print logo

Har gentestet urtidsdyr fra Ås: Menneskets aller fjerneste slektning

Menneskets aller fjerneste slektning er en svært sjelden mikroorganisme fra Ås utenfor Oslo. Oppdagelsen kan gi innblikk i hvordan livet så ut på Jorda for nesten én milliard år siden.

BLIKK INN I URTIDEN: Genanalyser av en mikroorganisme som lever i mudderet i en innsjø i Ås, gir forskerne et innblikk i hvordan det første livet på Jorda så ut. Foto: MERG/UiO

Biologer over hele verden har ventet i spenning på genanalysen av en av verdens minst kjente arter, Collodictyon, heretter kalt urdyret i Apollonreportasjen, fra innsjøen Årungen rett ved E6 i Ås utenfor Oslo.

Da forskere ved Universitetet i Oslo sammenlignet genene med alle andre kjente arter i verden, viste det seg at urdyret ikke passer inn i noen av de fem hovedgrenene på livets tre. Urdyret er verken sopp, alge, parasitt, plante eller dyr.

– Vi har funnet en ukjent gren av livets tre som holder til i Årungen. Det er unikt! Så langt har vi ikke kjennskap til andre grupper organismer som nedstammer nærmere roten av livets tre enn denne arten. Den kan brukes som et teleskop inn i urtidens mikrokosmos, gløder førsteamanuensis Kamran Shalchian-Tabrizi, lederen av Microbial Evolution Research Group (MERG) på Universitetet i Oslo. Forskergruppen hans studerer ørsmå organismer for å finne svar på store, biologiske spørsmål innen økologi og evolusjonsbiologi, og arbeider på tvers av så ulike fagområder som biologi, genetikk, bioinformatikk, molekylærbiologi og statistikk.

Verdens eldste skapning.

Livet på Jorda kan deles opp i de to hovedgruppene prokaryote og eukaryote arter. De prokaryote artene, slike som bakterier, er den enkleste formen for levende organismer på Jorda. De har ikke membraner inne i cellen og er derfor ikke ekte cellekjerner. Det har derimot eukaryote arter, slike som dyr og mennesker, planter, sopp og alger. Stamtreet til urdyret fra Ås begynner ved roten av de eukaryote artene.

– Mikroorganismen er blant de eldste, nålevende eukaryote organismene vi kjenner. Den ble skapt for én milliard år siden, pluss/minus noen hundre millioner år. Med denne organismen kan vi bedre forstå hvordan det tidlige livet på Jorda så ut.

Slik beveger de seg.

Livets tre deles gjerne inn i organismer med én og to flageller. Flageller er viktige for at celler skal kunne bevege seg. Akkurat som hos alle andre pattedyr, har sædcellene til mennesker bare én flagell. Mennesker tilhører derfor den samme énflagellgruppen som sopp og amøber. Derimot tror man at våre fjernere slektninger fra stamgrenene planter, alger og excavata (encellete parasitter) opprinnelig hadde to flageller. Urdyret fra Ås har fire flageller. Slektskapet den tilhører er et sted mellom excavata, den eldste gruppen med to flageller, og noen amøber, som er den eldste gruppen med bare én flagell.

– Hvis vi skulle rekonstruere den eldste, eukaryote cellen i verden, tror vi at den ligner på arten vår. For å beregne hvor mye arten vår har endret seg siden urtiden, må vi sammenligne genene den har med de nærmeste slektningene, amøber og excavater, forteller Shalchian-Tabrizi.

SLEKTSKAPET: Urdyret fra Ås passer ikke inn i noen av hovedgrenene i livets tre. Kamran Shalchian-Tabrizi måtte opprette enda en hovedgren. Den kalles for Collodictyon. Foto: Yngve Vogt

Fanges med lekkerbisken.

Urdyret er ikke lett å få øye på. Det lever nede i mudderet i sjøbunnen. Det er tretti til femti mikrometer langt og kan bare sees i mikroskop. Når professor Dag Klaveness på MERG skal fange dyret, stikker han et rør ned i sjøbunnen og tar opp en søyle med mudder og heller på en gallegrønn algeblanding.

Algene er så fristende lekkerbiskener for de små urdyrene, at de svømmer opp.

– Så kan vi plukke dem ut, én og én, med en pipette, forteller Klaveness.

Det er ikke mange av dem. Og UiO-biologene har ikke funnet dem andre steder enn i Årungen ved Ås.

– Vi er overrasket. Det lages enorme mengder miljøprøver i verden. Vi har lett etter arten i alle DNA-databaser som finnes, men har bare funnet samsvar med en halv gensekvens i Tibet. Så det kan tenkes at det bare eksisterer noen ganske få andre arter i denne slektsgrenen av livets tre, som har overlevd alle de mange hundre millioner årene siden de eukaryote artene dukket opp på Jorda første gang.

Lite sosial.

Urdyret lever av alger, men forskerne vet ennå ikke hvem som spiser urdyret. De vet heller ingenting om livssyklusen. Men én ting er sikkert:

– De er ikke sosiale dyr. De trives best alene. Når de har spist opp maten, råder kannibalismen,konstaterer Klaveness.

Urdyret har en spesiell innbuktning i cellen. Den ser ut som en fure.

– Arten har den samme intracellulære strukturen som excavater. Og den har den samme utveksten som amøber til å fange maten med. Det betyr at arten kombinerer to kjennetegn fra hver sin stamgren av de eukaryote hovedgruppene. Det gir oss ekstra støtte for at arten fra Ås tilhører en urgammel gruppe. Kanskje er den avledet av forfedrene til både excavatene og amøbene? Spør Shalchian-Tabrizi.

Urdyret ble oppdaget allerede i 1865, men det er først nå, takket være svært avanserte genanalyser, at forskerne skjønner hvor betydningsfull arten er for livets historie på Jorda.

Dyrker urdyret i enorme mengder.

Dag Klaveness har, sammen med stipendiat Jon Bråte, klart å dyrke opp arten i store mengder. Ingen har gjort dette før. Klaveness har de siste 40 årene spesialisert seg på å dyrke organismer som er vanskelige å dyrke eller som det er vanskelig å isolere fra andre arter.

Dyrkingen er viktig for å kunne kartlegge genene til skapningen. Det trengs mer enn noen få eksemplarer til en gentest. Forskerne har vært nødt til å ale opp store mengder. Arbeidet er krevende og har tatt mange måneder.

Yndlingsmaten til urdyret er grønne alger, men ettersom både urdyret og grønne alger er eukaryote arter, det vil si arter med ekte cellekjerner, er det lett å forveksle genene til urdyret og til maten i gensekvenseringen. Klaveness har derfor valgt å fore urdyret med blågrønne bakterier, som genetisk er veldig forskjellige fra urdyret. Blågrønne bakterier er ikke akkurat yndlingsretten, men urdyret får bare valget mellom å spise eller dø. Blågrønne bakterier er prokaryote, altså arter uten membraner og ekte cellekjerner. Da kan forskerne skille mellom genene til urdyret og maten i gensekvenseringen.

I laboratoriet har Klaveness flere dunker med urdyret. Algeblandingen synker til bunns. Urdyret dukker ned når det har lyst til å spise. Når forholdene er som best, deler de seg annet hvert døgn. Men med blågrønne bakterier på menyen, som er like kjedelig som om du bare fikk gulrøtter i flere måneder og intet annet, vokser urdyrene mye langsommere.

Når urdyrene har formert seg nok, blir de sentrifugert ut og gensekvensiert. Så blir genene sammenlignet med tilsvarende gensekvenser fra andre arter.

– Vi har gensekvensiert 300 000 biter av genomet (den samlete arvemassen), men vi vet fortsatt ikke hvor stort genomet er. Vi leter foreløpig bare etter de viktigste delene, forklarer Kamran Shalchian-Tabrizi.

40 ÅRS ERFARING: Professor Dag Klaveness har de siste 40 årene spesialisert seg på å dyrke opp mikroorganismer. Det trengs store mengder for å kunne kartlegge genene. Foto: Yngve Vogt

 

Spor fra urtiden.

Problemet er at DNA-sekvenser endrer seg mye over tid. Deler av DNA-et kan ha blitt visket bort i årenes løp. Ettersom urdyret er en svært gammel art, trengs ekstra mye geninformasjon.

– Ofte er det slik med så gamle organismer at fellestrekk med andre kjente arter har blitt visket bort fra DNA-sekvensen på grunn av lang tids mutasjoner. Du kan sammenligne det med asfaltering. Hvis du asfalterer en vei mange nok ganger, ser du ikke lenger brosteinene. Man må derfor samle sammen store gensekvenser for å finne felles spor fra urtiden.

Stipendiat Sen Zhao står bak de omfattende, statistiske beregningene. For å beregne slektskapet har de brukt informasjon fra forskergruppens egen Bioportal, i samarbeid med tungregnegruppen ved Universitetet i Oslo.

Løser evolusjonære gåter.

Kamran Shalchian- Tabrizi forteller at livets tre kan gi fundamentale svar på store gåter i evolusjonen.

– For å forstå hvordan en art er i dag, må vi skjønne hvordan den genetisk har endret seg. Med livets tre kan vi forklare cellulære endringsprosesser ved å koble genom og morfologi (utseende) med levesett.

Shalchian-Tabrizi ønsker blant annet å bruke urdyret til å undersøke når fotosyntesen oppstod blant de eukaryote organismene. Fotosyntesen skjer i kloroplasten. Kloroplasten var opprinnelig en frittlevende, blågrønn bakterie. Hvis forskerne finner genrester av disse bakteriene i urdyret fra Ås, kan det tyde på at fotosyntesen har oppstått tidligere enn antatt.

– Det er mange sannsynlige scenarier, men vi vet fortsatt ikke svaret, erkjenner Shalchian-Tabrizi.

Forskerne ønsker også å stille seg spørsmålet om når andre egenskaper kom, slike som mitokondriene, som er energimotoren i cellene våre.

Rense drikkevann i Japan.

De siste årene har forskere funnet noen tilsynelatende like eksemplarer av urdyret fra Ås i Japan og i Sørøst-Asia. En forsker fra Japan kom ens ærend med et glass av arten til Oslo, for at Klaveness kunne dyrke den.

– Vi skal nå gensekvensiere disse stammene. For det er ikke sikkert at genene er like, selv om morfologien er lik, sier Klaveness.

Japanerne håper at urdyret kan brukes til å rense drikkevann for giftige, blågrønne bakterier.

Fakta:

 

Urdyret fra Ås

 

• Mikroorganismen fra Ås er menneskets fjerneste slektning. Den er en av verdens eldste arter og er svært vanskelig å dyrke i et laboratorium.

 

• Den er 30 til 50 mikrometer lang og lever i mudderet på sjøbunnen i Årungen i Ås kommune.

 

• Genanalyser viser at den ikke tilhører noen av de fem hovedgrenene i livets tre.

 

• Organismen kan brukes som et teleskop inn i urtidens mikrokosmos.

 

 

 

Av Yngve Vogt
Publisert 23. apr. 2012 06:38 - Sist endret 23. apr. 2012 06:38
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere