Hvorfor lægger mennesker ikke æg, og hvorfor har vi to kønskromosomer? Ny DNA-analyse af det mystiske australske næbdyr kan gøre os klogere.
Australien lever et usædvanligt pattedyr med selvlysende pels, næb, en giftklo og ti kønskromosomer.
Dyret lægger æg som fugle og krybdyr, men producerer samtidig mælk til sine unger. Mælken kommer ikke ud af brystvorter, men gennem svedkirtler i huden.
Det mystiske australske næbdyr har længe interesseret forskere, fordi det tilhører en dyregruppe, som levede millioner af år før alle andre nulevende pattedyr. De kaldes kloakdyr, fordi de kun har en enkelt åbning bagi til urin, afføring og kønsåbning.
Kloakdyrene lægger æg, men er klassificeret som pattedyr. De regnes for at være en slags fælles forfader til andre pattedyr som os selv, der føder unger og producerer mælk.
»Næbdyr og andre kloakdyr er ekstremt interessante, fordi de er de tidligst udviklede pattedyr,« fortæller Guojie Zhang, der er professor på Biologisk Institut, Københavns Universitet.
»De har nogle meget vigtige genetiske karakteristika, som kan øge vores forståelse for, hvordan krybdyr udviklede sig til pattedyr og dermed vores egen evolution,« tilføjer han.
Goujie Zhang er en af de ledende forskere bag en rekordstor analyse af næbdyrets DNA, der netop er publiceret i det meget anerkendte tidsskrift Nature.
Fakta
Australsk næbdyr og andre kloakdyr
Næbdyret (Ornithorhynchus anatinus) er et delvist vandlevende pattedyr, der lever ved østkysten af Australien og i Tasmanien. Sammen med de fire arter af myrepindsvin udgør næbdyret de eneste nulevende arter, som tilhører ordenen kloakdyr (monotremata). Kloakdyr adskiller sig fra andre pattedyr, blandt andet fordi de er de eneste pattedyr, der lægger æg. (Kilde: Wikipedia)
Næbdyret tilhører en dyregruppe, der kaldes kloakdyr, fordi de kun har et hul bagi til urin, afføring og kønsåbning. Udover næbdyret findes der idag kun et andet kloakdyr: Myrepindsvindet. Der er to slægter af myrepindsvin. Det kortnæbbede myrepindsvin (Tachyglossus aculeatus) og langnæbbede myrepindsvin (Zaglossus).
I det nye studie har forskerne også lavet en mindre DNA-analyse af myrepindsvin. De har sammenlignet de to kloakdyr med genomer fra andre dyr blandt andet mennesker, kyllinger og pungrotter.
Guldgrube af gendata
Den næsten komplette genetiske kortlægning af næbdyret er en skattekiste af information om det usædvanlige dyr, lyder det fra en forsker, der ikke selv har været involveret, men har læst den videnskabelige artikel.
»Sådan et datasæt er en guldgrube. Vi lever i en tid, hvor man kan sekventere genomer meget bedre end før, og her har de taget fat i nogle af de allermest ikoniske dyr,« siger Mikkel Heide Schierup, der forsker i genetik på Aarhus Universitets Center for Bioinformatik.
»Når man kender næbdyrenes gener, kan man finde ud af, hvad der er unikt ved dyrene, og hvordan de adskiller sig fra andre pattedyr. Det er en brik i forståelsen af vores egen udvikling,« siger han.
Derfor kan næbdyret lægge æg
Flere bemærkelsesværdige fund, der muligvis kan forklare, hvorfor pattedyr begyndte at producere mælk, og hvordan vi har fået vores to kønskromosomer, er kommet ud af den store kortlægning af næbdyrets gener.
Forskernes DNA-analyser viser, at næbdyret til forskel fra andre pattedyr har et såkaldt vitellogenin-gen, der giver dem evnen til at lægge æg.
De fleste fugle og krybdyr har tre vitellogenin-gener, som gør dem i stand til at producere æggeblommer, der indeholder protein, som er afgørende for deres ungers overlevelse.
Mennesker og andre pattedyr tabte vitellogenin-generne for over 100 millioner år siden. Vitellogenin-generne blev erstattet af gener, som sørger for, at vi kan producere proteinet kasein, der er hovedkomponenten i mælk.
Til forskel fra fugle og krybdyr har næbdyret, som altså eksisterede millioner af år før andre nulevende pattedyr, også kasein-gener, viser den nye analyse. Sammensætningen af dyrets mælk er derfor meget lig mælken hos eksempelvis køer og mennesker.
»Det fortæller os, at mælkeproduktion i alle nulevende arter af pattedyr er udviklet gennem det samme sæt gener, der stammer fra en fælles forfader, der levede for over 170 millioner af år siden side om side med de tidlige dinosaurer i Juraperioden,« siger Guojie Zhang i en pressemeddelelse.
Kromosomerne er knyttet i en ring
Til Videnskab.dk fortæller Goujie Zhang, at han er selv er allermest begejstret for den viden, den nye genetiske kortlægning giver om næbdyrenes kønskromosomer.
Mennesker og andre pattedyrs køn bliver som bekendt bestemt af to kønskromosomer – X og Y. Hvis man har XX, er man en pige. Hvis man har YX, er man en dreng. Næbdyret har ikke bare et par, men hele 10 kromosomer i fem par.
De genetiske analyser viser, at det over hundrede millioner år gamle næbdyrs kromosomer er knyttet sammen i par i en ringformation. Næbdyrets køn bestemmes ud fra, hvordan kromosomparrene i ringen dannes.
»Tænk at have fem X- og fem Y-kromosomer og få det til at gå op, så de er knyttet sammen i bestemte strukturer,« siger Mikkel Heide Schierup.
Efterhånden som nye arter har udviklet sig – gennem millioner af års evolution – er ringformationen hos de andre pattedyr sandsynligvis blevet brudt op i små stykker X- og Y-kromosomer, foreslår forskerne bag studiet. Og i dag har pattedyrene, med undtagelse af næbdyrene, så kun et enkelt par tilbage.
»Fundet er meget interessant, fordi det kan give viden om, hvordan menneskets kromosompar udviklede sig. Det var faktisk det spørgsmål, som oprindeligt inspirerede os til at lave projektet,« siger Gouijie Zang.
Fakta
Kønskromosomer ligner fugles
Forskerne har sammenlignet næbdyrets kromosomer med kyllingers og menneskers.
Kloakdyrets kromosomerne ligner mest kyllingernes, hvilket ifølge forskerne er et tegn på et evolutionært link mellem pattedyr og fugle.
»Vi kan se, hvor de fem kromosompar kommer fra. En stor del af dem har ligheder med kromosomerne hos fugle,« fortæller Goujie Zhang.
Kloakdyrene er »dødspændende«
Tobias Wang, der er professor i zoofysiologi på Aarhus Universitet, har ikke deltaget i projektet, men han har læst den videnskabelige artikel, som netop er udkommet i Nature. Også han er fascineret af næbdyret og andre kloakdyr.
»Næbdyret tilhører en interessant dyregruppe, der giver indblik i, hvordan pattedyr kan have set ud i deres tidlige udvikling. Der er ingen tvivl om, at det er vigtigt at få beskrevet kloakdyrenes genom for at forstå pattedyrenes evolution. Her beskriver forskerne næbdyret i større detaljer end før,« siger Tobias Wang.
»Det, at der stadig findes arter i den her dyregruppe, er dødspændende. På den måde er det et vigtigt studie,« tilføjer han.
Kvalificeret til Nature?
Tobias Wang forstår dog ikke helt, at studiet er kvalificeret til at komme i Nature, som er et af de allermest anerkendte videnskabelige tidsskrifter.
For selv om forskerne har lavet en rekordstor genetisk kortlægning af det australske næbdyr og sammenlignet det med genomer fra blandt andet mennesker, kyllinger, myrepindsvin og pungrotter, er det ikke et banebrydende studie i videnskabelig forstand, påpeger professoren.
»Jeg er uddannet i den klassiske naturvidenskabelige metode, hvor man opstiller en hypotese, som man efterprøver. Det gør forskerne ikke her. De beskriver bare en umådelig mængde genetiske data og ser, om de kan finde noget interessant i det,« siger Tobias Wang.
De genetiske data er ikke i sig selv en stor videnskabelige opdagelse. De er beskrivende og kan bruges til at opstille hypoteser, som man kan efterprøve i fremtidig forskning, påpeger han.
»Mange molekylærbiologer siger selv, at deres forskning er hypotesegenererende. Og det er jo også fint, for vi er nødt til at have data for at kunne lave valide hypoteser. Men studiet bidrager ikke med noget fundamentalt nyt, og det irriterer mig lidt, at den slags bliver ved med at komme i Nature,« siger Tobias Wang.
Forskerne kan være stolte
Gouijie Zang er uenig med Tobias Wang i, at hans og kollegernes analyse kun er hypoteseskabende.
»Vi kombinerer datadrevet forskning med hypotesedrevet forskning. Undersøgelsen af kønskromsomernes udvikling og deres ringstruktur er et godt eksempel på det: Vi producerer data af høj kvalitet for at afprøve hypotesen om, at kønskromosomerne sidder i en ringstruktur,« siger Gouijie Zang.
Uanset hvor stor videnskabelig værdi det nye studie har, efterlader det en enorm mængde genetiske data både om næbdyret og et andet kloakdyr, myrepindsvinet, som andre forskere fremover kan gå på opdagelse i for at blive klogere på de forhistoriske dyr.
»Jeg synes godt, forskerne kan være stolte, for deres data kommer helt sikkert til at fortælle os en masse nyt om de her unikke dyr. Det er vigtigt, at man nu har teknologien til at lave så komplette gensekventeringer,« siger Mikkel Heide Schierup.
