astraptes fulgerator tyder på att arten i själva verket består av uppåt tio olika arter. De flygfärdiga fjärilarna är så gott som identiska, men deras larver skiljer sig åt till både utseende och livsföring. Streckkoderna bidrog till att avslöja skillnaderna.

Sällsynt fjäril fick fel kod

Det finns också fall där tekniken slagit slint. I fjol rapporterade en forskargrupp vid Texas State University i USA att den blåvingade, fridlysta och ytterst sällsynta fjärilen Lycaeides melissa samuelis ger likadana DNA-streckkoder som en nära släkting som är relativt vanlig. Forskarna tror att de stora likheterna i fjärilarnas mitokondrie-DNA beror på att individer från de olika arterna vid sällsynta tillfällen har parat sig med varandra.

Fjärilar och fåglar hör till de grupper där tekniken har bäst förutsättningar att fungera. Djuren är redan väl undersökta, och arterna är relativt enhetliga eftersom individer kan röra sig över stora områden. Andra grupper bjuder större motstånd mot att låta sig streckkodas.

Själva ordet streckkod ger intryck av att arter är lika enhetliga och oföränderliga som varorna på en snabbköpshylla. Så är det inte alls. Till att börja med är artbegreppet oklart. I naturen kan en art gradvis ge upphov till två. Men när har utvecklingen gått så långt att man kan börja tala om två arter? Biologerna har inget entydigt svar.

Om streckkoderna ska fungera måste de skilja sig mycket mer mellan arter än inom en och samma art. Streckkoder baserade på genen COI i mitokondrierna uppfyller inte alltid det kravet.

I vissa fall är genen snarlik hos olika arter. Det gäller till exempel vissa koraller och havsanemoner som hör till de marina nässeldjuren. Det leder till att streckkoderna klumpar ihop arter som man lätt kan särskilja med blotta ögat. Analyser som bygger på en enda gen kan inte heller ge säkra besked om hybrider, det vill säga individer som uppstått genom att olika arter har korsat sig.

Inom vissa musselarter kan en och samma individ ge upphov till flera olika streckkoder. Musslornas fortplantning innebär nämligen att mitokondrierna ärvs från både han- och hondjur. Huvudregeln är annars att mitokondrier ärvs enbart på mödernet.

Slutsatsen av allt detta är att biologin är bra mycket rörigare än en stormarknad. Ett sätt att hantera röran är att ta fram streckkoder baserade på fler gener än COI, Paul Heberts föreslagna standard.

Fungerar bra på slemmaskar

– I slutändan tror jag att det blir oundvikligt att använda flera gener, säger Per Sundberg, professor i zoomorfologi vid Göteborgs universitet.

Den uppfattningen delar flertalet taxonomer som utnyttjar DNA-analyser. För botanikerna är problemet uppenbart: växternas COI-gen ändrar sig så lite från generation till generation att streckkoder enligt dagens standard inte kan skilja mellan olika arter. Men växter har andra gensekvenser som skulle kunna fungera som alternativ till COI.

Det finns dock en hel del arter där streckkoder baserade på COI fungerar bra. Per Sundberg och hans medarbetare har tagit fram flera hundra streckkoder från ett trettiotal arter av slemmaskar, vattenlevande djur som fångar havsborstmaskar och andra godsaker med sin snabel.

Maskarna är oansenliga och illa utforskade jämfört med folkliga favoriter som fåglar och fjärilar. Samma sak gäller massor av andra arter som människor sällan stöter på. Det betyder att förändringar i klimatet eller den lokala miljön kan rubba sammansättningen av arterna utan att någon upptäcker det. Och det vore omöjligt att ta prover och bestämma arterna med traditionella metoder. Det finns helt enkelt inte tillräckligt många kunniga taxonomer för att göra jobbet. Världens sammanlagda expertis på slemmaskar, dit Per Sundberg räknas, skulle lätt rymmas i en personbil. Men med DNA-streckkoder kan även mindre kvalificerade personer skilja mellan arterna.

En annan fördel är att DNA-analyser även fungerar på smådelar av en organism. Och eftersom arvsmassan följer med genom hela livet kan gentester identifiera till exempel en insektsart även som ägg eller larv.

Tekniken möter motstånd

Många ekologer gillar tanken på att använda streckkoder för att bestämma olika arter. Men tekniken har också mött motstånd. De argaste kritikerna finns bland taxonomerna.

– Överallt inom biologin kan man se hur molekylära tekniker tränger undan studier av hela organismer och fältbiologi, säger Craig Holdrege, chef för The Nature Institute i New York, USA.

Han har skrivit kritiska insändare om DNA-streckkoder i Nature och andra vetenskapliga tidskrifter. Han medger att streckkoder kan vara bra hjälpmedel om man till exempel vill ta reda på hur ett utsläpp i en sjö påverkar olika arter. Det han retar sig på är försöken att marknadsföra streckkoderna som ett viktigt verktyg för att beskriva tidigare okända arter, så kallad DNA-taxonomi.

Traditionell taxonomi går ut på att väga samman en stor mängd information om hur organismer ser ut och lever för att sortera dem i olika grupper. På vår planet finns någonstans mellan 5 och 30 miljoner växt- och djurarter enligt olika uppskattningar. Sedan Linnés dagar har taxonomerna med stor möda beskrivit ungefär 1,7 miljoner arter. Den sortens arbete kan inte ersättas med ett DNA-test och en ytlig beskrivning av hur en organism ser ut, menar Craig Holdrege. Och han är orolig för att genteknisk forskning ska ta pengar från noggranna undersökningar av hur livet på jorden faktiskt ser ut och fungerar.

Mari Källersjö på Naturhistoriska riksmuseet i Stockholm hör till dem som inte delar den oron.

– Jag tror att streckkoderna kan leda till att taxonomin får mer pengar, säger hon.

Samarbete med komplikationer

Helt klart är att det uppstår komplikationer när visionära forskare i storskaliga DNA-laboratorier ska samarbeta med taxonomer som ständigt får höra att deras verksamhet är dammig.

Paul Hebert tror att jordens alla fåglar och fiskar kommer att vara streckkodade år 2011. År 2014 hoppas han att det finns en halv miljon streckkoder från djur. År 2020 tänker han sig att så gott som alla flercelliga växter, svampar och djur som människor träffar på i naturen ska gå att identifiera med streckkoder från hans databas.

– Tidsplanerna är lite fåniga. Det är klart att man kan streckkoda allt liv om man har det i sitt labb. Men det har man ju inte, säger Mari Källersjö.

Att ta fram en DNA-streckkod i ett laboratorium går snabbt och blir allt billigare. Men för att samla in proverna behövs biologer som ger sig ut på exkursioner i Amazonas regnskogar, Iraks bergstrakter och andra platser där det kan finnas tidigare okända arter. Forskarna som ger sig ut på sådana expeditioner tigger ihop pengar från dussintals fonder. I fält drar de på sig underliga sjukdomar, och väl hemma igen arbetar de i månader med att preparera och analysera sina prover.

– Att sedan skicka materialet till ett laboratorium som har fått miljontals kronor för DNA-analyser och bara få en klapp på axeln för mödan känns förstås lite orättvist, säger Mari Källersjö.

Hon anser att en stor del av pengarna som satsas på streckkodning ska gå till taxonomerna. Genom åren har de samlat in mängder av organismer som finns på naturhistoriska museer och universitet runt om i världen. Paul Hebert och hans medarbetare i Kanada har redan fått tillgång till flera sådana samlingar.

Prover kan bli handelsvara

Per Ericson, chef för Naturhistoriska riksmuseets enhet för ryggradsdjur, skulle gärna se att länder med stor artrikedom bygger upp egna laboratorier för att göra DNA-analyser:

– Annars kan de biologiska proverna bli en handelsvara, säger han.

Per Ericson berättar om en kollega i Ryssland som nyligen skickade prover från en stor fågelsamling till de kanadensiska forskarna. Det gynnar förstås arbetet med att ta fram streckkoder. Samtidigt riskerar ryska forskare att hamna i bakvattnet om DNA-analyserna i Kanada avslöjar något intressant om hur fåglarna passar in i det som kallas arter, enligt Per Ericson.

Fåglar är den djurgrupp där arbetet med att ta fram streckkoder har kommit längst. I övrigt har streckkodningen knappt börjat. Organisationen CBOL har hittills registrerat koder för cirka 20 000 arter i sin databas, vilket motsvarar drygt en procent av alla redan kända växter och djur.

Streckkodernas förespråkare tror att tekniken kan komma till praktisk nytta även i vardagslivet. Livsmedelsinspektörer kan snabbt ta reda på vilka arter som ingår i en portion fisksoppa. Tullare kan avgöra om skinnet i ett skärp kommer från en utrotningshotad orm. Och så finns förstås förhoppningen om att bärbara artbestämmare en dag ska hjälpa vanligt folk att lära sig mer om naturen. Paul Hebert visar gärna bilder av sin science fiction-manick när han berättar om DNA-streckkoder. Per Ericson anser att syftet främst är att skapa intresse så att forskningen får mer pengar.

– Tekniken är spännande och viktig i sig, även om manicken aldrig blir verklighet, säger han.