Hvad har en mus til fælles med en brusk fisk, der er kendt som en lille skøjte?
Ved første øjekast tænker du måske ikke meget. Den ene er fluffy, med store ører og snørre; den anden trækker vejret med gæller og krusninger sig rundt i havet. Den ene er et laboratoriedyr eller husholdnings skadedyr den anden ses mest sandsynligt i naturen eller i bunden af en lav pool ved et akvarium. Men det viser sig, at disse to hvirveldyr har noget afgørende til fælles: evnen til at gå. Og grunden til, at vi kunne ændre den måde, vi tænker på udviklingen af at gå i landdyr - inklusive mennesker.
En ny genetisk undersøgelse fra forskere ved New York University afslører noget overraskende: Ligesom mus har små skøjter den genetiske plan, der giver mulighed for det højre-venstre skiftemønster for bevægelse, som firbenede landdyr bruger. Disse gener blev overført fra en fælles stamfar, der levede for 420 millioner år siden, længe før de første hvirveldyr nogensinde kravlede fra hav til land.
Med andre ord kan nogle dyr have haft de neurale veje, der er nødvendige for at gå, allerede før de levede på land.
Den nye forskning blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Cell, og den begyndte med et grundlæggende spørgsmål: hvordan udviklede eller ændrede forskellige motoriske adfærd sig i forskellige arter over tid? Forfatter Jeremy Dasen, lektor ved NYU Neuroscience Institute, havde tidligere arbejdet med bevægelse af slanger. Han blev inspireret til at kigge i skøjter efter at have læst Neil Shubins bog, Your Inner Fish: A Journey into the 3, 5-Billion Year History of the Human Body, men vidste ikke rigtig, hvor han skulle starte.
”Jeg vidste ikke, hvordan en skøjte så ud, ” siger Dasen. ”Jeg havde spist det på en restaurant før. Så jeg gjorde, hvad alle gør, jeg gik ind på Google for at finde videoer af skøjter. ”En af de første ting, han fandt, var en Youtube-video af en clearnose-skate, der engagerede sig i gåadfærd. ”Jeg var som, wow, det er virkelig cool! Hvordan gør det det? ”Siger han.
Ved hjælp af skøjter, der er indsamlet af Marine Biologisk Laboratorium i Woods Hole, forsøgte Dasen og andre at finde ud af det. Først det grundlæggende: Lille skøjter er bundboere, der bor langs østkysten i Atlanterhavet. De har faktisk ikke ben, og deres vandring ligner ikke et menneske, der går en tur. Hvad de bruger er forreste bækkenfinner kaldet ”crus”, placeret under den meget større diamantformede sejllignende fin, som bølger, når de svømmer.
Når de fodrer, eller har behov for at bevæge sig langsommere, griber de ind i deres kors i en venstre-højre skiftende bevægelse langs havbunden. Fra bunden ser det næsten ud som små fødder, der driver skøjten fremad.
Men Dasen og hans team var ikke bare interesseret i biomekanik; de ønskede at identificere de gener, der kontrollerede de motoriske neurale veje til skate walking.
Når man ser på hvirveldyrets layout, begynder genetikere ofte med Hox-gener, der spiller en afgørende rolle i fastlæggelsen af en organismes kropsplan. Hvis generne er slået ud eller forkert ordnet, kan det stave katastrofe for dyret (som i eksperimentet, hvor en flue voksede ben i stedet for antenner på hovedet, efter at forskere med vilje har slået visse Hox-gener ud).
Dasen og hans kolleger kiggede også på en genetisk transkriptionsfaktor kaldet Foxp1, placeret ved rygmarven i tetrapods. Den forenklede forklaring er, at den fungerer ved at udløse motorneuroner, der muliggør gåbevægelse.
”Hvis du slår [Foxp1] ud i modelorganismer som mus, har de mistet al evnen til at koordinere deres lemmemuskler, ” siger Dasen. ”De har en svær type motorisk diskoordinering, der forhindrer dem i at gå normalt.” Det er ikke, at musene uden Foxp1 ikke har de lemmer eller muskler, der er nødvendige for at gå - de har bare ikke deres kredsløb tilsluttet korrekt for at gøre det.
Den kombination af gener i små skøjter, der giver dem mulighed for at gå deres vej hen over havbunden på jagt efter middag går helt tilbage til en fælles forfader, der levede for 420 millioner år siden - en overraskelse for forskerne, da evnen til at gå tænkte at komme efter overgangen fra hav til land begyndte, ikke før. Den kendsgerning, at sådanne genetiske træk hænger så længe rundt og udviklede sig på så unikke måder på tværs af forskellige arter, fik kun Dasen til ophidselse.
”Der er en masse litteratur om udviklingen af lemmer, men det overvejer ikke rigtig den neuronale side af tingene, fordi det er meget sværere at studere, ” siger Dasen. ”Der er ingen fossil registrering af neuroner og nerver. Der er meget bedre måder at studere evolution ved at se på benede strukturer. ”
Masser af forskere har kigget på fossilprotokollen for at få oplysninger om de tidligste beboere. Der er Elginerpeton pancheni, en tidlig tetrapod, der levede uden for havet engang for ca. 375 millioner år siden. Og så er der Acanthostega, et andet gammelt hvirveldyr, som forskere for nylig har analyseret for at lære om dets lemvækstmønstre og seksuelle modenhed.
I mellemtiden har andre biologer fundet ledetråde ved at se på nogle af de underligste fisk i live i dag, hvoraf mange har gamle linjer. Nogle har set på coelacanter og sarkopterygianer eller lungefisk (sidstnævnte bruger deres bækkenfinner til at bevæge sig i bevægelse som at gå). Andre har undersøgt bishrbevægelsen. Den afrikanske fiskeart er udstyret med både lunger og gæller, så den kan overleve ud af vand - og har en bevægelse, der ligner vandring, når den bliver tvunget til at leve på land, som det blev set i eksperimentet fra 2014 udført af University of Ottawa-biolog Emily Standen andre.
Standen siger, at hun meget beundrer den nye forskning på små skøjter. ”Jeg havde forventet, at der ville have været en hel del lighed [i systemerne bag forskellige dyrs bevægelse], men det faktum, at det er så tæt som det var, var en dejlig overraskelse, ” siger hun. ”Det taler til det, jeg tror ganske stærkt på, at nervesystemet og hvordan det udvikler sig og fungerer er meget fleksibelt.”
Denne fleksibilitet har helt klart været nøglen på tværs af udviklingshistorien. Takket være den 420 millioner år gamle forfader har vi nu alt fra fisk, der svømmer, til slanger, der glider, mus, der går, til skøjter, der bruger en kombination af bevægelser - med Foxp1-genet udtrykt eller undertrykt afhængigt af dyrets unikke kropsplan og bevægelse.
Og nu, hvor vi ved lidt mere, hvad der styrer denne bevægelse i skøjter, er det muligt, at viden kan have en fremtidig anvendelse til at forstå bipedalisme hos mennesker.
”Den grundlæggende princip, hvormed motorneuroner opretter forbindelse til forskellige kredsløb, er ikke rigtig udarbejdet [i komplekse organismer], så skøjten er en måde at se på det i et mere forenklet system, ” siger Dasen. Men han ønsker ikke at komme for langt foran sig selv med at forudsige, hvad det kan betyde for fremtiden. Dasen håber bare, at når folk ser forskningen, vil folk simpelthen tænke, ”Gee whiz, det er virkelig pænt. De kan gå! ”
