Hur uppkom flercelliga organismer?

Ett av de argument som kreationister brukar ta upp för att underminera evolutionsteorin är att man aldrig har observerat uppkomsten av nya biologiska egenskaper, ett argument som framfördes till mig utav Rolf Lampa på Newtonbloggens inlägg ”Fyra saker att fira under juli nummer fyra”. När jag skrev mitt svar insåg jag att det jag skrev kunde vara värt ett eget blogginlägg. Så att-e… Här har ni ett blogginlägg om uppkomsten av multicellulära organismer från encelliga organismer, en av de viktigaste evolutionära händelserna i historien.

Början till vårt svar ligger hos några små oansenliga encelliga organismer som kallas för choanoflagellater (Monosiga brevicollis för biologinördar). Choanoflagellater har en ”krage” av mikrovilli (tunna, tunna utskott som ökar cellens kontaktyta med omvärlden) och en lång flagell (”svans”). Kragen, i samarbete med flagellen, kan fånga upp näring från choanoflagellatens omgivning. Flagellen används även för att skjutsa choanoflagellaten framåt.

Choanoflagellat

Schematisk bild av en choanoflagellat (Bild från Wikipedia)

Men det är egentligen inte det här som är intressant med choanoflagellaten. Det intressanta är att trots sin encelliga natur så bär choanoflagellaten på gener som hos flercelliga organismer kodar för proteiner som används för att hålla samman celler (s.k. celladhesion). Dessa gener kodar exempelvis för cadheriner, lectiner och integriner, gener som man tidigare trodde bara fanns hos metazoaner (en grupp som inkluderar alla flercelliga organismer förutom svampar). Fyndet av dessa gener har, enligt originalartikeln i Nature två stora konsekvenser:

  • Den gemensamma förfadern till choanoflagellater och metazoaner hade med största sannolikhet redan gener som möjliggjorde celladhesion (något som krävs för multicellulära organismer).
  • Eftersom man inte har dokumenterat några fall av celladhesion mellan choanoflagellater kan dessa gener troligen fylla någon annan funktion än celladhesion, exempelvis som ett sätt för choanoflagellater att interagera med sin extracellulära miljö.
Men, so what, choanoflagellaterna har ju uppenbarligen nytta av dessa gener, då är det väl inte så konstigt att de har dem?
Absolut. Men det intressanta med choanoflagellaterna är att vi även känner till deras släktingar, choanocyterna. Choanocyterna både ser ut som och beter sig som choanoflagellater förutom en sak. De är specialiserade celler i svampdjur, en grupp som troligen var bland de första metazoanerna. Choanocyternas uppgifter är att med flagellen skapa ett vattenflöde genom gångarna i svampdjuret och samtidigt plocka upp näringsämnen från omgivningen via sina mikrovilli. Hos vissa svampdjur kan choanocyterna till och med bilda motsvarigheten till spermier! Personligen tycker jag att det är oerhört fascinerande att man kan återfinna lösningar som är livsviktiga för oss människor hos dessa evolutionärt tidiga organismer. Vi människor använder också mikrovilli för att öka ytan i våra tunntarman för maximerat näringsupptag. Att se dessa likheter är nog det närmaste en religiös upplevelse jag kommer komma i mitt liv.

(För en crash course i svampdjurens histologi rekommenderas University of Berkleys sida på ämnet, som även är källa på ovanstående stycke)

Så, två olika celler har liknande funktion och liknar varandra. Gud skulle också ha kunnat göra detta. Det är väl inte så konstigt att celler som ska ta upp näring använder sig av mikrovilli och flageller?

Sant. Det är här som genomundersökningen från King et al. som publicerades i Nature blir riktigt intressant. Det visade sig nämligen att våra kära vänner choanoflagellaterna har så gott som alla genetiska byggstenar (domäner) för att tillverka proteiner som möjliggör signalering mellan celler, en viktig funktion hos multicellulära organismer, men en ganska värdelös sådan hos encelliga organismer. Nu är det dock inte så att choanoflagellaterna sitter på dessa gener utan att använda dem. Det är istället så att de olika domänerna (som kodar för olika delar av signaleringsproteinerna hos metazoaner) är utspridda på olika ställen i choanoflagellaternas genom!

Två sådana cellsignaleringsproteiner som är viktiga hos metazoaner kallas för Hedgehog och Notch. I originalartikeln finns en bild som visar hur domänerna för Notch respektive Hedgehog finns fördelade på olika gener hos choanoflagellaterna, för att sedan ha kopplats samman hos choanocyter och andra metazoaner. Man kan tänka sig det som att de ursprungliga generna som fanns hos förfadern till choanocyter och choanoflagellater var ihopbyggda av legobitar i olika färger, alla med sin egna egenskap när det transkriberas och translateras till en del av ett protein. Den första genen kanske bestod av sekvensen röd-grön-blå, nästa av lila-gul-vit, nästa av svart-guld-lila-grön, et.c. Medan choanoflagellaternas gener fortfarande, troligen med några undantag, är röd-grön-blå, lila-gul-vit, svart-guld-lila-grön, et.c. (förfadern levde ju trots allt också ett encelligt liv) så skulle choanocyternas nya gener som kodar för Notch och Hedgehog kunna vara blandningar av redan skapade domäner (exempelvis skulle Notch kunna vara röd-lila-guld-grön). Se gärna bild 4 i orginalartikeln för en lite snyggare bild utav det hela.

Det fina i kråksången är att detta är precis vad man skulle vänta sig om det nu är så att allt liv på Jorden har ett gemensamt ursprung. En av konsekvenserna och förutsägelserna från evolutionsteorin är nämligen att ”evolutionen är blind”. Det naturliga urvalet kommer inte att kunna gynna mutationer och genetiska förändringar som ger en fördel först på lång sikt. För att en förändring ska rota sig i den nya populationen måste dess effekt visa sig tidigt, eller så måste förändringen utnyttja redan befintliga strukturer. Det är detta som brukar användas av kreationister för att hävda att vissa strukturer är ”irreducerbart komplexa”. En struktur som innehöll flera delar som alla krävs för en fungerande och duglig struktur skulle kunna kallas irreducerbart komplex, så länge som det faktiskt stämmer att den blir helt värdelös om man tar bort någon del.

Ett populärt exempel från kreationister och förespråkare för Intelligent Design (ID) är (eller var i alla fall) det mänskliga ögat. De menar att utan en lins skulle inte näthinnan göra någon nytta, men utan näthinna skulle definitivt inte linsen göra någon nytta.Fler strukturer som iris, ögonlock, tårproduktion et.c. kan föras in i resonemanget. Problemet med detta exempel är att man faktiskt kan tänka sig, och hitta naturliga exempel på, strukturer som i praktiken är enklare näthinnor som registrerar ljus och skugga. Man kan se nyttan av att näthinnan böjs in i en liten grop eftersom detta tillför ytterligare möjlighet att avgöra var i synfältet som det finns ljus och skugga. Se bilden till höger för fortsättningen.

Motsvarigheten till detta utnyttjande av gradvisa förändringar och användningen av tidigare beståndsdelar för nya strukturer är vad som återkommer när man kollar på generna för Notch och Hedgehog hos choanoflagellater. Istället för att generna innehåller helt nya sekvenser så är de byggda av domäner som tidigare har använts i andra gener.

Uppkomsten av flercelliga organismer får alltså evolutionsteorin att än en gång framstå som James Bond i någon av de galna jaktscenerna där superskurkens hejdukar skjuter hundratals skott men varenda en utav dem missar, medan Bond sätter in några snygga, välplacerade skott och kommer undan oskadd och med ännu starkare självförtroende.

Som sista tips kan jag rekommendera följande film från Youtube som bl.a. beskriver choanoflagellaterna och choanocyterna, men även experiment där man har fått encelliga alger att bilda multicellulära organismer!

About these ads
Explore posts in the same categories: Evolution, Kreationism, Religion, Skepticism, Vetenskap

Etiketter: , , , , ,

You can comment below, or link to this permanent URL from your own site.

7 kommentarer på “Hur uppkom flercelliga organismer?”

  1. myrklafsaren skriver:

    Märkligt tyst det blir i kreationistleden när detta kommer på tal, det borde ju annars trigga en flod av oseriösa bortförklaringar.
    Kan det vara så väl att det här blev för mycket för dom?

  2. ea2084 skriver:

    Tack för ett intressant blogginlägg.

    Just newtonbloggen, som du refererar till här, var jag inte bekant med sedan tidigare. Jag tog en titt och kunde konstatera att artiklarna sällan var av någon större läsvärdhet, men att det i kommentarsfälten fanns många intressanta diskussioner som bidrog till att man kunde lära sig ännu mer om styrkeförhållandet mellan evolutionsteori och kreationism.

    Speciellt road var jag att se Lars Johan Erkell, universitetslektor vid GU, debattera med Johannes Axelsson om kromosomfusion som ett av de evolutionära skeenden som släktanknyter oss med chimpansen. Lärorikt !

    • sikay91 skriver:

      Roligt att du hittade mitt inlägg! Jag har nog själv lagt lite väl mycket tid borta på Newtonbloggen, men det har helt klart blivit en del roliga och intressanta diskussioner därborta :)

    • ea2084 skriver:

      För att förtydliga: Att en fusionen ägt rum är i sig är ingen stark indikation för släktskap med schimpansen, men att kromosomala band och genordning i den mänskliga fusionsprodukten matchar mot korresponderande två kromosomer hos chimpansen, samt att det råder stor sekvenslikhet, är just en sådan släktskapsindikation.

  3. Hanna skriver:

    Synnerligen intressant att se hur encelliga pga yttre omständigheter kan bli till flercelliga.
    Undrar om dessa nyblivna flercelliga nu bara får flercelliga till avkommor, någon som vet, kanske lyssnade bättre än jag, eller kan det vara så att flercelligheten var endast en tillfällig ändring?

    • sikay91 skriver:

      Intressant fråga, förlåt att det tog ett tag för mig att svara… Jag hittade en länk till originalartikeln men kom bara åt abstractdelen (http://www.springerlink.com/content/q239365007h43465/). Där skriver de bl.a.:

      ” The prey Chlorella first formed globose clusters of tens to hundreds of cells. After about 10–20 generations in the presence of the phagotroph, eight-celled colonies predominated. These colonies retained the eight-celled form indefinitely in continuous culture and when plated onto agar.”

      Det verkar alltså som om kolonierna, efter lite experimenterande med olika storlekar, bestämde sig för åtta celler per koloni, ett stadium som kvarstod även när man flyttade över dem till agarplattor. Jag skulle därför anta att förändringarna som har möjliggjort flercelligheten därför kvarstår även hos eventuell avkomma, annars borde det dyka upp encellig avkomma på den nya agarplattan. Ta det inte som ett 100 % säkert svar, men så är min tolkning av det :)


Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s


Följ

Få meddelanden om nya inlägg via e-post.

%d bloggers like this: