I en stor koncertsal, foran et begejstret publikum på tusindvis af mennesker, oplever Masatoshi Nei en teknisk fejl.
Biologen har netop modtaget Japans prestigefyldte Kyoto-pris i grundlæggende videnskaber, som hædrer hans banebrydende udforskning af evolution på molekylært niveau. De internationale mediers, diplomaters og honoratiores øjne og ører, herunder Japans prinsesse Takamado, er rettet mod den 82-årige, som holder sin takketale, eller forsøger at holde den. På en massiv skærm over ham bevæger et diasshow sig tilfældigt frem og tilbage, mens Nei forsøger at præsentere teknikker, som han har været banebrydende for, og som har revolutioneret hans felt – og teorier, der udfordrer nogle af dets mest dybt rodfæstede idéer.
“Undskyld,” siger Nei til sit publikum med et elskværdigt grin. “Jeg stræber altid efter teori, ikke efter det praktiske.”
Praksis har imidlertid været en ledende kraft i hele Nei’s karriere, lige fra hans tidlige landbrugsforskning til hans årtier lange søgen efter at flytte evolutionsbiologien væk fra subjektive feltobservationer og over til objektive, matematisk baserede analyser på molekylært niveau. I 1972 udtænkte han en nu meget udbredt formel, Nei’s standard genetiske afstand, som sammenligner nøglegener fra forskellige populationer for at vurdere, hvor længe siden grupperne adskilte sig fra hinanden. I begyndelsen af 90’erne var Nei medudvikler af gratis software, der skaber evolutionære træer baseret på genetiske data. To årtier senere er Molecular Evolutionary Genetics Analysis, eller MEGA, stadig et af de mest anvendte og citerede computerprogrammer inden for biologien.
Men det er hans teori om naturlig selektion, som Nei udviklede i 80’erne og uddybede i bogen Mutation-Driven Evolution fra 2013, som forskeren ønsker at se omfavnet, citeret og undervist i på skolerne.
Et par dage efter at hans præsentationsdias endelig samarbejdede, talte Nei, der er direktør for Institute of Molecular Evolutionary Genetics ved Pennsylvania State University, med Discover om, hvor han mener, at Darwin tog fejl.
Discover: Du begyndte din akademiske karriere i Japan i 50’erne som assisterende professor i landbrugsvidenskab. Hvordan udviklede du dig, uden ordspil, til en molekylærbiolog, der tog kampen op med Darwin?
Masatoshi Nei: Jeg ønskede at gøre populationsgenetik nyttig og praktisk anvendelig, så jeg gik ind i planteforædling. Men jeg begyndte at spørge mig selv, hvorfor fænotopisk evolution finder sted? Jeg var interesseret i det på et genetisk niveau. Charles Darwin sagde, at evolutionen sker ved naturlig udvælgelse i tilstedeværelse af kontinuerlig variation, men han beviste aldrig, at naturlig udvælgelse finder sted i naturen. Han argumenterede for det, men han fremlagde ikke stærke beviser.
Men blandt de mennesker, der arbejder med evolution, mener de fleste af dem stadig, at naturlig udvælgelse er drivkraften.
Hvis man siger, at evolution sker ved naturlig udvælgelse, ser det videnskabeligt ud sammenlignet med at sige, at Gud har skabt alting. Nu siger de, at naturlig udvælgelse har skabt alting, men de forklarer ikke hvordan. Hvis det er videnskab, er man nødt til at forklare hvert enkelt trin. Det er derfor, jeg var utilfreds. Bare en udskiftning af Gud med naturlig udvælgelse ændrer ikke ret meget. Man er nødt til at forklare hvordan.”
Q: Okay, så forklar hvordan.
A: Alle dele af vores krop styres af molekyler, så du er nødt til at forklare på et molekylært niveau. Det er den virkelige mekanisme i evolutionen, hvordan molekyler ændrer sig. De ændrer sig gennem mutation. Mutation betyder en ændring i DNA gennem f.eks. substitution eller indsættelse . Først skal der ske en ændring, og derefter kan den naturlige udvælgelse virke eller ikke virke. Jeg siger, at mutation er den vigtigste drivkraft i evolutionen. Naturlig udvælgelse forekommer naturligvis nogle gange, fordi nogle typer variationer er bedre end andre, men det er mutationen, der har skabt de forskellige typer. Den naturlige udvælgelse er sekundær.
Q: En udenforstående, der kigger ind i debatten, vil måske sige, at du og andre forskere spalter hårene, at både mutation og naturlig udvælgelse er drivkraften bag evolutionen. Hvad svarer du?
A: Jeg studerer ikke karakteren eller funktionen; jeg studerer det gen, der styrer den. Min holdning er, at mutation skaber variation, hvorefter den naturlige udvælgelse måske eller måske ikke fungerer, den vælger måske eller måske ikke den gode variation og eliminerer den dårlige, men den naturlige udvælgelse er ikke drivkraften.
I neodarwinismen er evolutionen en proces med stigende fitness . I den mutationsdrevne evolutionsteori er evolutionen en proces, der øger eller mindsker en organismes kompleksitet. Vi har en tendens til at tro, at naturlig selektion udvælger én type. Men der er mange typer, og alligevel er de OK. De kan overleve, intet problem.
For eksempel, hvis blå øjne af en eller anden grund er bedre i Skandinavien, har den mutation en selekteret fordel, og så vil den fordel naturligvis forekomme mere i den population. Men først skal man have mutationen. Og selve den naturlige selektion er ikke så entydig. I visse tilfælde er den det, men ikke altid. Genfrekvensen af blå øjne kan også være steget ved en tilfældighed, snarere end ved naturlig udvælgelse. Den blå øjenfarve kan være lige så god som grøn. Begge kan se.
Q: I 1968 foreslog din ven og mentor Motoo Kimura den neutrale teori om molekylær evolution, hvor han argumenterede for, at de fleste mutationer, der forekommer, hverken har fordelagtige eller skadelige konsekvenser for en organisme. Hvordan tog du den neutrale teori et skridt videre med den mutationsdrevne evolutionsteori?
A: Kimura mente, at morfologi udvikler sig gennem naturlig udvælgelse. Han anvendte neutral teori kun på et molekylært niveau. Jeg siger, at den også kan bestemme morfologiske egenskaber, fordi DNA bestemmer alt, men det har ikke været så let at bevise dette. Fyrre eller 50 år senere forsøger jeg stadig at bevise det.
Q: Et af dine mest betydningsfulde bidrag til området er Nei’s standard genetiske afstand, en formel, der bestemmer, hvornår forskellige populationer er divergeret på baggrund af matematisk analyse af deres genomer. Men denne formel forudsætter, at hastigheden af genetiske ændringer er konstant. Tror du, at menneskelig aktivitet – fra overfiskning til afbrænding af fossile brændstoffer til belysning af vores byer og motorveje med kunstigt lys – kan være med til at fremskynde mutationshastigheden?
A: Jeg tror, at der er et mutagent element i menneskelig aktivitet, men det er svært at samle beviser. Det er kun sket i, lad os sige, de sidste 10.000 år, og jeg ved ikke, om det ændrer mutationshastigheden. Man kan identificere, hvor mange forskellige mutationer der er sket, men ikke altid hvordan.
Q: Du har talt om mutationsdrevet evolution i mere end tre årtier. Hvorfor tror du, at flertallet af evolutionsbiologer fortsat er i den naturlige selektionslejr?
A: Jeg gav først udtryk for dette enkle synspunkt i 1975 i min bog Molecular Population Genetics and Evolution og i 1987 i et kapitel i en anden bog, men ingen ændrede deres synspunkter eller lærebøgerne. På det tidspunkt var molekylærbiologien naturligvis ikke udviklet alt for langt endnu, og den traditionelle evolutionsbiologi overvejede kun morfologien og ikke, hvordan variationen opstod.
Som nogle fugle har f.eks. en variant af hæmoglobin, der gør det muligt for dem at flyve over Himalaya i meget store højder. Nogle alligatorer har en anden variant af hæmoglobin, der gør det muligt for dem at holde sig under vandet i meget lang tid. Dette har været kendt i et stykke tid, og alle mente, jamen, der findes variation i populationerne, men den nødvendige betingelse må bare være naturlig udvælgelse.
Q: I 1987 var du medforfatter til en artikel sammen med Naruya Saitou, der beskrev nabosammenføjningsmetoden, en ny algoritme til at skabe evolutionære træer ved at arbejde baglæns baseret på vigtige genetiske forskelle mellem beslægtede arter, idet idéen er, at jo nyere en art har afveget fra en anden, jo mere ens vil deres DNA være. Den er blevet citeret mere end 34.000 gange i årenes løb og er blevet en hjørnesten i den molekylære evolutionsbiologiske forskning. Hvorfor mener du, at den var så indflydelsesrig?
A: Det er enkelt. Jeg havde udviklet teorien om genetisk afstand, fordi jeg ønskede at lave et fylogenetisk træ, og afstand kan bruges til at lave træer. Men jeg var også interesseret i statistik. Så jeg kombinerede de to metoder. For at teste den lavede vi først computersimuleringer: Vi genererede en DNA-sekvens for et evolutionært træ, hvor vi allerede vidste, hvor træet forgrenede sig. Derefter brugte vi statistik, nabosammenføjningsmetoden, til at rekonstruere træet og teste, om det lignede det faktiske fylogenetiske træ. Det gjorde det, og på den måde vidste vi, at denne metode gav en ret god idé om, hvordan arterne udviklede sig og adskilte sig.
I begyndelsen var andre biologer fanatikere om at holde fast i tidligere metoder til at beregne slægtskabsforhold mellem arter. Der var en masse dumme slagsmål i 80’erne, men jeg insisterede på, at det ville fungere. Hvis vi f.eks. bruger 100 genetiske sekvenser, kan vi lave et neighbor-joining tree i løbet af få sekunder. Med den almindelige metode ville det tage måneder. Og efter at have arbejdet i månedsvis var resultatet næsten altid det samme som med neighbor-joining-metoden.”
Q: Du har ved flere lejligheder udtalt, at du er klar til en masse kritik af din seneste bog, Mutation-Driven Evolution fra 2013. Hvorfor?
A: Jeg fremlagde sådanne synspunkter i min bog Molecular Evolutionary Genetics fra 1987, men folk var ikke opmærksomme. Lærebøger om evolution har ikke ændret sig: De siger stadig, at naturlig udvælgelse forårsager evolutionen. Mine synspunkter blev fuldstændig ignoreret. I den bog diskuterede jeg mange statistiske teknikker, og kun i det sidste kapitel diskuterede jeg problemet med, at naturlig selektion ikke er bevist. Det kapitel overbeviste ikke mange mennesker, tror jeg, fordi de allerede havde en forudfattet opfattelse af, at naturlig selektion må være den drivende kraft, fordi Darwin sagde det. Darwin er en gud i evolutionen, så man kan ikke kritisere Darwin. Hvis man gør det, bliver man stemplet som arrogant.
Men hver gang en videnskabelig teori behandles som et dogme, er man nødt til at sætte spørgsmålstegn ved den. Dogmet om naturlig selektion har eksisteret længe. De fleste mennesker har ikke sat spørgsmålstegn ved det. I de fleste lærebøger står det stadig, at det er sådan. De fleste studerende er uddannet med disse bøger.
Du er nødt til at sætte spørgsmålstegn ved dogmer. Man skal bruge sin sunde fornuft. Du er nødt til at tænke selv, uden forudfattede meninger. Det er det, der er vigtigt i videnskaben.
Denne artikel blev oprindeligt trykt som “We Are All Mutants.”