Snur opp ned på evolusjonsteori

Rekkefølgen på genene i arvestoffet til dyr er ikke aktivt bevart gjennom naturlig seleksjon, men kan ha blitt formet ved rene tilfeldigheter, viser oppsiktsvekkende funn.

Publisert
De gjennomsiktige halesekkedyrene (Oikopleura dioica) blir først synlige når man tilsetter melk i sjøvannet. (Foto: Jean-Marie Bouquet og Jiri Slama/Science/AAAS)
De gjennomsiktige halesekkedyrene (Oikopleura dioica) blir først synlige når man tilsetter melk i sjøvannet. (Foto: Jean-Marie Bouquet og Jiri Slama/Science/AAAS)

Genomakitektur

Genomarkitektur er en betegnelse på hvordan arvestoffet er organisert langs DNA-strengene. Det vil si plassering og rekkefølge av alle genene på DNA, inkludert de store mengdene med sekvenser som ikke koder for noen ting. Disse sekvensene kalles introner, og ligger mellom aktive sekvenser som koder for alt fra blodtype og hudfarge, til antall bein og temperaturtoleranse.

Tidligere har man trodd at arkitekturen av DNA var svært likt for alle dyrearter, og bare i liten grad hadde endret seg fra selve Urdyret.

Men det stemmer ikke, ifølge nye funn fra forskergruppen ved Sars-senteret og det franske genomsenteret, Genoscope. De har funnet bevis for at rekkefølgen av genene på DNA bestemmes gjennom nøytrale evolusjonære prosesser, kort sagt ved tilfeldigheter.

Kilder: Forskningsdirektør Daniel Chourrout og professor Rein Aasland, UiB

For ti år siden greide forskerne å kartlegge hele DNA-sekvensen til mennesket. Etter hvert som genomene til mange andre dyr også ble beskrevet, så forskerne at det var store fellestrekk mellom de ulike arvematerialene.

Mange gener finnes hos alle dyr, og blant dyr som er beslektet viste det seg også at rekkefølgen av gener langs DNA delvis var lik.

Forskerne har derfor antatt at denne gamle arkitekturen av genomet i seg selv er viktig, og at oppbygningen aktivt har blitt bevart gjennom naturlig seleksjon.

Men nye funn fra Sars-senteret ved Universitetet i Bergen og det franske genomsenteret Genoscope, snur opp ned på denne forestillingen. De har kartlagt genomet til et halesekkedyr, og resultatene viser at dyret har en radikalt forskjellig genomarkitektur også fra andre arter som de har mange fellestrekk med.

Forskerne konkluderer med at arkitekturen til dyrenes genom kan ha blitt formet ved nøytrale evolusjonære krefter, eller sagt på en annen måte – ved tilfeldigheter.

– Forestillingen om at arkitekturen som vi finner i de fleste genomer er den optimale som har utviklet seg gjennom naturlig seleksjon, finnes det ingen bevis for. Vi har derimot vist at så snart evolusjonen skjer veldig raskt, så kan den opprinnelige genomarkitekturen forsvinne, sier Daniel Chourrout.

Rask evolusjon

Dette lille halesekkedyret (Oikopleura dioica) har fått forskerne til å snu opp ned på evolusjonsteorien. Dyret har en reproduksjonstid på bare fire dager, og når evolujonshastigheten er så stor, skjer det dramatiske endringer i arkitekturen av arvematerialet. (Foto: Sars-senteret, UiB)
Dette lille halesekkedyret (Oikopleura dioica) har fått forskerne til å snu opp ned på evolusjonsteorien. Dyret har en reproduksjonstid på bare fire dager, og når evolujonshastigheten er så stor, skjer det dramatiske endringer i arkitekturen av arvematerialet. (Foto: Sars-senteret, UiB)

For å finne de nye resultatene har forskerne studert et dyr som reproduserer seg raskt, men som samtidig er høyt utviklet.

Oikopleura dioica, eller halesekkedyr som arten heter på norsk, er et lite dyr som lever i store mengder i alle verdenshav. Med første blikk ser det langt fra ut som en nær slektning av mennesket.

Men dette er også et ryggstrengdyr (chordata), som hører til tunikatene som er en søstergruppe til virveldyrene.

Mens de fleste artene som tidligere har blitt sekvensert har lang reproduksjonstid, har halesekkedyrene en generasjonstid på bare fire dager, noe som er helt unikt for så kompliserte dyr. Dette gjør det til et perfekt forskningsobjekt. For med så kort reproduksjonstid, går også den evolusjonære utviklingen raskt.

– Når evolusjonshastigheten er stor, viser det seg at genomarkitekturen blir veldig skjør, sier Chourrout.

Ikke-kodede sekvenser

Ett av de mest oppsiktsvekkende funnene til Sars-gruppen var at plasseringen av intronene – de ikke-kodede sekvensene langs DNA-strengen som stykker opp genene – var helt annerledes enn for alle andre undersøkte dyr.

De aller fleste introner i arvestoff som er undersøkt, er urgamle og det er vanskelig å forklare hvor de opprinnelig kommer fra. Derfor har forskerne trodd at de er så betydningsfulle, at de blir bevart gjennom naturlig seleksjon.

– Hva vi oppdaget i Oikopleura var at mange introner er byttet ut, og de fleste av de gamle intronene er forsvunnet. Genomet har normalt antall introner men de er ikke de samme – de er nye, forteller Chourrout.

Noen steder oppdaget forskerne at enkelte introner var nærmest identiske. Forskerne mener dette kan forklares med at noen sekvenser har blitt kopiert og at en del er flyttet til et annet sted i DNA-strengen.

– Denne endringen av intronplasseringen er ekstremt høy hos Oikopleura, og det er det mest oppsiktsvekkende vi har funnet ved denne organismen, sier Chourrout.

Referanse:

Denoeud m.fl.: Plasticity of Animal Genome Architecture Unmasked by Rapid Evolution of a Pelagic Tunicate, Science, Published Online 18 November 2010, DOI: 10.1126/science.1194167.