Hva skal til for at evolusjonen stopper opp?

 (Foto: JuliusKielaitis / Shutterstock / NTB scanpix.)
(Foto: JuliusKielaitis / Shutterstock / NTB scanpix.)

Skrevet av Nils Chr. Stenseth, Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis (CEES), Institutt for biovitenskap, Universitetet i Oslo

Evolusjon skjer først og fremst fordi arter til enhver tid tilpasser seg sitt levemiljø – som til stadighet er i endring. Hva ville skjedd om alle fysiske og kjemiske endringer i dette miljøet, deriblant de klimatiske endringene, opphørte? Ville evolusjonen stoppe opp, eller ville konkurransen mellom individer i seg selv være nok til å drive evolusjonen videre? Dette er et viktig faglig spørsmål som må besvares før vi kan forstå hvilke faktorer som er de viktigste drivkreftene bak evolusjonære endringer, og få innsikt i de dypere konsekvenser av klima- og andre miljøendringer.

På en stor evolusjonskonferanse i Vancouver, Canada, i 1980 spurte den britiske evolusjonsbiologen John Maynard Smith (1920–2004): «Hvor mange er det som mener at evolusjonen vil stoppe opp, om alle fysiske og kjemiske endringer i miljøet opphører?» Forsamlingen delte seg på midten – halvparten mente evolusjonen ville stoppe, den andre halvparten mente den ville fortsette. Spørsmålet Maynard Smith stilte til forsamlingen i Vancouver har vært gjenstand for forskning i flere tiår uten stor fremgang. Etter at jeg kom i kontakt med den riktige matematikeren, har vi plutselig gjort et sprang i vår forståelse.

Charles Darwin (1809–1882) lærte oss om naturlig utvalg: De individer i en populasjon som til enhver tid er best tilpasset sitt levemiljø, vil ha størst sannsynlighet for å overleve, pare seg og føre sine egenskaper videre til neste generasjon. Samtidig er det variasjon mellom individene i de arvbare egenskapene. Miljøendringer vil derfor ofte føre til evolusjon, ettersom litt andre egenskaper enn de gamle kan være en fordel i det nye miljøet.

Sameksisterende arter i et økosystem utgjør en viktig del av en arts miljø. Arter må med andre ord ikke bare tilpasse seg endringer i det fysiske og kjemiske (det abiotiske) miljøet, men også til andre arter i økosystemet (det biotiske miljøet). En arts biotiske miljø vil som oftest endre seg til det verre for en art, når artene den interagerer med evolverer og blir bedre til å konkurrere om de begrensede ressursene.

Viktigheten av det biotiske miljøet som en pådriver for evolusjonære endringer er kjernen i Den røde dronning-hypotesen, introdusert i 1973 av den amerikanske evolusjonsbiologen Leigh Van Valen (1935–2010). Navnet på hypotesen er hentet fra Lewis Carrols bok Gjennom speilet (Through the Looking-Glass) der den røde dronningen sier til Alice: «…her i landet må du må løpe alt du kan, kun for å stå på stedet hvil». Oversatt til evolusjonsbiologi: Siden alle arter i et økosystem er i kontinuerlig endring må hver enkelt art hele tiden evolvere så raskt den kan, bare for å være like godt tilpasset miljøet som den allerede er.

Den røde dronning-hypotesen ble viet stor oppmerksomhet, og hypotesen var det oppgitte emne for min egen doktorgradforelesning i 1978. Forelesningen min ble godkjent, men da jeg skulle skrive den sammen til en vitenskapelig artikkel året etter forstod jeg at både jeg selv og opponentene til min doktorgrad hadde lite forstått!

I etterkant forstod jeg langt mer, og ble interessert i denne evolusjonsbiologiske hypotesen som er knyttet til de store spørsmål innen evolusjonsbiologien. Min nye innsikt ble publisert i en artikkel i 1979. I forbindelse med dette arbeidet korresponderte jeg med John Maynard Smith, og i 1984 publiserte vi et fellesarbeid som ga et svar på spørsmålet: «hva vil skje om alle fysiske og kjemiske endringer i miljøet opphører»? Svaret er at både fortsatt evolusjon og stopp i evolusjonen vil kunne være resultatet. Vi kom fram til at utfallet er avhengig av typen av økologiske interaksjoner som preger samspillet mellom de sameksisterende artene, uten at vi kunne konkretisere betingelsene på en mer detaljert måte. Vi kunne derfor ikke forutsi om utfallet ble det ene eller andre i konkrete tilfeller. Ikke desto mindre opplevede vi vårt arbeid som et viktig bidrag.

Etter dette dabbet den generelle teoriutviklingen av. Jeg jobbet selv videre, men hadde liten framgang. Selv om et matematisk språk utgjorde en stor del av forskningen min, var jeg ikke god nok til å formulere problemstillingen matematisk – ei heller evnet jeg å få til godt samspill med matematikere. Dette endret seg senvinteren 2015, da jeg var på et foredrag av Jan Martin Nordbotten – Bergens-matematikeren som ble professor i en alder av 27 år og er kjent for mange fra TV-programmet «Norges smarteste». Da jeg hørte på hans foredrag, forstod jeg plutselig at han jobber med den type matematikk jeg trengte. Umiddelbart etter hans forelesning tok jeg kontakt for å høre om han var interessert i å jobbe sammen med meg på dette. Det var han. For knappe to uker siden publiserte vi et fellesarbeid, i den amerikanske journalen Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Etter over 30 år kan vi nå endelig utdype svaret fra 1984. Vi har vist matematisk at i fravær av fysiske og kjemiske endringer, vil evolusjonen stoppe opp om det kun er symmetriske økologiske interaksjoner mellom sameksisterende arter i et økosystem. Symmetriske økologiske interaksjoner er konkurranse-interaksjoner der de konkurrerende artene påvirker hverandre like mye. Om det derimot er usymmetriske økologiske interaksjoner i økosystemet, vil evolusjonen kunne fortsette selv i fravær av fysiske og kjemiske endringer. Usymmetriske økologiske interaksjoner er der den gjensidige påvirkningen oppleves forskjellig for de to artene; at en art påvirkes mer enn den andre. Eksempler på dette er parasitt-vert-interaksjoner, og rovdyr-byttedyr-interaksjoner. I tillegg viste vi at jo mer asymmetri det er, jo mer sannsynlig vil vedvarende evolusjon være. Vi er nå, med andre ord, i stand til å gi klare forutsigelser av hva som vil drive evolusjonen. Sammen med paleontologer er jeg allerede i gang med å teste disse prediksjonene.

Jan Nordbotten og jeg har med dette arbeidet knyttet økologisk teori og evolusjonær teori nærmere hverandre. Videre er samarbeidet et glimrende eksempel på hvordan tverrfaglig forskning kan lede til gjennombrudd. Dette er tverrfaglig arbeid drevet av faglige utfordringer: jeg som biolog hadde et grunnleggende problem jeg ikke klarte å løse – sammen med en matematiker klarte vi å løse det.

PS: I dag er det Darwin Day, som feires verden over i anledning Charles Darwins fødselsdag. Universitetet i Oslos åpne arrangement i Vilhelm Bjerknes hus på Blindern 12. februar starter kl. 10.15, og har Richard Lenski, Marlene Zuk og andre ledende forskere på programmet for å snakke om evolusjon i dag og den nære fortid. Les mer på www.mn.uio.no/cees/dd. Universitetet i Bergens arrangement finner sted 15. februar, med foredrag av Nils Chr. Stenseth og andre. Les mer på

www.darwin.uib.no.

En annen versjon av denne teksten sto på trykk i Aftenposten 11.02.16.

Litteratur:

Liow LH, Van Valen L, & Stenseth NC (2011) Red Queen: from populations to taxa and communities. Trends Ecol Evol 26(7):349-358.

Maynard Smith J (1976a) A Comment on the Red Queen. Am Nat 110(973):325-330

Nordbotten JM & Nils C. Stenseth NC (2016) Asymmetric ecological conditions favor Red-Queen type of continued evolution over stasis. PNAS (publisert i uka som starter med 01.02.16)

Stenseth NC (1979) Where Have All the Species Gone? On the Nature of Extinction and the Red Queen Hypothesis. Oikos 33(2):196-227

Stenseth NC & Maynard Smith J (1984) Coevolution in Ecosystems: Red Queen Evolution or Stasis? Evolution 38(4):870-880.Van Valen L (1973) A new evolutionary law. Evol Theor 1:1-30