Ur-DNA inneholdt koden til flercellete organismer

Allerede i urtiden var encellete organismer programmert til å bli flercellete. Det var bare et lite aber. Genbitene lå i feil rekkefølge.

Publisert
Kamran Shalchian-Tabrizi kan nå gi en endelig bekreftelse på at den encellete organismen krageflagellater er nærmest i slekt med dyr – og dermed oss mennesker. (Foto: Yngve Vogt)
Kamran Shalchian-Tabrizi kan nå gi en endelig bekreftelse på at den encellete organismen krageflagellater er nærmest i slekt med dyr – og dermed oss mennesker. (Foto: Yngve Vogt)

– Overgangen til flercellete organismer er en av de aller største og mest dramatiske forandringene i livets historie, forteller førsteamanuensis Kamran Shalchian-Tabrizi på Institutt for biovitenskap ved Universitetet i Oslo.

Forskergruppen hans har studert overgangen fra encellete til flercellete organismer og har nå funnet den genetiske forklaringen på hvordan dette kunne skje.

Overgangen til flercellete organismer har bare skjedd noen få ganger. De fire viktigste eksemplene er planter, dyr, sopp og tang og tare. Dessuten finnes det enkelte flercellete bakterier og ganske mange former for flercellete amøber.

Overgangene skjedde uavhengig av hverandre. Shalchian-Tabrizi har derfor stilt seg spørsmålet om det fantes elementer i ur-DNA-et som kunne føre til flercellethet. Det har han nå fått bekreftet.

Omvendt av kreft

En av de store forskjellene på encellete og flercellete organismer er celleveksten. Celleveksten er nesten uhemmet hos encellete organismer, så lenge vekstbetingelsene er gode.

Derimot kontrolleres cellene i flercellete organismer, slik at cellene skal kunne fungere i samspill med hverandre.

Med ukontrollert cellevekst ville vi mennesker ha blitt enormt store. Cellene i flercellete organismer deler på oppgavene og koordinerer aktiviteten med hverandre. For eksempel har menneskeceller ulike oppgaver avhengig av om cellene befinner seg i huden eller i indre organer.

– Vi har ønsket å skjønne hvorfor cellene hektet seg sammen, hvordan dette kunne skje og hvilke endringer i DNA-strengen som gjorde samarbeidet mellom cellene mulig, og hvordan de begynte å kommunisere for å differensiere oppgavene sine.

Shalchian-Tabrizi sammenligner overgangen fra encellete til flercellete organismer med overgangen fra en kreftlivsform til en ikke-kreftlivsform.

Akkurat som encellete organismer deler kreftceller seg uhemmet.

– I og med at encellete organismer utgjør den største biodiversiteten på jorda, er det mulig å si at kreftlignende tilstander er den mest naturlige livsformen. Vi har med andre ord prøvd å forstå hva som skjedde da kreften ble temmet.

Slekt

Selv om stamfedrene til de flercellete organ-ismene har dødd ut for lenge siden, har forskerne lett etter forklaringen ved å sammenligne genene til de encellete artene som er mest i slekt med flercellete.

For å kunne tolke hvorfra genene kommer, har forskerne analysert gener fra encellete organismer fra både plante- og dyreriket.

– Spørsmålet har vært om vi kunne finne spor etter disse genetiske komponentene hos encellete organismer eller om vi bare kunne se dem hos flercellete organismer, sier Shalchian-Tabrizi.

Løsningen har vært å koble genanalyse med evolusjon. Da kan biologene forstå rekkefølgen på hendelser.

– Vi kan da skjønne hvilke gener som er gamle og nye og når gener oppstod og gikk tapt.

Genbiter

De encellete og de flercellete organismene har – forenklet sagt – de samme genetiske byggeklossene.

– For å koordinere veksten og samarbeidet mellom cellene, var det nødvendig at de genetiske byggeklossene i visse gener hang sammen i en bestemt rekkefølge, sier Shalchian-Tabrizi.

Et gen består av flere biter. Hver av dem har en viktig rolle. I løpet av overgangen til flercellete organismer er genbitene blitt flyttet rundt.

– Poenget vårt er at genbitene var der lenge før cellene begynte å samarbeide, men at de var feil plassert. Du kan sammenligne dette med en kortstokk. Kortene var der på forhånd, men måtte stokkes på rett måte. Men vi vet dessverre fortsatt ikke hvordan kortene ble stokket.

Det betyr: Genkoden for flercellethet lå allerede ferdigprogrammert hos encellete organismer.

Sakte endring

Overgangen fra encellethet til flercellethet har vært jevnere enn forskere har trodd.

– Vi liker å sette grenser mellom dyr og ikke dyr, men når vi studerer dette molekylært, ser vi en mer glidende overgang. Det er spennende.

– Forfedrene våre hadde mange av de samme komponentene som vi forventer å se i dyr. Noen av de encellete organismene hadde de spesielle genene i flere millioner år før de ble flercellete, sier Shalchian-Tabrizi.

Viktig med perifer slekt

For å forstå mer om hvilke gener som fantes i ur-DNA-et, har forskerne også vært nødt til å analysere de organismene som er minst i slekt med alle andre arter på jorda.

Derfor er det urdyret fra Ås, Collodictyon, viktig. Urdyret lever i ferskvannsmudder og er omtalt som menneskets fjerneste slektning.

– Hvis vi skjønner slektskapet mellom oss og de fjerneste slektningene, kan vi nøste oss ned til livets stamme og rekonstruere hvordan ur-DNA-et var bygd opp og hvordan egenskapene til organismene har forandret seg.

– Det forteller ikke bare noe om andre organismer vi knapt kan se, men også noe om evolusjonen av oss mennesker, sier Shalchian-Tabrizi.

100 gener

Forskerne har analysert hundre gener til flere hundre arter. Selv om hundre gener høres mye ut, er det bare en halv prosent av det fullstendige genomet.

– Vi forstår funksjonen til de hundre genene veldig bra, men vi vet fortsatt ikke hva halvparten av genene gjør. De kan også ha viktige funksjoner. Den dagen vi kan studere det fullstendige genomet, har vi muligheten til å forstå den genetiske basisen for alle organismer.

Shalchian-Tabrizi har samtidig fått slått fast hvor dyr stammer fra.

Det har lenge vært allment kjent at encellete grønnalger er nærmest i slekt med planter. Dyrenes slektskap har vært mindre sikker. Shalchian-Tabrizi kan nå gi en endelig bekreftelse på at den encellete organismen krageflagellat-er er nærmest i slekt med dyr.

Selv om forskerne i denne runden bare har plassert hundre arter på slektskapstreet, er antall mulige kombinasjoner i slektstreet større enn antallet atomer i universet.

De flercellete organismene er kronen på slektskapstreet, mens den store stammen består av de encellete.