Drungalegur fróðleiksmoli

Reyndar eru fróðleiksmolarnir nokkrir, og verða raktir hér. Fólk hefur vitað um nokkuð skeið að dánartíðni nýbura er hærri en eldri barna. Af einhverju ástæðum er hættulegt að fæðast, hver svo sem orsökin er. Fæðing er ekki rólegasti atburður sem manneskja upplifir, hvort sem um er að ræða móður eða barn. Nýburinn þarf einnig að virka í nýju umhverfi, anda að sér súrefni, og takast á við nýja nærningu, nýja sýkla og allt sem því fylgir.

Eins og fyrirsögnin á frétt mbl.is, þá er dánartíðni drengja hærri en stúlkubarna, sem einnig hefur verið vitað um nokkuð skeið. Ástæðan er aftur á móti ókunn. Ein kenning þróunarfræðinnar er að fóstur og móðir takist á um næringu, og e.t.v er þessi togstreita hatrammari milli mæðgina.  

Grein Drevenstedt og félaga í PNAS byggir á niðurstöðum Trovato og Lalu frá 1996, sem sýnir sinn fram á að dánartíðni kynjanna hefur breyst á síðustu árum (sjá agrip). Niðurstaðan er sú að dánartíðni karlkyns nýbura var jókst um rúmlega helming frá 1870 til 1970 (um er að ræða hlutfallslega dánartíðni drengbarna miðað við stúlkubörn, sem var 10% milli 1751 og 1870, en um 30% 1970). En síðan virðist tilhneygingin vera að ganga til baka á síðustu 30 árum. Rétt er að árétta að gagnasettið sem byggt er á er mjög umfangsmikið, frá mörgum þjóðlöndum og spannar um tvær aldir (www.mortality.org). Niðurstöður Drevenstedt og félaga eru mjög forvitnilegar, og leiða eðlilega til tveggja spurninga.

Hvað er það sem jók dánartíðni drengja á vesturlöndum á tímabilinu fram til 1970?

Getur eitthvað útskýrt lækkunina í dánartíðni eftir þann tíma?

Svarið við fyrri spurningunni gæti verið það að umhverfið hafi breyst, t.d. varð fæðuframboð betra, læknisfræðinni fleygði fram og þar fram eftir götunum. Höfundar greinarinnar leiða að því rök að framfarir í læknisfræðinni, sérstaklega aukning á keisaraskurðum, sé ástæðan fyrir því að hlutfallslegar lífslíkur drengja sé að aukast aftur. Rakið er í greininni að meiri líkur er á að drengbörn lendi í vandræðum í fæðingu. Augljóst er að frekari rannsókna er þörf til að útkljá málið.

Með aukningu á keisarskurðum og betri aðhlynningu fyrirbura, koma upp spurningar um það hvernig fyrirburum farnast í lífinu. Nýleg samantek, rædd í the Guardian, bendir til þess að fæðingar fyrir tímann dragi úr lífslíkum, öll æsku og unglings árin. Áhrifin eru sterkust fyrir börn sem fæðast mjög snemma, en eru einnig umtalsverð fyrir þá sem fæðast milli 28 og 32 viku. 

Orðaræða um rannsóknir á þessu sviði eru eilítið drungalegar, enda viðfangið dauðinn. Viðfangsefnið er erfitt fyrir fólk (sem er e.t.v. ástæðan fyrir því að engin hefur skrifað pistil við þessa frétt), og af einhverjum ástæðum erfiðara en smit eða erfðasjúkdómar. Er það furða að áherslan sé á rannsóknir á langlífi?

Meiri líkur á að nýfæddir drengir deyi

Vistkerfi í einum ananas

Ein af stóru viðfangsefnum vistfræðinnar er stöðugleiki vistkerfa, eða óstöðugleiki þeirra. Sú hugmynd er djúpt greypt í sálartetur okkar, að umhverfið og veruleikinn sé stöðugur. Á það sama ekki við um lífheiminn og tegundirnar?

Til eru ofgnótt staðfestinga um hið gagnstæða. Tegundir, t.d. samstanda af mörgum einstaklingum og er enginn þeirra eins. Við gætum lýst einhverjum meðal einstaklingi, t.d. meðalþorski (meðalþyngd, lengd, fituinnihald, sundhæfni, kjördýpi...) á hverju ári, en það er öruggt að meðalþorskurinn verður ekki eins á næsta ári, eða þar næsta. Tegundirnar breytast sífellt vegna áhrifa náttúrulegs vals (sem getur verið breytilegt öld frá öld, dag frá degi).

Á sama hátt er augljóst að vistkerfi eru sífelldum breytingum háð, fjöldi einstaklinga hinna mismunandi tegunda breytist, eins samsetning tegunda og eiginleikar lífveranna. Eins er dreifning tegunda í tíma og rúmi ójöfn. Rannsóknir á vistkerfi Mývatns undirstrika þessa niðurstöðu á áhrifamikinn hátt, þar sveiflast efri hluti fæðukeðjunnar með sveiflum í mýinu, en stundum siglir vistkerfið lygnan "meðal"sjó. Þótt heildarframleiðni vistkerfis Mývatns hafi hangið stöðug nokkur ár í röð, þýðir það ekki að um stöðugt vistkerfi sé að ræða, eins og Árni Einarsson og félagar sýndu fram á.

Á jarðfræðilegum tímaskala er Mývatn frekar nýlegt fyrirbæri, og að öllum líkindum mun vatnið fyllast af lífrænum efnum ein góðann veðurdag. Önnur búsvæði eru mun skammlífari, t.d. vistkerfi gerla í meltingarvegi okkar, sem endast kannski 100 ár, ef vel fer (líklegt er að meltingarvegs vistkerfi taki einhverjum breytingum á lífsferli okkar). Annað dæmi eru litlir pollar sem myndast í laufkrónu ættingja ananasplantna (fjölskyldan kallast Bromeliaceae). 

Myndin er fengin af síðu Caltech um regnskóga.

Ávöxturinn ananas myndast utan um stilk plöntunar, úr mörgum litlum blómum (hver geiri af ananas er eitt blóm), og laufkrónan situr á topp stilksins. Í mörgum tegundum ananasplantna (þó ekki þeim ræktuðu) sest vatn í laufkrónurnar, allt að tveimur lítrum hjá sumum tegundum. Talið er að þetta sé m.a. leið til að geyma vatn. En um leið sannast hið fornkveðna, þar sem er vatn, er líf. Í þessum tjörnum finnst margt kvikt, sniglar, skordýr, örsmáar salamöndrur (2.5 sm langar) og krabbar. Margar þessara tegunda hafa aðlagast þessu sérkennilega búsvæði, þótt óstöðugt sé. Dásemdir þessa vistkerfis eru raktar í ljómandi pistli Oliviu Judson, á vefsíðu New York Times. Pistillinn er ljóðrænn og þótt hún færi örlítið í stílinn, sem er algengt hjá visindafréttamönnum, get ég eindregið mælt með lesningunni.

Er maður ekki bættari að vita að vistkerfi geta dulist í litlum pollum í laufþykkni?

Hobbitar, joðskortur eða ráðgáta

Sumar fyrirsagnir skekja þekkingu okkar og umbylta heiminum. Fréttamenn þrífast á grípandi fyrirsögnum, og eins og við höfum rætt hér áður, gerast sumir vísindamenn sekir um ónákvæmt orðalag, til þess eins að vekja athygli á rannsóknum sýnum.

Peter Brown og félagar kynntu leyfar af smávaxinni mannveru, sem fannst á eyjunni Flores, í grein árið 2004 sem hlaut nafnið Homo floresiensis. Hobbitanum, svokallaða var misjafnlega tekið, sérstaklega þar sem leyfarnar voru u.þ.b. 18.000 ára gamlar. Menn héldu að Homo sapiens hafi verið eini fulltrúi mannapa á þessu skeiði, eftir að Neanderthals maðurinn rann sitt skeið. Mannfræðingar hafa tekist á um hobbitan um nokkura ára skeið og er ráðgátan enn óleyst (þetta er stundum svona í vísindum, sumar tilgátur er erfitt að afsanna!)

Tveir nýjir fletir hafa komið upp á málinu á árinu, annar fræðilega athyglisverður, hinn síður.

Fyrst, og veigameiri er tilgáta sem Dr Peter Obendorf við RMIT Háskólan í Melbourne kom með. Hann heldur fram að Homo floresiensis sé ekki raunveruleg tegund, heldur meðlimir okkar tegundar, sem hafi liðið næringarskort. Þeir vísa sérstaklega á hlutverk fyrir joð og selenium. Joð er í skjaldkirtilshormóni og skortur á hvorutveggja leiðir til dvergvaxtar (sjá umfjöllun í the Guardian).

Í öðru lagi birti Lee Berger prófessor í Suður Afríku, grein í PLoS One sem lýsir mannvistarleyfum á eyjunni Palau, sem hann segir að sýni að Hobbitarnir tilheyri Homo sapiens. Greinin hefur fengið merkilega mikla umfjöllun, miðað við að vera PLoS one grein, og frekar slök (sjá vísi.is og the Guardian, sem steig feilspor í þessu tilfelli). Rétt er að árétta að PLoS one er fræðirit þar sem ritrýning er einungis til að meta gæði vísindanna, ekki hvort að efnið falli að tímaritinu eða sé nægilega spennandi. Hugmyndin með PLoS one, er að ritrýningin fari fram síðar, í formi athugasemda sem birtast neðan viðkomandi greinar (sjá t.d. fyrir þessa grein). Greinin sem um er rætt reyndist illa unnin og er fyrsta athugasemdin eftir ritrýnanda, sem hefur bersýnilega fengið greinina til yfirlestrar fyrir annað tímarit og hafnað henni þar. Sá bókstaflega tætir Palau grein Bergers í sig.

Spurning er hvort að tilraun PLoS one til að opna ritrýningarferlið sé til bóta? Vissulega er gott að hin vísindalega umræða flyst út á göturnar en ekki má prenta tómt þvaður sem vísindalegar niðurstöður. Vísindin eru oft eins og rifrildi við matarborðið, en á endanum munu niðurstöður og staðreyndir skera úr um álitamál, fella eina tilgátu eða fleiri. Þannig verður þekking til og okkur miðar fram veginn.

Raunvísindaþing 2008

 

Á föstudag og laugardag mun Raunvísindadeild Háskóla Íslands standa fyrir þingi. Kynntar verða niðurstöður rannsókna á sviði t.d. jarðfræði, liffræði, efnafræði og stærfræði. Ráðstefnan er öllum opin og fer fram í Öskju, náttúruvísinda húsi Háskóla Íslands (við hliðina á Norræna Húsinu). Dagskrá má finna á vefsíðunni www.raunvis.hi.is/~thing/ en mér finnst vert að leggja áherslu á nokkur yfirlitserindi. Páll Hersteinsson fjallar um Tófuna og sveiflur í veðurfari (13:00 föstudaginn 14), Guðrún Gísladóttir kynnir kolefnisbúskap í jarðvegi á sögulegum tíma á Reykjanesskaga (laugardaginn kl 10:30) og Helgi Björnsson ræðir stöðu jöklarannsókna á Íslandi við upphaf 21. aldar (13:00 laugardaginn 15). Vissulega eru fleiri erindi athygliverð, sérstaklega styttri erindi um rannsóknir á flugum.

Ólíkir eineggja tvíburar

Tvíburar falla í tvo flokka, eineggja og tvíeggja. Tvíeggja tvíburar verða til þegar tvö egg frjóvgast í sama tíðarhring, og koma sér fyrir í legi móður. Eineggja tvíburar verða til þegar eitt frjóvgað egg myndar tvo fósturvísa. Lögmál erfða sýna að tvíeggja tvíburar deila jafn mörgum genum og venjuleg systkyni (50%). En eineggja tvíburar eru frábrugðnir, því þeir deila erfðamengi frjóvgaða eggsins, og eru því eins (100% genanna eru þau sömu).

Við vitum samt að eineggja tvíburar eru ekki nákvæmlega eins í útliti, og dæmi eru um að annar tvíburinn fær sjúkdóm sem hinn sleppur við. Oftast er umhverfi eða tilviljun kennt um.

En, þetta er ekki alveg svona einfalt. Við vitum að lífverur eru samansettar úr tvennskonar frumum, kímlínufrumum og sómatískum. Kímlínan eru frumur sem koma til með að mynda kynfrumurnar, og þær frumur fara í gegnum t.t.l. fáar skiptingar. Sómatísku frumurnar hins vegar skipta sér margfallt oftar og mynda alla aðra vefi, húð, lungu, taugar og þess háttar. Krabbamein verða til vegna þess að breytingar verða í slíkum sómatískum frumum, t.d. geta skemmdir í erfðaefni lungnafrumna leitt til æxlisvaxtar og lungnakrabbameins.

Nýlega birti hópur við háskólann í Birmingham Alabama, niðurstöður sem sýna að eineggja tvíburar eru ekki með eins erfðaefni (í American Journal of Human Genetics). Þeir beittu nýlegri tækni hefur finnur grófar breytingar í erfðamengjum, t.d. úrfellingar af heilum genum, eða svæði sem hafa margfaldast ("copy number variation" upp á ensku, skammstafað "CNV"). Niðurstöðurnar sýna að eineggja tvíburar eru fjarri því að vera með eins erfðamengi, t.d. geta heilu genin verið dottin út. Einnig var sýnt fram á að mikill munur getur verið á milli vefja, t.d. lungna og tauga (sem eru sómatískar frumur), þar sem sum gen vantar í ákveðna vefi en ekki aðra. Þetta getur náttúrulega útskýrt hvers vegna annar tvíburi getur fengið sjúkdóm, en hinn ekki. Hópurinn bar saman eineggja tvíbura, þar sem annar einstaklingurinn var með einhvern sjúkdóm en hinn ekki, og stundum fundust breytingar í þeim sjúka sem gætu tengst sjúkdóminum. Slíkt er auðvitað bara vísbending, sem auðvitað þarf að prófa með stærri rannsóknum.

Borðlagt er að eineggja tvíburar séu ekki með 100% eins erfðamengi. En hver rétta talan er (t.d. 99.999% eða 99.998%), er ekki alveg ljóst. Eins og við vitum úr erfðafræðinni og rannsóknum á þróun, þá geta örlitlar breytingar vegið ansi þungt.

Ítarefni, vísindasíða New York Times. 

Fín vika fyrir íslensk vísindi

Í gær birtu Árni Einarsson og Arnþór Garðarsson ásamt tveimur meðhöfundum grein í Nature, um sveiflur í stofnstærð mýflugna við Mývatn (sjá færslu á undan). Í dag kom síðan út grein eftir Augustine Kong og félaga hjá Íslenskri erfðagreiningu í Science, um kortlagningu erfðaþáttar sem hefur áhrif á endurröðun litninga. Við fjölluðum um þá grein hér áður, þegar hún birtist á vef Science, en í dag kom hún út á prenti.

Ég veit ekki til þess að Íslenskir hópar hafi átt greinar í tveimur virtustu vísindaritum heims, Science og Nature, sömu vikuna. Það er viðeigandi að lyfta tilraunaglasi hlutaðeigandi til heiðurs. 

Hamingjuóskir

Lífríki Mývatns er mjög sérstakt, mýið er í AÐAL hlutverki í vistkerfinu. Árni Einarsson, forstöðumaður rannsóknarsetursins við Mývatn, og Arnþór Garðarson við Líffræðiskor HÍ, hafa um áratuga skeið mælt viðgang mýflugnanna, og annara lífvera í vatninu. Slíkar langtíma rannsóknir krefjast mikillar þolinmæði, og mannafla, og eru þeir ófáir áhugamenn, fræðingar og nemar sem hafa lagt hönd á háfinn (sýnatökudall hljómar ekki jafnvel).

Árni, Arnþór og félagar hafa verið virkir í rannsóknum á þessu vistkerfi en grein þeirra í Nature vikunnar verður að teljast hápunkturinn á góðu verkefni. Í greininni njóta þeir aðstoðar erlendra líkanasmiða, sem sniðu reiknilíkön sem útskýra ágætlega sveiflur í mýstofninum á Mývatni. Anthony Ives smíðaði líkan á grunni reiknirita sem notuð eru til að fylgja eftir sveiflum á mörkuðum eða hreyfingum gervitungla, eins og lýst er í pistli í Nature. Vincent Jensen aðstoðar þá að túlka herlegheitin.

Megin niðurstaðan er sú að stofninn sveiflist milli tvennskonar ástanda. Annars vegar rótækar sveiflur í stærð, sem fólk kannast við, stundum er Mývatn nær ósýnilegt að sumarlagi, en önnur árin stendur það varla undir nafni. Hins vegar getur stofnstærðin stundum hangið stöðug um nokkura ára skeið. Líkanið sem þeir byggðu getur útskýrt hvorutveggja.

Það sem skiptir náttúrulega mestu er það að vistkerfi eru ekki stöðug, og að stundum geta þau hrunið, oft af veigalitlum orsökum. Það ætti að vera ástæða til þess að draga úr veigameira álagi á vistkerfi, sem eru okkur nauðsynleg lifibrauð. 

Niðurstöðurnar hafa hlotið ágæta umfjöllun, á RÚV og mbl.is (sem stóð sig ágætlega að þessu sinni), en einnig erlendis (the Daily Telegraph, New York Times og Science daily). Myndin að neðan er eftir Árna Einarsson, en birtist í the Daily Telegraph.

 Hamingjóskir til Árna, Arnþórs, samstarfsmanna, Líffræðistofnunar, Háskóla Íslands og Íslensks vísindasamfélags. Það er ekki á hverjum degi sem Íslendingar birta í stóru vísindaritunum, Nature og Science.

Sveiflur í lífríki Mývatns útskýrðar

Uppruni hænsna og nautgripa

Við fyrstu sýn virðist fólki e.t.v. sem spurningar um uppruna og útdauða einstakra tegunda vegi lítið fyrir velferð þjóðarinar. Sú er samt raunin, og má t.d. draga athyglisverðan og hagnýtan lærdóm af nýlegum tíðindum um að ræktaða hænsnfugla, sem ég í ónákæmni kallaði veigalitil.

Þannig er mál með vexti að landbúnaðarbyltingin gerði mannkyninu kleifar margskonar framfarir. Sjaldan er samt litið til þess að byltingin fól í sér ræktun og val á afbrigðum, bæði plantna og dýra, sem við treystum á enn í dag. Eins og hænurnar, þá má rekja uppruna margra annara afbrigða mörg þúsund ár aftur í tímann (með einföldum aðferðum þróunarfræðinnar, sem beitt er á gögn um erfðabreytileika). Við vitum að margar tegundir hafa svarað vali mjög vel, t.d. varð maís til úr hinni viltu plöntu teosinte, á um það bil 2000 árum. Munurinn er mjög afdrifaríkur, sjá mynd úr kennslubók Barton og félaga, teosinte er vinstra megin, maís hægra megin, og blendingur í miðið (www.evolution-textbook.org).

Hagnýti lærdómurinn af hænuatinu er að í mörgum tilfellum verða ræktuð afbrigði til við kynblöndun, nærtækasta dæmið eru nautgripir. Sumir einstaklingar annarar megin nautgripategundarinnar Bos taurus eru með erfðaefni úr útdauðu nautakyni (e. aurochs), og niðustöðurnar benda til þess að nautgripir hafi verið fyrst ræktaðir fyrir um 10.000 árum. Það er reyndar viðurkennt að þróun lífvera, og sérstaklega plantna, gerist stundum vegna kynblöndunar skyldra tegunda.

Ræktendur nýta sér þetta, og safna tegundum sem eru skyldar þekktum nytjaplöntum eða dýrum. Þótt ættingjar maís plöntunar virki óásjálegir og varla ætir, er vel mögulegt að gen þeirra nýtist þegar þeim hefur verið blandað við erfðamengi ræktaðra afbrigða. 

Ræktun er sífellt í gangi, til að bæta uppskeru, auka þurrkþol, finna varnir gegn sníklum og pestum. Vissulega hefur erfðatæknin sitthvað til borðs að bera, en klassísk ræktun, t.d. með æxlun skyldra tegunda verður burðarás í framleiðslu á matvælum framtíðarinnar. Þótt fyrstu ræktendurnir hafi líklega ekki áttað sig á náttúrulegu vali gátu þeir engu að síður beit því lögmáli til að bæta líf sitt og afkomenda.

Þótt fólk eigi erfitt með að kyngja þeirri staðreynd að maðurinn er dýr, náskylt öpum og fjarskyld amöbum, þá mun það samt kyngja afurðum náttúrulegs vals, í ræktuðum hænum og villtum hundasúrum.

 

Vísvitandi misvísandi fyrirsögn um vísindi

Íslenskir sköpunarsinnar hafi örugglega misst úr slag af spenningi, svona rétt eins og frændi minn nýaldarsinninn þegar hann horfði á fyrsta þáttinn af Ráðgátum (X-files). En síðan áttuðu þau sig á því að blaðablækurnar á mbl.is voru bara að fíflast, svona rétt eins og virðulegum fréttamiðli sæmir!

Þróunarkenning Darwins er grundvöllur að líffræði, læknisfræði, líftækni og fleiri greinum, og hún hefur staðist allar prófanir. Í megin atriðum gengur þróunarkenningin út á tvennt. Í fyrsta lagi að allar lífverur á jörðinni séu af sameiginlegum uppruna, það að allar lífverur séu skyldar, bara misjafnlega mikið. Í öðru lagi sýndi Darwin, og samtímamaður hans Alfred Wallace, fram á að aðlaganir (t.d. vængir til að flúgja með) gætu orðið til vegna áhrifa náttúrulegs vals (e. natural selection). Við höfum áður rætt um náttúrulegt val og nægir að árétta að orðið kenning hefur mjög skýra merkingu í raunvísindum. Kenning er hugmynd eða líkan sem útskýrir margar athuganir í náttúrunni, og sem hefur staðist ítrekaðar prófanir.

Það sem Morgunblaðið var að "leika" sér með, var sú staðreynd að Darwin lagði fram þá tilgátu (í bók sinni um breytileika í ræktuðum afbrigðum), að nánasti ættingi hænsna væru rauðar villihænur (red junglefowl). Reyndar dró Hutt þetta í efa árið 1949, en tilgátan var afsönnuð af sænskum hóp sem kortlagði gula genið í hænum (sjá grein á PLOS genetics). Myndin hér að neðan sýnir útbreiðslu nokkura villtra hænutegunda og útlit þeirra (mynd frá Eriksson og fél 2008, greinin útskýrir smáatriðin).

Mér finnst reyndar sérstaklega ánægjulegt að sjá viðbrögð moggabloggarana við fréttinni, hún hefur sveiflast frá góðlátlegu gríni til ádeilu á vinnubrögð mbl.is. Páll Jónsson stakk upp á viðbragði að hætti PZ Myers, sem hefur varið vísindin ötullega fyrir atlögum amerískra sköpunarsinna, á vefsíðunni Pharyngula (sjá einnig í tenglalista).

 

Spurningin sem ritstjórar Morgunblaðsins og mbl.is verða að svara, eru svona slæm vinnubrögð  réttlætanleg? Má allt til að selja blöð?

Myndi Morgunblaðið birta fyrirsögnina: "Eru læknavísindin afsönnuð?"

 

Kenning Darwins felld?