Vad gör hannar för nytta?

Den blåskimrande varelsen vrider sina utstående ögon och spretar med klorna. Blicken är stel och metallisk. Även vanliga kräftor har något utomjordiskt över sig, men hos marmorkräftorna blir alien-faktorn extra hög när man vet att de klonar sig själva och helt har avskaffat konceptet hannar.

Allt började i en plastpåse för 20 år sedan. Det tror i alla fall Frank Lyko, som är professor i epigenetik i Heidelberg, Tyskland.

− Jag pratade nyligen med en akvariehandlare som köpte en påse texas crayfish på Frankfurts akvariemässa 1995. Jag gissar att det som kom in i påsen var amerikansk träskkräfta och det som kom ut var marmorkräfta, säger han [ursprungsarten Procambarus fallax saknar svenskt namn, men en översättning av det engelska slough crayfish blir träskkräfta].

För några månader sedan beskrev Frank Lyko marmorkräftan som en egen art och en av världens yngsta arter. Att han ser just plastpåsen i Frankfurt som artens misstänkta urhem beror på att marmorkräftan inte har hittats någonstans i USA, där dess moderart träskkräftan finns. Den dök upp ”från ingenstans” i Tyskland i början av 2000-talet, efter att den tyska akvariehandlaren hade börjat sprida sin spektakulära marmorerade kräfta. Bland akvarieentusiaster blev kräftan snabbt populär, eftersom de kunde köpa en enda hona och sedan se hur hon på ett år fyllde akvariet med flera hundra småkräftor. Men hos många byttes fascinationen mot förskräckelse när inte visste vad de skulle göra av sina kräftor som bara fortsatte att klona sig. Vissa löste problemet genom att spola ner kräftorna i toaletten, vilket resulterade i att de numera lever förvildade i skilda delar av Tyskland och övriga Mellaneuropa. Med människans hjälp har de även tagit sig till Madagaskar, där de ödelägger risfält genom att knipsa av och äta upp plantorna.

Ursprungsarten, träskkräftan, fortplantar sig på vanligt sätt med hannar och honor. En träskkräftshanne parar sig gärna med en marmorkräfta, men hon blir inte befruktad, utan fortsätter att lägga obefruktade ägg som innehåller kopior av henne själv.

Genom att analysera marmorkräftans dna har de tyska forskarna gjort sig en bild av vad som troligen skedde i plastpåsen, när en hanne och en hona parade sig: En av dem hade en mutation i en könscell, alltså ett ägg eller en spermie. Normala könsceller har bara en kopia av varje kromosom, men denna muterade könscell hade dubbla kopior. När könscellerna från de två kräftorna smälte samman bildades en avkomma – en hona – som då fick tre kromosomuppsättningar i stället för två. Det kallas för att hon blev triploid i stället för haploid. Den triploida honan var så olik sina föräldrar att hon inte kunde föröka sig med hannar av deras art. Däremot hade hon fått andra egenskaper, och en av dem var att kunna få sina ägg att börja dela sig till embryon utan att befruktas.

Detta är ovanligt i djurvärlden, men inte unikt. Exempelvis bladlöss och vattenloppor fortplantar sig för det mesta utan hannar, och hjuldjur gör det alltid. Spontan jungfrufödsel förekommer i alla grupper av ryggradsdjur utom däggdjur. Från djurparker finns en rad dokumenterade fall bland exempelvis hajar, ormar och ödlor.

Komodovaranen Sungai på Chester zoo i Storbritannien överraskade världen 2006 med att bli mor till fyra friska ungar, trots att hon inte hade träffat en hanne på två och ett halvt år. Bara några månader senare gjorde en annan brittisk komodovaran samma sak, utan att någonsin ha delat bur med en hanne. Att kalkoner kan fortplanta sig utan hannar har varit känt sedan 1800-talet, och höns verkar också ha den förmågan, även om det bara finns ett dokumenterat fall där en jungfrufödd kyckling överlevt.

När honor befinner sig i en bur är det förstås lätt att avgöra om de har haft kontakt med hannar eller inte. I vilt tillstånd blir det svårare att bevisa jungfrufödslar, men även här finns exempel. Den amerikanska whiptail-ödlan förökar sig enbart genom jungfrufödsel, och 2015 upptäckte amerikanska forskare i en rutinmässig dna-analys att även den småtandade sågfisken kan klona sig: 7 av 190 undersökta sågfiskar hade endast en förälder. Eftersom denna fisk har minskat kraftigt i antal tolkar forskarna detta som ett sätt att hantera svårigheten att hitta en partner. På många håll kan arter övergå till jungfrufödsel i utkanten av sitt utbredningsområde, där förhållandena ligger på gränsen till vad de klarar av. Exempelvis hittar man fler asexuella arter i öknar än i bördigare områden. Detta kallas geografisk partenogenes och säger något om fördelarna med asexuell förökning, enligt Kerstin Johannesson, som är professor i marinekologi vid Göteborgs universitet.

− En självklar fördel med att vara partenogenetisk är att det räcker med en enda hona för att kolonisera ett nytt område. I besvärliga miljöer kan det också vara en fördel att snabbt kunna återkolonisera områden där arten slagits ut.

Kerstin Johannesson har specialstuderat en sådan art, där en enda asexuell hon-individ har erövrat stora delar av Bottenhavet. Det handlar om smaltång, en släkting till blåstång. Tångplantor är normalt hannar eller honor och förökar sig med ägg och spermier, som möts i sommarnatten när det är fullmåne. Men i de minst salta delarna av Östersjön är livsmiljön som en öken för marina organismer, och där har smaltången nästan helt och hållet slutat att ha sex. Där härskar en superhona som inte är beroende av att hennes ägg ska möta rätt spermier vid rätt tidpunkt – vilket har förenklat spridningen enormt. Hon-klonen av smaltång verkar ha spritt sig effektivt under Östersjöns barndom för 8 000 år sedan – och när den väl hade fått ett litet försprång hann den helt enkelt före alla andra i koloniseringen av Bottenhavet.

Egentligen är det inte svårt att hitta fördelar med en asexuell livsföring. Organismen slipper lägga energi på att hitta en partner och att uppvakta denna. Och för den som har hittat ett koncept som fungerar försvinner risken nästan helt att få in dåliga gener. Men varför är det i så fall inte vanligare med jungfrufödsel? Diskussionen om meningen med sex är något som har sysselsatt biologer länge.

− Det är en 10 000-kronorsfråga – och det finns egentligen inga självklara svar – men det stora problemet med asexualitet är troligen att inte kunna ändra sig tillräckligt snabbt i en värld som hela tiden förändras, säger Kerstin Johannesson.

Hon beskriver omblandningen av hannens och honans gener som att lägga en patiens.

− Man får inte samma resultat om man lägger den två gånger – det blir olika upplägg fastän man har samma kortlek. Och det är alltså detta som sexuell förökning åstadkommer.

Ett annat sätt att få in variation är att kasta in helt nya kort i kortleken, vilket händer när mutationer uppstår i arvsmassan. Bakterier kan fånga upp omvärldens förändringar genom att mutera. Det kan i och för sig alla organismer, även vi människor. Men användbara mutationer är väldigt sällsynta, och för oss som har längre tid mellan generationerna tar det för lång tid att vänta in dem, förklarar Kerstin Johannesson.

Hur klarar sig då den nya arten marmorkräfta? Alla individer är genetiska kopior av den första honan, men en fördel hos denna hona var att hon hade stor variation i sin arvsmassa. Föräldrarna till urhonan måste ha varit väldigt obesläktade, vilket tyder på att de fördes samman från skilda delar av träskkräftans utbredningsområde, troligen med mänsklig hjälp, i en plastpåse. Den stora variationen och det faktum att marmorkräftan är triploid, med tre kromosomuppsättningar, gör att arten har en stor genpool. Men vad hjälper det, när de nya kräftorna bara blir exakta kopior av urhonan?

Jo, även om två individer är identiska kan de skilja sig åt i hur generna slås på och av. Det ger marmorkräftorna vissa möjligheter att anpassa sig till en ny miljö, vilket de verkar göra eftersom de klarar sig i så vitt skilda miljöer som Tyskland och Madagaskar. De klarar många olika sorters föda, temperatur och vattenkvalitet. Exempelvis har de hittats i en gruvdamm med mycket surt vatten – pH 4 – där inga andra kräftor eller fiskar klarar av att leva.

Men har då denna superkräfta inga svaga punkter, som kan utnyttjas för att hindra den från att sprida sig ohejdat och rubba befintliga ekosystem? Det enda forskarna i Heidelberg har noterat är att marmorkräftorna inte tål koppar, men att bekämpa dem med koppar skulle innebära att nästan allt övrigt vattenliv strök med på samma gång. Hur långt norrut som marmorkräftorna klarar sig återstår att se. I Sverige gjorde arten en tillfällig visit i Märstaån 2012. Kräftforskaren Lennart Edsman på Sveriges lantbruksuniversitet var en av dem som snabbt var på plats och lyckades eliminera arten.

− Men det här var i november. Jag är fortfarande tveksam till om de skulle klara att reproducera sig på våra breddgrader. Ursprungsarten hör trots allt hemma i Florida, säger han.

Antagligen kommer vi förr eller senare att få veta det. För trots att det sedan 2016 är förbjudet att handla med arten inom EU, är det lätt att beställa en marmorkräfta över nätet från USA. Och konsekvenserna kan bli allvarliga. Exempelvis kan marmorkräftan bära på kräftpest, den sjukdom som redan har slagit ut stora delar av Sveriges naturliga bestånd av flodkräfta.

Man kan fråga sig om marmorkräftan har hittat ett sätt att både äta kakan och ha den kvar: att kunna föröka sig effektivt och samtidigt anpassa sig till förändringar.

Svaret är nja. Det är sant att marmorkräftan verkar kunna anpassa sig snabbt, genom epigenetik, det vill säga att generna slås på och av beroende på vad som fungerar i olika miljöer. Det kan till och med gå snabbare än vid vanlig sexuell fortplantning, där det tar minst en generation för bra gener att föras vidare och för mindre lämpliga att försvinna. Men nackdelen med jungfrufödsel är att skadliga mutationer aldrig försvinner. Hos sexuella arter kan avkomman slippa undan dåliga mutationer genom att de kombineras med friska anlag från den andra förälderns dna-sträng. Men hos asexuella arter ansamlas fler och fler dåliga mutationer i arvsmassan, vilket blir ett problem i det långa loppet.

− Asexuella arter uppstår då och då, men ofta blir de inte så långlivade. De brukar överleva någonstans i storleksordningen 10000 till 100000 år. Det är länge ur vårt perspektiv, men för en art är det inte så mycket, säger Frank Lyko.

Att överge konceptet sex ger alltså en generellt kortare livslängd som art. Men det finns några lysande undantag. Ett av dem är hjuldjuren, millimeterstora vattendjur som har fortplantat sig med jungfrufödsel i åtminstone 50 miljoner år. De har kallats evolutionens skandal, eftersom de vänder upp och ner på hela idén om hur de mest lämpliga generna ”väljs ut” ur en stor mängd och förs vidare. De drygt 400 arterna av hjuldjur är tuffa överlevare som klarar många års total uttorkning och högre doser av joniserande strålning än något annat studerat djur. En förklaring till deras anpassningsförmåga genom årmiljonerna är att de kan snatta gener från andra arter, som bakterier, svampar och växter. Riktigt hur detta gen-snatteri går till är ännu inte klarlagt. Hjuldjuren kommer att sysselsätta forskare under lång tid framöver.

Att helt och hållet avskaffa hannar och sex är dock ett undantag. Egentligen skulle man kanske fråga sig varför inte fler arter satsar på att blanda sexuell och asexuell förökning, menar Kerstin Johannesson.

− Då får man ju det bästa av två världar. Det behövs inte så väldigt mycket sexuell reproduktion för att upprätthålla anpassningsförmågan.

Bladlöss och vattenloppor, exempelvis, börjar med sexuell förökning på våren och fortsätter sedan med många generationer jungfrufödslar fram till hösten. Den här strategin fungerar förstås bättre i grupper med korta generationstider, tror hon.

− Evolutionen är en ständig kapplöpning med omvärlden, där man till exempel måste hänga med de snabba mikroorganismerna. Jungfrufödsel bromsar upp evolutionen.

Men kanske är mix-strategin vanligare än vi tror. Det antyder till exempel fallen av asexuell förökning från olika djurparker. Dock finns det en grupp som sticker ut: däggdjuren. Hittills har ingen spontan jungfrufödsel dokumenterats bland däggdjur, med undantag för en japansk genmanipulerad laboratoriemus som behandlades med elchocker, enligt en studie som publicerades i Nature 2004. Och möjligen jungfru Maria, kanske vissa vill tillägga. Vore det inte praktiskt om även människor kunde fortplanta sig asexuellt ibland, om man till exempel har svårt att hitta en partner?

Men här finns en spärr i fosterutvecklingen hos oss däggdjur, som kallas genetisk prägling. Normalt används ordet ”prägling” för exempelvis en ankunge som fäster sig vid det första föremål den får se efter kläckningen, i tron att det är dess mamma. På samma sätt verkar vissa däggdjursgener präglas på den förälder som de kommer ifrån. Generna fungerar olika beroende på om de härstammar från mamman eller pappan. För vissa kritiska gener betyder detta att om ett embryo får båda kopiorna av en gen från sin mamma, som vid jungfrufödsel, så kommer den genen inte att uttryckas alls. Det finns en mekanism som gör att embryot stöts bort om det inte har både hanliga och honliga anlag. Nästa fråga blir förstås varför just däggdjuren har en sådan spärr.

Det kan ha att göra med att däggdjuren är de enda djur som bär en färdig avkomma inom sig, i stället för att lägga ägg. Det tror Nico Michiels, som är professor i zoologi vid Tübingens universitet i Tyskland och specialiserad på sexuell evolution. Den genetiska präglingen, som stoppar däggdjursembryon från att utvecklas om de inte har både hanliga och honliga anlag, beror enligt honom på en kapprustning mellan hannen och honan:

− Medan faderns gener vill programmera fostret att ta så mycket resurser som möjligt från modern, så vill moderns gener motverka det. Hon har ju inte bara intresse av detta foster, utan också av sin egen och sina framtida fosters överlevnad.

Om enbart moderns gener fick bestämma skulle fostret ta mindre näring från modern och födas vid en mindre storlek, och om bara fadersgenerna fick bestämma skulle fostret bli mycket större, för att öka sina chanser att klara sig bra genom livet. För att utvecklas normalt behöver alltså däggdjursfostret en kombination av båda.

− Om man jämför med exempelvis fågelägg, så produceras de omedelbart efter befruktningen och får en bestämd mängd resurser. Budgeten är klar, det finns ingen chans för hannens gener att göra ägget större, säger Nico Michiels.

Svaret på frågan om varför däggdjur inte klarar sig utan hannar skulle i så fall bli att däggdjurshannarna har gjort sig själva oumbärliga. Om den genetiska präglingen från hannarna inte hade stoppat utvecklingen av foster med bara honliga anlag, skulle kvinnor kanske ha kunnat föda minikvinnor, helt utan manlig inblandning.

Kerstin Johannesson tror dock att det kan finnas alternativa förklaringar. En sådan skulle kunna vara att jungfrufödsel är en rest av ett ursprungligt sätt att fortplanta sig.

− Kanske är det helt enkelt så att vissa grupper har bevarat den här förmågan, medan andra har tappat den.

Jungfru Marias jungfrufödsel skulle hur som helst ha varit mer sannolik om Maria hade varit en haj eller ett hjuldjur. Fast även om hon hade varit det så kvarstår ett problem, ifall hennes jungfrufödsel ska tolkas bokstavligt – nämligen själva Jesus. Hankönet hos de flesta djurgrupper, liksom hos oss människor, kräver en y-kromosom från fadern. En artikel i Current Biology från 2015 slår fast att det finns en liten möjlighet att jungfru Maria faktiskt skulle ha kunnat föda ett barn genom kloning. Men i så fall skulle det ha blivit en dotter. 

Cancerforskarnas drömdjur – som inte smiter

Många ser marmorkräftans sätt att klona sig själv som ett problem. Men för cancerforskarna i Heidelberg är kräftan en perfekt modellorganism för att studera cancerns gåta.

Det är lite förvirrande att närma sig det väldiga universitetskomplexet Deutsches Krebsforschungszentrum. Krebs betyder kräfta på tyska. Sysslar verkligen alla i detta campus enbart med kräftor? Men svaret är förstås att Krebs också betyder cancer. Även i Sverige kallades ju sjukdomen förr för kräfta, eftersom den första undersökta cancersvulsten liknade en kräfta. På cancerforskningsinstitutet finns dock sju forskare som ägnar sig åt just kräftor, och närmare bestämt marmorkräftor.

Eftersom marmorkräftorna fortplantar sig genom kloning har de vissa likheter med en cancercell. Både kräftan och cancercellen klonar sig. Deras avkomma blir alltså en exakt kopia av dem själva, men ändå kan de anpassa sig till olika miljöer. I kräftans fall till nya vatten, och i cancerns fall till nya delar av kroppen. Denna möjlighet till anpassning kallas epigenetik och handlar om att gener kan forma individerna olika, trots att dna-koden är konstant. Om man liknar dna-koden vid ett bibliotek så är det epigenetiken som avgör vilka böcker som blir lästa, och hur de används.

Marmorkräftan är en bra modellorganism för att komma närmare svaren på cancerns gåta, förklarar Frank Lyko:

− Om vi kan förstå hur klonade kräftor kan anpassa sig till nya förhållanden, kan det kanske ge en ledtråd till hur cancerceller kan anpassa sig till nya delar av kroppen. Det är epigenetisk grundforskning.

I början av Frank Lykos forskarkarriär använde han honungsbin. De fungerar också som epigenetiska modellorganismer, eftersom bi-larver med identiska gener kan utvecklas till drottningar eller arbetare beroende på vilken mat de får. Generna för könsbestämning slås på eller av beroende på omvärldsfaktorer. Men bina var besvärliga laboratoriedjur, eftersom de behöver vara utomhus och inte är aktiva under vintern. Dessutom tröttnade den epigenetiska forskningsgruppen på att bli stuckna. De bytte därför till afrikanska vandringsgräshoppor i stället. Gräshopporna styrs också av epigenetiska förändringar när de, beroende på tillgången på mat, växlar mellan flockbildande generationer och ensamlevande generationer.

− Men det var ännu värre! Det var en enda röra här på labbet med gräshoppor som hoppade till höger och vänster och rymde hela tiden, säger Frank Lyko med rynkad panna.

Nu är han mycket nöjd med marmorkräftorna, som håller sig lugna i sina akvarier.

Mänskliga enäggstvillingar skulle också kunna ge en del epigenetiska svar, men då handlar det bara om två individer med likadan arvsmassa. Av kräftorna finns det miljoner, i många olika miljöer, konstaterar Frank Lyko och ser nästan salig ut över kräftornas effektiva spridning, som många andra betraktar som en skräckhistoria. 

Jungfrufödsel både med och utan ryggrad

Jungfrufödsel har dokumenterats hos omkring 70 olika ryggradsdjur. Men det är vanligast bland ryggradslösa arter. Här är några exempel.

Bladlöss

Här går det riktigt fort – redan som embryo kan bladlusen vara havande med en ny hona.

 

Komodovaraner

Världens största ödla som kan väga upp till 70 kilo. Förmodligen är jungfrufödseln praktisk när en ensam hona hamnar på en ny ö i den indonesiska övärld där arten lever.

 

Whiptail-ödla

En av få större arter som reproducerar sig enbart med jungfrufödsel. Ödlan verkar inte ha någon brist på genetisk variation, förmodligen eftersom den är en hybrid mellan två ödlearter och håller sig med två intakta genpooler.

 

Kalkon

Kalkoners förmåga att få söner utan någon far har varit känd sedan 1800-talet. Dock enbart söner efter- som fåglars könsbestämning fungerar annorlunda än hos däggdjur

Hammarhaj

År 2001 föddes en hammarhaj med jungfrufödsel på ett zoo, vilket blev det första konstaterade fallet bland hajar. Nu har det observerats hos sex arter av hajar och rockor.

Jungfru Maria får betraktas som ett obekräftat fall av jungfrufödsel bland människor.