Bleek, gekrompen en blind, de Somalische grotvis leeft een rustig leven in 's werelds meest licht-uitgehongerde wateren. Met hun vreselijke bleekheid en geen ogen om van te spreken, lijken deze pasteuze vissen niet veel gemeen te hebben met zoogdieren, maar de bescheiden grotvissen hebben veel meer te bieden dan je zou verwachten.
Wetenschappers rapporteerden gisteren in het tijdschrift Current Biology dat grotvissen wat broodnodig licht konden werpen op een mysterieus hoofdstuk van de evolutie van zoogdieren: het verlies van DNA-reparatie op zonne-energie. De meeste organismen hebben mechanismen om hun eigen door moleculen geactiveerde DNA-moleculen te repareren, maar zoogdieren verloren hun eigenschap ergens onderweg - en de Somalische grotvissen ook.
Als de handleiding voor het leven is DNA een kostbaar goed. Aanhoudende schade aan deze vitale code draagt bij aan zowel veroudering als een verhoogde vatbaarheid voor kanker. Helaas kan het proces van het kopiëren en lezen van DNA doorzeefd worden met fouten, en de omgeving om ons heen zit vol gevaren, variërend van schadelijke chemicaliën tot stralen van ultraviolet licht die genetische sequenties kunnen veranderen.
Maar dankzij een reeks cellulaire machines die in staat zijn gecompromitteerd DNA te herstellen, worden de meeste van deze genetische ongelukken zonder consequenties verholpen. Een van deze cruciale reparatiemogelijkheden is het fotoreactiveringssysteem, dat een door zonne-energie aangedreven enzym genaamd fotolyase gebruikt om fouten in DNA te herstellen die worden veroorzaakt door blootstelling aan UV-straling. Dit slimme afweermechanisme betekent dat hetzelfde gevaar dat DNA beschadigt - zonlicht - ook een reparatiesysteem voor de genetische code in werking stelt.
Zoogdieren en grotvissen zijn behoorlijk verschillend, maar beide hebben zich aangepast aan het leven in het donker. Veel nachtelijke zoogdieren, zoals deze kat, hebben een laag weefsel in het oog dat hun nachtzicht verbetert en hun ogen "glanzend" doet lijken. (Thomas Euler / flickr) Hoewel fotoreactivering wijdverbreid is in de levensboom, is het volledig afwezig bij zoogdieren. En lange tijd dachten we dat we alleen waren. Maar wetenschappers begonnen een handvol schimmels en nematoden (en enkele geselecteerde populaties van grotgebonden schaaldieren) te ontdekken die ook hun op zonne-energie aangedreven DNA-reparatiemogelijkheden hadden verloren. De nieuwste toevoeging aan de donkerbewonende groep, Somalische grotvissen, is mogelijk de eerste niet-zoogdiergewervelde die een vergelijkbare stap in de evolutionaire geschiedenis heeft ondergaan.
"[Fotoreactivering] is een systeem dat zo geconserveerd is, van bacteriën tot planten en veel dieren, " zegt Nicholas Foulkes, een bioloog aan het Karlsruhe Institute of Technology in Duitsland. "Wanneer je het verlies van de functie ziet, is het diepgaand."
Dus hoe kan een grotvis op een zoogdier lijken? Het antwoord, zo blijkt, houdt ons letterlijk in het donker. Onze voorouders van zoogdieren genoten een zeer nachtelijke levensstijl, zegt evolutionair bioloog Roi Maor van University College London. Honderden miljoenen jaren geleden hebben onze warmbloedige voorouders van dieren zich overdag verstopt om te voorkomen dat ze opgegeten worden door zon-liefhebbende dinosaurussen.
Deze nachtelijke aard heeft mogelijk een "gebruik het of verlies het" -principe in onze evolutie geactiveerd. Zonniger eigenschappen (zoals fotoreactivering op zonne-energie) hadden kunnen worden weggegooid vanwege ongeveer 100 miljoen jaar niet-gebruik, zegt Maor. Deze genetische verliezen bleven toen voortduren tot in de moderne tijd, zelfs nadat zoogdieren zich weer in het daglicht begonnen te wagen.
De onderzoeksgroep van Foulkes, inclusief hoofdauteur van de nieuwe studie Haiyu Zhao, wilde DNA-reparatie bij andere nachtdieren onderzoeken om meer te weten te komen over het verlies van fotoreactiveringsmechanismen. De Somalische grotvis ( Phreatichthys andruzzii ), met zijn afkeer van zonlicht, was een perfect wezen om te onderzoeken.
Ten eerste hadden de onderzoekers echter een vergelijkingspunt nodig. Hiervoor kozen ze een andere zoetwatervis als folie: de zebravis, een goed bestudeerd nietje in veel biologische laboratoria. Net als de meeste andere dieren coderen zebravis genomen voor het zonlicht-geactiveerde fotoreactiveringssysteem, waardoor ze de blootstelling aan hoge doses UV-straling kunnen overleven in goed verlichte omgevingen. Maar UV-zapped zebravissen gevangen in totale duisternis zijn gevoeliger voor de gevolgen van DNA-schade.
Aan de andere kant, toen de onderzoekers dezelfde experimenten op Somalische grotvissen uitvoerden, waren de vissen overgevoelig voor UV-stralen. In het wild leeft de soort volledig geïsoleerd van zonlicht, en het blootstellen van de vis aan omstandigheden die zonlicht nabootsten hielp hen niet om de UV-straling te overleven.
Deze blinde Somalische grotvissen zijn eigenlijk vrij gemakkelijk voor de ogen ... zelfs als ze er zelf geen hebben. (Luca Scapoli / Universiteit van Ferrara) Door zich te verdiepen in het genoom van de vissen, ontdekten de onderzoekers dat zebravissen drie restauratieve fotolyasen produceren die in aanwezigheid van zonlicht krachtiger worden, terwijl Somalische grotvissen alleen voor een gebroken systeem coderen. Bij verder onderzoek waren de onderzoekers in staat om verschillen te bepalen in hoe zebravissen en cavefish fotolyase-expressie controleerden.
In aanwezigheid van licht wordt een moleculaire "sleutel" in zebraviscellen naar een genetische "sluis" geleid, die wordt vrijgegeven om DNA-herstelmechanismen te activeren. Vreemd genoeg leek de grotvissen intacte sloten te hebben, klaar om fotolyase-expressie los te laten - maar de sleutels lijken verloren te zijn gegaan in de tijd. Het team van Foulkes is momenteel op zoek naar beschadigde of ontbrekende sleutels in het cavefish-genoom.
"Het is alsof evolutie op heterdaad wordt gevangen", zegt Foulkes. "U kunt het proces zien waarmee het reparatiesysteem verloren gaat."
Meer dan 200 soorten grotvissen bevolken de aarde, maar dit Somalische exemplaar is het eerste exemplaar dat het fotoreactiveringssysteem heeft verloren. Zelfs onder grotvissen is P. andruzzii echter een extremist, die de afgelopen 3 miljoen jaar uit de zon heeft doorgebracht. In de eeuwige duisternis van onderwatergrotten is het in het belang van deze zwemmer om energie te sparen voor de lange weg die voor ons ligt - volgens Foulkes kunnen deze vissen vijftig jaar oud worden - wat betekent dat ze zich ontdoen van onnodige genetische bagage.
Hoewel zoogdieren de levensstijl van grotvissen niet delen, kunnen deze genetische verliezen de duistere evolutionaire banen onthullen die uiteenlopende soorten delen. In plaats van een nuttige eigenschap te ontwikkelen onder omgevingsdruk, lijken de wezens een systeem te hebben verlaten dat niet langer bruikbaar was, zegt Silvia Fuselli, een grotvisdeskundige aan de Universiteit van Ferrara in Italië.
"Misschien reproduceren deze vissen iets dat miljoenen jaren geleden bij onze voorouders is gebeurd, " zegt Foulkes.
Gezien het feit dat sommige zon-slurpende soorten waarschijnlijk nog steeds met succes de menselijke ontdekking in de grotten en diepzeegoten van de aarde ontlopen, hebben we waarschijnlijk niet de laatste wezens gevonden die fotoreactivering hebben afgeworpen. "Het verschijnt in deze vissen, in schimmels, in [schaaldieren] ... het zal iets zijn dat mensen consistent vinden, " zegt David Carlini, een bioloog aan de Amerikaanse universiteit die grotbewonende zoetwaterschaaldieren bestudeert.
En voor zover we weten, is P. andruzzii nog steeds vrij uniek onder de meeste van zijn licht-walgelijke broeders. Totdat meer soorten die de voorkeur geven aan het donker kunnen worden bestudeerd, kan de Somalische grotvissen het leidende licht zijn om het mysterie op te lossen hoe wij zoogdieren ons vermogen om in de zon te genezen hebben verloren.
