Planktonets ene celle må ta seg av alt fra fordøyelse til forplantning. Du, derimot, har rundt 200 forskjellige celletyper, organisert i kompliserte vev og organer med helt ulike oppgaver.

 (Foto: Shutterstock / NTB scanpix)
Planktonets ene celle må ta seg av alt fra fordøyelse til forplantning. Du, derimot, har rundt 200 forskjellige celletyper, organisert i kompliserte vev og organer med helt ulike oppgaver. (Foto: Shutterstock / NTB scanpix)

Knøttlite mysterium: Hva er egentlig forskjellen på deg og en encellet skapning?

– Jo mer vi undersøker, jo mer blir forskjellene visket ut, sier norske forskere.

Published

Hvem skulle tro at forskerne ved Seksjon for genetikk og evolusjonsbiologi graver i de dypeste spørsmålene om vår egen eksistens.

Ved første øyekast kan forskningen tvert imot virke temmelig fjern. Forskningsgruppa kartlegger genene til encellede knøtt som nesten ingen har hørt om:

Krageflagellater. Radiolarier. Haptofytter.

Bak navnene skjuler det seg ørsmå plankton i vannet. Encellede skapninger som umerkelig tangerer livet ditt under en svømmetur på en solfylt sommerdag, men som ellers betyr forsvinnende lite i hverdagen.

Men i forskningen på det aller minste livet, trer av og til de aller største spørsmålene fram. For eksempel:

Hva var det som skjedde, første gangen noen av disse encellede skapninger klarte det helt fantastiske: Å endre seg til en flercellet organisme der alle cellene samarbeider og deler oppgaver – som i oss mennesker.

Altså, dypest sett: Hva er forskjellen på oss og dem? Hva er det som gjør oss til oss?

Enormt forskjellige

På overflata kunne vi jo knapt vært mer ulike.

Både anatomien og livsførselen er ekstremt forskjellig hos en encellet organisme og dyr som oss.

Planktonets ene celle må ta seg av alt fra fordøyelse til forplantning. Du, derimot, har rundt 200 forskjellige celletyper, organisert i kompliserte vev og organer med helt ulike oppgaver.

Her må det finnes noen grunnleggende forskjeller i cellene. Men hvilke?

– Det essensielle er å forstå det genetiske grunnlaget for disse store forskjellene i måten organismene organiserer seg på, sier forsker Jon Bråte ved Seksjon for genetikk og evolusjonsbiologi ved Universitetet i Oslo.

Da moderne teknologi gjorde det mulig å undersøke cellene på genplan, trodde nok mange forskere at svarene var like om hjørnet.

Men resultatene var ikke som ventet.

Svært like gener

Enkelt sagt trodde forskerne det første encellede dyret oppstod ved at en type encellet organisme gjorde noen helt nødvendige genetiske oppfinnelser. Altså at den fikk endringer i genene som gjorde det mulig for celler å henge sammen, kommunisere og koordinere vekst og deling.

Slik kunne akkurat denne typen organisme utvikle seg til verdens første flercellede dyr. Og med tid og stunder brukte etterkommerne dens det samme genetiske utstyret til å utvikle seg til den enorme variasjonen som finnes hos dyr i dag.

I så fall skulle vi altså forvente å finne disse karakteristiske genene i alle flercellede dyr, men ikke hos de encellede.

Men da forskerne begynte å granske genomene til de encellede skapningene man tror er nærmest i slekt med dyra, fant de ikke det de lette etter.

– Det har vist seg at de ørsmå og relativt enkle organismene vi har studert, har omtrent de samme kritiske genene som vi menneske har, sier Kamran Shalchian-Tabrizi, professor ved Seksjon for genetikk og evolusjonsbiologi.

– Og jo mer vi undersøker, jo mer blir forskjellene visket ut.

Nå har Bråte, Shalchian-Tabrizi og flere kollegaer gjort et nytt og annerledes forsøk på å finne den grunnleggende genetiske ulikheten mellom oss og våre fjerne, encellede slektninger.

Radiolarier er en encellede organisme med en diameter på mellom 0,1 og 0,2 millimiter. (Foto: Picturepest / 	Anthocyrtis grossularia Ehrenberg - Radiolarian / CC BY 2.0)
Radiolarier er en encellede organisme med en diameter på mellom 0,1 og 0,2 millimiter. (Foto: Picturepest / Anthocyrtis grossularia Ehrenberg - Radiolarian / CC BY 2.0)

Gener som styrer gener

Da forskerne tidligere lette etter forskjeller i genomene til encellede og flercellede skapninger, sammenlignet de proteinkodende gener – altså områdene i DNAet som er oppskrifter på proteiner. Det er disse genene som bestemmer mange av egenskapene våre, som øyenfarge og risikoen for ulike sykdommer.

Men her fant de altså ikke store grunnleggende forskjeller.

Genomene våre koder imidlertid også for andre molekyler. For eksempel mikro-RNA. Dette er små molekyler som ikke gir noen egenskaper i seg selv. I stedet kan de regulere bruken av de proteinkodende genene, og slik være med på å styre egenskapene våre.

– Dette er altså gener som styrer gener, sier Ralf Neumann, en av de andre forskerne i gruppa.

Kan det være at forskjellene mellom encellede og flercellede skapninger ligger her? Altså ikke i proteinkodende gener, men i genene for mikro-RNAet som styrer de proteinkodende genene?

Halmstrået

– Det var det siste halmstrået, sier Shalchian-Tabrizi, som har ledet gruppa.

Tidligere forskning har nemlig vist at det finnes spesielle mikro-RNAer som er unike for dyr. De mangler hos organismer fra andre grupper, men finnes i nesten alle typer dyr, fra de mest primitive til avanserte pattedyr.

Tendensen har også gått mot at moderne dyr har flere mikro-RNA enn de som oppstod tidlig i dyras evolusjonshistorie.

Kanskje var det denne reguleringsmekanismen cellene oppfant, den gangen de fikk evnen til å organisere seg i flercellede skapninger? Altså: At dyrene utviklet mikro-RNA, som gjorde dem i stand til å bruke genene på nye måter.

Dersom dette stemmer, burde forskerne kunne finne mikro-RNA i mange dyrearter, men ikke i våre nærmeste encellede slektninger.

Bråte, Neumann, Shalchian-Tabrizi og kollegaene satte ut for å lete etter nettopp det. De undersøkte Ichthyosporea, en gruppe encellede organismer som ligger nært dyrene på livets tre. Vi delte altså felles forfar, like før det oppstod flercellede dyr.

Hvis mikro-RNA virkelig er hemmeligheten bak flercellet liv, burde forskerne ikke kunne finne det hos Ichthyosporea.

Men det gjorde de.

Utstyret fantes fra før

– Ichthyosporea har dyrenes mikro-RNA. De har til og med det molekylære maskineriet alle dyr bruker for å lage mikro-RNA med riktig form, sier Bråte.

Dermed ryker altså det siste halmstrået: Mikro-RNA er trolig heller ikke det som skiller encellede og flercellede skapninger.

Så hva betyr egentlig det for vår forståelse av dyrenes opprinnelse og evolusjon?

– Det betyr at det aller meste av det genetiske maskineriet som skal til for å lage flercellede organismer, fantes allerede før de første flercellede dyr oppstod, sier Bråte.

Det var altså ikke slik at de første dyra fant opp redskapene de trengte for å bli flercellet. De hadde derimot muligheten til å bli flercellet fordi utstyret som skulle til allerede var utviklet.

Cellene våre ser faktisk ikke ut til å ha noen flere spesialtilpasninger enn encellede skapninger.

Kan encellede skapninger danne organer?

– Før trodde vi at dyr og encellede organismer var veldig ulike genetisk, men nå svinger pila i motsatt retning. Det er paradoksalt at vi er organisert så forskjellig til tross for at vi på et genetisk plan er rimelig like, sier Bråte.

– Men funnene gjør ikke dyr mindre avanserte. De gjør encellede organismer mer avanserte.

Og de reiser helt nye, svimlende spørsmål.

I ytterste konsekvens:

Kan det finnes samfunn av encellede organismer ute i naturen som minner om dyras vev og organer?

– Vi vet at cellene i naturen som vi tenker på som encellede har evnen til å danne komplekse celle-samfunn som kan minne om flercellet liv, sier Shalchian-Tabrizi.

– Når vi nå har fått ny kunnskap om gener i mikrober, er det nærliggende å spørre om encellede organismer bruker de samme grunnleggende mekanismene for organisering som vi ser hos dyr og mennesker.

– Er det slik at ur-formen for celle-organisering er basisen for hvordan våre organer og vev er satt sammen? I så fall vil studier av mikrobielle samfunn være nyttige for å forstå utvikling av våre egne kropper.

I fantasifull sci-fi-stil kunne man kanskje spekulere på om det kan finnes et hjerne-aktig samfunn av encellede skapninger der ute. Men det er nok ikke særlig sannsynlig.

– I rota på livets tre

Dag Olav Hessen, professor i biologi ved UiO, mener forskningen til Bråte og kollegaene er ekstremt interessant.

– De er langt nede i rota av livets tre, og ser på de mest grunnleggende prosessene bak livets utvikling, sier han til forskning.no.

Nettopp slike studier åpner nettopp for stor, ny innsikt, og en og annen overraskelse.

– Jeg tror nok ikke at man finner veldig intelligente, encellede samfunn der ute. Til det har de for få gener og mulighetene er relativt begrensede.

– Men de er ikke så primitive som vi har tenkt. Og det er ikke noen ekstremt brå overgang mellom encellede og flercellede organismer.

Hvorfor er ikke alle skapninger flercellet?

Spørsmålet nå er så klart:

Hvis det faktisk er slik at encellede organismer sitter med utstyret for å bli flercellet. Hvorfor bruker de ikke den muligheten?

– Det er ikke nødvendigvis noe mål å bli flercellet, sier Bråte.

På mange levesteder på jorda passer det bedre å være encellet.

Men det er ikke tvil om at du får mye igjen for å gå inn i et mer permanent fellesskap i en flercellet organisme, selv om det betyr at du må gi avkall på litt av selvråderetten, mener Hessen.

– Selv om det finnes flest bakterier, er det flercellede organismer som har drevet det til noe, sier han.

Vi er ikke i nærheten av å ha svaret på hvorfor og hvordan ulike skapninger skilte lag og gikk i hver sin retning. Etter undersøkelsene til Bråte og kollegaene er lista over store ubesvarte spørsmål nesten blitt lengre.

Resultatene deres har gitt ny innsikt, men det store mysteriet er bare blitt dypere.

Referanse:

J. Bråte, R. S. Neumann, B. Fromm, A. A. B. Haraldsen, J. E. Tarver, H. Suga, P. C. J. Donoghue, K. J. Peterson, I. Ruiz-Trillo, P. E. Grini, & K. Shalchian-Tabrizi, Unicellular origin of the animal microRNA machinery, Current Biology, oktober 2018.