stamtræ for fisk

Formål

Formålet med denne undersøgelse, og dertilhørende resultater, er at bestemme slægtskabet for en række fisk og skaldyr. Dette skal gøres dels for at få indsigt i metoden, som er elektroforese med proteiner i stedet for kernemateriale, men også til dels for at lave nogle evolutionære betragtninger, for i sidste ende at komme frem med et stamtræ.

Teori

Kort om evolution og arvelighedslære

Hvis man ser sammensætningen og mangfoldigheden af dyrene på jorden ud fra et Darwinistisk synspunkt, er man af den opfattelse af alle dyrene, er skabt ud fra den samme stamfar, som her ville være en lille procaryote organismer. Denne organisme skulle så have mangfoldiggjort sig til en masse nye arter, som igen skulle have udviklet sig til nye arter og underarter. Grunden til at der så i dag er et så rigt dyreliv med fugle, fisk og landdyr er, at alle disse individer har haft selektionspres for at forskelliggøre sig fra sine artsfæller, således at de var bedre i stand til at udnytte en specifik niche. Som et eksempel på dette har vi giraffen, Giraffa camelopardalis, den lever primært af bladene på de høje akacietræer, som ingen andre kan nå. Den oprinder fra Okapien hvor der så har været et selektionspres for at udskille sig, nichedifferentiere, fra okapien, således at den vil kunne nå de høje blade, og man har så på den måde, igennem lang tids forløb, skabt to arter. Dette eksempel med giraffen skal dog ikke ses som Jean Baptist Lamarc gjorde det, med at igennem giraffens liv, vil den få længere hals, men at der opstår spontane mutationer, som gør at den for længere hals, og at dennes afkom vil have bedre overlevelsesmuligheder som følge af mere mad, og dermed føre genet/egenskaben med sig.

Ser man på dette ud fra et molekylærbiologisk synspunkt, kan man bruge det til at studere deres oprindelse, man kan se på hvilke proteiner de forskellige individer har, og derfra blandt andet finde ud af hvor gammelt proteinet er, og hvilke dyr der er i familie med hvem. Hele denne gren af biologien, altså arvelighedslæren, eller genetikken er altså studiet levende organismers oprindelse deres udvikling og nedarvede egenskaber gennem undersøgelse af gener. Med andre ord betydningen af arv og variation når en organisme skabes og udvikles. Og den fik primært sin oprindelse da man begyndte at interessere sig for, hvorfra mennesket stammer.

Analog og homolog udvikling

Da man begyndte at klassificere dyrene på jorden, i et forsøg på at lave et universelt stamtræ, havde man brug for at vide, hvilke dyr der var i familie med hvem, og hvor tæt i familie de var, så man kiggede på deres ligheder. Og man kiggede på lighederne blandt dyrene ud fra to forskellige kriterier: Homolog, som er et udtryk for at de har samme stamfar, og derfra en fælles arv. Altså er en egenskab ens hos to dyr, fordi deres fælles stamfar har haft egenskaben. Analog er det modsatte, her ser de ens ud, ikke fordi de har samme stamform, men fordi de i evolutionens forløb har udviklet de samme egenskaber, denne form for udvikling kaldes også for konvergent udvikling. Modstykket til denne form for udvikling hedder divergent udvikling, og er et udtryk for to dyr, som homologt er i samme klasse (samme stamform), men som er forskellige da de har udviklet sig i to forskellige retninger.

Arters proteinsammensætning

Det spændende ved arters proteinsammensætning er at man ud fra denne, kan se hvorfra de stammer, man kan også temmelig præcist datere proteinets alder, fordi hvis to dyr, eksempelvis fisk, har det samme protein, så er det det samme protein, forstået sådan at de to proteiner i princippet godt kunne opstå som følge af mutationer, uafhængigt af hinanden, men at sandsynligheden for dette er meget tæt på nul. Altså hvis man finder det samme protein i to arter, kan man med sikkerhed sige at de har samme stamfar, men udelukkende ud fra sammenligningen af proteiner, kan man ikke nødvendigvis sige noget nærmere om, hvornår de har udviklet sig væk fra deres fælles stamform. Eksempelvis har vi i forsøget inkluderet en aktin-myosin proteinopløsning, og det spændende ved dette er, at det er et af de essentielle muskelproteiner, som menneskets muskelvæv er opbygget af. Har fiskene også dette, kan man sige en masse om proteinets alder, for det er jo som sagt rigtig lang tid siden, at menneskets stamform, og fiskens, forskelliggjorde sig fra hinanden.

Noget andet som proteinerne jo også viser, er sammensætningen af DNA’et, da det jo er DNA som i sidste ende koder for, hvilke proteiner en given celle kan producere.

Metode

jf. øvelsesvejledningen.

De fisk og skaldyr vi brugte til vores forsøg var som følger:

1. Reje(saltvands) - Dendrobranchiata

2. Taskekrabbe - Cancer pagurus

3. Torsk – Gadus morhua

4. Gråsej - Pollachius virens

5. Sild – Glupea harengus

6. Fjæsing - Trachinidae

7. Hellefisk - Reinhardtius hippoglossoides

8. Rødspætte - Pleuronectes platessa

Hypotese

Før man fik adgang til de avancerede molekylærbiologiske redskaber vi har i dag, lavede man stamtræer ud fra andre kriterier. Man kiggede først og fremmest på udseende og levested, jeg har også tænkt mig, som en hypotese, at lave et stamtræ ud fra disse kriterier, for så senere at se hvor præcist det er i forhold til den molekylærbiologiske metode.

For at kunne opstille et nogenlunde realistisk stamtræ, er vi nød til at undersøge forskellige leveforhold for de forskellige fisk og skaldyr. Det første vi kan se er, at de alle er saltvandsfisk, dette er ikke så væsentligt i forhold til muskelproteiner, men hjælper med at forstå deres oprindelse. Man kunne således forestille sig at der engang i tidernes morgen, har været en forgrening mellem de fisk som levede i ferskvand, og de som levede i saltvand.

For det andet kan vi se at de alle har gæller, dette er selvfølgelig også en egenskab som er speciel for netop fisk og skaldyr, en simpel observation, som dog viser at de alle har samme stamfar, som dog igen ligger langt tilbage. Men det er jo netop ikke alle havlevende dyr som har gæller, eksempelvis skildpadder, saltvandskrokodiller, hvaler og sæler.

Resultater

Nedenfor ses en scanning af den gel, som den så ud efter elektroforesen. Vi havde to billeder at vælge imellem, dette var det kraftigste rent farvemæssigt, og jeg har valgt det af netop denne grund. For den anden gel, var båndende meget svage, og det var derfor sværere at skelne mellem de forskellige individuelle bånd. Det synes jeg man kan bedre på denne.

Brøndene indeholder følgende:

1: Kalejdoskop-standard 2: Myosin-Aktin standard 3-10: fisk (jf. metode for rækkefølge).

Man kan så nu bestemme et protein tilnærmelsesvist ud fra denne model(fig.5.). Kender man dens vægt, kan man se hvor meget den skulle have vandret, og omvendt, kan man finde dens vægt ved at se på vandringen. Dette kan vi bruge til at finde ud af hvilke proteiner, som er i hvilke fisk (jf. liste1).

Et protein, som kun rejen og taskekrappen har, ses som det bånd, der har løbet ca 8 mm og dermed 5 kD, dette svarer til thymosin. Rejen og taskekrappen har dermed begge det protein, som igen af de andre fisk har, dette giver anledning til en fælles stamfar, som har udviklet sig væk fra fiskene. Et bånd som næsten alle fiskene og skaldyrene har, og som er vandret ca 4,6 mm, kan være nebulin. Det at de alle har et bånd på dette sted, fortæller om at proteinet her må være meget gammelt, da det har været tilstede, i de nu forskellige arters fælles stamfar, selve proteinet arbejder også i samarbejde med aktin, som jeg også senere vil vise at de alle har, så altså, har man det ene, har man også ofte det andet, ellers ville proteinet (i dette tilfælde aktin) ikke fungere optimalt, hvis det da overhoved ville fungere. Noget af det første man får øje på, er at de alle har et bånd som har vandret 4 mm, dette er ifølge vores model myosin. Dette er ligesom aktin et gammelt protein, da det optræder i alle arterne. Noget andet som også er helt unikt ved myosin/aktin-sammensætningen hos alle fiskene er, at det er de er de samme muskelproteiner som vi mennesker og de fleste dyr besidder. Dette fortæller os altså at det er et utroligt gammelt protein, for vores, fuglenes og fiskenes fælles stamfar har haft det, og denne stamfar ligger mange millioner år tilbage. Dette siger også noget om proteinernes status. De har været meget essentielle og vigtige for dyrene, og ikke nok med det, så har de også tilsyneladende fungeret optimalt i så mange år, for havde det ikke det, ville et andet og bedre muskelprotein have erstattet det rimelig hurtigt, og de med det andet og bedre protein ville have bedre overlevelsesmuligheder. Proteinet aktin, som også er et meget essentielt protein finder vi lidt længere nede, nemlig omkring 5,3 mm. Det er dog en smule utydeligt at se hvor mange der har dette protein, men ummidelbart ville jeg mene at det var de fleste. De to proteiner arbejder nemlig sammen, og den ene kan ikke fungere uden den anden og vice verca.

Hvis vi så nu går ind og ser på hvilke fisk der er i familie med hinanden, ser vi da hurtigt at torsken og gråsejen ligner hinanden meget, ikke blot af udseende, men især også i proteinsammensætning, men også silden har mange homologe bånd med de to. Det er derfor, ud fra denne betragtning, sikkert at sige at sejen og torsken er i familie, og at de har en homolog udvikling, silden derimod har udviklet sig til en anden niche, og via selektionspres og mutationer har den så og sige ændret retning set i forhold til torsken og gråsejen.

Hellefisk og rødspætte viser sig også ud fra proteinsammensætningen at være i familie, og dermed en homolog udvikling, de ligner stadig meget hinanden. Dog kan man sige at helledisken er en tidligere art, da dens øjne minder mere om en ”ordinær” fisk, som har øjne på begge sider, hvorimod rødspætten har begge øjne på samme side. Fjæsingen viser sig at også at være i familie med de to, da de har næsten ens bånd. Man kan dog se på mit tidligere stamtræ, at jeg ikke har placeret dem i samme artsgruppe, men dette er jo også gjort ud fra et rent udseendemæssigt synspunkt. Fjæsingen har derfor udviklet sig meget siden splittet mellem den og rødspætten. Dette fænomen med, at en fisk ikke ligner noget fra den art den i virkeligheden hører til, men at den i stedet ligner en anden gruppe kalder man for en polyfyletisk gruppe (altså den som det ligner at den hører til). Rejen og taskekrappen er af udseende meget forskellige, men dog har de nogle homologe bånd, som ingen af de andre har. (jf. opg. 2).

Diskussion

Der var kun en egentlig fejlkilde, men denne var dog også af ret stor betydning. Nemlig den at vores elektroforese ikke fik lov til at køre længe nok. Dette gør at båndene ikke har vandret så langt, og at der derfor ikke er så meget spredning på. En spredning mellem båndende ville ellers have gjort opgave 2 væsentligt lettere. Det er derfor også vanskeligt at bestemme hvilke fisk der har hvilke proteiner. Båndenes tæthed har også påvirket bestemmelsen af slægtskabet blandt fiskene. Det er dog også her vigtigt at fastslå, at selv om to bånd har vandret samme længde, er det ikke nødvendigvis det samme protein. For proteiner består som sagt af forskellige aminosyrer, og disses sammensætning af molekyler er indbyrdes forskellige, og deraf også deres vægt. Så man kan altså godt have to forskellige proteiner med den samme molekylevægt. Metoden til at bestemme slægsskab mener jeg ummidelbart, med mit begrænsede kendskab til andre metoder, er fin nok, hvis altså bare forsøget er godt lavet.