Door Aafke Kok - 13-02-2021 - Evolutiebiologie
Mensen hebben behalve boven- ook onderarmbotten (roze, links), terwijl normale zebravissen in hun vin enkel botjes naast elkaar hebben (midden). Na een mutatie verschijnt bij zebravissenvinnen een onderarmachtig botje (roze, rechts).
Een extra botje, als ware het een onderarm, verschijnt in de vinnen van zebravismutanten. Een inkijkje in de evolutie van vin naar poot?
Een enkele mutatie zorgt bij zebravissen voor de introductie van een extra botje in de vin, compleet met gewricht en spieraanhechting. De aangepaste versie van de zebravisvin lijkt daarmee een beetje op een poot. Dat schrijven biologen van de Amerikaanse Harvard University 4 februari in Cell. Waar zebravissen normaal gesproken alleen zijdelings gerangschikte botten in hun vin hebben, bevinden ledemaatbotten zich bij tetrapoden ook boven elkaar, zoals een onder- en bovenarm. Een gangbare hypothese is dat de gemeenschappelijke voorouder van tetrapoden en teleosten – de groep waartoe zebravissen behoren – een vin had met beide soorten botrangschikking. In de teleosten is de boven-onder-rangschikking vervolgens verloren gegaan, terwijl bij tetrapoden juist het andere deel wegviel.
In Cell beschrijven biologen nu twee mutaties die deze evolutionaire ontwikkeling in teleosten als het ware in een keer ongedaan maakt. De mutanten krijgen er niet alleen een extra botje bij; dat botje is ook via een gewrichtje verbonden aan het bot dat erboven zit. Ook hecht er direct een spier aan het nieuwe skeletdeel, terwijl zo’n aanhechting in een standaardvin ontbreekt.
De Amerikanen kwamen de mutatie op het spoor door forward genetic screening. Daarbij veroorzaken onderzoekers willekeurige mutaties om fenotypische veranderingen op te sporen. Bij twee van zulke mutanten bleek een pootachtige botstructuur in de vin te ontstaan. Dat nieuwe fenotype konden de onderzoekers herleiden tot veranderingen in de genen vav2 of waslb, die allebei dezelfde vin-naar-poot-verandering veroorzaken.
PATHWAY
Vermoedelijk zijn de genen betrokken bij dezelfde pathway; vav2 activeert het eiwit Cdc42, dat op zijn beurt de activiteit van waslb reguleert. Experimenten van de Amerikanen lieten dan ook zien dat een functioneel waslb-gen vereist is om het fenotype te krijgen van de vav2-mutant. Vav2 en waslb stonden tot nog toe niet bekend als skeletontwikkelingsgenen, maar nadere analyse toont dat beide genen de expressie van hoxa11b verhogen. Net als bij tetrapoden blijken Hox11-genen de vorming van ‘onderarm’-botjes te beïnvloeden. Als de biologen Hox11-genen uitschakelen in de waslb-zebravismutant verschijnen de extra botjes niet meer.
‘Het is heel grondig gedaan, het genetische werk is absoluut excellent’, oordeelt evolutiebioloog Joost Woltering van de University of Konstanz. ‘Ik heb wel kritiek op de manier waarop ze het onderzoek presenteren. De fin-to-limb-transition is natuurlijk erg interessant, maar daarover zegt dit paper niet zoveel. Evolutionair zegt het onderzoek eigenlijk meer over hoe vinnen verder zijn ontwikkeld en aangepast aan water, dan hoe vissen naar landdieren zijn geëvolueerd. De teleosten hebben het patroon verloren waardoor die extra botjes vormen. Cryptisch is het nog aanwezig; met de gevonden mutaties wek je dat als het ware weer tot leven. Maar die conclusie had je eigenlijk ook kunnen trekken door Hox11 artificieel aan te zetten. De experimenten zijn wel erg indrukwekkend en veelbelovend, met bijvoorbeeld meerdere knock-outs in één dier om alle Hox11-allelelen uit te schakelen. Dat laat zien waar dit veld heen gaat.’