Illustration: Jim Cooke, foto: Shutterstock
Hvad gør blind cavefish, dinosaurer, og den solbrændte mennesker har til fælles? En masse mere, end du måske er klar over, ifølge en tankevækkende undersøgelse.
Ny forskning offentliggjort i dag i Current Biology, viser, at Somaliske blind cavefish (Phreatichthys andruzzii) mangler et gammelt DNA-repair kit, der beskytter mange dyr, fra de skadelige virkninger af sollys. Denne observation giver alt mening, i betragtning af, at denne grotte-bolig arter, der har levet, og har efterfølgende udviklet sig i millioner af år i komplet mørke. De tabte system, kaldet photoreactivation reparation af DNA-funktion, bruger energi fra synligt lys til at reparere DNA-skader forårsaget af ultraviolet (UV) lys, og det er fundet i mange organismer, såsom bakterier, svampe, planter og mange dyr. Dette repair kit er en af grundene til, at planter kan dase i solen hele dagen uden at blive fyldt med muteret DNA, mens mennesker kan risikere at få hudkræft, når vi solbader.
Ja, placenta dyr, en gruppe, der omfatter mennesker, der ikke har denne særlige DNA-system. Et spændende aspekt af denne nye forskning er, at det er potentielle beviser for “natlig flaskehals” teori—den idé, at de gamle forfædre moderne pattedyr levede under jorden eller var udelukkende natlige for at undgå at blive spist af dinosaurer. Ligesom den blinde cavefish, disse tidlige pattedyr udviklet sig i total mørke i en længere periode, hvilket resulterer i den gradvise tab af lys, der er aktiveret af DNA-reparation funktion. Det er fra denne gruppe af “bottlenecked” pattedyr, som alle placenta pattedyr frem, som kan forklare, hvorfor moderne placenta pattedyr, der endnu mangler denne genetiske træk. Og hvorfor mennesker er nu så afhængige af solcreme.
Eller i det mindste det er den fremherskende teori. Som nogle eksperter fortalte Gizmodo, denne nye undersøgelse er virkelig interessant, men mere vil det være nødvendigt at styrke den umiddelbare sammenhæng mellem livsstil af vores forfædre og vores manglende DNA-reparations-kit.
10 Vestigial Egenskaber, Du ikke Vidste, Du Havde
Mennesker har en fantastisk evne til at klamre sig til fortiden. Vi har alle egenskaber eller adfærd, der er egnet…
Læs mere Læs
Brug det eller mist det. Det er en simpel sætning, men det veltalende forklarer en evolutionær proces kendt som “afslappet udvalg.” Det sker, når den overlevelse, eller til fitness, af en art, er ikke længere afhængig af en bestemt fysisk karakteristika eller adfærdsmæssige træk. Et unødvendige eller overflødige træk, vil visne bort i en af de arter, som genetisk kode, der er ansvarlig for, at træk nedbrydes over tid, eller hvis mutationer gøre det til noget andet. Dette sker ikke natten over, og det fører ofte til, at rudimentære træk. I mennesker, ser vi dette i vores visdom tænder, tonsiller, tillæg, og haleben, ellers kendt som den haleben. I sidste ende, disse træk vil sandsynligvis forsvinde helt, som den genetiske kode, der kræves for at udtrykke disse træk, fortsætter med at forværres over tid.
For den Somaliske blind cavefish, afslappet udvælgelse resulterede i den gradvise tab af sin photoreactivation DNA-reparation funktion. Denne funktion sandsynligt, viste sig i løbet af de tidligste stadier af livet på Jorden som en beskyttelse mod de skadelige virkninger af sollys. Nick Foulkes, der er hovedforfatter på det nye studie, og en forsker ved Karlsruhe Institute of Technology i Tyskland, sagde denne reparation mekanisme, der er meget effektive, hvilket formentlig forklarer, hvorfor de fleste planter og dyr, der har bevaret denne funktion i millioner af år.
Foulkes undersøgelser af virkningerne af udviklingen på dyr, der lever i ekstreme miljøer, og hvordan det ændrer deres DNA. Dette førte ham til den Somaliske blind cavefish—en af de arter, der ikke har haft nogen eksponering for UV eller synlig lys for mere end 3 millioner år. Genetisk analyse viste, at DNA fra Somalia blind cavefish gennemgik mutationer, der ødelagde dens lys-aktiveret DNA-reparation funktion. Hvad mere er, den fisk, der mangler også en D-box-forstærker—en regulerende forstærker, der koordinerer og øger DNA reparation som reaktion på sollys ved aktivering af andre gener. Det er interessant, andre cavefish arter synes at have bevaret deres DNA-reparation kits.
En Somalisk blind cavefish. Billede: Luca Scapoli/Universitetet i Ferrara
“Den Somaliske cavefish har levet i fuldstændig mørke for millioner af år, mens andre cavefish, der er blevet undersøgt, kan have været isoleret i mørke i en meget kortere tid, i nogle tilfælde for mindre end 100.000 år,” Foulkes fortalte Gizmodo. “Så disse andre arter ikke kan have været isoleret i den mørke længe nok til at miste photoreactivation. Men selvfølgelig, det kan godt være, at der er andre cave dyr, hvor dette er sket, men til dato er der kun et lille antal af hule-dyrene er blevet studeret i detaljer.”
Som nævnt var der kun én anden gruppe af dyr, der er kendt for at have tabt denne funktion er placenta pattedyr.
“Dette rejser fascinerende muligheden for, at vores forfædre kan have delt en lignende livsstil med hule-dyr.”
“Photoreactivation findes i alle levende ting, fra planter, svampe og bakterier til fisk, padder, krybdyr, fugle og endda pattedyr som pungdyr—kænguruer, koalaer, og pungrotter at være gode eksempler,” sagde Foulkes. “Kun placenta pattedyr som os selv, mangler denne. Netop derfor, har i lang tid været et mysterium. Nu, vores konstatering af, at en fisk, der har også mistet denne gamle genetiske repair kit, kommer som en stor overraskelse. Disse fisk vil der ikke har set solen eller lidt virkningerne af UV-stråling i millioner af år. Så photoreactivation, som afhænger af lys, kan tjene noget nyttigt formål. Dette kan meget vel forklare, hvorfor denne gamle repair kit er tabt i denne særlige cavefish og rejser også fascinerende muligheden for, at vores forfædre kan have delt en lignende livsstil med hule-dyr.”
Faktisk, dette kunne være et eksempel på konvergent evolution, som ligner eller er identiske træk (eller i dette tilfælde, forsvinder træk) vises i ikke-beslægtede arter. De fællestræk, der her er langvarig udsættelse for mørke. Men hvor Somaliske blind cavefish var fanget i mørke huler i millioner af år, tidlige pattedyr levede i mørke, enten på grund af natlige levende eller underjordisk levevis, for at undgå at blive eksisterede på af dinosaurer. Pattedyr først opstod for omkring 200 millioner år siden, bruger omkring 130 millioner år blandt ikke-flyvende dinosaurer.
“Konklusionen er fascinerende,, da det er den første rapport af en organisme uden for pattedyr, der har mistet UV-medieret DNA-reparation, og det faktum, at de tilsyneladende mistet det på grund af deres mørke omgivelser passer fint med de hypoteser, som mennesker har tabt de samme muligheder på grund af vores natlige tidligere i pattedyrs evolution,” Nicolas Rohner, en forsker ved Stowers Institut og ekspert i cavefish, som ikke var involveret i denne undersøgelse, fortalte Gizmodo. “Resultaterne er overraskende, fordi en relateret undersøgelse i en anden cavefish arter har fundet det modsatte. I denne undersøgelse forfatterne fandt, cavefish at have [functional] DNA-reparation. Dette betyder, at forskellige cavefish arter bruge forskellige strategier til at overleve under tilsyneladende ens forhold.”
Aniket Gore, en forsker, der arbejder på Laboratoriet for Molekylær Genetik på National Institute of Child Health and Human Development, sagde den nye undersøgelse er en “meget godt klaret, omhyggelig analyse.”
“Forståelse for de molekylære mekanismer bag DNA-reparation-systemer er afgørende for at udvikle effektive terapeutiske tilgange til forskellige sygdomme, herunder kræft,” Gore, der ikke deltager i den nye forskning, fortalte Gizmodo. “Undersøgelsen fremhæver den unikke model organismer, såsom cavefish, afslører svar på grundlæggende spørgsmål i relation til menneskelig sundhed og udvikling.”
Som for påstanden om, at dinosaurer er årsagen til, at mennesker har brug for solcreme, Gore sagde, at det er lidt af et stræk. Han hævder, at der er flere andre muligheder for at forklare, hvorfor mennesker mistede lys-induceret DNA-reparation system, samtidig med at andre DNA-reparation mekanismer, nemlig NER (nukleotid excision repair) og BER (base excision repair).
“En mulighed er, at NER og BER kan fastsætte ændringer i DNA-sekvensen, der er uafhængig af lys, og derfor kan de arbejde selv i mørke på aftenen eller i overskyet vilkår, der gør dem yderst effektiv reparation systemer til at fastsætte mutationer.”
Med andre ord, måske pattedyr var ikke udelukkende er afhængige af den photoreactivation repair kit, i betragtning af effektiviteten af andre DNA-reparation mekanismer.
Gizmodo nåede også ud af, David M. Grossnickle, en evolutionær biolog fra University of Chicago og ekspert i begyndelsen af pattedyrs evolution, for at få sit take på den nye undersøgelse.
“Den tilsyneladende konvergent evolution i placentals og Somalia blind cavefish er virkelig interessant, og jeg tror, der er spændende potentiale for fremtidige undersøgelser at udvide disse resultater,” Grossnickle fortalte Gizmodo. “Undersøgelsen giver indirekte støtte til hypotesen om, at placenta pattedyr mistet photoreactivation DNA-reparation funktion, fordi de var nataktive og ikke udsættes for sollys.”
Grossnickle sagde, det er en velkommen tilføjelse til vores voksende viden om tidlig pattedyrs økologi og adfærd, men det er vigtigt at anerkende, at to andre grupper af levende pattedyr—pose pungdyr, såsom kænguruer, og æglæggende kloakdyr, som næbdyr—har bevaret photoreactivation DNA-reparation funktion. Ud over disse tre levende grupper (placentals, pungdyr, og kloakdyr), Grossnickle siger, at der var mange andre tidlige pattedyr grupper, der var meget forskellige i Mesozoic era (tid af dinosaurer), men er nu uddød.
“Placentals ikke dukke op på scenen, indtil slutningen af Mesozoikum,” forklarede Grossnickle. “Så studiet ikke har konsekvenser for placenta pattedyr udviklingen, men det betyder ikke, at alle pattedyr har oplevet en natlig flaskehals i Mesozoikum. Jeg maner til forsigtighed med at anvende det, vi lærer om placenta oprindelse til vores historie af alle pattedyr.”
Forbindelsen mellem blinde cavefish og solbrændt hud kan være et spring, men det er ikke helt skandaløst. Tanken om, at nogle af vores egenskaber kan spores tilbage til tidspunktet for dinosaurer er helt plausibel, givet, at pattedyr første opstod dengang. Hvad der er brug for nu, er mere dokumentation, palæontologiske og genetiske for at styrke dette ekstraordinære krav.
Indtil da, bedes du passere solcreme.
[Current Biology]
Dele Denne Historie