Dyrenes opprinnelse

Det første dyret var encellet, ganske lite, og hadde tynne tentakler som det spiste bakterier med. Norske forskere forsøker å skjønne hvordan det ble til.

Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.

"Dette er krageflagellater. De er encellede organismer og de nærmeste nålevende slektningene til dyr. Den lange grønne flagellen (halen) brukes til svømming og mating, den røde kragen av tentakler som omkranser flagellen fanger bakterier, mens kjernen i den encellde organismen er markert med blått. (Foto: Nicole King lab/UC Berkeley)"
"Dette er krageflagellater. De er encellede organismer og de nærmeste nålevende slektningene til dyr. Den lange grønne flagellen (halen) brukes til svømming og mating, den røde kragen av tentakler som omkranser flagellen fanger bakterier, mens kjernen i den encellde organismen er markert med blått. (Foto: Nicole King lab/UC Berkeley)"

Hvordan gikk vi egentlig fra encellede organismer til flercellede dyr?

Dette spørsmålet har forskere ved Universitetet i Oslo forsøkt å takle.

Encellede dominerer

Encellede organismer er de minste levende enhetene på kloden, og er opprinnelsen til alt liv – både mikroorganismer og planter, dyr og mennesker.

Mikroorganismer består kun av én enkelt celle, mens alle andre er flercellede og kan bestå av enorme mengder celler som arbeider sammen. I en menneskekropp er det for eksempel rundt 100 000 milliarder celler.

De encellede organismene har hele tiden dominert livet på jorda. Vi syns kanskje at mennesker og dyr er fremtredende, men det er fordi vi er så store.

Det meste av alt liv på jorda er fortsatt encellede – både når det gjelder antall arter og mengden biomasse.

Celler som snakker sammen

På et tidspunkt i livets utvikling – muligens for rundt 600 – 1 000 millioner år siden - skjedde det ett eller annet som gjorde at noen encellede organismer utviklet seg til å bli flercellede.

"Krageflagellaten Monosiga brevicollis forstørret 1 000 ganger. (Foto: Mark Dayel/UC Berkeley)"
"Krageflagellaten Monosiga brevicollis forstørret 1 000 ganger. (Foto: Mark Dayel/UC Berkeley)"

Det var begynnelsen på oss. Uten utviklingen av organismer med flere celler, hadde det slett ikke blitt noen dyr eller mennesker i verden.

Da du ble unnfanget, var du først en enkelt liten celle. Etter hvert begynte du å dele deg i millioner av ulike celler, fra hjerteceller til hudceller, blodceller og hjerneceller.

For 600 – 1 000 millioner år siden var livet på jorda kun enkeltvise celler som duppet rundt i vann og pytter for seg selv.

Så lærte noen av cellene å snakke sammen og henge sammen. Hvordan skjedde det?

Nålevende slektninger

Det finnes ikke fossiler av disse første flercellede organismene, så for å lære om dyrenes opprinnelse, må forskerne studere genene til organismer som lever i dag.

For å skjønne hvordan de ble til, må forskerne skjønne slektskapet mellom organismene.

Et av de uløste problemene så langt har vært å skjønne hvilken av de nålevende encellede skapningene som er den nærmeste slekningen til dyrene.

Forskerne ved Universitetet i Oslo har sett nøye på en liten skapning kalt Ministeria vibrans. Dette er en veldig liten bakteriespisende celle med tynne tentakler.

- Det har vært uklart hvorvidt det er denne organismen, eller krageflagellatene, som er dyrenes nærmeste slektninger, sier amanuensis Kamran Shalchian-Tabrizi.

- Første gang

Derfor laget forskerne et såkalt genbibliotek (cDNA-bibliotek) for Ministeria vibrans.

- Vi dyrket den i laboratoriet, og sekvenserte 4 700 gensekvenser. Noen av disse sekvensene har vi så brukt til å gjøre slektskapsanalyser, forteller Shalchian-Tabrizi.

Resultatene viser at det er krageflagellatene som er dyrenes nærmeste slektninger. Ministeria vibrans er på sin side en søstergruppe til dyra og krageflagellatene – en egen liten grein på livets tre.

- Det er første gang man har løst slektskapsforholdet mellom de fleste mulige organismegrupper som er nærmest i slekt med dyr, sier forskeren.

Samarbeidsgener

I tillegg har UiO-forskerne vært på jakt etter visse typer gener som er typiske i dyr og mennesker – som får cellene til å samarbeide og feste seg til hverandre.

- Blant de 4 700 genene vi har sekvensert, har vi sett på om det finnes sekvenser som er knyttet til celledifferensiering, eller til mekanismer som får celler til å henge sammen, sier Shalchian-Tabrizi.

- Vi vet hva som er typisk i dyr og mennesker, og så har vi sammenlignet det med encellete organismer, forklarer han.

- Vi ville finne ut om noen av disse genene fantes før flercellede organismer ble dannet, sier forskeren.

Moduler

Biologene oppdaget moduler, eller domener, av denne typen gener hos de encellede organismene. Domener er små enheter av proteiner, som hver for seg har spesielle funksjoner og som tilsammen bestemmer alle egenskapene til proteinet.

- Dette er ikke identisk med det vi finner hos høyerestående dyr, men modulene er som lego – du kan ta noen klosser å bygge ett legohus, men om du setter dem sammen på en annen måte, kan det bli et annet hus, sier Shalchian-Tabrizi.

- Vi finner ikke den eksakt samme sammensetingen av domenene som hos dyrene. Vi finner enkelte domener, og en veldig atypisk sammensetning av dem, forklarer han.

Domenebytting

Hos de encellede sitter mange av disse modulene, eller domenene, på hvert sitt gen.

Det betyr at der tre domener sitter i ett gen hos mennesket, så sitter de på hvert sitt gen hos de encellede organismene.

Dermed kan forskerne si noe om den grunnleggende mekanismen som fikk noen enkeltceller til å bli samarbeidsvillige.

- Det dreier seg om en utveksling av disse domenene, det man kaller domenebytting.

Modulene finnes altså der, men er satt sammen på en annen måte enn hos dyr. Dette er ikke de norske forskerne alene om å ha funnet ut.

Rekombinasjon

- Flere andre har funnet ut dette samtidig med oss, sier Shalchian-Tabrizi.

For eksempel ble alle genene til krageflagellatene kartlagt nå nylig. Da ble det tydelig at domenene forskerne har vært på utkikk etter, sitter på ulike gener.

- Dette betyr at de har vært tilstede lenge før de flercellede dyrene oppstod. Ministeria er faktisk den eldste organismen hvor slike domener er funnet, sier han.

- Det betyr at en veldig viktig mekanisme for å danne flercellethet, består av å bytte om på disse domenene. Plutselig bytter de plass, og får en helt annen egenskap til sammen, sier Shalchian-Tabrizi.

Slik oppstår en rekombinasjon av genomet - det blir stokket om.

- Vindu tilbake i tid

Det var Nicole King og kollegaer ved University of California som foretok kartleggingen av krageflagellatenes gener.

Når de oppdaget gensekvenser som ellers kobles til mekanismer som får celler til å henge sammen hos dyr, lanserte de en teori:

Kanskje brukte våre siste encellede forfedre disse genetiske egenskapene til å binde til seg og spise bakterier.

Så ble de samme mekanismene benyttet av de første dyrene til å holde cellene sammen.

- Krageflagellater er virkelig et unikt vindu tilbake i tid, til dyrenes og menneskenes opprinnelse, sa King i en pressemelding fra University of California, Berkeley, i februar i år.

Disse små skapningene finnes is store mengder i ferskvann og saltvann rundt omkring i verden, hvor de fråtser i bakterier. Cellene er eggformet med en enkelt lang hale i den ene enden, omgitt av en krage med tentakler.

Halen hjelper krageflagellaten med å bevege seg i vannet, og dytter bakterier mot tentaklene.

Rekkefølgen

Ved hjelp genetiske analyser kan forskere også hente ut informasjon om når de forskjellige genetiske domenene oppstod, hvor mange som finnes, og hvilke typer det er snakk om.

Ut fra dette kan de lære noe om hvilken rekkefølge ting har skjedd i – for eksempel hvilken encellet organisme som kom før den andre.

Så har de brukt den samme informasjonen til å forsøke å forstå hvordan det første dyret faktisk så ut.

- Vi vet ganske mye om hvordan de eksisterende encellede organismene ser ut, men vi vet ikke helt hvordan de første flercellede så ut. Men både krageflagellater og Ministeria vibrans har trådlignende tentakler som er veldig tynne.

- Derfor tror vi det første dyret av encellet, ganske lite, og at det hadde tynne tentakler som det spiste bakterier med. Det kunne vi ikke sagt uten disse analysene, sier Shalchian-Tabrizi.

De norske forskerne har samarbeidet med britiske forskere ved University of Oxford. På UiO er det også snakk om et tverrfaglig samarbeid, med forskere fra Microbial Evolution Research Group, Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis og Scientific Computer Group.

- Denne typen arbeid er sammensatt, og krever tverrfaglig arbeid. Vi har hatt et sammensatt team, for det krever mye arbeid å dyrke fram organismene. Vi kjenner ikke så mye til dem - hva de liker å spise, og så videre. I tillegg krever det mye arbeid å lage genbibliotek og analysere sekvensene, sier Shalchian-Tabrizi.

Referanser:

Kamran Shalchian-Tabrizi, Marianne A. Minge, Mari Espelund, Russell Orr, Torgeir Ruden, Kjetill S. Jakobsen, Thomas Cavalier-Smith;Multigene Phylogeny of Choanozoa and the Origin of Animals; PLoS ONE; mai 2008; doi:10.1371/journal.pone.0002098.

Nicole King, M. Jody Westbrook, Susan L. Young, Alan Kuo, Monika Abedin, Jarrod Chapman, Stephen Fairclough, Uffe Hellsten, Yoh Isogai, Ivica Letunic, Michael Marr, David Pincus, Nicholas Putnam, Antonis Rokas, Kevin J. Wright, Richard Zuzow, William Dirks, Matthew Good, David Goodstein, Derek Lemons, Wanqing Li, Jessica Lyons, Andrea Morris, Scott Nichols, Daniel J. Richter, Asaf Salamov, JGI Sequencing, Peer Bork, Wendell A. Lim, Gerard Manning, W. Todd Miller, William McGinnis, Harris Shapiro, Robert Tjian, Igor V. Grigoriev, Daniel Rokhsar; The genome of the choanoflagellate Monosiga brevicollis and the origins of metazoan multicellularity; Nature; 451, 783-788; 14. februar 2008; doi:10.1038/nature06617.

M. Abedin og N. King; The premetazoan ancestry of cadherins; Science; 15. februar 2008: vol. 319. no. 5865, ss. 946 - 948; doi: 10.1126/science.1151084. 

Lenker:

UC Berkeley: Genome of marine organism tells of animals’ one-celled ancestors

Universitetet i Oslo: Microbial Evolution Research Group

Powered by Labrador CMS