Vi har mindre til felles med anemonene enn vi har trodd: Ny genetisk forskning viser nemlig at bestemte gener man har trodd alle dyr delte, er helt ulike hos sjøanemoner og pattedyr.
Siden Darwin lanserte sin teori om artenes opprinnelse, har de fleste biologer etter hvert ment at alle levende organismer har ett felles opphav. Etterkommernes morfologi - altså rett og slett hvordan kroppene deres er bygget opp - har gjennom evolusjonen endret seg gradvis fra hverandre, og det har gitt opphav til all variasjonen blant skapningene på jorden i dag.
Her antas Hox-genene å spille en viktig rolle. Disse genene bestemmer nemlig hvilke gener som skal uttrykkes i en bestemt del av kroppen. Slik at du for eksempel bare får to nyrer, én på hver side av ryggraden, og én nese omtrent midt i ansiktet ditt. Det antas også at det er egenskaper ved hox-genene som gjør at enkelte leddyr, som skolopendere og tusenbein, har så mange, tilnærmet identiske kroppsledd.
Mutasjoner i disse genene kan derfor gi dramatiske forandringer i det fullt utviklete dyret: Da forskere fremkalte mutasjon i et Hox-gen hos bananfluer, Drosophilia melanogaster, førte det for eksempel til at føtter vokste ut av hodet der antennene skulle vært. En annen mutasjon ga fluene et ekstra vingepar.
Dette betyr altså at mutasjon i et Hox-gen kan føre til at en struktur som hører hjemme i en kroppsdel, kan transformeres til en annen. På fagspråket kalles det homeotisk transformasjon.
Samtidig kan de genene vi har til felles, være 700 millioner år gamle.
- Sjøanemoner og slektningene deres, nesledyrene, kan ha like mange gener som oss. De kan til og med være like kompliserte genetisk sett, men oppbygningen deres er enklere. Forklaringen ligger i disse bestemte genene vi har studert, forklarer Ulrich Technau, gruppeleder ved Sars-senteret på Universitetet i Bergen.
Sammen med Daniel Chourrout, forskningsdirektør ved Sars-senteret, og forskere fra flere utenlandske institusjoner har forskere fra UiB utviklet en ny teori for hvordan kroppsplanen for dyr har endret seg gjennom evolusjonen.
Bakgrunnen er at genomet for flere av nesledyrene nettopp har blitt sekvensert.
Hox-gener
Det er i de såkalte Hox-genene oppdagelsen har blitt gjort. Hox-gener er sentrale i den morfologiske utviklingen hos dyr - altså hvordan kroppene deres bygges opp.
Man har studert og funnet Hox-gener hos mange dyr, og selv mellom dyregrupper som ligger langt fra hverandre, som insekter og virveldyr, har de vært helt likt organisert.
"Ulrich Technau, Sars-senteret Foto: Lars Holger Ursin."
De har ligget i rekke etter hverandre på genomet:
anterior-gruppen, som styrer strukturen i fronten av dyret
sentralgruppen, som styrer hvordan midten ser ut
posterior-gruppen, som bestemmer mønsteret i enden av dyret.
Innenfor hvert av disse tre segmentene styrer Hox-genene hvilke gener som skal uttrykkes hvor. Dermed bestemmer genene hvordan dyret ser ut.
Fant ny gruppe Hox-gener
- Så langt har imidlertid det meste av forskningen på Hox-gener blitt gjort på bilateralt symmetriske dyr, forklarer Technau.
Bilateralt symmetriske dyr er som du og jeg, slik at høyre og venstre side speiler hverandre. Technau er spesialist på en gruppe dyr som ikke hører med i denne gruppen, nemlig nesledyrene (Cnidaria).
Chourrout er på sin side spesialist på Hox-gener, og sammen ville de undersøke om man fant den samme organiseringen av Hox-gener i denne dyregruppen, som omfatter blant annet anemoner, polypper og maneter. Forskerne tok utgangspunkt i anemonen Nematostella vectensis, en organisme Technau har forsket mye på, og blant annet vist har like mange gener som mennesker.
Ikke symmetrisk
- Den er altså ikke venstre-høyre-symmetrisk som oss, så vi ventet at de kanskje ville mangle den sentrale gruppen. Samtidig forventet vi å finne både en anterior- og en posterior-gruppe, forklarer Technau. Det gjorde de imidlertid ikke.
Bioinformatiker Frederic Delsuc fra CNRS-universitetet i Montpellier, analyserte genene, og fant bare én av de tre Hox-gruppene.
Annonse
- I stedet fant han en ny gruppe, som vi ikke observerer i bilateralt symmetriske dyr, forklarer Chourrout.
Bekreftet funnet hos fjern slektning
Dette synes forskerne var svært interessant. Kunne det være slik at vi bare har anterior-gruppen til felles med nesledyrene - og dermed vårt felles opphav? Eller hadde bare Nematostella mistet de to andre gruppene Hox-gener underveis i evolusjonen?
- Vi undersøkte derfor en fjern slektning av Nematostella, som vi ofte bruker til sammenlikning, nemlig polyppen Hydra, forklarer Technau.
Hydra er også et nesledyr, men er en mye enklere organisme enn Nematostella.
"Forskningsdirektør Daniel Chourrout Foto: Lars Holger Ursin."
Dersom Hydra også manglet posterior-gruppen og den sentrale gruppen av Hox-gener, ville det tyde på at en felles forgjenger til begge nesledyrene også manglet både den sentrale og den posteriore Hox-gruppen, og at den i stedet for dem hadde den nye gruppen, som vi kan kalle X-gruppen.
Denne nye gruppen er antakelig utviklet av en felles forgjenger til Cnidariene, etter at denne gruppen vokste ut som en egen gren på det fylogenetiske stamtreet.
- Og det viste seg å stemme. Hydra hadde bare anterior-gruppen til felles med oss. Men den hadde den nye X-gruppen til felles med Nematostella, forklarer han.
Ett enkelt opphav?
Forskerne mener derfor det kan være grunn til å tro at variasjoner i Hox-genene langt på vei kan forklare de store morfologiske forskjellene i livet på jorden. Og at endringer i nettopp disse genene forklarer hvordan kroppsplanen til dyrene endrer seg underveis i evolusjonen.
- Kanskje hadde en felles opphavsart til både nesledyrene og oss bare denne gruppen Hox-gener som alle har til felles i dag. Den teorien fremsetter vi i artikkelen vår i siste utgave av Nature, forklarer Ulrich Technau.
Han mener et slikt urdyr må ha levd så langt tilbake som 600-700 millioner år siden. Det vil si før den kambriske eksplosjonen, eller den perioden da de fleste av dagens dyregrupper oppstod for første gang.
Annonse
- Hvordan det dyret så ut, vet vi ikke, men det var antakelig morforlogisk enklere enn cnidariaene. Og stemmer teorien vår, tyder det på at all kompleksiteten som har oppstått siden i dyrene, må henge sammen med at Hox-genene har blitt mer komplekse og mer varierte, sier Chourrout.
