Mye er merkelig med den nylig oppdagede karpefisken som bare finnes i sumpskogene i Indonesia og Malaysia.

Den bitte lille karpefisken Paedocypris progenetica ble raskt utnevnt til verdens minste virveldyr da den ble oppdaget i 2006: De voksne individene blir nemlig bare åtte millimeter lange. Arten beholdt «verdens minste»-statusen helt til amerikanske forskere i 2014 oppdaget en frosk som var enda mindre – bare syv millimeter. 

Men den lille karpefisken er fortsatt verdens minste fisk, og dessuten en av de merkeligste.

Nå har forskere ved UiO undersøkt genene hos to nærstående arter som lever i de samme omgivelsene i sørøstasiatiske sumpskoger. De to karpefiskene P. carbunculus og P. micromegethes er kanskje et par millimeter større enn minstemann i slekten, men de er like merkelige.

– Vi visste fra før at disse fiskene aldri blir ordentlig voksne. Det biologiske faguttrykket er at kroppene deres er trunkerte. Istedenfor å utvikle seg til voksne fisker, stanser utviklingen opp slik at de ser ut som larver hele livet, forteller forskeren Martin Malmstrøm.

– Vi har oppdaget at også fiskenes genom er ganske merkelig, tilføyer forsker Ole Kristian Tørresen.

Minner om Peter Pan

De små karpefiskene i slekten Paedocypris – det latinske navnet kan løselig oversettes til «barnekarpe» – kan minne litt om Peter Pan: Gutten som nekter å bli voksen. De bilinteresserte kan isteden tenke på en gokart, som – i motsetning til en vanlig personbil – klarer seg helt fint uten tak, vegger, vinduer, motorpanser, bagasjerom og så videre.

Barnekarpen er på liknende vis en «light-versjon» av sine større slektninger. Både genene og kroppsfunksjonene er redusert til et minimum av det som trengs for å overleve. De to undersøkte Paedocypris-artene er bitte små, forblir på larvestadiet hele livet, har en hodeskalle som består av brusk istedenfor bein, og cirka 40 bein blir aldri ordentlig utviklet.

• Les også: Laks arver stedsans fra mor

Surt som cola, farge som te

Disse karpefiskene finnes bare i de karakteristiske, tropiske sumpskogene i Indonesia og deler av Malaysia. Her er klimaet så fuktig at jordsmonnet hele tiden er mettet med vann.

– I disse skogene er bunnen dekket av et opptil ti meter tykt lag med kvister og greiner som står under vann, som råtner veldig langsomt og etter hvert utvikler seg til tykke lag med sur torv. Vannet inneholder lite oksygen, lite kalk og lite næring. Attpåtil er vannet like surt som cola – med en pH-verdi rundt 2,5 – og med farge som te. Man skulle ikke tro at dette er et miljø som egner seg for fisk, forteller Malmstrøm.

Den kjente amerikanske evolusjonsbiologen Daniel H. Janzen mente da også, etter et besøk i 1974, at det var bortkastet tid å lete etter dyreliv i disse vannmassene. Men der tok han grundig feil, for etter hvert har det vist seg at det finnes mellom 200 og 300 fiskearter der. Dessuten er det påvist 100 fiskearter som bare lever i disse sure vannforekomstene.

Normalt immunforsvar, men mye annet er rart

Martin Malmstrøm begynte å interessere seg for «barnekarpene» etter at han – sammen med professor Kjetill S. Jakobsen og andre forskere ved  UiOs Institutt for biovitenskap – hadde oppdaget at immunsystemet hos den vanlige torsken mangler den delen som sørger for at inntrengende virus og bakterier angripes med antistoffer. Dersom mennesket hadde manglet den samme delen, som går under betegnelsen MHC II, kunne et lite skrubbsår betydd døden. Men torsken klarer seg helt fint.

– Den opprinnelige ideen var at Paedocypris-artene lever i vann som er så surt at bakterier knapt nok klarer å leve der. Da tenkte vi at de sikkert har et veldig enkelt immunforsvar også, men nei da. Da vi undersøkte saken, fant vi et immunforsvar som er nesten pinlig normalt, forteller Malmstrøm.

Til gjengjeld fant forskerne mye annet rart da de begynte å studere barnekarpenes DNA. Det viste seg nemlig at de har veldig små genomer, og det mangler mange biter som er «normale» hos andre fisker og virveldyrarter.

• Les også: En god mor er viktig, også for fisk

Genene som forsvant

– Det viktigste funnet er at disse fiskene har mistet veldig mye – cirka 20 prosent – av det som kalles Hox-gener. Dette er en gruppe gener som har en overordnet styringsfunksjon i embryoet, forklarer Malmstrøm.

Hox-genene ligger i en spesiell rekkefølge på DNA-trådene, og den rekkefølgen styrer også rekkefølgen i utviklingen av de ulike kroppsdelene.

– Det har vært gjort forsøk med å bytte om på rekkefølgen av Hox-genene hos bananfluer. Da kan man for eksempel få bananfluer med bein der antennene skulle vært. Hvis Hox-genet som styrer utviklingen av thorax – brystpartiet – blir gjentatt, blir resultatet en bananflue med to brystpartier, forklarer Malmstrøm.

Tenk deg at et Hox-gen styrer utviklingen av et segment med bein hos et leddyr. Duplisering av dette genet vil da føre til at det dannes to segmenter med bein. Noe sånt kunne enkelt ha forklart alle beinene til tusenbein, uten at dette nødvendigvis er årsaken.

Andre forenklinger

Forskerne har også oppdaget at barnekarpens genom er sterkt forenklet på et annet område. De såkalte intronene – DNA-sekvenser som finnes i DNA, men ikke i modent RNA – kan nemlig være ganske omfangsrike hos de fleste virveldyr. Men hos Paedocypris har intronene skrumpet kraftig inn, slik at eksonene (DNA-sekvenser i RNA) ligger mye tettere.

– Et gen består av både introner og eksoner. Det er eksonene som inneholder oppskriften til proteinene som skal produseres. Intronene ligger mellom eksonene og kan føre til at forskjellige grupperinger av eksoner brukes til å lage proteiner. Det vil si at et gen kan kode for mer enn ett protein. Lengden av intronene har ikke nødvendigvis noe å si, men de må være til stede for at cellen skal klare å lage alle proteinene, forklarer Ole Kristian Tørresen.

Det oppsiktsvekkende med barnekarpen er altså at intron-områdene i DNA har skrumpet kraftig inn, de er kortere enn hos beslektede arter. På toppen av det hele har barnekarpene mistet store deler av det som kalles transposoner, det vil si «hoppende gener» eller biter av DNA som kan flytte seg til nye steder i genomet i en celle.

– Dere nevnte at disse barnekarpene lever i et surt miljø med lite oksygen, lite kalk og lite næring. Er de genetiske forenklingene og det livslange larvestadiet en tilpasning til et vanskelig miljø for å spare energi?

– Det er fristende å tenke den tanken, men vi skal være forsiktige med å si at det er en årsakssammenheng. Det finnes nemlig andre bittesmå fisker i det samme vannet, men de har helt normale genomer og normale kropper. Dessuten vet vi fra før at det finnes små fisk med store genomer og store fisk med små genomer. Det finnes attpåtil pedomorfe eller «barneaktige» fiskearter som har et fullt sett av Hox-gener, svarer Tørresen.

• Les også: Denne fisken har ekstremt tilpasningsdyktig sperm

Truet miljø

Malmstrøm og Tørresen er mer opptatt av at de sørøstasiatiske sumpskogene er i sterk tilbakegang. Sumpskogene vokser nemlig på toppen av rike kullforekomster, og derfor blir store områder hvert år drenert, hogd og gravd ut for å utnytte dette kullet. Resultatet er at Indonesia for tiden er verdens fjerde største kullprodusent.

– Jeg håper at sekvenseringen av dette unike genomet kan bidra til litt mer oppmerksomhet omkring disse sumpskogene, slik at de kan få et bedre vern. Livet i sumpskogene er nemlig lite utforsket, og det vi har funnet i Paedocypris kan tyde på at skogene er et genetisk skattkammer, oppsummerer Malmstrøm.

Modell av modellfisken

De to forskerne ser også for seg at en eller flere av Paedocypris-artene kan bli interessante for andre forskere. De voksne barnekarpene likner nemlig til forveksling på larvene til sebrafisken, som i mange år har vært en viktig modellorganisme for forskere.

– Disse små karpefiskene har allerede fra naturens side mistet mange viktige gener som forskere gjerne slår ut i sebrafisker når de studerer dem. Dette er altså en fisk som er naturlig forenklet fra naturens side. Forskere som for eksempel vil teste en hypotese ved å slå ut gener hos en voksen sebrafisk, kan isteden først sjekke ut ting i Paedocypris. Dermed har vi rett og slett fått en modell av modellfisken, mener Tørresen.

Referanse:

Martin Malmstrøm m.fl: The most developmentally truncated fishes show extensive Hox gene loss and miniaturized genomes. Genome Biology and Evolution. April 2018. Sammendrag.

Martin Malmstrøm,mfl. Evolution of the immune system influences speciation rates in teleost fishes. Nature genetics, 2016. Sammendrag.