4. februar 2021

Ny forskning overrasker: Vi ligner primitive fisk mere, end vi troede

evolution

At lunger og lemmer var nyskabelser, der kom med hvirveldyrenes overgang fra vand til land, er den almindelige opfattelse hos mange. Men faktisk fandtes det genetiske grundlag for lunger og lemmer allerede i en af vores fiskeforfædre 50 millioner år tidligere. Det viser en kortlægning af arvemassen hos en gruppe primitive fisk foretaget af bl.a. Københavns Universitet. Og det ændrer vores forståelse af en vigtig milepæl i vores evolutionshistorie.

Foto af bikir (Getty Images)
Den primitive benfisk bikir lever i ferskvandshabitater i Afrika (Foto: Getty Images)

At vi mennesker og alle andre hvirveldyr er opstået fra fisk, har vi vidst i mange år. Den almindelige opfattelse har været, at nogle fisk bevægede sig på land for cirka 370 millioner år siden som primitive, øglelignende dyr – såkaldte tetrapoder. Det skete ved at vores fiskene udskiftede finner med lemmer og begyndte at trække vejret med lunger i stedet for gæller.

Men arme, ben og lunger var ikke helt så ny en nyskabelse, som de fleste har troet. Vores fiskeforfader, der levede 50 millioner år før tetrapoderne gik på land, bar nemlig allerede rundt på de genetiske koder for lemmelignende former og luftånding. Og de gener deler vi mennesker i dag med en række primitive fisk. Det viser ny genom-forskning fra bl.a. Københavns Universitet. Ifølge studiet har de gamle genetiske koder formentlig bidraget til at hvirveldyrene kunne gå i land. Og det ændrer den almindelige forståelse af rækkefølgen og tidslinjen for dette kapitel i evolutionen. Studiet er netop publiceret i tidsskriftet Cell.

”Overgangen fra vand til land er en kæmpe milepæl i vores evolutionshistorie. Nøglen til at forstå den er at forstå, hvornår og hvordan lunger og lemmer opstod. Vi kan nu påvise, at det genetiske grundlag for disse biologiske funktioner opstod længe før, de første dyr gik på land,” siger professor og seniorforfatter Guojie Zhang fra Villum Centre for Biodiversity Genomics på Biologisk Institut, Københavns Universitet.

En gruppe primitive, nulevende fisk er måske nøglen til, hvordan tetrapoderne kunne udvikle lemmer og lunger. Disse fisk adskiller sig fra de fleste andre benfisk ved en række karakteristika, som vores tidlige fiskeforfædre sandsynligvis havde for over 420 mio. år siden. De samme træk ses i bl.a. mennesker. Via en genom-sekventering kunne forskerne fastslå, at de gener, som er afgørende for udvikling af lunger og lemmer, er bevaret i de primitive fisk. Gruppen af fisk tæller bl.a. bikiren, der lever på lavt ferskvand i Afrika.

Vores led stammer fra fiskeforfader

Ved hjælp af brystfinner, der kan bevæge sig som lemmer, er bikiren i stand til at bevæge sig på land på nogenlunde samme måde som tetrapoderne. Forskere har i en årrække troet, at bikirens brystfinner svarer til de finner, som vores tidlige forfædre havde.

Genom-kortlægningen viser nu, at det led i bikirens brystfinne, som forbinder det såkaldte metapterygium-bruskstykke med strålebenene, svarer til menneskets synovialled, der forbinder overarmsknoglen med underarmsknoglen. Den DNA-sekvens, der kontrollerer dannelsen af vores synovialled, fandtes allerede i den fælles forfader til benfiskene og findes stadig i de primitive fisk og i landlevende hvirveldyr. Men på et tidspunkt gik den tabt hos alle de almindelige benfisk – de såkaldte teleoster.

”DNA-sekvensen og leddet gør det muligt for vores knogler at bevæge sig frit, og det forklarer, hvorfor bikiren kan bevæge sig rundt på land,” siger Guojie Zhang.

Først lunger – så svømmeblære

Herudover har bikiren og et par andre primitive fiskearter et sæt lunger, som anatomisk ligner vores. Det nye studie afslører, at lungerne i både bikir og alligatorpansergedde også fungerer på en lignende måde, og at det samme sæt gener kommer til udtryk som i menneskelunger.

Studiet viser samtidig, at også vævet i lunger og svømmeblærer hos de fleste nulevende fisk har, et meget ensartet genudtryk, og det bekræfter at de er homologe organer, som Darwin forudsagde. Men hvor Darwin mente, at lungen er udviklet ud fra svømmeblæren, antyder studiet, at svømmeblæren mere sandsynligt er udviklet ud fra lungen.

Forskningen peger således på, at vores tidlige benfiske-forfædre havde funktionelle primitive lunger. Gennem evolutionen skete der så en forgrening, hvor én gren af fisk bevarede lungefunktioner, der var mere tilpasset luftånding, og som siden førte til udvikling af tetrapoderne. Den anden gren af fisk modificerede lungestrukturen og udviklede svømmeblærer, der ledte til teleosternes udvikling. Svømmeblæren gør det muligt for disse fisk at regulere sin opdrift og modstå tryk og dermed bedre overleve under vand.

”Studiet gør os klogere på, hvor vores egne organer og lemmer kommer fra, og hvordan deres funktioner er kodet ind i genomet. Nogle af de funktioner, der er relateret til lunger og lemmer, opstod altså ikke samtidig med overgangen fra vand til land. De var kodet ind i nogle gamle genregulerende mekanismer, som fandtes i fisk langt tidligere. Det er interessant, at disse genetiske koder stadig findes i de her ”levende fossil”-fisk, som gør det muligt at spore os tilbage til rødderne af disse gener,” slutter Guojie Zhang.

Illustration af evolutionens tidslinje

Ikke kun lemmer og lunger, men også hjerte

Vi og de primitive fisk har også en kritisk funktion i hjerte-åndedrætssystemet tilfælles: Den såkaldte Conus arteriosus – en struktur i menneskers højre hjertekammer, som formentlig er vigtig for at hjertet effektivt kan transportere ilt til kroppen. Denne struktur findes også i bikirer, mens langt de fleste øvrige benfisk har tabt den. Forskerne har nu opdaget et genetisk element, der ser ud til at kontrollere udviklingen af Conus arteriosus. Eksperimenter med mus viste, at når forskerne fjernede dette genetiske element, døde de muterede mus, fordi musenes højre hjertekammer skrumpede, hvilket førte til hjertefejl og nedsat hjertefunktion.