ovenfor: en 75 mm lang Melanocetus johnsonii-kvinde med en 23,5 mm lang mand fastgjort til hendes mave
EDITH A. bredder
kr Krisyers dybhavsfisk, Ceratias holboelli, gyder ikke, kopierer eller gør noget, som en fisk normalt ville gøre for at parre sig. I stedet, hanen—bare et par centimeter lang—klæber fast på den relativt gigantiske kvindes krop og slipper aldrig. Langsomt forvandles hans krop til hendes, hans celler bliver hendes, inklusive hans testikler, som bruges til at fremstille afkom. Da han forsvinder, to individer bliver en—tager begrebet monogami til et nyt niveau.
underordenen af dybhavsfisk, der består af næsten 170 kendte arter, viser uden tvivl de mest dramatiske parringsvaner i dyreriget. I nogle arter knytter mænd kun midlertidigt til kvinder og deler derefter veje. I andre, såsom C. holboelli, “smelter” hanner permanent med hunner, eller hunner absorberer flere hanner—i nogle tilfælde op til otte ad gangen.
blandt de mange mysterier omkring disse dybhavsmøder-de blev kun fanget på kameraet for første gang i 2018—er en immunologisk. I stort set alle andre voksne hvirveldyr ville introduktion af væv fra et individ til et andet fremkalde et kraftigt immunrespons, der angriber de fremmede celler. Hvorfor afviser den kvindelige havtaske ikke immunologisk disse parasitære hanner?
en ny genomisk analyse af 13 fiskearter, der blev offentliggjort i dag (30.Juli) i Science, giver nogle spor. Genomerne af arter, der midlertidigt eller permanent smelter sammen med deres kammerater, har gennemgået radikale ændringer af nøglegener, der understøtter adaptiv immunitet—en gren af immunsystemet, der er ansvarlig for afvisning af fremmed væv—hvilket gør nogle af dem til de første kendte tilfælde af hvirveldyr, der effektivt mangler et adaptivt immunsystem. I løbet af evolutionen kan ændringer i gener involveret i antistofproduktion og cytotoksiske T-celleresponser have banet vejen for dyrenes mærkelige reproduktionsvaner, mens det for forskere rejser spørgsmål om, hvordan fiskene forsvarer sig mod patogener i dybhavet.
“det er ret chokerende,” bemærker genetiker Elisabeth Murchison fra University of Cambridge, som ikke var involveret i undersøgelsen. “Jeg formoder, at vi ikke burde have for mange forudfattede meninger om, hvad der er og ikke er muligt i naturen. Evolution producerer alle mulige skøre resultater, og dette er en af dem.”
immunolog Thomas Boehm og hans kolleger ved Planck Institute of Immunology and Epigenetics i Tyskland ønskede længe at vide, hvordan nogle havtaske arter kan danne kropslige fusioner mellem individer og satte sig for at lave en analyse af dyrenes genomer. Biologiske prøver fra dybhavet er svære at komme forbi, men med hjælp fra ichthyolog Theodore Pietsch, en ekspert på dybhavsfiskefisk ved University of Chicago, var holdet i stand til at få vævsprøver fra flere prøvesamlinger.
Boehm og hans kolleger sekventerede DNA fra 31 prøver, der repræsenterer 13 arter af dybhavsfisk. Det omfattede fire arter, der parrer sig ved midlertidig tilknytning og seks arter, der danner permanente fusioner—tre af dem på en-til-en måde, og tre, der har flere hanner, smelter sammen med en enkelt kvinde. Holdet omfattede også tre kontrolarter fra andre lystfiskegrupper, hvor mænd aldrig knytter sig til kvinder.
holdet undersøgte en håndfuld velkarakteriserede gener, der vides at være nøgleaktører i det adaptive immunrespons. For det første så de på gener, der koder for fiskens store histokompatibilitetskompleks (MHC) klasse i-og II-proteiner, celleoverflademolekyler, der adskiller sig mellem individer og gør det muligt for T-celler at skelne kroppens egne celler fra fremmede. Det er MHC klasse i-receptorer, der driver cytotoksiske T-celler til at angribe fremmede celler i vævstransplantationsindstillinger.
interessant nok viste de seks permanent vedhæftede arter alle usædvanlige, signifikante ændringer i deres MHC-gener, som var endnu mere alvorlige i de tre arter, hvor flere mænd smelter sammen med hver kvinde. Forskerne fandt også ændringer i generne, der koder for receptorer af de cytotoksiske T-celler, der interagerer med MHC klasse i-proteinerne. I alle seks permanente vedhæftede filer, for eksempel, to gener, der koder for sådanne receptorer, manglede helt, hvilket antyder, at det kan være nødvendigt at demontere den cytotoksiske reaktivitet af T-celler for at give forskellige lystfiskindivider mulighed for at parre sig.
samlet set, jo mere ekstrem tilknytning mellem kammerater, jo mere ekstreme syntes ændringerne i adaptive immunitetsgener at være, bemærker holdet. Mens midlertidig tilknytning kun syntes at kræve reducerede antistofresponser, syntes permanente en-til-en-fusioner også at være forbundet med begrænsning af cytotoksisk T-cellefunktion. I tilfælde af flere kammerater var dette præget af endnu flere ændringer, såsom afstumpning af antistofresponser og tab af rag-gener.
til University College London immunolog og virolog Ariberto Fassati, som ikke var involveret i undersøgelsen, er resultaterne forbløffende. Mange forskere antager, at immunsystemet, når det først er etableret, kun ville udvikle sig i en retning, “mod at blive mere adaptivt og mere specifikt,” siger Fassati. “Men det ser ud til, at du faktisk kan miste armene på det adaptive immunsystem . . . hvis evolutionære pres er berettiget.”Så vidt han ved, er dybhavsfiskarterne de første tilfælde af hvirveldyr, der har mistet en så enorm gren af deres adaptive immunitet.
i mange andre hvirveldyr har fjernelse af dele af det adaptive immunsystem katastrofale konsekvenser. Babyer født med mutationer i rag-genet er for eksempel alvorligt syge eller dør hurtigt, hvis de ikke modtager behandling gennem en knoglemarvstransplantation, bemærker Boehm.
en af grundene til, at det adaptive immunsystem menes at være så afgørende, er fordi mange patogener og parasitter har lært at overvinde det mindre specifikke, medfødte immunforsvar i frontlinjen, siger Fassati. For eksempel kan mange vira, herunder synderen af den igangværende COVID-19-pandemi, SARS-CoV-2, dæmme op for kroppens produktion af inflammationskørende interferoner, som er en del af det medfødte immunforsvar, tilføjer han. Det faktum, at nogle havtaske tilsyneladende klarer sig fint uden et fuldt intakt adaptivt immunsystem, er “ganske bemærkelsesværdigt.”
denne opdagelse rejser spørgsmålet om, hvordan de formår at forsvare sig mod patogener i dybhavet. Boehm spekulerer i, at fisken enten skal have udviklet et andet immunsystem helt, eller måske har de fundet måder at rampe op på deres medfødte immunmaskiner for at kompensere for manglen på et adaptivt immunrespons. Måske kunne de opnå dette ved kontinuerligt at udtrykke interferoner, spekulerer han, placerer deres kroppe i konstant alarm og gør det sværere for vira og andre patogener at etablere infektioner. For at bevise det ville han have brug for frisk væv, hvor han kunne undersøge genekspression.
“Jeg ser desperat frem til at få dyr, hvor jeg kunne udtrække RNA og se efter ekspressionsniveauer af disse . . . interferon-relaterede gener, ” siger han. At finde ud af, hvordan nogle havtaske klarer sig efter at have mistet adaptiv immunitet, kan være nyttigt til at finde behandlinger for immundefektpatienter, tilføjer han.
for ham udgør resultaterne også et kylling-eller-æg-dilemma: som kom først, ændringerne af den genetiske arkitektur, der understøtter adaptiv immunitet eller fusionsparringsstrategien? En af de arter, han undersøgte, kan give et fingerpeg. Gigantactis vanhoeffeni menes at parre sig gennem midlertidig tilknytning, alligevel viser det nogle af de samme ændringer i immungener som permanent vedhæftende arter. Boehm siger, at han mener, at G. vanhoeffeni muligvis kunne være “på vej til permanent tilknytning” evolutionært. “Det ser ud til, at nogle ændringer i immungenomet skal forekomme, før denne permanente fusion virkelig kan komme ind. Det ser ud til, at der er noget endnu ukendt evolutionært pres af en slags, der får disse gener til at uddøde eller nedlagte.”
Gil Rosenthal, en evolutionær biolog ved a&M University, siger, at han undrer sig over, hvad disse evolutionære pres kunne være. Dybhavsfisker er ekstremt seksuelt dimorfe, bemærker han i en e-mail til videnskabsmanden. “Kvinder er disse mareridtlige lysbærende fangede monstre, og mænd er små små ting med en enorm testis og en enorm næse.”Hunnerne er sandsynligvis sparsomme i dybhavet, så det er sandsynligt, at hannerne bruger meget tid på at lede efter dem, forklarer han. Når en mand endelig finder en kvinde, ville det være i dens interesse at holde sig tæt. Hvis det sker, at kvinden har modstridende interesser—såsom at spise mændene—det kunne oprette fisken til “seksuel konflikt.”Denne situation kan på en eller anden måde føre til en genomisk trækkamp over immunsystemet, spekulerer Rosenthal. “Jeg ville ikke blive overrasket, hvis noget af vraget af immungenomet kommer fra seksuel konflikt.”
det ville ikke være det første eksempel på en afvejning mellem seksuel adfærd og immunsystemfunktion, tilføjer han og bemærker, at testosteron hos hvirveldyr kan nedsætte immunsystemets funktion og forbedre mandlige seksuelle skærme. Imidlertid, ” at så meget af det er lukket ned eller ombygget i er bare vildt!”
til Rosenthal og Murchison understreger resultaterne, hvordan genomikrevolutionen har gjort det muligt for forskere at vove sig ud over velforståede modelorganismer i laboratorier og udforske de forskellige tilpasninger af livet på jorden. “Der er så meget at lære om ikke kun immunitet, men hele biologien ved at udforske evolutionært divergerende slægter,” siger Murchison. “Og du ved aldrig rigtig, hvad du vil finde, fordi naturen er så bred og forskelligartet, og der er så meget tilpasning til meget specialiserede nicher.”
J. B. Svann, et al. “Immunogenetikken ved seksuel parasitisme,” videnskab, doi:10.1126/videnskab.aas9445, 2020.