De flesta ser kanske inte kon som mycket mer än ett förstadium till en biff – ett djur som i godan ro tuggar sig fram i hagarna. Men när kon äter sätter en av evolutionens förnämsta uppfinningar i gång: Förmågan att utvinna energi från svårsmälta växter.
Kons superkraft är ett resultat av unika genetiska anpassningar som har gjort idisslare – den djurgrupp kon tillhör – till en av jordens mest framgångsrika familjer. Nu har en stor internationell forskargrupp kartlagt idisslarnas evolution med hjälp av arvsmassa, även kallat genom, från 44 olika arter från alla sex idisslarfamiljer.
Genom ger en helt ny förståelse av hur idisslarnas specialiserade matsmältningssystem har utvecklats. Undersökningen avslöjade att idisslarnas gener bland annat hade ett ovanligt starkt immunförsvar, vilket är nödvändigt för att skydda dem mot alla de bakterier som används i nedbrytningen av födan. Samtidigt tyder mycket på att idisslarnas speciella förmågor kan hjälpa cancerpatienter.
Dna skvallrar om evolutionen
Idisslarna är en enorm, framgångsrik grupp av däggdjur bestående av mer än 200 arter. Förutom kor ingår bland annat hjortdjur, getter, bisonoxar, antiloper och giraffer i familjen. Detta är det släktträd som forskare har kartlagt i hopp om att få en bättre inblick i idisslarnas speciella förmågor, som exempelvis deras fantastiska matsmältningssystem.
Kon är en ätmaskin
Under många miljoner år har kon utvecklat ett näst intill perfekt matsmältningssystem, som kan hämta 70 procent av energin från sega växter som gräs. Det kan jämföras med exempelvis hästar som bara kan utvinna omkring 30 procent från gräset.
Födan ska färdas lång väg
När kon äter gräs passerar det genom fyra magar. I våmmen bryts födan ned och skickas sedan vidare till nätmagen, som filtrerar bort de finaste partiklarna. Partiklarna färdas därefter vidare till bladmagen, som bland annat drar ut vätska och salter, för att till sist hamna i löpmagen, som bryter ned bakterier.
Våmmen: Mikroorganismer förtär födan
I våmmen bryter flera miljarder mikroorganismer ned växter till näring. Kon har en vägg av döda celler (grönt) längs våmmen, som håller ute organismerna ur kroppens cirkulation, medan så kallade papiller (blått) fångar upp fettsyror.
Nätmagen: Födan filtreras
Den andra magen, nätmagen, reglerar strömmen av föda. Nätmagen fungerar som ett filter som sorterar födan så att bara det tillräckligt finfördelade passerar vidare. Resten stöter kon upp och tuggar igenom en gång till.
Bladmagen: Celler kanaliserar näring
Bladmagen tar upp det mesta av födans vätskeinnehåll samt små fettsyror och salter. Längs väggen ser speciella celler, så kallade epitelceller, till att vätska och natriumsalter förs vidare från bladen till kons blodomlopp.
Löpmagen: Mikroorganismer bryts ned
Löpmagen är den sista magen före tunntarmen. Där utsöndras saltsyror och enzymer, som dödar mikroorganismerna från våmmen och bryter ned deras proteiner till aminosyror (blå kulor). Kon tar upp dem som näringsämnen i tunntarmen.
Forskarna jämförde genom från 44 olika arter, vilket tillsammans blev 40 biljoner baspar, och med den enorma datamängden kunde de skapa ett sannolikt släktträd.
Det avslöjade att idisslarna har genomgått ett extremt högt antal evolutionära förändringar – något som man kan kalla hög evolutionshastighet. Den är faktiskt högre än hos någon annan däggdjursgrupp. Och just detta gav forskarna en idé om varför idisslarna har klarat sig så exceptionellt bra under utvecklingen.
Magen är en bakteriebomb
Idisslarnas framgång beror i hög grad på deras matsmältningssystem. De kan dra nytta av upp till 70 procent av cellulosainnehållet i växter, medan andra växtätare är betydligt mindre effektiva. Det kan exempelvis jämföras med hästar som inte tar upp mer än cirka 30 procent.
Hemligheten är fyra magar med var sin viktig funktion. Förutom den normala magen, som hos idisslarna kallas löpmagen, har de utvecklat tre extra: Våmmen, nätmagen och bladmagen. Den sistnämnda är det senaste tillskottet på stammen och uppkom för 32–35 miljoner år sedan, drygt fyra miljoner år efter att idisslarna avskildes från resten av djurriket.
Våmmrn var särskilt intressant för forskarna. Det är födans första anhalt och den största av de fyra magarna. Där lever en tickande bomb av mikroorganismer.
I bara en milliliter magvätska visade det sig finnas 10–100 miljarder bakterier, svampar och protozoer. De omvandlar växternas cellulosa till små fettsyror och glukos, som lätt kan tas upp och användas som energi, men bakterierna utgör samtidigt en potentiell risk för kon.
I kartläggningen av genom fann forskarna emellertid ett flertal genetiska anpassningar som håller mikroorganismerna i schack, bland annat proteinfamiljen interferoner. Immunceller använder dem till att varna varandra för infektioner, allt för att de ska kunna stärka sina försvar. De är särskilt effektiva vad gäller att aktivera immunförsvaret, så att kons magbakterier inte utsätter det stora djuret för livsfarliga infektioner.
Gener skapar perfekta tänder
För att korna ska kunna ta upp så mycket näring som möjligt från födan, använder de nio–tio timmar av dygnet till att tugga på gräs. Och för att helt tugga igenom gräset – och det uppstötta fodermaterialet – har de utvecklat specialiserade tänder för att mala de hårda växtmaterialen med. Kartläggningen av genomen avslöjade elva gener med mutationer som är specifika för idisslarna.
Kons väg till tronen på land
Det har tagit kon mer än 50 miljoner år att utvecklas till den perfekta ätmaskinen.
50 miljoner år
Idisslarnas tidigaste förfader, Hypertragulidae, vann terräng i Asien. Den påminde om en liten hjort och vägde inte mer än cirka tre kilo.
35 miljoner år
För 35 miljoner år sedan fulländades kons mage i en avlägsen förfader genom att bladmagen, som bland annat samlar upp vatten och salter, bildades.
23 miljoner år
Idisslarfamiljens första horn utvecklas och följer med de allra flesta arterna fram till i dag. Bara några få arter, exempelvis mushjorten, saknar horn.
20 miljoner år
Kons närmaste förfader, uroxen, uppstår. Den är utdöd i dag, men forskare har lyckats avla fram arter som i hög grad liknar den tidiga uroxen.
10 000 år
Kon, som den ser ut i dag, avskiljs från de vilda uroxarna. Sedan dess har människan tämjt kon och avlat den så att den i dag är ett oumbärligt husdjur.
Deras munnar kännetecknas av stora, fyrkantiga tänder med flat och lätt vågig yta, avsaknad av framtänder i överkäken och en emalj som täcker tänderna långt ned under tandköttet. På våra tänder täcker emaljen bara tänderna utanför tandköttet. Den extra emaljen gör idisslarnas tänder mer solida och ger stöd åt det noggranna tuggandet av växtfödan.
Hornen stöter bort cancerceller
När forskarna tittade närmare på generna upptäckte de att idisslarnas horn kan vara till nytta för mer än till strider om territorium och makar.
Hornen kan nu dessutom hjälpa till i kampen mot cancer.
Hjortars horn växer extremt fort och hornen kan växa med upp till två centimeter om dagen. Den explosiva tillväxten beror på gener som också är inblandade i tillväxten av cancertumörer. Cancerceller utvecklas till tumörer genom att de tillväxtfrämjande generna är överaktiva, så att cellerna delas okontrollerat.
Det resulterar i att en enda cancercell snabbt blir många cancerceller – och så småningom bildar en tumör. Men forskarna upptäckte att hjortarna har ett genetiskt svar på de potentiellt cancerframkallande generna som ligger bakom hornens otroliga tillväxt.
Forskare har lyckats göra ett hål rakt in i kors bladmage, så att de närmare kan studera hur födan behandlas. Enligt forskarna lider kon inte av behandlingen.
Hjortarna har utvecklat ett flertal specialversioner av de gener som är inblandade i regleringen av celldelningar. Generna kontrollerar celldelningarna i hjortarnas horn så att de inte blir överaktiva och bildar cancertumörer. Dessa unika genvarianter väcker förstås intresse hos läkarvetenskapen, eftersom nästan tio miljoner människor i världen avled i cancer bara under 2018.
Därför har forskare börjat med att undersöka hjortarnas cancerhämmande genvarianter i hopp om att de kan användas i framtida behandlingar. En möjlighet är genterapier, där patienternas egna gener behandlas så att de muterar och på så sätt imiterar hjortens gener.
Se hornkronorna växa
Genmanipulation är dock ett kontroversiellt område med potentiellt oförutsägbara konsekvenser. Därför ska forskarna troligen först testa att framställa de proteiner som generna bildar, och undersöka om de fungerar.
Kon har därför blivit mer än bara en köttbit. Kanske kan landbackens supermutant i framtiden bli den nyckel vi saknar i kampen mot cancern.