Smart allätare med dåligt sprithuvud: Den fantastiska, fascinerande och irriterande bananflugan

I vår kamp mot sjukdomarna blir genetiken viktigare dag för dag. Få andra organismer har gjort så mycket för att lära oss tolka våra gener och deras funktioner som bananflugan. Vi delar uppemot 70 procent av vårt genom med den lilla krabaten. Vi och bananflugorna har dessutom samma förkärlek för alkohol och sötsaker. Bananflugan råkar dessutom, precis som hunden, vara vår kumpan-art som har följt oss hela vägen ända från stenålderns urdimmor.

Smart allätare med dåligt sprithuvud – den fantastiska, fascinerande och irriterande bananflugan

34:22

På dörren till mitt tonårsrum hade jag tejpat upp ett citat. “Time flies like the wind, fruit flies like a banana”. Jag har ofta tänkt att om jag någonsin mot förmodan skulle ta en tatuering, så är det den här texten jag skulle låta förevigas på mitt skinn. 

Det är alltså en ordlek, som dessvärre bara funkar på engelska. “Tiden flyger som vinden, frukt flyger som en banan”. Men man kan också läsa det som att “tiden flyger som vinden, bananflugor tycker om en banan.”

Temat för veckans Kvanthopp är alltså den lilla men mäktiga bananflugan. Drosophila melanogaster. Bananflugorna dras till doften av övermogen frukt (därav namnet fruit flies), och all annan sorts jäsande biomassa också. Bananflugan är dessutom, precis som vi, svag för spriten. Som vi ska se.

Och följaktligen finns den så gott som överallt där folk hanterar mat och dryck. Men bananflugan är inte bara ett irritationsmoment, långt ifrån! Den har hjälpt oss avancera den biologiska forskningen och kunskapen om genetiken mer än kanske någon annan levande organism på jorden.

Vår följeslagare sedan stenåldern

Precis som vi människor finns bananflugorna mer eller mindre överallt på den här planeten, åtminstone där som vi finns. Och faktum är att de troligen inte skulle existera i sin nuvarande form utan oss. Bananflugan hör nämligen, lite på samma sätt som hunden, till människans kumpan-arter, som har följt oss genom årtusendena. Och precis som med hunden har vi påverkat och styrt bananflugans evolution, både medvetet och omedvetet.

Allt sedan urtidens dimmor har bananflugorna levt på våra matrester och i våra kök. Och de kan faktiskt vara superirriterande. Jag menar, de har inte ens någon superviktig plats i något ekosystem. Inte som plankton till exempel. 

Men sakta i backarna! För samtidigt så har ju alltså bananflugan varit i en helt central roll för vetenskapen. Historiskt sett har de använts i en stor del av den allra viktigaste och mest grundläggande forskningen inom genetiken. Inte mindre än sex Nobelpris är direkt kopplade till genetisk forskning baserad på bananflugor.

Den första forskaren som odlade bananflugor i labbet i större mängder, i början av 1900-talet, var Charles W. Woodworth, professor i genetik vid University of California. Den första vetenskapliga artikeln om bananflugan publicerades 1905 av Frederic Carpenter vid Harvard-universitetet.

Den kanske största bananflugforskaren av dem alla var ändå Thomas Hunt Morgan, professor vid Columbia University. Det var han som bland annat hittade den första mutationen i en bananfluga, en gen kallad white. Året var 1910. Och mutationen i fråga gjorde alltså flugans ögon vita. 

Morgan lokaliserade den muterade genen till bananflugans X-kromosom, samtidigt som han bevisade att generna finns i kromosomerna. Thomas Hunt Morgan tilldelades Nobelpriset i medicin 1933 för sin upptäckt.

Ett annat Nobelpris kopplat till bananflugan, också det i medicin, togs hem av den amerikanska genetikern Hermann J. Muller 1946. Han visade att man kunde åstadkomma mutationer i bananflugor genom att utsätta dem för röntgenstrålning.

Som gjord för laboratoriet

Och det finns faktiskt helt utmärkta skäl till att forskarna, till skillnad från oss som pysslar i köket, älskar att jobba med bananflugan. Till att börja med så är Drosophila melanogaster en mycket enkel och billig liten krabat att föda och sköta, om du så skulle ha en miljon av dem i ditt laboratorium.

Bananflugan är också en baddare på att föröka sig. Den får massvis med avkommor per individ och har en kort generationstid på cirka 20 dagar. Från en handfull flugor kan man snabbt få en population att svälla till önskad storlek.

Sedan så delar bananflugan dessutom ett stort antal gener med människan. Mellan 60 och 70 procent av våra och bananflugans gener är gemensamma, faktiskt. Det här betyder att kunskap om hur de här generna funkar hos bananflugan ökar vår förståelse också när det kommer till människans genetik. Bananflugan används därför flitigt för att modellera mänskliga sjukdomar, inklusive Parkinsons och cancer.

Och så är bananflugans kromosomer till på köpet enkla att studera, den har ynka åtta stycken kromosomer, medan människan har 46. Hela bananflugans genom sekvenserades så pass tidigt som år 2000. 

Bananflugan blir dessutom inte mindre attraktiv för forskarna av att den är väldigt icke-kontroversiell som försöksdjur. Man kan i princip experimentera fritt och ha ihjäl så många bananflugor man vill utan att nån djurskyddsorganisation kommer och bankar på labbets dörr. I motsats då till experiment på apor, kaniner, till och med möss.

Men ändå – det finns experiment som får en att känna sig lite olustig också om det handlar om simpla bananflugor. Och då tänker jag på ett specifikt experiment, som har pågått i nästan sjuttio år nu. Det är ett experiment som det kanske är lämpligt att redogöra för nu när höstens mörker smyger sig på.

Jag talar om projekt Dark-fly. När mörkret lade sig över bananflugornas värld.

Dark-fly: 30 000 år av permanent natt

Det var den 11 november 1954 då den japanska forskaren Shuichi Mori släckte ljuset för en liten svärm av bananflugor i ett laboratorium vid universitetet i Kyoto. Och allt sedan dess har flugpopulationen i fråga levt sina liv, generation efter generation, i kompakt mörker, inuti en stor behållare utan fönstergluggar. 

Shuichi Mori är död sedan länge, men hans bananflugor lever fortfarande i sin mörka behållare, 1 500 generationer senare.

Dark-fly-projektet är det längsta exemplet någonsin på en experimentell evolutionsstudie där forskare följer med en population under många generationer. Det är också den första studien där man analyserar genomets utveckling i en flercellig organism anpassad till en specifik miljö i labbet.

1 500 generationer av bananflugor – i människotermer motsvarar det här ungefär 30 000 år. Föreställ dig att någon lägger en enorm, ogenomskinlig kupa över staden där du och din familj bor och tar bort all artificiell belysning. De som stänger in förser er med föda och annat nödvändigt, men får aldrig se en endaste ljusglimt, någonsin mer. 

Åren rullar vidare och blir årtionden, århundraden, årtusenden. Men livet går vidare. Nya generationer föds, växer upp och dör, och så rullar det vidare. Till slut minns ingen vad det innebar att se. Människorna kanske börjar undra varför de har ögon. 

Till slut börjar ögonen kanske förtvina. Andra funktioner börjar framträda på kroppen. Morrhår, som hos katterna, kanske, eller någon sorts känselspröt för att lättare känna av sin omgivning. Kanske någon sorts ultraljudsradar, som fladdermössen har. Vissa återgår kanske till att röra sig på alla fyra. 

Hur ser människorna där inne ut efter trettio tusen år och ettusenfemhundra generationer? Väldigt bleka, sannolikt, för hudens pigment är ju överflödiga. Så tenderar det att gå till exempel för fiskarter och ryggradslösa djur som anpassar sig till ett liv inne i mörka grottor eller i djuphavet dit solens ljus inte når.

Kanske rasismen äntligen går till historien i staden under mörkerkupan. Eller å andra sidan, troligtvis inte – alltid hittar folk på någon grund för diskriminering av sina medmänniskor.

Anpassat sig till livet i mörker

Nå, det här är ju såklart bara ett tanke-experiment som var och en kan tänka till slut för sig själv. Veckans Kvanthopp handlar inte om människor i någon sorts Stephen King-aktig horrorstory. Den här veckan är det bananflugan som är temat.

Och beträffande bananflugorna behöver vi inte gissa hur ett permanent mörker påverkar dem. För projekt Dark-fly pågår fortfarande vid Kyoto-universitetet. Där har det hela avancerat så långt att bananflugorna i den mörka behållaren nu betraktas som en helt egen underart, kallade Dark-fly, kort och gott. Mörkerflugor. 

De ser fortfarande ungefär ut som vanliga bananflugor, men med vissa skillnader. Hårstubben som växer på deras huvud har blivit längre och fått mer av samma funktion som katternas morrhår har. 

Mörkerflugorna har under årtiondenas lopp på det hela taget anpassat sig väldigt väl till livet utan ljus. Introducerar man nya bananflugor utifrån, sådana som är vana vid ljus, blir nykomlingarna väldigt fort utkonkurrerade av mörkerflugorna. 

Mörkerflugorna drar sig till exempel för att para sig med “ljusflugor” utifrån. Forskarna tror att det kan ha att göra med de inte längre talar samma “feromonspråk” som ljusflugorna. Arterna uppfattar inte varandras signaler, helt enkelt. Men också mörkerflugornas annorlunda dygnsrytm och sömnvanor tros avskräcka ljusflugorna när det är parningsdags. 

(Som inbiten nattuggla har jag själv också upplevt svårigheterna med att dejta en morgonpigg kvinna, så jag kan på något vis relatera till det här.)

Forskarna har också kunnat identifiera de gener där evolutionen har lett till förändringar som hjälper flugorna leva utan ljus. 

Genvarianterna, 84 till antalet, påträffades i 28 regioner av mörkerflugans genom. Bland de här generna finns sådana som associeras med mörkeranpassning. Inklusive gener som kodar för kemiska receptorer, och gener som är involverade i feromonsyntes, bildandet av luktminnen och dygnsrytmer.

Mörkerflugorna har alltså med åren utvecklat ett skarpare luktsinne än vanliga bananflugor, åtminstone beträffande vissa sorts lukter. Och hur som helst så är de här förändringarna som mörkerflugorna har genomgått sådana som håller i sig också efter flera generationer, i de fall där mörkerflugor har tagits ut och låtits leva i normala ljusförhållanden med växelvis dag och natt. Dygnsrytmen förblir till exempel lite råddig.

Men 1 500 generationer av mörker lämnar bestående spår, det inser väl vem som helst. Jag är alltså en utpräglad nattuggla som har en väldigt svag cirkadisk rytm, dygnsrytm alltså. Min äldre son är lite likadan. Och vi är båda ganska känsliga för lukter. Kanske vissa av oss med släktrötterna här i den mörka Norden är en del av en ny släktgren på människans träd: Dark-man.

Bananflugans dåliga sprithuvud

Skämt åsido: som motvikt till Stephen King-storyn med mörkerflugorna och 30 000 år av natt, kan jag ju ännu nämna ett annat område där bananflugorna har utnyttjats för att lära oss mer om oss själva och vår evolution.

Bananflugorna har nämligen använts flitigt för att studera effekterna av alkohol och alkoholism. Bananflugor och däggdjur har ett väldigt likartat sätt att reagera på intag av alkohol. Precis som för många av oss människor, försämras bananflugornas kontroll av sin motorik rejält efter bara en liten droppe alkohol. Bananflugan har alltså ett uselt sprithuvud. Snacka om barfluga.

Och när dosen ökas blir flugstackarna fullkomligt redlösa. Men precis som med människor så kan också vissa bananflugor bli bättre på att tolerera sprit om de utsätts för alkohol i längre perioder. Inte alla: det förekommer individuella skillnader i sprittålighet både hos bananflugor och människor. 

Och det här är alltså egenskaper som går att spåra till enskilda gener. Faktum är att genetisk forskning kring flugor med olika grad av alkoholtolerans har hjälpt forskarna sätta fingret på flera av de motsvarande gener som påverkar alkoholkänsligheten hos människor. 

Således kan en studie med fylleflugor också avslöja detaljer om ärftligheten hos mänsklig alkoholism.

Förresten: vilkendera experimentet skulle du hellre delta i om du vore en bananfluga, det där du blir inlåst i en mörk skrubb i 1 500 generationer, eller det där en forskare i vit rock kommer in och ger dig en drink med jämna mellanrum? Hmmm, svårt val.

Men när vi nu är inne på spriten – en sak som ju lider av för mycket brännvin är minnet (är jag svensk eller finne?). Och hur det nu råkar sig så har bananflugan visat sig vara nyttig också när det kommer till att studera minnet och dess mekanismer.

Bananflugan är, för sin storlek, en förvånansvärt fiffig liten krabat. Den har visat sig vara kapabel att lära sig flera olika saker, som olika beteendemönster. Med hjälp av bananflugan har forskarna därför lyckats lokalisera flera olika gener som är centrala för inlärningen och minnet, också i människor. 

Genom pavlovska beteendeexperiment med bananflugor har man kunnat isolera flugstammar med inlärningssvårigheter. Det här genom att kombinera vissa lukter med elchocker. Muterade gener isolerade i de här experimenten (till exempel generna dunce, rutabaga och amnesiac) har visat sig vara viktiga för minnets utveckling. 

Vinglösa flugor som käk åt akvariefiskar

Om du inte är av den sorten som bryr dig om att mixtra med flugornas gener så finns det kanske andra sätt som Drosophila melanogaster kan vara till hjälp åt dig. 

Har du ett akvarium eller ett terrarium där hemma, till exempel? Bananflugor funkar utmärkt som föda åt diverse husdjursgrodor och akvariefiskar. Bananflugor rekommenderas som mat åt labyrintfisken till exempel, en av de populärare akvariefisksorterna. Du kan köpa dem i närmaste akvariebutik. 

Det är oftast vinglösa mutanta flugstammar som används för den här sortens utfodring. De kan ju inte fly genom att flyga ut från ett terrarium eller akvarium. Synd, i princip, för ett av bananflugans äss i rockärmen är annars just dess fantastiska flygförmåga. 

Som de flesta flugarter är bananflugan alltså en mycket skicklig flygare. Dess vingar kan slå upp till 220 gånger per sekund. Bananflugan kan utföra fantastiska flygmanövrer, den kan ändra sin flygriktning nittio grader på mindre än femtio millisekunder. Bananflugan, liksom också den vanliga husflugan, har synnerver som är direkt kopplade till vingmusklerna. Det här gör att den kan reagera mycket snabbt, också utan inblandning från hjärnan. Det är därför som flugor är så djävulskt svåra att slå ihjäl med flugsmälla.

Så ska du odla bananflugor åt dina akvariefiskar, håll dig till den vinglösa sorten. Du kan också odla dem själv där hemma. Du behöver ett glaskärl, till exempel en sådan där Erlenmeyerkolv som forskarna kör med i labbet. Bred bas och smal hals. På bottnen lägger man sedan till exempel agar och mannagrynsgelé åt flugorna att knapra på, det innehåller jäst och fruktsocker.

Men sedan kan det ju hända att du snarare är som jag, och mest bara vill bli av med bananflugorna från köket. Då finns det enkla fällor man kan rigga upp. Till exempel en tratt av hoprullat papper som man sätter i halsen på en flaska. På bottnen av flaskan lägger man en liten mängd jäst vätska som bete. Öl, spritvinäger eller rödvin funkar prima. 

När flugorna en gång har drattat ned i tratten kommer de inte upp längre och så drunknar de där. För en snabbare, mer skonsam död lägger man lite diskmedel i matningsvätskan. Det sänker vätskans ytspänning vilket får bananflugorna att drunkna fortare.

Lite brutalt känns det här ju, men sådan är naturen, den är sällan sentimental. Inte ens när det gäller ett “husdjur” som har följt oss människor som trogna följeslagare, ända ner från den tidiga stenålderns urdimmor. 

Forskarna kommer ur-bananflugan på spåren

Faktum är att forskarna tror sig ha identifierat stället och tiden då bananflugan slog sig i sällskap med våra förfäder. Det antas alltså ha skett för mellan tio tusen och tolv tusen år sedan, i skogarna i södra och centrala Afrika. 

Det visade sig i en kartläggning av genomet hos bananflugor söder om Sahara, att det mest mångfaldiga fluggenomet återfinns hos flugorna i Zambia och Zimbabwe. Det här kan tyda på att bananflugorna i vår tids kök härstammar från vilda flugstammar från just det här området.

Forskaren Marcus Stensmyr från Lunds universitet var en av forskarna bakom en artikel i Current Biology från 2018. Det var han som kom ur-flugorna på spåren – de visade sig nämligen vara svåra att hitta. 

Det slog Stensmyr att den tidens bananflugor kanske inte ännu hade lärt sig tycka om allt det blandade bioavfall som de frossar på numera, i våra kök. De kanske föredrog en frukt av en specifik sort. Så Stensmyr och hans kolleger fokuserade på marulaträdet och dess frukter. Marulaträdet är ett typiskt fruktträd för det här området, och dess plommonliknande frukt (känd bland annat från likören Amarula) är rik på C-vitamin och antioxidanter.

Marulafrukten var också den som mest påminde om de frukter som bananflugorna tycker om allra mest i våra kök. Forskarna noterade att flugorna lockades särskilt av etylisovalerat, en kemisk förening som finns i marulafrukten. När forskarna satte ut ruttnande apelsiner nära marulafrukten, valde flugorna fortfarande marula. Apelsiner spetsade med etylisovalerat dög däremot lika bra som marula.

Och nu råkar det vara så att Sanfolket, en stam av infödda i området, har livnärt sig på marulafrukt i tusentals år. I en grotta hittade forskarna miljontals valnötsstora 8 000–12 000 år gamla marulakärnor, bortkastade av generationer av människor som mumsade på frukten. 

Doften av all den här övermogna frukten lockade sannolikt massor av bananflugor. Forskarteamet testade till och med att lämna marulafrukter i grottorna för att se om flugorna skulle våga sig in mörkret. Vilket de minsann gjorde.

Från kräsen specialist till allätande generalist

Och med tiden, för mellan 10–12 000 år sedan, gick det sedan så att människor och flugor knöt sitt varaktiga band i de här grottorna. 

- Bananflugan har utvecklats till en generalist som äter all sorts frukt, säger Marcus Stensmyr i artikeln från Current Biology. 

- Men ursprungligen var den en riktig specialist som bara bodde där det fanns marulafrukt.

Också om vissa kanske önskar att San-folket hade hållit flugorna ur sina grottor, så att de aldrig hade hamnat i våra kök och komposter, så är forskarna definitivt av en annan åsikt. Jag menar, som vi kunde konstatera, den genetiska forskningen har gagnats helt otroligt mycket av bananflugorna och lett till flera Nobelpris.  

Bananflugorna har hjälpt oss förstå tusentals gener som också finns hos människor. Också just du har helt säkert ätit någon medicin eller fått någon sorts vård som bananflugorna har gjort möjliga. Bananflugorna kanske rentav har räddat ditt liv, indirekt åtminstone. 

Och hur irriterande de än kan vara ibland så skulle man ju tycka att det är värt lite skämd frukt.