25. mars 2021

Fiskebein fra istida gir ny viten om evolusjon


Her er de omtalte fiskebeina, med millimeterpapir som bakgrunn og skala. Foto: Anders Romundset
Bittesmå gamle fiskebein ble til en tidsmaskin som spant seg tilbake hele 13.000 år. Her er en historie om trepigget stingsild, geologisk feltarbeid og evolusjonsbiologi.

Slik startet det hele: Under geologisk feltarbeid for en tid tilbake fant forsker Anders Romundset ved Norges geologiske undersøkelse (NGU) noen små fiskebein i kjerneprøver fra innsjøer nordøst for Altafjorden.

Vindu til fortida

- Beina var bare noen få millimeter lange, men hadde en karakteristisk form som gjorde at jeg kunne identifisere dem til fiskearten trepigget stingsild. Ut fra dateringen av sedimentlagene i kjerneprøvene visste jeg at de var rundt 12-13.000 år gamle, altså fra slutten av siste istid, forteller Romundset.

Da var Finnmarkskysten nettopp smeltet fram og isfronten lå litt lenger inn i Altafjorden. På grunn av landhevingen ble en rekke innsjøer i tur og orden avsnørt fra fjordene. De fleste fiskeartene som hadde levd i saltvann, døde ut da de ble innesperret i de nye innsjøene. Den lille stingsilda imidlertid, klarte i mange tilfeller å tilpasse seg ferskvannet.

- Jeg visste at denne fiskearten er av spesiell interesse i evolusjonær forskning og kontaktet biolog Andrew Foote, som nå er ansatt ved NTNU. I samarbeid med andre forskere klarte han å trekke ut arvestoff fra de gamle fiskebeina. Det ga biologene et vindu inn i fortida og til fiskens tidlige tilpasning til ferskvann, opplyser Romundset.

Ett av vannene hvor forskerne fant fiskebeina er Klubbvatnet til høyre på bildet, 33 meter over havet ved Neverfjord i Hammerfest kommune. Strømmen og Kvaløya i bakgrunnen. Foto: Anders Romundset

Tilpasningsdyktig

Fisken trepigget stingsild, Gasterosteus aculeatus, kan leve i både saltvann, brakkvann og ferskvann. Den blir inntil 11 cm lang i sjøen, men er mindre i ferskvann. Mange steder foretar stingsilda også vandringer mellom ferskvann og sjø. Det skjer ikke fra de aktuelle innsjøene ved Altafjorden, fordi de ligger 30-40 meter over havet og med bratt terreng ned mot fjorden.

Trepigget stingsild har utallige ganger kolonisert ferskvann som ble dannet av landhevingen. Populasjonene i ferskvann har endret seg over tid, og har i løpet av tusenårene siden istiden blitt annerledes enn sine søstre og brødre i havet. Samtidig viser fossilfunn at fisken i det marine miljøet har endret seg minimalt over millioner av år.

- For biologer som studerer evolusjon er derfor denne fiskearten svært interessant. Den kan tilpasse seg ekstreme endringer i miljøet over bare noen få generasjoner. Med vårt funn fikk forskere muligheten til å sammenligne DNA fra istidsfiskene med det de finner i nålevende fisker, sier Anders Romundset.

Biologene tok turen til Finnmark og fanget stingsild, både fra Altafjorden og fra de aktuelle innsjøene. Slik kunne de sammenligne dagens arvestoff med det de trakk ut av de gamle fiskebeina. Dette har gitt ny kunnskap om variasjoner i hvordan fisken har tilpasset seg, og med det hvordan evolusjonen fungerer. De tverrfaglige resultatene er nå publisert i tidsskriftet Current Biology.

Slik ser en kjerneprøve ut. Denne inneholder sedimenter som er hentet opp fra bunnen av en innsjø ved Altafjorden, og er et arkiv over hendelser bakover i tid. Foto: Anders Romundset

Naturlig seleksjon

I en pressemelding forklarer forsker Felicity Jones ved Friedrich Miescher-laboratoriet i tyske Tübingen at endringene i fisken oppstod på grunn av naturlig seleksjon, og at de samme genetiske endringene skjedde på forskjellige steder, det forskerne kaller parallell evolusjon.

- Vår forskning viser at en slik tilpasning også kan skje ved mutasjoner, men først og fremst ved gjenbruk av allerede eksisterende genetisk variasjon, forklarer Jones.

Å trekke ut DNA fra så små bein var en stor utfordring. Forsker Andrew Foote ved NTNU og professor Tom Gilbert ved Universitetet i København brukte et toppmoderne laboratorium og ny metodikk utviklet i Danmark. Sammen klarte de å trekke ut arvestoff-sekvenser fra fiskebein i to stingsild.

Selv om fiskebeina var hentet fra kjerner tatt fra bunnen av ferskvannssjøer, ble de funnet i sedimentlaget som representerte datidens brakkvann. Arvematerialet inneholdt dermed både en genetisk variasjon knyttet til havet, og gener som viste en signatur for tilpasning til ferskvann.

Tidlig til stede

- Dette viser at genetiske varianter for tilpasning i ferskvann var til stede allerede da de koloniserte innsjøer for tusenvis av år siden, sier doktorgradsstudent Melanie Kirch ved Friedrich Miescher-laboratoriet.

- Likevel; disse variantene er ikke alltid å finne i dagens fiskepopulasjon. Det betyr at selv tilpasningsdyktige varianter kan gå tapt i evolusjonsprosessen, påpeker Kirch.

Ref.: Ancient and modern stickleback genomes reveal the demographic constrains on adaptation. Melanie Kirch, Anders Romundset m.fl. Current Biology, March 10, 2021
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.02.027