Feykir - 17.12.2009, Síða 6

6 Feykir 47/2009
Bjarni Jónsson segir frá merkilegri uppgötvun
Smávægilegar DNA breytinqar
geta valaiö ummyndun heilla lí
lífvera
Bjarni viö rannsóknirá 10 milljón ára gömlum steingerðum kviðgaddalausum hornsilum
i Neveda-eyðimörkinni.
Hér má sjá hornsili með og án kviðgadda.
í síðustu viku kom út grein í
hinu virta vísindablaði
Science sem greinir frá
rannsóknum á stökkbreytt-
um hornsílum sem fundust
af tilviljun m.a. í Vífilstaða-
vatni þar sem Bjarni Jónsson
fiskifræðingur var að sinna
útikennslu grunnskólabarna.
í kjölfarið fóru af stað
genarannsóknir og tilrauna-
eldi sem leiddu til tímamóta
niðurstöðu. Feykir fékk
Bjarna til að segja frá þessu
skemmtilega verkefni.
Samkvæmt niðurstöðum rann-
sóknarinnar, sem leidd er af
vísindamönnum við lækna-
deild Stanford háskóla og
sérfræðingar Veiðimálastofn-
unar á Sauðárkróki taka þátt í,
veldur brotthvarf á stuttum kafla
DNA raðar hornsíla því að þau
missa kviðgaddana. Þetta er
umtalsverð breyting á beina-
byggingu hornsílanna sem
getur veitt þeim vistfræðilega
yfirburði við ákveðin um-
hverfisskilyrði. Slík síli finnast í
nokkrum mjög mismunandi
vötnum í heiminum og er eitt
þeirra Vífilsstaðavatn. Þar
fimdust kviðgaddalaus homsíli
við útikennslu barna í Garðabæ
haustið 2002 og var það einn
greinarhöfunda, Bjarni Jónsson
á Veiðimálastofnun á Sauðár-
króki, sem sá um útikennsluna.
Hann var þá þegar í samstarfi
við rannsóknahóp undir stjórn
David Kingsley prófessors við
Stanford háskóla sem snerist
um kortlagningu mikilvægra
gena sem og virkni þeirra í
hryggdýrum. Rannsóknirnar á
íslandi beindust í upphafi að
genum sem stjórnabeinþroskun
og hitaaðlögunum. Þegar
gaddalausu sílin i Vífilsstaða-
vatni fimdust var nýhafin þessi
umfangsmikla rannsókn á
erfðum gaddaleysis og reyndust
sílin úr Vifilsstaðavatni eiga effir
að gegna þýðingarmiklu hlut-
verki við lausn þeirrar gátu.
Bjarni segir að síðan á tímum
Darwins hafi líffræðingar deilt
um það hvort þróun geti orðið
vegna eins stórs skrefs eða hvort
að margar minni breytingar
þurfi til. Rannsóknirnar sem
gerð er grein fýrir í nýjasta hefti
Science sýna fram á að
þróunarfræðilegar breytingar
verði frekar í stórum stökkum
en minni, hægari skrefum.
Niðurstöðurnar hafa mikla
þýðingu fyrir skilning á þróun
lífs á jörðinni og hvernig
eiginleikar lífvera, allt frá þeim
smærri og einfaldari til stærri
og þróaðri dýra eins og manna
geta umbreyst á skömmum
tíma og jafnvel leitt til myndunar
nýrra tegunda.
Hornsíli eru draumur
þróunarlíffræöinga
-Tegundin hefur þróað mörg
mismunandi afbrigði ffá lokum
síðustu ísaldar, á um 10-15.000
árum. Bráðnun jöklanna
myndaði þúsundir nýrra vatna
og áa á norðurhveli jarðar og
numu sjávarhornsíli land í
mörgum þessara nýju fersk-
vatnskerfa. Þessi litli fiskur, sem
fullvaxinn er um 2,5 - 10 cm
langur, hefur með ótrúlegum
hætti aðlagast margvíslegum
umhverfisþáttum í hinum nýju
ferskvatnsbúsvæðum sínum. í
raun hefur hann farið i gegnum
umfangsmikla þróunarffæðil-
ega tilraun í náttúrunni og
margir sömu eiginleikamir
þróast aftur og aftur á mis-
munandi stöðum í heiminum.
Flest hornsíli hafa til dæmis
kviðugga sem ummyndast hafa
í beingadda og eru meðal annars
notaðir til varnar afræningjum
þar sem sílin geta spennt þá út
og gert öðrum fiskum og
fuglum erfiðara um vik að
gleypa þau. Þó að gaddarnir
séu sílunum oft til varnar geta
þeir einnig verið til vansa,
affánsskordýr eins og dreka-
flugulirfur geta gripið í þá og
haldið sér þar á meðan þau
narta í hornsílin. í nokkrum
vötnum þar sem aðrir fiskar eru
ekki til staðar, kalsíum magn er
lítið og þar sem mikið er af
skordýrum sem nýta sér
gaddana til affáns hafa kvið-
gaddalaus hornsíli þróast
endurtekið. Vífilsstaðavatn
passar þó illa inn i þessa skil-
greiningu þar sem þar er mikið
um aðra fiska sem éta hornsíli,
skordýr eins og drekaflugulirfur
eru ekki til staðar á íslandi og
kalsíum magn sé hærra þar en í
mörgum öðrum vötnum á
landinu þar sem hornsíli hafa
gadda, segir Bjami.
Að sögn Bjarna hafa fýrri
rannsóknir, sem fjallað var um í
vísindaritinu Nature þar sem
homsílin úr Vífilsstaðavatni
komu einnig við sögu, sýnt að
kviðgaddaleysið kortleggst á
geni sem kallað er Pitxl, en það
sama gen hefur áhrif á þróun
affurútlima í mörgum hrygg-
dýrum og er einnig nauðsynlegt
við þroskun heiladinguls og
kjálka. Genið er virkt í
grindarholi hornsíla sem hafa
gadda en slökkt er á tjáningu
þess á þvi svæði í kvið-
gaddalausum sílum. í rann-
sóknum þar sem þessum
uppgötvunum hefur verið fylgt
eftir hefur verið lögð áhersla á
að svara því hvað veldur þessari
breytingu í virkni gensins. Þar
sem genið er nauðsynlegt fýrir
þroskun nokkurra mismunandi
vefja grunaði vísindamennina
að einhver DNA röð sem stýrir
aðeins tjáningu Pitxl í
grindarholinu hafi breyst við
þróun og valdið gaddaleysi í
ákveðnum hornsílastofnum en
að tjáning þess haldist óbreytt á
öðrum stöðum.
Athyglisveró
þroskaviðbrögð
Rannsókna teymið skoðaði því
DNA svæðið í kringum Pitxl
genið mjög nákvæmlega og bar
saman genamengi nokkurra
stofna hornsíla með og án
kviðgadda. Með því fannst
stuttur kafli DNA sem er til
staðar í hornsílum með gadda
en hefur eyðst endurtekið úr
genamengi fiska án bryn-
varnarinnar. Áframhaldandi
rannsóknir sýndu að DNA
búturinn gerir virkni Pitxl
sveiflukennda og þá sérstaklega
á grindarholssvæðinu. Þetta
svæði genamengisins sem um
ræðir virðist hafa sérstaka
tilhneigingu til að hverfa þar
sem DNA röð þess bendir til að
það sé óvenjulega óstöðugt.
Slíkir hlutar erfðaefnis eru
líklegri til að brotna við DNA
affitun og gæti það útskýrt af
hverju þetta ákveðna gen
breytist aftur og aftur í þróun
kviðgaddaleysis. Athyglisvert er
að þegar horfna bútnum var
sprautað inn í frjóvguð hrogn af
stofni gaddalausra síla á
rannsóknarstofu mynduðu
hornsílin sem úr þeim klöktust
gadda.
Það að missa gadda er
umtalsverð breyting á beina-
byggingu homsíla en erfða-
efnisbreytingarnar em, þó
undarlegt megi virðast, nokkuð
einfaldar. Það að svæði breytist
sem stjórnar þroskunartengdu
geni í stað þess að fiktað sé í
geninu sjálfu getur gert það að
verkum að lífvænleiki fisksins
er óbreyttur þrátt fýrir að stór
breyting verði á byggingu hans.
Breyting verður í tjáningu
gensins í ákveðnum vef en
önnur virkni þess helst óbreytt.
Erfðafræðilega breytingin sem
veldur því að gaddar hverfa er
þess eðlis að áhrifin takmarkast
aðeins við grindarholssvæðið,
sem þýðir að Pitxl getur enn
virkað eðlilega í öðrum
líkamspörtum.
Leitin aö lögmálinu
Niðurstöður þessarar rann-
sóknar sýna hvernig breytingar
geta komið fram á ákveðnum
svæðum erfðaefnisins og orðið
á skömmum tíma ráðandi í
stofnum þar sem eiginleikinn
sem myndast leiðir til meiri
hæfni lífverunnar í náttúrunni.
Athyglisvert er einnig að sami
mekanisminn kemur ff am afúxr
og aftur í mjög aðskildum
stofnum hornsíla í mjög
mismunandi vötnum. Krabba-
meinslíffræðingar hafa tekið
eftir að ákveðin gen stökk-
breytast endurtekið til að geta
vaxið betur á ákveðnum ffumu
gerðum. “Viðsjáumsömuhluti
í þróunarff æðilegum breytileika
í heilum dýrum. Ef þú veist
hvert genið er og hvaða
stökkbreyting hefúr orðið í
einni lífveru geturðu spáð fýrir
um hvað hefúr gerst í annarri.
Við þekkjum ekki öll lögmálin
ennþá en við erum að byrja að
fá einhverja mynd á hvernig
heilu lífverumar geta umbreyst
og hvernig ffumur og lífverur
geta nýtt sér ákveðnar
umyndanir til að breytast og
aðlagast nýjum umhverfis-
aðstæðum, segir Bjarni að
lokum.
Eik EtfarsdóWr leggur homsllagildrur.