Birmese python en de DNA-sequentie die verantwoordelijk is voor het verlies van ledematen. Eric Zamora/Florida Museum of Natural History en Martin J. Cohn/University of Florida hide caption
toggle caption
Eric Zamora/Florida Museum of Natural History en Martin J. Cohn/Universiteit van Florida
Burmaanse python en de DNA-sequentie die verantwoordelijk is voor het verlies van ledematen.
Eric Zamora/Florida Museum of Natural History en Martin J. Cohn/University of Florida
Slangen zwierven zo’n 150 miljoen jaar geleden op poten over de aarde, voordat ze overschakelden van poten naar glibberen.
Nu hebben twee wetenschappers het genetische proces achterhaald dat ervoor zorgde dat slangen hun poten verloren. Bovendien zeggen zij dat de “moleculaire machinerie” voor de ontwikkeling van de poten bij slangen na deze miljoenen jaren nog steeds bestaat – zij is alleen uitgeschakeld.
Sommige slangen, zoals pythons, behouden minuscule overblijfselen van poten in de vorm van twee kleine knobbels aan weerszijden van hun bekken. De wetenschappers van de Universiteit van Florida die het donderdag in Current Biology gepubliceerde slangenpoten-onderzoek deden, richtten zich voor de studie op pythons.
Zoals co-auteur en hoogleraar moleculaire genetica Martin Cohn aan The Two-Way vertelt, is een gen dat bekend staat als Sonic hedgehog verantwoordelijk voor de ontwikkeling van ledematen. (Ja, dit gen is vernoemd door liefhebbers van het videospel.)
De onderzoekers uit Florida ontdekten dat het Sonic hedgehog-gen heel kort aan flikkert in pythonembryo’s van minder dan 24 uur oud. Dat genetische signaal was nog niet eerder ontdekt bij pythons.
Cohn zegt dat de Sonic hedgehog van de slangen aangaat zoals bij elke gewervelde met ledematen, maar daarna uitschakelt. “
Hij legt uit dat Sonic hedgehog bij gewervelde dieren met ledematen de ontwikkeling van veel organen regelt, niet alleen armen en benen. DNA-regulerende sequenties, enhancers genaamd, regelen de manier waarop deze genen worden in- en uitgeschakeld voor specifieke lichaamsdelen. Zonder een versterker voor ledematen zou Sonic hedgehog ze niet volledig tot ontwikkeling kunnen brengen. De onderzoekers ontdekten dat verschillende delen van het DNA in die versterker op enig moment tijdens de evolutie van de python waren verwijderd.
Dezelfde delen waren verwijderd in de DNA-sequenties van boa constrictors, aldus Cohn. En de resultaten waren nog duidelijker bij slangen die helemaal geen overblijfselen van poten meer hebben, zoals cobra’s en adders. Hun Sonic hedgehog ledemaatversterker was “bijna niet detecteerbaar,” zegt hij. “Dus dit vertelt ons dat er een opeenvolgende degradatie van Sonic hedgehog in de ledematen van slangen heeft plaatsgevonden.”
Om kort te gaan, de studie zegt dat deze mutaties van de Sonic hedgehog limb enhancer verantwoordelijk zijn voor de gestopte ontwikkeling van ledematen bij pythons.
Het onderzoek nam vervolgens een nog verrassender wending toen de wetenschappers de activiteit van een ander gen bestudeerden, genaamd HOXD, dat betrokken is bij het maken van vingers en tenen. Bij het bestuderen van pythonembryo’s “zagen we een activiteitspatroon van dit HOXD-gen dat kenmerkend was voor een voet, wat een heel vreemd resultaat is, omdat pythons geen voeten maken,” zegt Cohn.
En toen, zegt Cohn, ontdekten hij en zijn collega-onderzoeker Francisca Leal het volgende: Embryonale pythons “maken een pre-cartilagineus model van alle skeletelementen van de ledematen. … Ze beginnen een compleet been te vormen, helemaal tot aan de voet.”
“Het was absoluut verbijsterend omdat dit leek op de ontwikkeling van een cryptisch beenskelet in een embryo,” zegt hij, eraan toevoegend dat de gemuteerde Sonic hedgehog limb enhancer uiteindelijk niet toestaat dat deze cryptische ledemaat kan groeien.
Cohn zegt dat dit wijst op een interessante implicatie over de manier waarop slangen in de loop van miljoenen jaren zijn geëvolueerd:
“Er zijn een aantal fossiele slangen met poten. Paleontologen hebben gesteld dat sommige van deze oude slangen de poten van hun voorouders behielden, terwijl andere soorten evolueerden nadat poten verloren waren gegaan, en dat zij dus opnieuw poten kunnen hebben gekregen.”
Dat zou kunnen komen doordat pythons een groot deel van de moleculaire machinerie voor het maken van ledematen hebben behouden, volgens Cohn.
“Het is fascinerend – hoe kun je een structuur die verloren is gegaan opnieuw laten evolueren? Dat is vrij ongewoon,” zegt hij.
“Maar wat deze resultaten ons vertellen is dat dat misschien niet zo’n uitdagend proces was als het misschien lijkt. Ze hoefden de ledematen niet helemaal opnieuw uit te vinden. Er vindt al een opmerkelijke mate van ontwikkeling van ledematen plaats in het embryo en als je die embryonale structuren gewoon behoudt en ze de kans geeft de ontwikkeling van het skelet te voltooien, dan heb je benen.”