Svensk-kinesiskt forskarteam uppdagar näsans historia

Har du någonsin funderat, när du tar ett djupt andetag av den friska höstluften och doften av våta löv kittlar i näsan, hur det kommer sig att du kan göra detta? För oss människor verkar det som en självklarhet att näsan bildar en passage mellan omvärlden och luftstrupen, men en gång i tiden var det inte så. Vi landryggradsdjur eller “tetrapoder” (däggdjur, fåglar, kräldjur och amfibier) härstammar ursprungligen från fiskar, och fiskar kan inte andas genom näsan. På var sida av fiskhuvudet sitter två näsborrar, en främre och en bakre, som bildar öppningar till en liten säck där luktorganen finns: vattnet strömmar in genom den främre näsborren och ut genom den bakre, men det finns överhuvudtaget ingen anknytning till svalget. Fiskar kan alltså lukta med näsan, men inte andas.

Vi tetrapoder har bara en yttre näsborre på var sida av huvudet, men i gengäld har vi en inre näsborre eller “choana” som öppnar sig på gommen eller i svalget. Det är detta som gör att vi kan andas genom näsan. Men hur uppkom denna inre näsborre? En sak är alla forskare överens om, nämligen att den främre näsborren hos fiskar motsvarar vår enda yttre näsborre: frågan är om den bakre näsborren har förvandlats till vår choana genom att “vandra” in på gommen, eller om choanan är en ny öppning som har upstått hos tetrapoderna.

Svaret på frågan har betydelse för en större problematik, nämligen hur storskalig evolution egentligen fungerar. Det här är den del av evolutionen som kanske är svårast att förstå. Vi kan lätt föreställa oss hur evolutionen kan klara små steg, som till exempel att utveckla blåmes och talgoxe från en gemensam förfader (det är ju bara en fråga om att ändra mindre detaljer i fjäderdräkt och storlek), men hur går det till att flytta en näsborre från ansiktet till gommen? Vissa forskare har påstått att det är omöjligt för en yttre näsborre att vandra gradvis in på gommen, eftersom det löper en “kabel” av nerver och blodkärl strax innanför tandraden som näsborren skulle vara tvungen att klippa av under sin vandring. “Kabeln” finns där både hos fiskar och tetrapoder, så det verkar som om ingenting hänt med den under vår evolution.

I ett sånt här läge är det naturligt att vända sig till fossilen för att se vad de kan visa upp, men hittills har de inte varit till mycket nytta. Bland de fossila “kvastfeniga” fiskarna, som är tetrapodernas närmaste släktingar, har somliga former två yttre näsborrar men ingen choana, precis som moderna fiskar. Andra fossila kvastfeningar, som står tetrapoderna ännu närmare, har redan en enda yttre näsborre per sida och en fullt utvecklad choana. Fossilen visar alltså att choanan uppstod strax innan våra förfäder kravlade upp på land, men de säger ingenting om hur choanan bildades.

Nu kan två forskare, Per Ahlberg från Institutionen för fysiologi och utvecklingsbiologi, Uppsala universitet, och Zhu Min från Vertebratpaleontologiska institutionen i Beijing, Kina, slutligen visa upp ett unikt fossil som en gång för alla klargör hur vår inre näsborre uppkom. Deras resultat presenteras denna vecka i den internationellt ansedda vetenskapliga tidskriften Nature. Fossilet är en liten kvastfenig fisk, Kenichthys campbelli, som kommer från Kina och är ungefär 400 miljoner år gammalt. Forskarna har hittat skallar av flera individer: vissa av benen har fallit isär, men de är så väl bevarade att det går att se precis hur de passade ihop. Att döma av dess karaktärsdrag passar Kenichthys in i vårt stamträd precis mellan de fossila kvastfeningar som saknar choana och de som har denna inre näsborre.

Kenichthys har en bakre näsborre som ligger precis på läppen och separerar de två tandbärande överkäksbenen, maxillan och premaxillan. (Det är som om vi skulle ha en näsborre liggande i en glugg mellan framtänderna och hörntanden.) Den visar alltså upp ett perfekt mellanstadium i näsborrens vandring från ansiktet till gommen, och dessutom just det mellanstadium som vissa forskare har ansett som en anatomisk omöjliget. Tyvärr finns inte “kabeln” av nerver och blodkärl bevarad hos Kenichthys, men eftersom den normalt löper från maxillan till premaxillan måste den antingen ha varit avklippt eller också förskjuten till ett annat läge. Det påstått omöjliga var uppenbarligen möjligt, trots allt.

Än så länge vet vi inte hur evolutionen lyckades återknyta kontakten mellan maxillan och premaxillan, och återetablera “kabeln”, efter att näsborren hade vandrat förbi. Zhu och Ahlberg hoppas att framtida utvecklingsbiologisk forskning kan identifiera de molekylära mekanismer som styr konstruktionen av denna del av huvudet. En sak är dock redan uppenbar: det finns ett samband mellan näsborrens vandring hos våra förfäder och det ganska vanliga utvecklingsbiologiska problem hos människan som benämns käkspalt.

Under människofostrets utveckling bildas överkäken genom att två processer, som kommer att bilda maxillan och premaxillan, möts under den yttre näsborren och växer samman. På det sättet separerar de den yttre näsborren från choanan. Om sammanväxningsprocessen inte fungerar bildas en käkspalt, d.v.s en springa som löper rakt upp i nässäcken. Den här “tillkrånglade” relationen mellan överkäke och nässäck finns inte hos fiskar: hos dem ligger ju ingen näsborre på gommen, så överkäken bildas helt enkelt nedanför näsborrarna utan någon problematisk hopväxt av processer. Det verkar som om vår komplicerade utvecklingsprocess är ett “minne” av hur den bakre näsborren tog sig in på gommen mellan maxillan och premaxillan, som sedan möttes igen bakom den. Lite drastiskt skulle man kunna säga att mellanformen Kenichthys levde med käkspalt hela livet. En urgammal fossil fisk belyser alltså inte bara en viktig aspekt av vår tidiga evolution utan också orsakerna bakom ett av människans vanligaste utvecklingsbiologiska problem.

Kontaktinformation
För mer information kontakta professor Per Ahlberg på per.ahlberg@ebc.uu.se eller på 018-471 2641 (efter 7 november)
För bilder kontakta Anneli Waara på 018-471 1974 eller Anneli.Waara@uadm.uu.se