Sjømark skriver om på hjernens historie

En sjømark har stillaset som trengs for å lage hjerne. Dermed stikker den hull i teorien om at virveldyrene er de første og eneste som har hatt mulighet til å lage den grå tenkeklumpen.

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

Den voksne eikenøttmarken ser ikke spesielt spektakulær ut. Men gjemt inne i marken finner vi en av bitene i puslespillet som er vår hjernes utvikling. (Foto: Ariel Pani)
Den voksne eikenøttmarken ser ikke spesielt spektakulær ut. Men gjemt inne i marken finner vi en av bitene i puslespillet som er vår hjernes utvikling. (Foto: Ariel Pani)

Hittil har den rådende teorien om hjernens utvikling gått som følger:

På et tidspunkt skilte virveldyrene lag med sine nærmeste slektninger, de virvelløse kappedyrene og lansettfiskene. Etter det utviklet vi grunnlaget for det som i dag er hjernen.

I hovedsak dreier det seg om tre signalområder i fosteret som styrer utviklingen av forhjernen, midthjernen og bakhjernen.

Men en studie i denne ukens Nature viser at en ganske beskjeden skapning, en mark som lever nedgravd i gjørme på havets bunn, også har disse tre områdene som foster.

Allikevel har den ingen hjerne. Forskerne kaller områdene for hjernens stillas.

– Dette vil forandre hvordan vi tenker om hjernens evolusjon, sier Chris Lowe, evolusjonsbiolog og en av studiens forfattere, til Nature News.

Nedover evolusjonstreet

Først litt grunnleggende om livets utvikling:

Ryggstrengdyrene er en dyregruppe som innebefatter både virveldyrene – som har en fullt utviklet ryggrad – og også lansettfiskene og kappedyrene, som har ryggmarg, men ikke selve skjellettet rundt.

Virveldyrene har en tredelt hjerne, lansettfiskene og kappedyrene har ikke det.

Enda et hakk lenger nede på utviklingstreet finner vi enteropneustene, eller eikenøttmarkene.

(Illustrasjon: Per Byhring)
(Illustrasjon: Per Byhring)

Marken har ikke noe norsk navn, men på engelsk kalles den acorn worm, eller eikenøttmark. Det er fordi den har et eikenøttlignende påheng på enden av kroppen som den bruker til å oppfatte omverdenen med.

Eikenøttmarken tilhører gruppen hemichordata, og er altså et mellomledd mellom ryggstrengdyrene og alle de andre virvelløse dyrene. Eikenøttmarken har heller ikke en tredelt hjerne – faktisk har den ikke hjerne i det hele tatt – men den har altså teknisk sett grunnlaget for en slik.

De samme proteinene gir hudhjerne

Selvlysende markører på hvert bilde viser de forskjellige genene som er skrudd på og lager proteiner i et eikenøttmarkembryo. Flere farger på ett bilde viser flere forskjellige geners aktivitet i det samme embryoet. (Foto: Ariel Pani)
Selvlysende markører på hvert bilde viser de forskjellige genene som er skrudd på og lager proteiner i et eikenøttmarkembryo. Flere farger på ett bilde viser flere forskjellige geners aktivitet i det samme embryoet. (Foto: Ariel Pani)

Ved å gjøre enkelte proteiner selvlysende i eikenøttmarkembryoer, har forskere fra Marine Biological Laboratory (MBL) i Woods Hole og fra University of Chicago kunnet følge med på hvilke proteiner som uttrykkes hvor i markens utvikling.

Overraskende nok viste det seg at markens gener lager de samme proteinkombinasjonene, på de samme stedene, som proteinene lages i embryoene til for eksempel løver og giraffer.

Resultatene er imidlertid noe forskjellige:

Mens mennesker og hunder og haier utvikler hjerne, dannes det bare noen enkle nerveceller i huden på eikenøttmarken. Den har dermed det forskerne kaller en ”hudhjerne”.

Tegner evolusjonstreet på nytt

Tidligere har forskerne antatt at grunnlaget for hjerne for første og eneste gang ble lagt etter at virveldyrene skilte seg ut som en egen gruppe av ryggstrengdyrene. Men det stemmer altså ikke.

Stillaset, signalsentrene, oppstod lenge før.

Grunntegningen ble faktisk laget allerede før hemichordatene og ryggstrengdyrene skilte lag. En eller annen ukjent krabat har altså levd på jorda med mulighet til å skaffe seg en hjerne, og den er forfar til både enteropneustene, kappedyrene, lansettfiskene og menneskene.

I denne illustrasjonen kan du se når evolusjonsbiologene nå tror hjernens stillas først ble utviklet:

(Illustrasjon: Per Byhring)
(Illustrasjon: Per Byhring)

– Umulig at det er tilfeldig

– Jeg forventer at forskjellige dyr skal ha noen av de samme genene, men det var skikkelig overraskende at disse genene uttrykkes som proteiner i de samme signalsentrene, og i de tilsvarende områdene i kroppen, kommenterer evolusjonsbiologen Cliff Tabin ved Harvard Medical School til Nature News.

Han har selv ikke vært med på studien. Tabin mener det er umulig at disse likhetene i fosterutviklingen skyldes tilfeldigheter.

Den nye studien endrer også utviklingshistorien til kappedyrene og lansettfiskene:

Det er sannsynligvis ikke slik at de aldri utviklet hjernestillas, men heller at de en gang hadde disse sentrene, og så mistet dem igjen.

– Det dette betyr, er at dette rare, svampete havdyret kan være veldig informativt når vi forsøker å forstå virveldyrenes evolusjon og genetikk. Det er helt uventet, sier studiens hovedforfatter Ariel Pani i en pressemelding fra MBL.

Én ting den nye studien ikke gir noe svar på, er hva eikenøttmarken bruker signalsentrene sine til. Chris Lowe tror muligens de hjelper til i utformingen av nerver og vev som omgir sentrene.

Kilde:

A. M. Pani m.fl. (2012) Ancient deuterostome origins of vertebrate brain signaling centres. Nature, publisert online 14. mars 2012 (les sammendrag)
 

–—
(Forsidebilde: Ariel Pani)

Powered by Labrador CMS