Annons

Ess i rockärmen. För bläckfiskar är dna-koden ingen absolut begränsning. Tack vare en speciell mekanism kan de utifrån en och samma gen tillverka fler olika varianter av ett protein. Det ökar deras chanser att klara nya situationer.

Bild: 
David Shale/NPL

Djuret som lurar evolutionen

Ju mer forskarna lär sig om bläckfiskar desto märkligare ser de ut att vara. Den senaste upptäckten är att de har tjuvkopplat det naturliga urvalet. Bläckfiskar har utvecklat ett helt unikt sätt att snabbt anpassa sig till miljön. Kanske är det också det som har gjort dem så smarta.

Författare: 

Publicerad:

2018-04-09

För några år sedan fick en bläckfisk med namnet Inky stora rubriker världen över. Han lyckades rymma från det havsmuseum i Nya Zeeland som var hans – uppenbarligen ofrivilliga – hem.

Rymningen var elegant. Inky verkar ha noterat att locket på akvariet var slarvigt stängt. Han väntade tills personalen gått hem och klättrade sedan ut ur akvariet och ner på golvet. Han kravlade tvärs över rummet tills han nådde en golvbrunn som mynnade ut i havet via ett långt dräneringsrör. Sedan dess är han försvunnen.

Inky var en åttaarmad bläckfisk. De har varken skal eller skelett och är mästare på att ändra form. Det är en bra egenskap när man vill rymma via avloppet. Men visst framstår Inkys flykt som ganska genomtänkt?

En bläckfisk av Inkys art har ungefär lika många nervceller som en hund, en av många förhållandevis smarta däggdjursarter. Men bläckfiskar är blötdjur och därför släkt med snäckor och musslor, vars tankearbete knappast imponerar. Bläckfiskarnas intelligens utgör det lysande men svårförklarliga undantaget bland blötdjuren.

Men nu verkar ett forskarteam från USA och Israel ha funnit en tänkbar förklaring till varför bläckfiskarna är så mycket klipskare än andra blötdjur. Det handlar om en process som kallas rna-editering. Och den verkar betyda mer för bläckfiskarna än att göra dem smarta. Faktum är att processen delvis verkar stå i vägen för evolutionen – och samtidigt skapa förutsättningar för mycket snabba anpassningar.

Så, vad är rna-editering? Jo det är en process som sker i samband med att ett protein ska skapas med hjälp av den information som ryms i dna-sekvensen i en gen. Det är cellens rna-maskineri som bygger proteinet. En liknelse kan vara att en gen är receptet och rna är kocken.

Den åttaarmade utbrytarkungen Inky, som rymde från ett akvarium i Nya Zeeland, blev en snackis i medierna världen över.

I de flesta fall är de små kockarna i cellen mycket noggranna – de följer recepten till punkt och pricka. Men hos bläckfiskarna är det till viss del annorlunda. Hos dem beter sig rna-maskineriet ungefär som du och jag gör i köket: Vi tolkar receptet ganska fritt och improviserar lite grann – lite mer salt, lite mindre grädde, och varför inte en nypa oregano? Samma recept kan alltså ge upphov till ett stort antal varianter av samma maträtt. Det är så rna-editeringen fungerar.

– Följden av rna-editeringen är att det från samma gen uppstår mängder av varianter av ett protein, säger Marie Öhman, som är professor vid Institutionen för molekylär biovetenskap på Stockholms universitet och expert på just rna-editering.

Forskarna från USA och Israel har visat att en speciell form av rna-editering, som kallas A till I-rna-editering (se faktaruta), är mycket vanlig hos bläckfiskar. Den här editeringen finns även i våra celler.

– Det finns forskning som visar att den kan förekomma på 100 miljoner platser i vårt genom, men nästan alltid på ställen som inte tillhör själva generna. Vi vet mycket lite om vad den fyller för funktion, men kanske hjälper den vårt immunförsvar att skilja mellan vårt eget rna och rna från virus.

Men hos bläckfiskarna sker det mesta av rna-editeringen i själva generna – och det får konsekvenser för bläckfiskarnas evolution.

Bild: 
Johan Jarnestad

Hos de flesta organismer uppstår nya varianter av proteiner genom mutationer i genernas dna. Om det förändrade proteinet ger egenskaper som förbättrar organismens fortplantning eller överlevnad, kan mutationen föras över till nästa generation. På så sätt sprids egenskapen inom artens bestånd. Mutationerna bidrar alltså till den genetiska variation som är nödvändig för att arterna ska kunna anpassas via det naturliga urvalet, som ju är evolutionens själva motor.

Men forskarteamets undersökningar visar att få mutationer har inträffat i de dna-regioner som omgärdar platserna där rna-editeringen sker. Dessa är så kallade konserverade gensekvenser. Forskarna har också visat att en förhållandevis stor andel av rna-editeringsplatserna har bevarats och överförts till nya arter allt eftersom evolutionen fortskridit.

 – Det visar att rna-editeringen är väldigt betydelsefull för bläckfiskarna.

Eftersom det finns så många rna-editeringsplatser är en förhållandevis stor andel av bläckfiskarnas genom ”skyddat” från mutationer. Det begränsar bläckfiskarnas möjligheter att anpassas med hjälp av det naturliga urvalet; deras evolution saktar in, helt enkelt. Trots denna uppenbara nackdel verkar bläckfiskarna ha ”satsat” på rna-editeringen.

Vad ger den då för fördelar som vanlig evolution inte kan bidra med? Svaret ligger sannolikt i den mångfald av proteinvarianter som editeringen ger upphov till.

– Det kan vara så att rna-editeringen används i stället för mutationer i dna, som ett slags mjuk variant. Bläckfiskarna provar helt enkelt flera olika proteinvarianter samtidigt och ökar på så sätt evolutionshastigheten, utan att riskera att göra förödande permanenta förändringar i dna, säger Marie Öhman.

Stauroteuthis syrtensis är självlysande och lever på 500–4 000 meters djup i Nordatlanten.

Bild: 
David Shale/NPL

Om detta stämmer innebär det en enorm fördel gentemot vanlig evolution. Att kunna använda olika proteinvarianter i olika situationer och miljöer – och på så sätt åstadkomma i det närmaste omedelbara anpassningar – verkar ju vara mycket bättre än att vara hänvisad till de anpassningar som följer av det naturliga urvalet. Dem ändrar man ju inte i brådrasket.

Det finns en del belägg för att bläckfiskar kan anpassas till miljön med hjälp av rna-editering.

Två forskare vid universitetet i Puerto Rico har jämfört ett antal gener hos två bläckfiskarter, varav den ena lever i tropiska vatten och den andra i Antarktiska oceanen. Generna i fråga kodar för proteiner som ingår i jonkanaler i cellväggarna. Kanalerna krävs för att cellerna ska kunna kommunicera.

Jonkanalerna är väldigt temperaturkänsliga, och eftersom bläckfiskar härstammar från varma hav så borde man kunna se tydliga anpassningar till ett liv i nollgradigt vatten hos ishavsartens kanalproteiner.

4 x bläckfisk på svenska.

Bild: 
Alex Mustard/NPL, Sue Daly/NPL, David Fleetham/NPL, Jurgen Freund/NPLl

Men forskarna har inte hittat några sådana anpassningar. Generna som kodar för kanalproteinerna är nästan identiska hos de båda bläckfiskarterna. Du har säkert redan räknat ut lösningen på det här mysteriet. Just det: rna-editering. Tack var den processen kan bläckfiskarna finjustera funktionen hos kanalproteinerna så att kommunikationen mellan nervcellerna fungerar optimalt i alla olika vattentemperaturer.

– Det kan vara så att den här processen är så snabb och precis att bläckfiskar kan anpassa nervsystemet till de olika temperaturer som råder på olika vattendjup. Kanske byter de till olika proteinvarianter allt eftersom de dyker ner mot kallare vatten, så att nervsystemet alltid fungerar optimalt, säger Marie Öhman.

Men hur var det då med bläckfiskarnas intelligens – på vilket sätt har rna-editeringen bidragit till den? En ledtråd till detta finner vi i vårt eget nervsystem.

Som redan nämnts så är A till I-rna-editering vanligt även hos oss – fast det sker nästan alltid utanför själva generna. Det finns dock några exempel på att den faktiskt förekommer i våra gener också, bland annat hos ett antal gener som kodar för proteiner som ingår i synapserna, själva förbindelserna mellan nervcellerna.

Proteinerna i fråga bygger upp några av receptorerna som nervsystemets signalsubstanser binder till. Tack vare rna-editeringen kan funktionen hos receptorerna förändras efter behov och flera olika varianter produceras samtidigt.

– Det medför att nervcellernas kommunikation kan finjusteras, något som är livsviktigt för att vår hjärna ska kunna fungera normalt.

Forskargruppen från Israel och USA har visat att merparten av bläckfiskarnas omfattande rna-editering sker i gener som är kopplade till nervsystemets uppbyggnad och funktion.

– Det är därför fullt möjligt att rna-editeringen är en av förutsättningarna för alla de avancerade beteenden som bläckfiskarna uppvisar, säger Marie Öhman.

Ett bevis för att detta stämmer kommer från en underlig grupp bläckfiskar som kallas pärlbåtar. Om man vill vara elak skulle man kunna kalla pärlbåtarna för bläckfiskarnas ”kusiner från landet”. Levande fossil är en mer vedertagen beskrivning; pärlbåtarna liknar nämligen utdöda arter som fanns för ett par hundra miljoner år sedan. De har ett skal, stora ögon och massor med tentakler. Och till skillnad från sina mer moderna åttaarmade och tioarmade släktingar så är de inte särskilt klyftiga.

Forskarteamet har visat att rna-editering i gener förekommer på några tusen olika platser i pärlbåtarnas genom. Hos åttaarmade och tioarmade bläckfiskar (se faktaruta: Lurig artindelning på sidan 39) förekommer den däremot på 70 000–120000 platser. Det är alltså möjligt att det är den omfattande rna-editeringen som banat väg för de åtta- och tioarmade bläckfiskarnas stora hjärnor och påtagliga intelligens.

Att bläckfiskar verkar ha struntat i det naturliga urvalet som uppstår efter mutationer – och i stället utvecklat ett helt unikt sätt att anpassa sig till miljön – är en stor överraskning för forskarna. Men om man betänker att bläckfiskar har tre hjärtan, blått blod, inbyggd jetdrift och armar som kan tänka själva, så är det kanske precis vad man borde kunna förvänta sig från dessa fascinerande och speciella djur.

Bläckfisken Metasepia pfefferi kan visa upp ett fyrverkeri av färger – men är även mästare på att kamouflera sig. 

Bild: 
Constantinos Petrinos/NPL

Lurig artindelning

Det finns drygt 700 arter av bläckfiskar. De utgör en egen klass inom stammen blötdjur, där bland annat snäckor och sniglar också ingår. Den systematiska indelningen inom klassen bläckfiskar är ganska rörig, men man brukar prata om tre distinkta grupper: åttaarmade bläckfiskar, tioarmade bläckfiskar samt pärlbåtar.

De åttaarmade bläckfiskarna är de ”typiska bläckfiskarna”. De tar sig oftast fram med hjälp av armarna nära botten, medan de tioarmade bläckfiskarna har fenor på kroppen och föredrar att simma.

De tioarmade bläckfiskarna brukar i sin tur delas in i två undergrupper som har ganska klumpiga namn på svenska: sepialiknande bläckfiskar och tioarmade bläckfiskar. Det kan tyckas förvirrande, eftersom båda grupperna har tio armar. På engelska kallas de för cuttlefish (sepialiknande)respektive squid (tioarmad).

Sepialiknande bläckfiskar är lite knubbiga och har fenor runt hela kroppen. Tioarmade bläckfiskar är långsträckta, snabba och har två fenor.

Pärlbåtarna är märkliga, även för att vara bläckfiskar. De ser ut som simmande snäckor med mängder av tentakler och stora ögon.
(Mer om indelning på sid 42)

 

En åttaarmad bläckfisk har kamouflerat sig genom att anta samma färger som botten.

Bild: 
Jurgen Freund/NPL

Supersnabba färgbyten

Bläckfiskar har förmågan att härma omgivningens färgmönster. Många bläckfiskarter kan dessutom ändra skinnets struktur och göra det knöligare eller slätare. Det gör dem till mästare på kamouflage.

Bläckfiskar är inte de enda djur som kan ändra färg, men få gör det så snabbt och med sådan precision som bläckfiskarna. Grundarbetet utförs av kromatoforerna. Det är speciella organ i huden som består av en liten säck fylld med färgpigment omgärdad av muskler. Musklerna är kopplade till nerver. Ju tätare nervimpulserna är, desto mer drar musklerna ihop sig och desto mer sträcks färgsäcken ut och desto synligare blir färgen på huden. Det är musklerna och nervstyrningen som gör att just bläckfiskarnas kromatoforer är så snabba och precisa. Vissa andra djur reglerar sina kromatoforer med hormoner i stället, vilket ger en förhållandevis långsam och mer diffus respons.

Bläckfiskens kromatoforer kan vanligtvis ge en röd, gul och brun färg samt blandningar av dessa. Men bläckfiskar kan vara mycket färggrannare än så. Iridoforerna bidrar till detta. De är ansamlingar av tunna celler i huden som bryter det infallande ljuset och reflekterar blått och grönt ljus. Det finns också celler som kallas leukoforer och som reflekterar ljuset i omgivningen utan att bryta det. Dessa celler framstår därför som vita i direkt solljus.

 

Bläckfiskarnas avlånga pupill tycks vara nödvändig för att de ska kunna se färger.

Bild: 
Wild Wonders of Europe/Zankl/NPL

Färgblinda färgbytare?

Våra ögon har tre sorters celler, ”tappar”, som registrerar var sin färg: rött, blått och grönt. Hjärnan för samman och tolkar informationen från de olika tapparna – på så sätt kan vi uppleva mängder av nyanser. Bläckfiskarnas ögon har bara en sorts färgregistrerande celler. Därför har man antagit att de är färgblinda. Men bläckfiskar är mästare på att både kommunicera och kamouflera sig med färger. Hur denna ekvation går ihop har länge varit en gåta.

Amerikanska forskare har nyligen visat att bläckfiskar trots allt kanske kan uppfatta färger. Nyckeln till detta tycks vara pupillens form, som är W-formad hos sepialiknande bläckfiskar, U-formad hos tioarmade bläckfiskar samt oval eller ”hantelformad” hos åttaarmade bläckfiskar.

Vår runda pupill släpper in ljuset rakt mot näthinnan. Där fokuseras det till ett litet område vilket ger maximal skärpa. Bläckfiskarnas utdragna pupiller sprider i stället ljuset så att olika ljusvåglängder – färger – träffar näthinnan på olika ställen. Det ger en suddig bild av omvärlden och orsakar ett brytningsfel som kallas kromatisk aberration. Om du någon gång har fått ögondroppar som utvidgar pupillen vid en synundersökning, så har du upplevt det virrvarr av färger som utmärker kromatisk aberration.

Enligt de amerikanska forskarna är bläckfiskarnas brytningsfel själva nyckeln till deras färgseende. Till skillnad från oss kan bläckfiskar justera avståndet mellan linsen och näthinnan så att ljus med en specifik våglängd – det vill säga en specifik färg – kan träffa mitt i prick på näthinnan. Genom att variera avståndet mellan lins och näthinna kan de sannolikt läsa av färgerna i omgivningen – en i taget.

Att tolka omgivningens färger på det här sättet är antagligen ganska krävande och kan därför vara en förklaring till varför bläckfisken har ovanligt stora synlober i hjärnan.

Bild: 
Jeff Rotman/NPL

 

Tänkande armar

En åttaarmad bläckfisk har en förhållandevis stor hjärna och ungefär lika många nervceller – neuroner – som en hund. Men till skillnad från hundar och andra däggdjur är majoriteten av neuronerna hos bläckfisken placerade i armarna och inte i hjärnan.

Armarna har lukt- och smaksinne och det finns arter som sannolikt kan registrera ljus med armarna. Dessutom finns det forskning som indikerar att armarna har ett korttidsminne. Allt detta medför att dessa kan bearbeta information, som de tar in via sina ”sinnen”, och till viss del agera självständigt, utan hjärnans inblandning.

Bläckfiskens hjärna kan styra armarna, men forskarna tror att den skickar ut ganska generella kommandon, exempelvis ”fånga krabban som kryper förbi”. Armarna får sedan lösa uppgiften på det sätt som de finner bäst.

Blåblodiga med tre hjärtan

Bläckfiskarnas blodomlopp arbetar med tre hjärtan. Två av dem pumpar blod genom gälarna så att dessa syresätts (bläckfiskar har normalt två gälar, undantaget är pärlbåtar som har fyra). Det tredje hjärtat pumpar blodet genom hjärnan, musklerna och övriga organ.

Hos de flesta ryggradsdjur sker syreupptaget i blodet med hjälp av det järnhaltiga proteinet hemoglobin. Det ger blodet dess röda färg. Bläckfiskar och övriga blötdjur använder proteinet haemocyanin i stället. Det innehåller koppar och därför blir blodet blått i stället för rött.

 

Bild: 
Istock

En egen jetmotor

Vattenlevande blötdjur som bläckfiskar, musslor och snäckor har ett rörformat organ som kallas sifon. Den kan skjuta ut en kraftig vattenstråle. Det fyller olika funktioner hos olika sorters blötdjur, men bläckfiskar använder vattenstrålen till snabba förflyttningar samt till att spruta ut bläck.

Sifonen är placerad vid öppningen till mantelhålan som även rymmer gälarna. Mantelhålan kan expanderas och dras samman med hjälp av muskler – på så sätt pumpas syrerikt vatten genom gälarna. Men bläckfisken kan stänga mantelhålans öppning – och då pressas allt vatten ut genom sifonen i stället. En kraftig sammandragning av musklerna runt mantelhålan ger en kraftig vattenstråle från sifonen, som är riktbar så att bläckfisken kan bestämma åt vilket håll den ska fara i väg.

 

En alltför närgången dykare får en bläckdusch av en åttaarmad bläckfisk.

Bild: 
Francis Abbott/NPL

Förvirrande bläckridåer

Den svarta färgen på bläckfiskens bläck kommer från melanin, samma färgpigment som vi har i huden. Bläcket tillverkas i bläcksäcken, som är sammankopplad med sifonen, och bläcket skjuts alltså ut med hjälp av sifonens vattenstråle. På vägen mellan bläcksäcken och sifonen passerar bläcket körtlar som tillverkar slem. På så sätt kan bläckfisken reglera konsistensen på bläcket den sprutar ut. Den möjligheten ger upphov till två olika försvarsstrategier.

En strategi är att spruta ut bläck med lite slem i, så att en ”dimridå” uppstår. Det ger bläckfisken en chans att fly fältet medan sikten är skymd för fienden. Den andra strategin går ut på att spruta ut bläck med mycket slem i så att en trögflytande klump bildas, som har ungefär samma storlek som bläckfisken själv. Detta skapar en illusion av att det finns två bläckfiskar. Fienden blir förvirrad och bläckfisken kan smita. 

Lever fort – dör unga

Hos däggdjur och fåglar finns ett starkt samband mellan hjärnstorlek och livslängd: Ju större hjärna en art har, desto längre är den förväntade livslängden hos arten i fråga. Det kostar massor med energi och tar lång tid att bygga upp en stor hjärna. Om man ska hinna få valuta för den investeringen, så bör livstiden vara åtminstone hyfsat lång.

Men det här sambandet finns inte hos bläckfiskarna. Där är det snarare tvärt om. Pärlbåtar, som har en liten hjärna, kan leva i 20 år, medan åttaarmade och tioarmade bläckfiskar, som har stora hjärnor i förhållande till kroppsstorleken, åldras snabbt och sällan blir äldre än 1–3 år.

Pärlbåtarna kallas ibland för levande fossil. Det beror på att deras utseende skiljer sig väldigt lite från utdöda arter som levde för ungefär 200 miljoner år sedan. De nu levande, skallösa bläckfiskarna har alltså utvecklats från arter som liknade pärlbåtarna.

Det finns forskare som menar att det var konkurrensen från fiskarna som medförde att bläckfiskar utan skal uppstod. Det ökade rörelsefriheten och lade grunden för de avancerade beteenden och den finstämda motorik som man idag finner hos bläckfiskar.

Men utan skal blev bläckfiskarna lätta byten för rovfiskar. Bläckfiskarna utvecklade sitt kamouflage, men trots det var risken att bli uppäten så stor att evolutionen gynnade livsstilen ”lev fort och dö ung”. I djurriket innebär det att satsa alla resurser på att växa fort för att kunna fortplanta sig så tidigt som möjligt, och sedan dö. På så sätt uppstod den unika kombinationen: stor hjärna och kort livslängd. Detta är dock bara en teori.

Ökar i antal

En sammanställning av data från både kommersiellt fiske och vetenskapliga undersökningar visar att antalet bläckfiskar har ökat under de senaste 60 åren. Ökningen gäller en mängd arter som lever i olika hav och har olika livsstil: bottenlevande, djuphavslevande samt arter som lever i de fria vattenmassorna.

Bläckfiskarnas ökning har pågått samtidigt som många kommersiella fiskbestånd har minskat markant till följd av överfiske. Det innebär att bläckfiskarna har blivit av med fiender i form av rovfiskar, vilket är en tänkbar förklaring till ökningen.

Dessutom konkurrerar fiskar och bläckfiskar om viktiga resurser, som mat och boplatser. När fiskarna – till följd av människans rovdrift – minskar i antal, kan bläckfiskarna invadera deras nischer i ekosystemens näringsvävar. Bläckfiskarnas speciella ”lev fort dö ung-strategi” gynnar dem i detta fall: att växa snabbt, bli könsmogen tidigt och få massor med ungar är bra egenskaper när man vill roffa åt sig mer resurser. Att vara smartare än konkurrenterna är naturligtvis också en fördel.

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

4

Dela artikeln:

TIDNINGEN FÖR DIG SOM ÄR NYFIKEN PÅ ALLVAR
11 nummer 859 kr
2 nummer 99 kr
Du vet väl att du kan läsa Forskning & Framsteg i din läsplatta? Ladda ned appen från App Store eller Google Play. (Läsplatteutgåvan ingår i alla prenumerationer.)

Kommentarer

RNA-editering. Ska det heta så på svenska? Borde det inte bli RNA-redigering? Eller vad säger chefeditor Viveka Ljungström?

Svar från Jesper Nyström som skrivit artikeln (för tillfället tjänstledig):

Hej Lars-Gunnar. Jag håller med om att det rent språkligt borde heta rna-redigering. Men svenska forskare verkar använda ordet editering i sammanhanget: A till I-rna-editering. Texten har nagelfarits av två språkgranskare som inte har anmärkt på detta.

FoF brukar dock försöka använda svensk terminologi. När molekylärbiologer använder "prober" (probes) för att fiska ut en gen ur ett genbibliotek, då har FoF ofta skrivit sond i st f probe (i analogi med att space probe översätts rymdsond).

Ja, det stämmer. Arbetet med att välja och vårda ordförrådet pågår hela tiden, och det finns ofta synpunkter och motstridiga åsikter. Ett exempel från ett annat område är "sammanflätade kvanttillstånd", där somliga forskare hellre vill att det ska kallas för "snärjda kvanttillstånd". I det fallet väljer vi att använda det förra alternativet, som är det mest etablerade på svenska. Vi fortsätter att fundera över ordvalen. Roligt att det är något som engagerar!

Lägg till kommentar