Mikro-RNA kan snu evolusjonsteorien på hodet

En ny teori sier at pattedyrene har utviklet seg på en helt annen måte enn det forskerne har trodd så langt.

Publisert
I Petersons evolusjonstre (til høyre), som er laget på bakgrunn av studier av mikro-RNA, er helt annerledes enn det opprinnelige evolusjonstreet. (Foto: Kevin Peterson/Nature)
I Petersons evolusjonstre (til høyre), som er laget på bakgrunn av studier av mikro-RNA, er helt annerledes enn det opprinnelige evolusjonstreet. (Foto: Kevin Peterson/Nature)

Om mikro-RNA:

Mikro-RNA er små stykker RNA på omkring 22 nukleotider; de regulerer uttrykket av gener. Mikro-RNA fungerer ved å binde til andre RNA-stykker før disse oversettes til proteiner. Dermed blir ikke proteinene uttrykt i cellen.

Vi har over 1000 forskjellige mikro-RNA-stykker, som samlet sett regulerer opp mot 60 prosent av genmaterialet.

Det er fortsatt debatt om mikro-RNA faktisk er så godt bevart på tvers av arter som Kevin Peterson foreslår.

Fakta:

Tradisjonelt illustrerer forskere utviklingen av de forskjellige pattedyrene med et «evolusjonstre» (se bildet øverst i artikkelen).

Jo høyere greinene er på treet, desto senere i evolusjonen slo en bestemt dyregruppe inn på sin egen utviklingshistoriske kurs.

På det tradisjonelle evolusjonstreet (til venstre) finner man dermed snabeldyrene først. De er altså nederst på treet. Deretter kommer henholdsvis hundefamilien, hovdyrene og primatene – der du og jeg befinner oss.

rimatene følges av gnagerne, og til slutt kommer rotter og mus.

Det er selvfølgelig flere dyregrupper innenfor pattedyrene, men dette er et forenklet bilde som forskere ofte bruker i beskrivelsen av evolusjonen.

I Petersons evolusjonstre (til høyre), som er laget på bakgrunn av studier av mikro-RNA, er rekkefølgen stokket helt om.

Siden Charles Darwin la fram sine ideer om artenenes opprinnelse i 1859, har forskere fra hele verden arbeidet med å konstruere et evolusjonshistorisk tre for alle dyr, men særlig for pattedyr.

Evolusjonstreet viser hvordan pattedyrene oppsto fra reptilene for 90 millioner år siden og deretter forgreinet seg til de myriadene av slekter, familier og arter som finnes i dag.

Stamtreet er bygget opp omkring møysommelige undersøkelser av et utall av fossile funn, studier av slektsforhold mellom nålevende arter og de nyeste teknologiske analysene av arvematerialet til forskjellige pattedyr.

Problemet er bare at dette nå ser ut til å kunne være feil.

Det viser nye, høyst kontroversielle, men fortsatt upubliserte forskningsresultater, som i det siste har fått spalteplass i de to anerkjente tidsskriftene Nature og Science.

Dette kan bety en revolusjon i forståelsen av evolusjonen, og en rekke forskere har stått fram med kritikk eller støtte.

Mikro-RNA tegner nytt bilde

Opphavet til kontroversen er banebrytende forskning på mikro-RNA. Det er små stykker arvemateriale som spiller en viktig rolle i reguleringen av gener, blant annet ved å forhindre at forskjellige gener kommer til uttrykk.

Mikro-RNA har dessuten den spesielle egenskapen at de over millioner av år ikke oppfører seg på samme måte som resten av arvematerialet. Strukturene er mye mer stabile over tid, og er godt bevart på tvers av arter.

Det gjør dem velegnet til å studere slektskap mellom dyregrupper – og det kan nå vise seg å være helt annerledes enn det man har trodd.

Oppdagelsen er gjort av paleobiolog Kevin Peterson fra Dartmouth College, USA.

Til Nature forteller han:

– Jeg har sett på tusenvis av mikro-RNA-gener og kan ikke finne ett eneste eksempel som støtter det tradisjonelle evolusjonstreet. Det undergraver forståelsen av pattedyrenes utviklingshistorie.

Et helt annet evolusjonstre

Petersons forskning viser at det i løpet av dyrenes 600 millioner år lange historie har oppstått 778 unike mikro-RNA-familier. Bare 48 har forsvunnet.

Mikro-RNA forsvinner altså sjelden fra en dyregruppes genom; derfor kan Peterson bruke den unike signaturen i mikro-RNA til å avgjøre hvilke dyregrupper som ble utviklet først og sist. Det er bare å undersøke om et bestemt tilfelle mikro-RNA finnes i genomet.

Hver nye grein på evolusjonstreet vil etter hvert få noen nye, spesifikke mikro-RNA-stykker som ikke finnes på noen av de andre greinene. Disse nye signaturene endrer seg heller ikke med tiden.

Dermed kan Peterson følge sporet fra mikro-RNA og bygge opp sitt helt nye evolusjonstre (se illustrasjon øverst i artikkelen).

Ifølge det nye treet oppsto rotter og mus først, mens hovdyrene kommer til sist. Det er noe helt annet enn tidligere forskning har kommet fram til.

– Mikro-RNA gir et helt entydig resultat. Men det tegner samtidig et evolusjonært tre som er markant forskjellig fra det alle andre vil tegne, sier Peterson til Nature.

Støttet av flere resultater

Kan det være Peterson som tar feil?

Det er det mange forskere som mener, blant annet en av verdens ledende molekylære slektskapsforskere, Mark Springer, som i fjor ga ut verdens mest omfattende genetiske datasett, som støtter opp om det tradisjonelle evolusjonstreet.

– Jeg tar ikke denne teorien så alvorlig. Det må rett og slett være en annen forklaring, kommenterer han i Nature.

Merittert forsker står bak

Kevin Peterson er imidlertid ikke noen hvem-som-helst. Han har publisert flere artikler i både Nature og Science, ofte basert på forskning på mikro-RNA og slektskap for forskjellige dyregrupper, blant annet bananfluer, reptiler og kjeveløse fisker.

Nå er turen så kommet til den hellige gral – pattedyrene, noe som har fått de faglige motstandere hans opp av stolene. Noen av dem mener at Petersons har misforstått hvordan mikro-RNA fungerer.

– Mikro-RNA oppfører seg som alle andre gener: De kan også gå tapt, uttaler Andreas Hejnol, som forsker på virvelløse dyrs evolusjon ved Sars International Centre for Marine Molecular Biology i Norge.

Dermed angriper han en av grunnforutsetningene for Petersons konklusjoner.

Mange er positive

Andre forskere er imidlertid langt mer begeistret.

– Det er virkelig en smart måte å undersøke slektskap på, sier evolusjonsbioinformatiker Peter Stadler ved Universität Leipzig til Nature. Han fortsetter:

– Jeg forstår ikke hvorfor mikro-RNA ikke benyttes oftere til å undersøke slektsforhold mellom dyregrupper.

Dansk forsker: Det er ikke enten/eller

Peter C. Kjærgaard, som er professor i evolusjonsstudier ved Aarhus universitet, mener at de nye resultatene ikke tegner noe enten/eller-bilde av pattedyrenes utviklingshistorie.

– Min umiddelbare reaksjon er at de nye resultatene er spennende. Men det er ikke sikkert at det vil endre alt vi vet om pattedyrenes stamtre. Det skjer svært sjelden at nye oppdagelser eller nye teknikker endrer fullstendig på et etablert forskningsbilde, sier han.

– Derimot tror jeg de nye resultatene på sikt kan være et viktig bidrag til forståelsen av evolusjonen som helhet. Jo flere perspektiver vi kan legge inn her, og jo flere ting vi kan studere, jo mer presis blir forståelsen vår av slektskapet mellom pattedyr og for den saks skyld alt liv på jorden.

Bare data betyr noe

Om Petersons resultater holder vann eller ikke, vil framtiden vise. Selv er han ikke spesielt opptatt av hvordan pattedyrenes slektstre ser ut.

– Men jeg er veldig opptatt av om dataene mine omkring mikro-RNA er valide, sier han.

Inntil videre venter en verden av evolusjonsforskere fremdeles på at Peterson publiserer resultatene sine.

Imens kan lese den fulle artikkelen i Nature via lenken under.

Referanse:

Phylogeny: Rewriting evolution, Nature

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.