Vissengen laat poten groeien

Vissengen laat poten groeien
Vinnen en poten ontstaan door dezelfde genetische schakelaar
DOOR: NADINE BÖKE
Flora & Fauna
Geschiedenis & Archeologie
De vinnen van vissen en poten van landdieren lijken nauwelijks op elkaar.
Toch blijkt de aanzet tot hun ontwikkeling, in embryo’s, te worden geregeld
door dezelfde genetische schakelaar. Die in talloze miljoenen jaren van evolutie
nauwelijks is veranderd.
© Kalliopi Monoyios, University of Chicago
De genetische schakelaar die in vissen, zoals deze kleine rog, aanzet tot de ontwikkeling
van vinnen blijkt dezelfde te zijn als degene die in landdieren de groei van poten regelt.
Wat hebben de vinnen van vissen en een menselijke arm, inclusief de hand en vingers,
met elkaar gemeen? Op het eerst gezicht weinig. Maar evolutionair gezien heel veel. Niet
alleen zijn de ledematen van landdieren ooit uit vinnen ontstaan; de ontwikkeling van
beide soorten lichaamsdelen worden nog altijd gestuurd door dezelfde genen. Dat
ontdekten Igor Schneider en enkele collega’s van de University of Chicago na proeven
met de embryo’s van muizen en twee soorten vissen. Ze schrijven deze week over hun
onderzoek in PNAS.
De interne structuur van vissenvinnen en de ledematen van landdieren is zo anders, dat
biologen lang hebben gedacht dat poten konden ontstaan dankzij een mutatie in een van
de zogenaamde hox-genen. Hox-genen zijn een soort regelschakelaars: ze sturen, in
embryo’s, hele groepen andere genen aan en bepalen zo welke ledematen een organisme
ontwikkelt. En waar. “Foutjes” in hox-genen kunnen soms tot rare dingen leiden. Zoals
fruitvliegjes met poten op de plek waar normaal hun antennes zitten, of met twee
bovenlijven (inclusief twee paar vleugels in plaats van één).
In 2004 is echter het fossiel van een vis gevonden, de Tiktaalik, wiens vinnen wel
degelijk sterk lijken op de ledematen van landdieren. Zo bevatten de vinnen van de
Tiktaalik een soort polsgewricht, en structuren die lijken op handbotjes. Waardoor
wetenschappers gingen twijfelen of de ontwikkeling van poten misschien toch het gevolg
is van een serie kleine mutaties in allerhande genen, in plaats van één belangrijke
mutatie in zo’n hox-regelgen.
Biologie | Biologie van de cel | Artikel Vissengen laat poten groeien
© National Science Foundation / Wikimedia
Zo moet de Tiktaalik er ongeveer ooit uit hebben gezien. Dit fossiele dier is een soort
tussenvorm tussen vissen en de eerste landdieren. Hij heeft vinnen, maar de botten in
deze vinnen lijken al erg op die in de poten van de eerste landwezens.
De proeven van Igor Schneider en zijn team lijken dit te bevestigen. Hoewel de
uitvoering technisch behoorlijk ingewikkeld was, was het idee achter hun experimenten
simpel: wissel, in de embryo’s van enkele dieren, de hox-genen om voor die van
compleet andere diersoorten. Om iets preciezer te zijn wisselden zij het hox-gen dat in
zebravisjes aanzet tot de groei van vinnen om voor hetzelfde gen, maar dan van een
kleine rog, of met het hox-gen dat in muizen aanzet tot de groei van poten. Ook
brachten zij deze twee vissengenen in bij muizenembryo’s.
En wat gebeurde er? De ongeboren visjes gingen, ook als ze het muizen-gen ingebouwd
hadden gekregen, keurig vinnen ontwikkelen. En de piepjonge muizenembryo’s
ontwikkelden ook als ze alleen vissen-regelgenen hadden gewoon de aanzet tot pootjes.
De wetenschappers hebben de in het laboratorium gekweekte embryo’s overigens niet
laten uitgroeien tot volwaardige dieren. Het valt dus niet te zeggen of de vinnen van de
vissen en de poten van de muizen er normaal uit hadden gezien. Maar daar was het ze
ook niet om te doen.
Wat de biologen met dit onderzoek wel hebben aangetoond, is dat de genetische
schakelaar die zorgt voor de ontwikkeling van vinnen en poten dezelfde is. En dat,
hoewel er absoluut verschillen zijn tussen de betreffende hox-genen van vissen en
zoogdieren, de basis van deze schakelaars na vele miljoenen jaren van evolutie toch zo
sterk geconserveerd is dat je hem kunt uitwisselen tussen totaal verschillende
diersoorten. En dat is erg bijzonder.
Bron: Igor Schneider e.a., Appendage expression driven by the Hoxd global control
region is an ancient gnasthosome feature, in: PNAS, 11 juli 2011.
www.wetenschap24.nl/nieuws/artikelen/2011/juli/Vissengen-laat-poten-groeien-.html
Biologie | Biologie van de cel | Artikel Vissengen laat poten groeien