Fisk, der er opdrættet på land, giver fingerpeg om, hvor tidligt dyr forlod havet

Når den opdrættes på land, går en primitiv, luft-åndedræt fisk meget bedre end sine vandopløste kammerater, ifølge en ny undersøgelse. Landskovene gennemgår endda skeletændringer, der forbedrer deres bevægelse. Arbejdet kan give ledetråde til, hvordan de første svømmere tilpassede sig det jordiske liv.

Undersøgelsen antyder, at evnen hos en udviklende organisme til at tilpasse sig nye forhold its såkaldte udviklingsplastisitet may har spillet en rolle i overgangen fra hav til land. Det var en meget eventyrlig undersøgelse, og det betalte sig, siger Richard Blob, en evolutionær biomekaniker ved Clemson University i South Carolina, som ikke var involveret i arbejdet. De bringer et nyt perspektiv og fik nogle meget tankevækkende resultater.

Mens en postdoktor ved McGill University i Montreal, Canada, besluttede Emily Standen at rejse fisk ud af vandet, fordi hendes kandidatskoleundersøgelse af finsfinner havde ført hende til at sætte pris på, hvor alsidige disse vedhæng kan være. Hun samarbejdede med Hans Larsson, en McGill-paleontolog, for at afgøre, om et liv på land førte til de ændringer, der var nødvendige for at trives der. De valgte en bichir for at studere, fordi denne fisk ligner en stamfar til landdyr: Den er lang, har lunger og store ben, og bruger de store brystfinner bag hovedet til at trække sig rundt på land for at gå til nyt vanding huller. Bichirer sidder også ved bunden af ​​hvirveldyrets slægtstræ tæt på opdelingen mellem den såkaldte strålefinnede fisk (som inkluderer de fleste fiskearter) og den gruppe, der indeholder lob-finnet fisk (såsom lungefisk og coelacanter) og landdyrene tetrapods.

Standen købte 149 2 måneder gamle bichirer fra en kæledyrsleverandør og oplagrede 111 af dem i et terrarium i 8 måneder og resten i et akvarium. Hun sammenlignede skeletterne og svømme- og gåevnen hos de vandopdrættede og landopdrættede voksne.

Bichirerne opdrættet på land var bedre vandrere med ændringer i deres knogler, der sandsynligvis hjælper med at forbedre den jordiske bevægelse, rapporterer hun og hendes kolleger online i dag i Nature . I de fiskeopdrættede fisk strækkede de forreste svømmeføtter ud, i stedet for at blive skåret ud til siderne, næsten lige ned og løftede dyrene hoveder højere end jorden, så de kunne lægge større vægt på finnerne. Når disse bichirs således skubber ud med en finn for at tage et skridt, glider deres finner ikke, og de kan tage hurtigere trin (se video).

Benene, der understøtter finnerne og fastgør dem på bagsiden af ​​hovedet, fik nye former. Disse knogler udgør brystbæltet. Den ene knogle, svarende til vores benben, der strækker sig under brystet, blev længere, så den bedre kunne understøtte kroppen. Forbindelsen mellem den og en anden knogle, der går op på fiskens side, blev stærkere, men selve knoglen blev tyndere for at give mere plads til hovedet at svinge fra side til side. Kontakten mellem en anden brystbånd og kraniet blev også reduceret, så hovedet bevægede sig op og ned. De fleste fisk har ikke brug for sådan fleksibilitet i hovedet, fordi de i vand let kan bevæge kroppen til at se eller spise i en anden retning. Alle ændringerne [vi så] er ændringer, som man ser i fossilprotokollen, siger Standen, der nu er en evolutionær og komparativ biomekaniker ved University of Ottawa.

Resultaterne belyser en faktor, der muligvis har haft en rolle i oprindelsen af ​​tetrapods, siger Per Ahlberg, en paleontolog ved Uppsala Universitet i Sverige. Men fordi forskere ikke har en måde at gå tilbage i tiden for at se, om tetrapod-forfædrene udviste udviklingsplasticitet, hvordan en stor rolle, det havde i deres udvikling, er virkelig svært at sige. Og nogle biologer tænk nu, at lemmer udviklet sig i akvatiske fisk og ikke er afledt af finner fra primitive fisk, der tog med til landet, så plasticitet på land ville være moot.

Alligevel synes Armin Moczek, en evolutionær udviklingsbiolog ved Indiana University, Bloomington, som ikke var involveret i arbejdet, at undersøgelsen er vigtig. Det er meget vanskeligt at se, hvordan organismer kommer i gang i en ny evolutionær bane, siger han. Udvikling af plasticitet kan lette de første par faser, der i sidste ende kan føre til en massiv evolutionær overgang. ”

I Standens eksperimenter viste fiskene en fleksibel respons under udvikling, der fik dem til at se og handle anderledes end deres forældre og andre bichirer. En sådan plasticitet kan påvirke evolutionen indirekte, forklarer Standen. Hvis de nye adfærds- og skelettræk, der er forårsaget af stresset ved at leve på land, giver en overlevelsesfordel, vil fisk med hovedet opad den højeste, mere effektive skridt, og så videre vil det være mere sandsynligt, at de overlever og videregiver de gener, der giver udviklingsplasticitet. Efterfølgende generationer vil stadig have plastiske reaktioner, men "efterhånden kan disse plastiske reaktioner blive [permanente] over mange generationer og over tid, " foreslår hun. Hvordan dette sker, advarer hun, forbliver "et mysterium."

Michael Coates, en paleontolog ved University of Chicago i Illinois, mener, at dette scenarie er muligt. Den vanskelige del er dog at finde ud af, hvor plasticiteten kom i spil, da der er mange fossiler af forskellige fisk og fiskelignende dyr, der kan have været involveret i vand-til-land-overgangen. Ikke desto mindre "synes det for mig, at et af de punkter, papiret lægger på, er, at dette burde studeres, " siger Coates, der ikke var involveret i arbejdet. Og Standen planlægger at se, hvad der sker med den næste generation af landopdrættede fisk.

(Videokredit: EM Standen og TY Du)