Kvastfeningens arvsmassa visar hur landlevande djur utvecklats

Nya forskningsresultat som publiceras i den vetenskapliga tidskriften Nature idag visar att lungfisken, inte kvastfeningen, är närmast släkt med den organism som först vandrade upp på land. Kerstin Lindblad-Toh vid Uppsala universitet och Broad Institute har lett studierna där ett internationellt konsortium av forskare har kartlagt kvastfeningens arvsmassa och jämfört den med arvsmassorna hos landlevande ryggradsdjur.
 
Många gener relaterade till lukt, syn, immunsystem, urinbildning och utvecklingen av extremiteter (ben och armar inklusive tår och fingrar) har förändrats när landlevande djur anpassat sig till den nya miljön. Kvastfeningen själv och dess proteiner har inte förändrats mycket alls på många hundra miljoner år, kanske för att den levt i en och samma stabila miljö i havets djup hela tiden.

År 1938 upptäcktes en stor fisk, som man tidigare trott var utdöd, utanför Afrikas kust.  Förvåningen var stor eftersom kvastfeningen tidigare studerats endast som över 70 miljoner år gamla fossiler. Kvastfeningen lever i grottor djupt ner i havet, och kommer normalt inte upp till havsytan. Den har stora runda fenor som man länge trott varit ursprunget till landlevande djurs extremiteter.

Ett stort internationellt konsortium med närmare 90 forskare från många världsdelar har nu kartlagt och analyserat kvastfeningens arvsmassa. Forskarna kartlade även generna i lungfisken, en fisk som förutom kvastfeningen varit en het kandidat till att vara anfadern till moderna landlevande djur. Genom att jämföra hundratals gener i kvastfeningen och lungfisken, med många landlevande djur tittade forskarna på var släktskapen var starkast.

– Nu kan vi med säkerhet säga att lungfisken är närmare släkt med landlevande djur än kvastfeningen. Det känns logiskt eftersom lungfisken både har början till ben och en slags lungor, säger Kerstin Lindblad-Toh, professor i komparativ genomik vid Uppsala universitet, Director of Vertebrate Genome Biology at Broad Institute och Director för SciLifeLab Uppsala.

Då kvastfeningen ser mycket gammal ut och i stort liknar de mer än 70 miljoner år gamla fossiler som hittats, undrade man om kvastfeningen kanske utvecklas mycket långsamt. Det visade sig att arvsmassan generellt förändras i liknande takt som hos andra fiskar och groddjur, men att de delar av arvsmassan som kodar för protein förändras mycket långsammare i kvastfeningen än i något annat ryggradsdjur som studerats.

– Vi pratar ofta om hur djur anpassar sig till nya miljöer genom att arvsmassan förändras, och vi förväntar oss lätt att alla organismer förändrats med tiden. Det finns fortfarande några plaster på jorden där organismerna inte behöver förändras. Kvastfening är sannolikt sedan länge väl anpassad till den mycket extrema och stabila miljö den lever i – havsdjupet, säger Kerstin Lindblad-Toh

Genom att jämföra kvastfeningen med landlevande djur kunde forskarna även studera de förändringar i arvsmassan som gjort att djuren anpassat sig till ett liv på land. Ibland har gener försvunnit, till exempel gener relaterade till att fenor skapas, ibland har gener skapats eller förbättrats och i många fall har de signaler som talar om när gener används förändrats.

– Inte helt förvånande har gener inblandade i lukt, hörsel, urinutsöndringen, placentabildning, immunförsvaret och utvecklingen av våra specialiserade extremiteter förändrats. Av dessa fynd kommer utvecklingsbiologer kunna fortsätta att lära om landdjurens utveckling och anpassning till sin nya miljö, säger Kerstin Lindblad-Toh

Fakta
Amemiya CT et al, Lindblad-Toh K. The African coelacanth genome provides insights into tetrapod evolution, Nature 2013, doi:10.1038/nature12027.
ScilifeLab är ett forskningscentrum som utvecklar, tillämpar och erbjuder storskalig teknik för molekylär biovetenskap, med fokus på biologi och medicin.