Fra finner til fingre: Forskere finder vigtigt led i evolutionen
Nye spor i jagten på evolutionens rejse fra hav til land viser, at vores hænder ikke er så forskellige fra fiskenes finner.
Fisk finner mus poter hænder evolution genetik

Et sammensat billede af en musepote og en fiskefinne, hvor de samme biologiske markører lyser op. (Foto: Marie Kmita og Andrew Gehrke.)

Et sammensat billede af en musepote og en fiskefinne, hvor de samme biologiske markører lyser op. (Foto: Marie Kmita og Andrew Gehrke.)

Da Charles Darwin tilbage i 1859 ville have sine læsere til at forstå begrebet evolution, bad han dem om at kigge på deres egne hænder.

»Hvad kan være mere besynderligt, end at mandens hånd, der er skabt til at gribe, muldvarpens til at grave, hestens ben, padlen på et marsvin og vingen på en flagermus, alle er formet efter samme mønster, og alle skulle have samme knogler i de samme relative positioner?,« skrev han.

For Darwin var forklaringen enkel. Mennesker, muldvarpe, heste, marsvin og flagermus delte alle en fælles forfader, der havde lemmer med en form for fingre eller kløer.

Efterkommerne udviklede forskellige slags lemmer til forskellige opgaver, men de mistede ikke de anatomiske ligheder, som afslørede deres slægtskab.

LÆS OGSÅ: Menneskets hænder er mere primitive end chimpansers

Nyt studie påpeger hidtil oversete ligheder

I dag fortsætter forskere hans arbejde med nye biologiske værktøjer, og det er nu lykkedes at finde hidtil oversete ligheder.

Et forskerhold fra University of Chicago i USA har netop fundet ud af, at vores hænder ikke bare deler en evolutionær forbindelse til flagermusevinger og hesteklove - men også fiskefinner. 

Studiets resultater er for nylig blevet publiceret i det anerkendte tidsskrift Nature.

Hænder evolution finner poter klove lemmer udvikling genetik

For Darwin var forklaringen enkel: Mennesker, muldvarpe, heste, marsvin og flagermus delte alle en fælles forfader, der havde lemmer med en form for fingre eller klør. (Foto: Shutterstock)

»Ved hjælp af nye molekylære teknikker viser forskerne et sammenfald mellem finnerne, og de knogler, der er i vores hænder og fødder, som er meget mere overbevisende end tidligere. Det løser nogle uafklarede problemer i den klassiske anatomi,« siger Tobias Wang, der er zoofysiolog ved Institut for Bioscience ved Aarhus universitet.

Den nye opdagelse hjælper forskerne med at forstå, hvordan vores forfædre forlod vandet og ændrede deres finner til lemmer, de kunne bruge til at gå rundt på landjorden.

LÆS OGSÅ: i klapper i gorillahænderne...

Også Peter C. Kjærgaard, direktør for Statens Naturhistoriske Museum og professor i evolutionshistorie, er imponeret over resultaterne.

»Vi har fat i et af de helt store spørgsmål, der har ligget i den evolutionære understrøm i mere end 150 år: Hvordan er sammenhængen mellem fisk og hvirveldyr på land? Der har ikke været nogen tvivl om, at alle os landdyr kommer fra havet. Den konklusion har fra starten været baseret på komparativ anatomi, altså sammenligning af skeletter på tværs af arter,« skriver han i en e-mail til Videnskab.dk. 

»Men der var stadig noget, der manglede. En fiskefinne mindede mere om en slags luffe end en hånd med fingre. Hvordan hang det egentlig sammen evolutionært set? Med dette studie, kommer vi tættere på svaret,« uddyber han.

Vi har manglet en forklaring på fælles forfader

For det blotte øje er der ikke mange ligheder mellem en menneskehånd og en fiskefinne fra for eksempel en guldfisk.

Menneskehånden sidder for enden af en arm. Den har knogler, som udvikler sig fra brusk, og den indeholder blodårer.

Forskellene har længe undret forskerne, for fossilfund viser faktisk, at vi har fælles forfader med finner, som svømmede rundt i verdenshavene for 430 millioner år siden.

LÆS OGSÅ: Derfor begyndte vores forfædre at gå oprejst

Firbenede hvirveldyr, altså dyr der har en rygrad og to par af lemmer, udviklede sig for 360 millioner år siden og indtog hurtigt det tørre land.

»Det er faktisk mere end hundrede år siden, vi blev sikre på, at de knogler, som findes i finner, har været de samme som dem, der er i vores arme, men det nye er fingrene. Dem har vi ikke kunnet forklare,« fortæller Tobias Wang.

Hænder evolution finner poter klove lemmer udvikling genetik

Umiddelbart er der ikke mange ligheder mellem en menneskehånd og en fiskefinne. Men det nye studie opklarer, at dannelsen af både finner og hænder er resultatet af et tæt samspil mellem gener og celler. (Foto: Shutterstock)

»Det er noget af en overraskelse, at dannelsen af både finner og hænder er resultatet af et så tæt samspil mellem gener og celler—at samme gener sender en gruppe celler afsted til en bestemt molekylær adresse for enden af et kropsligt vedhæng, men at de, når de har nået bestemmelsesstedet, så udvikler sig forskelligt,« skriver Peter C. Kjærgaard i e-mailen.

Stjerneforsker kommer med nye svar

Det er ikke hvem som helst, der nu kommer med nye svar i den evolutionære historie.

En af medforfatterne på det nye studie er nemlig amerikaneren Neil H. Shubin, der ifølge Tobias Wang er en af de mest skelsættende forskere inden for evolutionen af hvirveldyrenes skifte fra vand til land. 

»Han beskrev en af de vigtigste overgangsformer, som havde ben, der var udviklet fra finner. Han er virkelig et ikon inden for lemmer hos padder,« siger Tobias Wang, der selv har specialiseret sig i padder og krybdyr.

I over to årtier har evolutionærbiologen Neil H. Shubin udforsket denne udvikling på to meget forskellige måder.

For det første har han gravet efter fossiler fra tiden mellem vand og land. En af hans opdagelser er blandt andet den 370 millioner år gamle fisk kaldet Tiktaalik, som havde finner, der lignede lemmer.

Den udviklede knogler fra brusk, som svarer til dem i vores arme - fra skulderen og ned til underarmsknoglerne og håndleddet. Den havde dog ingen fingre, og den den havde stadig korte finner.

LÆS OGSÅ: Menneskets uddøde slægtning var længere fremme end os

For det andet arbejder Shubin, når han ikke graver efter fossiler, på et laboratorium på University of Chicago i USA, hvor han og hans kolleger sammenligner, hvordan forskellige hvirveldyr - for eksempel mus - udvikler sig som fostre.

Fostrene starter ud med at se meget ens ud. I starten består de bare af et hoved og en hale uden noget nævneværdigt imellem.

Langsomt udvikler to knopper sig på siderne. Hos fisk bliver knopperne til finner. Hos firbenede hvirveldyr, også kaldet tetrapoder, bliver de til lemmer.

Hænder evolution finner poter klove lemmer udvikling genetik

Tiktaalik Roseae, der levede for omkring 375-360 millioner år siden, havde skuldre, som sad fast på finnerne, menes at være en af mellemstadierne for hvirveldyrenes vej til land. (Illustration: Zina Deretsky/National Science Foundation/Wikimedia Commons.)

To gener bestemmer, om vi skal have hænder eller finner

Siden 1990‘erne har forskere afsløret nogle af de gener, som er ansvarlige for udviklingen af vores lemmer. I 1996 opdagede et hold franske forskere de gener, som er nødvendige for, at mus kan udvikle deres ben.

Når forskerne slukkede for to forskellige gener, ved navn Hoxa-13 og Hoxd-13, udviklede musefostrene ben som sædvanligt, men det stoppede udviklingen af deres håndled og ankler, og der opstod heller ingen poter.

Opdagelsen tydede på, at Hoxa-13 og Hoxd-13 generne fortæller bestemte celler hos tetrapodernes lemmer, at de skal udvikle sig til hænder og fødder.

»Der er forbavsende stor lighed mellem de gener, som vi finder hos fisk og hos mennesker. Ændrer man bare en lillebitte del af den molekylære struktur, så får man store anatomiske forskelle. Det er faktisk ret forbavsende, når man kigger på fiskefinne, en hånd på et menneske eller en klov på en ko, at forskellene på det molekylære plan egentlig bare er detaljer,« siger Tobias Wang.

LÆS OGSÅ: Gen-tab forklarer evolution fra finner til ben

CRISPR giver forskerne nye muligheder

Neil Shubin vidste, at fisk har gener, der er relaterede til Hoxa-13 og Hoxd-13, og han undrede sig over, hvad de gener har til opgave, hvis de overhovedet har nogen, i udviklingen af finner.

Et eksperiment på fisk kunne måske give ham og hans kolleger en bedre forståelse.

»Men vi havde ikke midlerne til at gøre det, før teknologien indhentede vores ambitioner,« siger Neil Shubin til The New York Times.

Ingen vidste endnu, hvordan man slukkede for gener i fiskefostre i 1990‘erne. Men det har ændret sig i de senere år takket være genteknologien CRISPR. Med den kan forskere fjerne og indsætte gener i stort set alle arter.

LÆS OGSÅ: Fossil fisk med anus-finner fundet

Resultat kom bag på forskerne

I 2013 begyndte Tetsuya Nakamura, en postdoc i Neil Shubins laboratorium, at bruge CRISPR til at manipulere fiskefostre. 

Han valgte zebrafisken, fordi deres fostre er gennemsigtige, og det derfor ville være nemt at følge deres udvikling.

Nakamura satte små stykker DNA ind i fiskens udgave af Hoxa-13 og Hoxd-13-generne. DNA’et forstyrrede gensekvensen, så fisken ikke kunne lave proteiner af dem.

Kort om CRISPR

Vha. CRISPR-genteknologien kan man så at sige ‘klippe’ i DNA-strukturen og dermed fjerner eller indsætter ønskede gener.

Det kan du læse mere om i artiklen Sådan fungerer CRISPR

Zebrafiskene med de defekte kopier af Hox-generne udviklede deforme finner. Det kom bag på forskerne, at fisken ikke længere kunne lave finner.

I stedet viste eksperimentet, at hox-generne styrede celler, som hos fisk bliver til knoglevæv dannet i huden, fremfor den type knoglevæv, der hos os mennesker dannes af brusk. 

Forskerne skelner her mellem det, der kaldes dermalt knoglevæv (dannet af hud) og endokondralt knoglevæv (dannet af brusk).

LÆS OGSÅ: Nyopdaget dino-art havde ekstremt lange arme

Poter og finner har en lighed på celleniveau

Neil Shubin fik en lignende overraskelse, da han så resultaterne fra et sideløbende eksperiment, som blev udført Andrew R. Gehrke, der var kandidatstuderende under Shubin.

Gehrke manipulerede zebrafisk, så han kunne følge udviklingen af individuelle celler i fostre.

I hans fisk begyndte cellerne, der tændte for hox-generne, at lyse. De blev ved med at lyse  gennem udviklingen, indtil de nåede deres endestation i fiskenes krop.

Gehrke så, at en klump af celler begyndte at lave Hox-proteinerne tidligt i i udviklingen af fiskefinner. Da finnerne var fuldt udviklede, begyndte det yderste af finnen at lyse op.

LÆS OGSÅ: CRISPR: Ny genteknologi revolutionerer videnskaben

I et lignende forsøg med mus begyndte poterne og knoglerne i håndleddet at lyse op.

»Her ser vi, at poterne og finnerne har en eller anden form for lighed på det niveau, hvor cellerne skaber dem. Ærligt talt, så kunne du have væltet mig med en fjer - det viste det fuldstændigt modsatte af alt, hvad jeg havde forventet, efter at jeg havde arbejdet på problemet i årtier,« siger Neil Shubin til New York Times.

Hænder evolution finner poter klove lemmer udvikling genetik

Siden 1990‘erne har forskere afsløret nogle af de gener, som er ansvarlige for udviklingen af vores lemmer. Det nye studie konkluderer, at der er forbavsende stor lighed mellem de gener, der står for finner, hænder og poter. (Foto: Shutterstock)

Det nye studie giver vigtig viden

Det nye studie var vigtigt, fordi det afslørede, at udviklingen af finner og lemmer følger de samme regler, fortæller Matthew P. Harris, der er genetiker ved Harvard Medical School i Boston, USA, der ikke selv var en del af studiet, til The New York Times.

I begge tilfælde fortæller Hox-generne en gruppe af celler, hvor de skal hen. 

»Den molekylære adresse er den samme,« siger han til New York Times.

I zebrafisk ender cellerne, der får den molekylære adresse, med at blive til dermalt knoglevæv, mens de hos tetrapoder, som os mennesker, bliver til endokondralt knoglevæv i vores hænder og fødder.

Den nye opdagelse kan hjælpe os med at forstå de mellemliggende fisk med finner, som minder om ben.

LÆS OGSÅ: Dolly 20 år senere - kloning afløst af CRISPR og stamceller

Dansk forsker: Vi kan forvente os flere svar med CRISPR

CRISPR-metoden har dog potentiale til at finde flere svar, end forskerne kommer med her, vurderer Tobias Wang.

»Zebrafisken, som forskerne har brugt i studiet, er valgt, fordi den er nem at have med at gøre, men faktisk er den noget fjernere fra os mennesker evolutionært end mange tidligere arter. CRISPR-metoden gør det nu muligt at udføre samme forsøg i mere primitive fiskearter, som minder mere om dem, der fandtes samtidig med vores fælles forfædre,« siger han.

Potentielt kan CRISPR-teknologien bruges i alle dyr, forklarer han.

»Hvis man har et bestemt gen eller en proces, man vil undersøge, så kan man nu vælge det dyr, der passer bedst til undersøgelsen. Det er forholdsvist nyt, at dette blev muligt ved hjælp af molekylære teknikker,« siger han.

LÆS OGSÅ: CRISPR-teknologien skaber verdens andet gen-redigerede menneskefoster

Derfor synes Tobias Wang også, at det måske ikke er det mest oplagte, at vælge zebrafisken til et studie om fingrenes evolution.

»Problemet er, at de benfisk, som den tilhører, har haft en enorm evolution siden, så rigtig mange af de gener, vi finder hos benfiskene, er meget anderledes end dem, vi tror, der fandtes hos de forfædre, de primitive fisk, som, vi mener, vi kommer fra,« siger han.

Når det så er sagt, så er han ikke tvivl om, at her er tale om en vigtig opdagelse.

»Studiet er med til at afslutte 150 års undren om, hvordan knoglerne i vores fingre har udviklet sig, og det gør det endda med overbevisende sikkerhed,« slutter han.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs mere om blandt andet det mikroskopfoto, som du kan se herunder.


Annonce: