Ny hypotese om hvordan dyrelivet pludseligt opstod på Jorden

Af Birgitte Svennevig, birs@sdu.dk

I ca. fire mia. år  var mikrober den dominerende livsform på Jorden. Men så skete der pludselig en kraftig udvikling og udbredelse af flercellede livsformer i form af dyr.

Årsagen til dette er en videnskabelig gåde, og det er et emne, der til stadighed udløser hede debatter. For hvorfor skete det så sent og så dramatisk?

Den pludselig diversificering blandt dyr skete over en geologisk set kort periode, som er kendt som den kambriske eksplosion.

Mange geologer har antaget, at den kambriske eksplosion blev udløst, fordi atmosfærens indhold af ilt steg.

Historisk fokus på høje iltkoncentrationer

 I de senere år er teorien om en sammenhæng mellem den kambriske eksplosion og øget iltindhold i atmosfæren blevet svækket.

For eksempel ved vi i dag, at der skete dramatiske ændringer i atmosfærens iltindhold både før og efter den kambriske eksplosion - men ikke, da den pludselige diversificering blandt dyr startede.

Vi kender også til dyr i dag, der kan leve med overraskende lave ilt-niveauer, hvilket var en betingelse, som de kunne have fået opfyldt længe før den kambriske eksplosion.

- Der foregår stadig en jagt på det endelige geokemiske bevis for, at atmosfærens iltindhold steg samtidig med at flercellede dyr udviklede sig. Men nu har vi diskuteret det i årtier, og måske er det nu umagen værd at overveje eksplosionen af dyr fra en anden vinkel, siger  Emma Hammarlund.

Hun er geobiolog, ph.d. og forsker ved afdelingen for translationel cancerforskning ved Lunds Universitet og gæsteforsker ved Nordisk Center for Jordens Udvikling på SDU.

Kræftsvulster vokser gerne ved lavt iltindhold

For bedre at forstå betingelserne for, at flercellet liv kan eksistere, kontaktede Emma Hammarlund en tumor-biolog; professor Sven Påhlman fra det medicinske fakultet ved Lunds Universitet.

Han har i næsten to årtier studeret betydningen af lave iltkoncentrationer - såkaldt hypoxi - i kræftsvulsters omgivelser.

- Jeg ville lære noget om det, som svulstforskere observerer hver eneste dag: hvordan væv vokser, og hvordan det forholder sig til ilt. Svulster er jo – desværre – en succesfuld form for flercellethed, forklarer Emma Hammarlund.

Teamet, der også inkluderede tumorbiolog Kristoffer von Stedingk fra Lunds Universitet, tog fat på det store spørgsmål om, hvorfor dyr udviklede sig så sent og dramatisk ved at inddrage ny viden fra tumorbiologiområdet.

Stamceller er følsomme over for ilt

Helt specifikt testede de, om de samme molekylære værktøjer, der bruges af mange tumorer for at bevare stamcellens egenskaber, også kunne være relevante for dyrenes succes under den kambriske eksplosion.

Celler med stamcelleegenskaber er afgørende for, at flercellede livsformer kan regenerere væv. For eksempel sørger deling af stamceller for, at celler i tyndtarmen bliver udskiftet med 2-4 dages mellemrum. 

- Hypoxi opfattes generelt som en trussel, men vi glemmer, at iltmangel på bestemte tidspunkter og under bestemte omstændigheder også er en forudsætning for, at flercellet liv kan eksistere. Det er vores stamceller, der danner nyt væv, og de er yderst følsomme over for ilt. Stamceller har derfor forskellige måder, hvorpå de kan håndtere at blive udsat for både ilt og iltmangel, hvilket man ser tydeligt i svulster, forklarer Sven Påhlman.

Svulstceller i iltrigt miljø

Ved at studere svulstcellernes evne til at efterligne stamcellernes egenskaber har Sven Påhlmans team observeret, hvordan svulstceller kan udnytte specifikke mekanismer og dermed undgå ilts negative indvirken.

Som følge heraf er svulstcellerne i stand til at bevare stamcelle-egenskaberne på trods af, at de er omgivet af de høje iltkoncentrationer, som er til stede i kroppen.
Den samme evne er, ifølge forskerne, en af årsagerne til, at de første dyr på Jorden kunne trives.

En biologisk revolution

Den nye hypotese fastslår, at den dramatiske diversificering af dyr må skyldes en revolution i dyrenes egen biologi - snarere end i den omgivende kemi på Jorden.

Det er en hypotese, der passer ind i en række andre geobiologiske observationer, som tyder på, at Jorden har haft miljøer med "nok" ilt længe før den kambriske eksplosion.

Hypotesen har også konsekvenser for, hvordan dyr kan have varierende evne til at leve i iltrige omgivelser, og måske endda for hvordan vi ser kræft som en evolutionær konsekvens af vores evne til at leve i iltrige niche-miljøer.

Kontaktoplysninger
Emma Hammarlund, emma.hammarlund@med.lu.se +46 702 99 58 59