Den lille pindsvinerokke (Leucoraja erinacea) spankulerer hen ad havbunden med sine to bagfinner. Skiftevis højre-venstre bevæger den 'benene' uden at ane, at den lige er blevet hovedperson i et studie, der er tæt på at omskrive historien om, hvordan de første hvirveldyr gik i land.
Nu viser et amerikansk forskerhold, at rokkens måde at gå på havbunden ikke bare ligner vores gang, men helt ned i de enkelte gener og nervestrukturer er det samme bevægelsesmønster – hvad end man kigger på to- og firbenede landdyr fra mus til elefanter.
»Det er virkelig overraskende, og det udfordrer det traditionelle billede af at gangen udvikledes blandt hvirveldyr specifikt i forbindelse med overgangen fra vand til land,« siger Jeremy Dasen ved Department of Neuroscience and Physiology, NYU School of Medicine, som har stået bag forskningen, til Videnskab.dk.
I stedet viser studiet, at evnen til at gå var på plads, længe inden de tidligste hvirveldyr gik på land – og samtidig fortæller det os en hel del om, hvordan evnen til at gå udvikles helt nede på det genetiske plan.
I klippene ovenfor kan du se, hvordan rokken hhv. "går" og svømmer. (Video: Jung et al. / Cell)
Landgående fisk byggede videre på gamle evner
Rokker og hajer er blandt de ældste og mest primitive hvirveldyr, der har en fælles stamfader med os for mere end 420 millioner år siden, og studiet peger nu på, at evnen til at gå allerede fandtes hos denne stamfader.
»Det er et særdeles interessant input til vores viden om hvordan de tidlige hvirveldyr lærte at gå,« siger palæontolog og museumsinspektør Jesper Milán ved GeoMuseum Faxe, som ikke selv har deltaget i studiet.
»Det viser, at selve bevægelsesmønstret er opstået helt tilbage hos de bruskfinnede fisk, og altså ikke er noget, der blev udviklet som en del af evnen til at gå på land – men at de første firbenede fisk, der gik på land, så at sige bare byggede videre på et gammelt bevægelsesmønster og fik udviklet stærkere lemmer til at bære kroppen,« siger han.
Studiet er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Cell.
Firbenede fisk havde næsten 'ben'
Jeremy Dasen forsker i, hvordan hjernen styrer bevægelse via nerver i rygraden. Han er især interesseret i at finde ud af, hvordan forbindelser i nervecellernes netværk etableres – og hvilke gener der er indblandet.
Tidligere forskning har vist, at et gen kaldet Foxp1 spiller en helt afgørende rolle for den udvikling hos mus og i den gruppe af hvirveldyr, som vi tilhører, kaldet tetrapoderne.
Blandt andet har undersøgelser af nogle af de allertidligste fossiler af tetrapoder vist, at finnerne var ved at blive omdannet til egentlige ben, fortæller Jesper Milán.
Til gengæld er der aldrig fundet fossiler, som viser, hvordan selve bevægelsesmønstret af lemmerne er opstået, og det er her rokken kommer ind i billedet.
\ Læs mere
Urgammel gangart
Mens de fleste fisk svømmer ved at aktivere muskler ned langs rygsøjlen, der får kroppen til at vrikke fra side til side, kan rokker – og nogle hajer – koordinere finnerne og gå på bunden på en måde, der har forbløffende lighed med tetrapoder.
Samtidig anses hverken roller eller hajer for at have forandret sig meget i flere hundrede millioner år. Derfor er de ideelle 'forsøgskaniner' til at studere fortidens gangarter.
Så Jeremy Dasen og kolleger besluttede sig for at finde ud af, om nutidens 'gående' fiskearter har de samme gener og neuronnetværk, som vi kender fra landhvirveldyr.
Da de opdagede, at rokkernes motorneuroner, som altså styrer deres evne til at 'gå', også var afhængigt af Foxp1 genet, så blev de »for alvor interesserede,« siger Dasen.
Motorneuronerne er de sidste nerveceller i signalkæden fra hjernen, som styrer musklerne direkte, og fundet gav forskerne blod på tanden, fordi det pegede kraftigt på, at den neurale udvikling grundlæggende foregik ligesom hos os.
Finder evolutionært bevarede 'master-gener'
Forskerne fokuserede derfor på udviklingen af motorneuronerne i rokkefosteret.
Rokken har to par finner – de store 'vinger' forrest og to små finner bagved, som minder om bagben – og Jeremy Dasen kiggede på generne i motorneuronerne langs rygraden.
De brugte en teknik kaldet RNA-sekvensering, der kun kortlægger de aktive gener, som cellerne bruger, men ikke resten af generne.
Det var der, de fandt Foxp1 genet, og i det nye studie har de vist, at det ligesom hos os er styret af kontrolgener kaldet Hox, der er berømte som 'master-gener', som er ansvarlige for at sætter udviklingsprogrammer i gang fra hoved til hale og f.eks. siger 'byg forbenene her' og længere ned af rygraden siger 'byg bagben her'.
Det gør Hox-generne ved at binde til DNA'et, og som en slags kontakt tænder eller slukker for en hel kaskade af andre gener. Foxp1 er et af de gener, som igen aktiverer andre gener, der sørger for de finere detaljer i udviklingen af motorneuronerne i lemmerne.
Rokker havde de samme gener som mus
Undersøgelser af mus har vist, at Hox gener langs den del af rygraden, hvor forben og bagben sidder, aktiverer Foxp1 og sørger for dannelsen af det nervemodul, som styrer lemmerne. I stykket af rygraden mellem for- og bagben, hvor der ikke skal være lemmer, undertrykker andre Hox-gener Foxp1.
I rokken kunne Jeremy Dasen se det samme Hox-aktiverede Foxp1 program af gener, og han kunne vise, at generne ikke bare var aktive i rokke-embryonets væv, men også fordelte sig på samme måde i de udviklende motorneuroner som hos landjordens hvirveldyr.
Dasen og kolleger så også på niveauet lige over motorneuronerne - interneuronerne – som er de nerveceller, der styrer motorneuronerne og sikrer, at vi f.eks. kan gå med højre og venstre ben ude af takt.
Her fandt de igen mange af de samme gener og typer af interneuroner, som vidner om, at rokken og musen har det grundlæggende system til fælles.
Stamfader havde både svømmemodul og gangmodul
At rokke og mus har så store ligheder i bevægemønsteret kan næsten kun forklares med, at det allerede var til stede hos deres fælles stamfader i havet for mere end 420 millioner år siden.
Alternativet skulle være, at bevægelsesmønsteret er opstået to gange ved konvergent evolution, men at det samtidig skulle ende med så stort sammenfald i de molekylære detaljer er meget usandsynligt.
Dermed giver opdagelsen et helt nyt billede af, hvordan de første landdyr fik evnen til at kravle op på land. I stedet for det traditionelle billede om at evnen opstod gradvist samtidig med, at en fisk begyndte at kravle op fra havet og leve på landjorden, har evnen til at gå været der hele tiden.
»Det er interessant ud fra et neurobiologisk synspunkt om hvordan vi opfatter hjernens nervenetværk,« siger Ole Kiehn som er professor ved Institut for Neurovidenskab, Københavns Universitet, hvor han selv arbejder med hjernens og rygmarvens styring af gang i pattedyr.
»Der findes to moduler – et man kan kalde 'svømmemodulet', og et vi kan kalde 'gangmodulet' hos dyr med lemmer – og i stedet for, at gangmodulet er bygget oven på fiskenes svømmemodul, antyder studiet, at de to moduler eksisterer parallelt,« siger han.
»Hvorfor er der ikke nogen, som har tænkt på det før?«
Det samme siger Tobias Wang, der er professor i zoofysiologi ved Aarhus Institute of Advanced Studies og Bioscience på Aarhus Universitet.
»Overgangen fra vand til land er en af de største og mest skelsættende evolutionære begivenheder, som er særdeles spændende at forstå,« siger Tobias Wang, som dog peger på, at gangen kun var én af mange udfordringer.
»Dyrene skulle bl.a. udvikle lunger og en æggeskal for at blive helt frigjorte af vandet, men man kan sige, at når fiskene allerede havde evnen til at gå, så var der én udfordring mindre,« siger han.
Opdagelsen begejstrer også fiskeforsker lektor Peter Rask Møller fra Statens Naturhistoriske Museum ved Københavns Universitet.
»Det er da logisk – hvorfor er der ikke nogen, som har tænkt på det før?« siger Peter Rask Møller.
»Vi ved jo, at mange bundlevende hajer som zebrahajer og hornhajer går på bunden. Hvis du lægger dem på maven, så begynder de simpelthen at gå. De tøffer af sted hen over gulvet, det er helt vildt. Så det virker super logisk, men det flotte er jo, at de kan dokumentere det med genetik,« siger han.
