Vis met vingers verheldert evolutie

Amerikaanse paleontologen hebben een ‘missing link’ ontdekt tussen vissen en viervoetige landdieren. De larve van de lepelsteur, Polyodon spathula, blijkt vinger- en handachtige botstructuren op dezelfde wijze te ontwikkelen als het fossiel Tiktaalik roseae, een dier dat 383 miljoen jaar geleden leefde. De onderzoekers publiceren hun resultaten vandaag in het Britse wetenschappelijke tijdschrift Nature.

Dit nieuwe inzicht maakt het beter voorstelbaar dat oervissen in staat waren om uit hun vinnen langzaam looppoten te ontwikkelen. Lang is gedacht dat de ontwikkeling van poten een echte evolutionaire innovatie is geweest, waarbij nieuwe genen ontstonden die de ontwikkeling een ander kant op stuurden. Maar uit het nieuwe onderzoek blijkt dat de genetische machinerie voor de aanleg van vingers en tenen waarschijnlijk al in volle glorie aanwezig was in oervissen. Een iets andere regulatie van die genen was voldoende om uit de vinnen poten te ontwikkelen, zodat de weg naar het land openlag. Dat alle moderne beenvissen het vermogen tot pootvorming missen, komt doordat deze eigenschap in de loop van de evolutie verloren is gegaan. Eén uitzondering heeft het overleefd: de antieke lepelsteur.

De overgang van vis naar viervoeter kon tot nu toe alleen aan de hand van fossielen worden bestudeerd. In de jaren vijftig vonden onderzoekers op Groenland het fossiel van Acanthostega van 365 miljoen jaar oud, het oudst bekende eerste landdier. En er was het fossiel van Panderichthys, een vis met de eerste landdierkenmerken van 380 miljoen jaar oud. In 2004 ontdekten onderzoekers op het Ellesmere Island Noord-Canada de missende en veelgezochte tussenvorm. Ze groeven drie vrijwel complete fossielen op van Tiktaalik roseae. Dit wordt gezien als een van de eerste gewervelde dieren die zich op het land begaf. Tiktaalik was nog voornamelijk een zeedier, maar de bouw van zijn primitieve poten, zijn hals en zijn schouders laat zien dat de overgang van vinnen naar poten in volle gang was.

Maar nu blijkt er nog een moderne equivalent te zijn, de lepelsteur. Vanwege de vele primitieve kenmerken staat de vis bekend als een ‘levend fossiel’. Hij zwemt nog altijd rond in de Amerikaanse rivier de Mississippi.

Onderzoekers onder leiding van paleontoloog Neil Shubin van de universiteit van Chicago besloten om eens in detail te bekijken hoe primitief deze vis eigenlijk was. Ze bestudeerden de embryonale aanleg van de vinnen van de steur en stuitten daarbij op een belangrijke ‘missing link’. Ze ontdekten dat in de lepelsteur zogeheten bouw-plangenen actief zijn, die ook actief zijn in viervoeters maar niet in vissen.

De ontwikkeling van de borstvinnen van de lepelsteur laat een wisselend patroon zien van verbening en kraakbeenvorming. Het heeft kenmerken van de ontwikkeling van vinnen bij beenvissen, maar ook van de ontwikkeling van ledematen bij viervoeters.

In de vinnen van de lepelsteur komen langgerekte botjes tot ontwikkeling, die zich vertakken rondom het polsgewricht, een typisch kenmerk van de ledenmaatontwikkeling bij viervoeters. Tegelijkertijd heeft de vin nog wel zogeheten vinstralen die weer typisch zijn voor beenvissen. Op moleculair niveau blijkt dat bepaalde bouwplan-genen hiervoor verantwoordelijk zijn. Het patroon daarvan tijdens de ontwikkeling heeft elementen van beenvissen, maar ook van viervoeters.