Torsken har den praktiske egenskapen at den skiller ut et stoff som sørger for at blodet ikke fryser selv ved temperaturer under null grader celsius. Dermed kan den beite nær overflaten i arktiske strøk.  (Foto: Cecilia Helmerson)
Torsken har den praktiske egenskapen at den skiller ut et stoff som sørger for at blodet ikke fryser selv ved temperaturer under null grader celsius. Dermed kan den beite nær overflaten i arktiske strøk. (Foto: Cecilia Helmerson)

Slik fikk torsken herredømme i det iskalde vannet i Arktis

Torsken kan beite rett under havisen om vinteren, takket være antifrysestoff i blodet. 

Published

Frysepunktet for vann er som kjent null grader. Men sjøvann kan bli så kaldt som minus to grader før det fryser, på grunn av det høye saltinnholdet. Så lav temperatur kan gi dødelige frostskader hos kaldblodige organismer som fisk.

Men torsken og skreien utviklet på et tidspunkt en unik evne til å takle kulde. Dermed kan de beite rett under havisen om vinteren, uten konkurranse fra andre fisker. Nå har norske forskere kartlagt nøkkelen til torskefamiliens suksess med å tilpasse seg iskalde farvann.

– Gener som oppsto tilfeldig og naturlig seleksjon forklarer torskens evolusjonssuksess, sier stipendiat Helle Tessand Baalsrud som snart skal forsvare en doktorgrad på temaet.

Artikkelen er publisert i Molecular Biology and Evolution.

Har antifrysestoff i blodet

Torsken og flere av dens slektninger har utviklet evnen til å skille ut antifrys-proteiner i blodet. Dette stoffet virker omtrent som frostvæske gjør i spylevann til bilvinduer.

Helle Tessand Baalsrud og Sissel Jentoft på fisketur i Lofoten. (Foto: Paul R. Berg)
Helle Tessand Baalsrud og Sissel Jentoft på fisketur i Lofoten. (Foto: Paul R. Berg)

– Disse proteinene er mer effektive enn frostvæske som består av alkoholer, sier Baalsrud. 

Proteinene binder seg til bittesmå iskrystaller i blodet til torsken og forhindrer at isen vokser og gjør skade i torskekroppen.

Genet som styrer produksjonen av antifrysproteiner, er derfor avgjørende for at torsken kan overleve i arktiske strøk.

Men forskerne har hittil ikke visst hvordan eller når dette genet oppsto.

En gruppe forskere ved Universitet i Oslo begynte å lete.

De gjennomanalyserte genmaterialet til mange ulike torskearter, både fra atlantisk torsk, polar torsk og arktisk torsk.

Slås på som av en termostat

– Genet blir uttrykt etter behov og trigges av temperatur. Det er ikke antifrys-protein i en torsk du fisker om sommeren.

Men om vinteren er genet slått på og fører til utskillelsen av dette proteinet som sørger for at blodet ikke fryser, forklarer stipendiat Helle Tessand Baalsrud til forskning.no.

Slik omringer antifrys-proteiner iskrystaller i blodet så de ikke kan vokse og skade torsken. Disse er mer effektive enn alkoholer, som andre organismer bruker som frostvæske. (Ill: Helle Baalsrud)
Slik omringer antifrys-proteiner iskrystaller i blodet så de ikke kan vokse og skade torsken. Disse er mer effektive enn alkoholer, som andre organismer bruker som frostvæske. (Ill: Helle Baalsrud)

Hun er for øvrig barnebarn av fetteren til den kjente motstandsmannen Jan Baalsrud, som mirakuløst overlevde flukten fra tyskerne under andre verdenskrig vinteren 1943, riktignok med alvorlige frostskader.

Kuldetoleranse gir konkurransefordel

Kuldetoleransen gir torskefisk en konkurransefordel ved at de kan utnytte svært produktive havområder som er utilgjengelig for arter som ikke har en slik tilpasning.

Torskefisker kan beite rett under havisen om vinteren, slik som skreien gjør i Barentshavet.

Andre arktiske fiskearter vil prøve å unnslippe is ved for eksempel å dykke ned til dypere vann.

– Vår polare torsks antifrys-gen, ligner for øvrig på noen gener som har utviklet seg hos isfisker som lever i Antarktis, og som andre forskere har kartlagt, forteller Baalsrud.

 «Foreldreløst» gen

Torskens antifrys-gen ligner ikke på et klassisk gen, men på ikke-kodede DNA, ofte kalt “junk DNA”. De fleste gener er i slekt med hverandre på samme måte som arter er i slekt med hverandre.

– Antifrys-genet er et såkalt foreldreløst gen, det vil si at det ikke har noen slektninger, forteller Baalsrud.

Det har utviklet seg på en uvanlig måte, og oppstått fra DNA som ikke har vært kodet.

Forskerne fant i stedet ikke-kodede DNA som lignet på antifrys-genet i torskegenomene.

– Det kan tyde på at stamfaren til torskefisken hadde antifrys-lignende sekvenser i genomet, og at en av disse sekvensene har mutert til å bli et fullverdig, funksjonelt gen som har gitt opphav til det første antifrys-proteinet, sier Baalsrud.

Noen torsk fikk denne fordelen, og de har overlevd og overtatt områdene.

Skjedde for minst 10 millioner år siden

Forskerne fant ut dette ved å søke i genom-databaser. Det er så lenge som 10 til 15 millioner år siden at torsken fikk dette unike fortrinnet, anslår forskerne.

– I denne perioden var det en nedkjøling på den nordlige halvkule, som førte til isdannelse i vannet.

Antifrys-proteinet var fordelaktig for overlevelse under slike forhold, og derfor ble genet beholdt i genomet via naturlig seleksjon, forklarer Baalsrud.

Forskningen er foretatt ved Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis ved Universitetet i Oslo og Baalsrud har fått veiledning av professor Kjetill Jakobsen og Sissel Jentoft som jobber med genetikk og genomikk hos blant annet torsk.

Gruppen er eksperter på å sekvensere genomer, det vil si kartlegge hele arvematerialet til organismer. Til sammen har de sekvensert 100 fiskearter. 

Slik oppstår nye gener

De fleste nye gener som oppstår, utvikler seg fra et annet gen. Ofte etter at genet har doblet seg under forplantning. Dette er en form for mutasjon. Og de fleste gener er derfor i slekt med hverandre.

– Avkommene kan da enten bruke begge gen-settene eller det ene, forklarer Baalsrud.

Men av og til kan hele genomer endre seg. Et genom er hele den arvemessige informasjonen til en organisme som er kodet inn i organismens DNA og omfatter både protein-kodende gener og ikke-kodende sekvenser.

Da oppstår det ofte nye funksjoner, som kan være veldig viktig for en arts overlevelse og tilpasning til miljøet.

Dette skjer av og til i alle arter, også hos mennesker, og over lange tidsperioder skjer dette ofte.

Selv om de fleste gener er i slekt, finnes det en betydelig andel gener i alle arter, også hos mennesket, som ikke har slektninger, altså såkalte foreldreløse gener.

Sekvenser i genomet kan oppstå fra ikke-kodet DNA, som så kan mutere til å bli fullverdige, funksjonelle gener.

Referanse:

Helle Tessand Baalsrud mf: De Novo Gene Evolution of Antifreeze Glycoproteins in Codfishes Revealed by Whole Genome Sequence Data. Molecular Biology and Evolution, 5. desember 2017. doi.org/10.1093/molbev/msx311