Den här fiskens ben är gjorda för att gå - och utforska havsbotten

Den här fiskens ben är gjorda för att gå - och utforska havsbotten

Den här fisken har ben - men de är inte bara för att gå. Forskare har upptäckt att Nordsjörödhaken (Prionotus carolinus) använder sina lemmar för att både gå längs havsbotten att skanna havsbotten efter nedgrävd mat.

Forskningen avslöjade också bevis på hur P. carolinus återanvände sina lemmar som sensoriska organ under loppet av sin utveckling. Genomiska analyser avslöjade benens evolutionära historia inom den bredare familjen rödhake (Triglidae). Resultaten finns i två tidningar publicerade idag 1, 2 beskrivits i Current Biology.

Den speciella fisken

Sjörödhakarna har utstående ögon som grodor, fenor som liknar fåglar och sex ben som liknar krabbor. De är "den konstigaste och coolaste fisken jag någonsin har sett", säger utvecklingsbiologen David Kingsley från Stanford University i Kalifornien, som studerar dessa djur.

Forskare har länge känt till att benen på P. carolinus har speciella sensoriska förmågor 3, 4. Molekylärbiolog Nicholas Bellono från Harvard University i Cambridge, Massachusetts, konstaterar att sjörödhadars övernaturliga jaktfärdigheter är så effektiva att andra fiskar följer efter dem i hopp om rester. Det är också känt att fiskens sex ben är täckta med små knölar som ser ut som smaklökar. Men forskare hade inte tidigare undersökt ursprunget till djurets förmågor i detalj.

Bellonos team ville ändra på detta och gick till slut ihop med Kingsley och hans grupp. Forskarna placerade fisken i en tank med musslor och aminosyrakapslar, alla begravda under sediment. Fiskarna kunde hitta dessa föremål och gräva upp dem med sina spadformade fötter. En närmare undersökning av dessa knölar, kända som papiller, avslöjade smakreceptormolekyler, som var specialiserade på att upptäcka aminosyror och kemikalier som produceras av djuphavsorganismer.

De mest intressanta resultaten kom dock efter att forskarna fyllt på med sina rödhakar. Dessa fiskar kunde inte hitta den begravda maten, och forskarna upptäckte att de av misstag hade kommit till en annan art med ben: P. evolans. Benen på denna art var smalare och saknade papiller, vilket tyder på att leginess och förmågan att smaka hade utvecklats oberoende.

Forskarna jämförde genomen från 13 rödhakearter från hela världen och skapade ett evolutionärt släktträd. Detta visade att benen för att gå fram först. Senare utvecklades sensoriska organ på benen hos vissa arter.

Långbensgenen

Efter att ha undersökt de aktiva generna i djurens lemmar fokuserade forskarna på en gen som heter tbx3a. Experiment visade att det spelar en roll i bildandet av ett ben där andra fiskar har en fena. När forskare använde genteknikverktyget CRISPR–Cas9 för att mutera tbx3a i vissa P. carolinus, förlorade fisken sina papiller och förmågan att gräva efter mat.

Tbx3a kodar för en typ av protein som kallas transkriptionsfaktor. En enda transkriptionsfaktor reglerar ofta aktiviteten hos en mängd olika gener, vilket gör att den kan ha utbredda effekter. Bellono och Kingsley noterar att det är tydligt att tbx3a spelar en roll för benutveckling och smakuppfattning. Forskarna tillägger dock att de ännu inte vet vilken mutation som förändrade tbx3a-aktiviteten hos arter med sensoriska ben eller hur den gav upphov till fiskens nya förmågor. När de väl förstår det, säger Kingsley, kan forskare teoretiskt sett CRISPR genomredigering använda för att skapa ben och känselorgan hos en annan fisk.

"Detta är verkligen betydande och intressanta resultat", säger Thomas Finger, en cell- och utvecklingsbiolog vid University of Colorado School of Medicine i Aurora. Han blev förvånad över att se att vissa arter saknade förmågan att känna av kemikalier, men han säger att studien effektivt visade hur denna förmåga kunde utvecklas till en ny egenskap genom att modifiera en befintlig uppsättning gener.

1. Allard, C.A.H. et al. Curr. Biol. https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.08.014 (2024).

2. Herbert, A.L. et al. Curr. Biol. https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.08.042 (2024).

3. Silver, W.L. & Finger, T.E.J. Comp. Physiol. 154, 167-174 (1984).

4. Bardach, J. E. & Case, J. Copeia 1965, 194-206 (1965).

Ladda ner referenser