Den somaliske hulefisken er blek, krympet og blind, og lever et rolig liv i verdens mest lett utsultede vann. Med deres forferdelige blekhet og ingen øyne å snakke om, ser ikke disse kake fiskene ut til å ha mye til felles med pattedyr, men det er mye mer til den ydmyke hulfisken enn det som møter øyet.
Forskere rapporterte i går i tidsskriftet Current Biology at hulfisk kunne kaste litt sårt tiltrengt lys på et mystisk kapittel av pattedyrsutvikling: tapet av solcelledrevet DNA-reparasjon. De fleste organismer har mekanismer for å reparere sine egne DNA-molekyler aktivert av sollys, men pattedyr mistet egenskapen et sted underveis - og det gjorde også den somaliske hulfisken.
Som bruksanvisning for livet er DNA en dyrebar vare. Vedvarende skade på denne viktige koden bidrar til både aldring og økt mottakelighet for kreft. Dessverre kan prosessen med å kopiere og lese av DNA være full av feil, og miljøet rundt oss er full av farer, alt fra skadelige kjemikalier til stråler av ultrafiolett lys som kan endre genetiske sekvenser.
Men takket være en serie cellulære maskiner som er i stand til å reparere kompromittert DNA, blir de fleste av disse genetiske uhell utbedret uten konsekvens. Blant disse viktige reparasjonsfunksjonene er fotoreaktiveringssystemet, som bruker et solcelledrevet enzym kalt fotolyase for å fikse feil i DNA forårsaket av eksponering for UV-stråling. Denne smarte forsvarsmekanismen betyr at den samme faren som skader DNA - sollys - også utløser et reparasjonssystem for den genetiske koden.
Pattedyr og hulefisk er ganske forskjellige, men begge har tilpasset seg livet i mørket. Mange nattlige pattedyr, som denne katten, har et lag vev i øyet som forbedrer nattsynet og får øynene til å virke "blanke". (Thomas Euler / flickr) Mens fotoraktivering er utbredt over livets tre, er den helt fraværende hos pattedyr. Og i lang tid trodde vi at vi var alene. Men forskere begynte å oppdage en håndfull sopp- og nematodearter (og noen utvalgte populasjoner av grottebundne krepsdyr) som også hadde mistet solcelledrevne DNA-reparasjonsevner. Det nyeste tilskuddet til den mørke boligen, somalisk hulfisk, kan være de første ikke-pattedyrvirveldyrene som har gjennomgått et lignende trinn i evolusjonshistorien.
"[Photoreactivation] er et system som er så bevart, fra bakterier helt til planter og mange dyr, " sier Nicholas Foulkes, biolog ved Karlsruhe Institute of Technology i Tyskland. "Når du ser tap av funksjonen, er den dyptgående."
Så hvordan kan en hulefisk ligne et pattedyr? Svaret, viser det seg, holder oss bokstavelig talt i mørket. Forfedrene våre til pattedyrene likte en svært nattlig livsstil, sier evolusjonsbiologen Roi Maor fra University College London. For hundrevis av millioner år siden kan våre varmblodige dyreforeldere ha gjemt seg på dagtid for å unngå å bli spist av solelskende dinosaurer.
Denne nattlige naturen kan ha aktivert et "bruk det eller miste det" -prinsippet i vår evolusjon. Sunnere trekk (som solcelledrevet fotoreaktivering) kunne blitt forkastet på grunn av rundt 100 millioner år med bruk, sier Maor. Disse genetiske tapene fortsatte deretter inn i moderne tid, selv etter at pattedyr begynte å våge seg tilbake i dagslyset.
Foulkes 'forskningsgruppe, inkludert hovedforfatter på den nye studien Haiyu Zhao, satte seg for å studere DNA-reparasjon hos andre nattdyr for å lære mer om tap av fotoraktiveringsmekanismer. Den somaliske hulefisken ( Phreatichthys andruzzii ), med sin aversjon mot sollys, var en perfekt skapning å undersøke.
For det første trengte imidlertid forskerne et sammenligningspunkt. For dette valgte de en annen ferskvannsfisk som folie: sebrafisken, et godt undersøkt stift i mange biologiske laboratorier. Som de fleste andre dyr koder sebrafiskgenomer for det sollysaktiverte fotoreaktiveringssystemet, slik at de kan overleve eksponering for høye doser UV-stråling i godt opplyste miljøer. Men UV-zappet sebrafisk fanget i totalt mørke er mer følsomme for konsekvensene av DNA-skader.
På den annen side, da forskerne gjennomførte de samme eksperimentene på somalisk grottefisk, var fisken overfølsom for UV-stråler. I naturen lever arten fullstendig isolasjon fra sollys, og å utsette fisken for forhold som etterlignet sollys hjalp dem ikke å overleve UV-strålingen.
Disse blinde somaliske hulefiskene er faktisk ganske lette på øynene ... selv om de ikke har noe selv. (Luca Scapoli / University of Ferrara) Ved å kaste seg inn i fiskenes genom, fant forskerne at sebrafisk produserer tre gjenopprettende fotolyser som slår seg opp i nærvær av sollys, mens somalisk grottefisk bare koder for et ødelagt system. Ved ytterligere undersøkelse kunne forskerne bestemme forskjeller i hvordan sebrafisk og grottefisk styrte fotolyseuttrykk.
I nærvær av lys blir en molekylær "nøkkel" i sebrafiskceller ført til en genetisk "lås", som frigjøres for å aktivere DNA-reparasjonsmekanismer. Hulefisken syntes, merkelig nok, å ha intakte låser, klare til å slippe løs fotolyseuttrykk - men nøklene ser ut til å ha gått tapt til tiden. Foulkes 'team søker for tiden etter skadede eller manglende nøkler i hulet genomet.
"Det er som om evolusjonen er fanget i handlingen, " sier Foulkes. "Du kan se prosessen der reparasjonssystemet går tapt."
Over 200 arter av hulfisk befolker jorden, men dette somaliske eksemplet er det første som ble rapportert å ha mistet fotoraktiveringssystemet. Selv blant hulefisk er imidlertid P. andruzzii en ekstremist, etter å ha tilbrakt de siste tre millioner årene eller så ut av solen. I det evige mørket av undervannsgrotter er det i denne svømmerens beste interesse å spare energi på den lange veien fremover - ifølge Foulkes kan disse fiskene leve oppover i femti år - noe som betyr å bli kvitt all unødvendig genetisk bagasje.
Mens pattedyr ikke deler livsstilen til hulefisk, kan disse genetiske tapene avsløre de skumle evolusjonsbanene som forskjellige arter deler. I stedet for å utvikle en nyttig egenskap under miljøtrykk, ser det ut til at skapningene har forlatt et system som ikke lenger var nyttig, sier Silvia Fuselli, en grottefiskekspert ved University of Ferrara i Italia.
"Kanskje disse fiskene reproduserer noe som skjedde i våre forfedre for millioner av år siden, " sier Foulkes.
Med tanke på at noen solskrikende arter trolig fremdeles lykkes med å unngå menneskelig oppdagelse i jordas hulrotte huler og dype havgrøfter, har vi sannsynligvis ikke funnet den siste av skapninger som har kastet fotoraktivering. "Det dukker opp i disse fiskene, i sopp, i [krepsdyr] ... det kommer til å være noe som folk finner konsekvent, " sier David Carlini, en biolog ved American University som studerer krepsdyr i ferskvann i huler.
Og så vidt vi vet, er P. andruzzii fremdeles ganske unik blant de fleste av sine avskyelige brødre. Inntil flere arter som foretrekker mørket kan studeres, kan den somaliske hulefisken være det ledende lyset for å løse mysteriet om hvordan oss pattedyr mistet vår evne til å lege i solen.
