Als vinnen niet in ledematen waren veranderd, waren wij mensen – en alle andere gewervelde organismen – er vandaag de dag waarschijnlijk niet geweest. Maar hoe is die transitie van vin naar ledemaat nu te verklaren?

Een nieuwe studie van een internationaal team van onderzoekers – waaronder de Nederlander Wouter Masselink – geeft daar onder leiding van professor Peter Currie (Australian Regenerative Medicine Institute) meer inzicht in. De onderzoekers ontdekten een mechanisme dat de evolutie van vin naar ledemaat kan verklaren.

Cruciale stap
Masselink legt uit: “Vin naar ledemaat-evolutie was een cruciale stap voor gewervelde dieren om op het land te kunnen leven. Om een vin in een ledemaat te laten veranderen zijn er in essentie twee dingen nodig. Ten eerste moet het vinblad verdwijnen, dit is niet meer nodig en zit alleen maar in de weg, ten tweede moeten de spieren en botten in de vin groter en sterker worden om op het land te kunnen bewegen. Als je naar de evolutie van vissen kijkt, dan zie je dit duidelijk ook naar voren komen in fossielen. Hoe deze verandering echter kan gebeuren was voor lange tijd onbekend. In 1992 was het uiteindelijk voorgesteld door Peter Thorogood dat de formatie van het vinblad tijdens de embryonale ontwikkeling vertraagd is, totdat uiteindelijk het zolang wordt uitgesteld dat het vinblad helemaal niet meer vormt. Dit zou zowel de toename in bot en spier (mesenchyme) en de afname in de vinblad-lengte op een elegante wijze kunnen verklaren. Het was echter compleet onbekend hoe de formatie van het vinblad wordt gestart.”

AER
Maar daarover is dankzij het werk van Masselink en collega’s nu meer duidelijk geworden. “Het vinblad wordt gemaakt uit het AER, een stukje weefsel aan de rand van de embryonale vin. Wij hebben een nieuw celtype ontdekt in het vinblad van zebravissen. De infiltratie van deze cellen in het AER valt samen met de formatie van het vinblad. We hebben op twee verschillende manieren deze cellen verwijderd en vervolgens gekeken wat er in de zebravis gebeurde. We zagen dat het vinblad niet vormt en dat het weefsel wat spier en bot vormt meer groeit. We zien deze cellen in verschillende mate in verschillende vis soorten. Haaien zijn bijvoorbeeld een hele primitieve soort vis, deze hebben veel van deze cellen relatief vroeg tijdens de embryonale ontwikkeling van de pectoraal vin. De Amerikaanse lepelsteur is een goed voorbeeld van een primitieve straalvinnige vis (de meeste vissen – ook de zebravis – zijn straalvinnig) deze hebben iets minder van deze cellen in hun pectoraal vinnen en ook op een later tijdstip. Als laatste hebben we ook naar de Australische longvis gekeken, dit is een voorbeeld van een spiervinnige vis. Deze zijn nauw verwant aan viervoetigen (wij zijn ook viervoetig!). Deze longvissen hebben heel weinig van deze cellen, die op een nog later tijdstip in het vinblad te vinden zijn en op latere tijdstippen zelfs totaal verdwijnen. Deze data bevestigd voor ons dat Thorogoods hypothese inderdaad correct is, en wij hebben het mechanisme ontdekt dat deze transitie bewerkstelligt.”

“Biologie is wonderbaarlijk en een grote puzzel waarvan we nog niet eens weten hoeveel stukjes we eigenlijk nodig hebben”

Lange weg
Aan de ontdekking is een lange weg voorafgegaan, vertelt Masselink. “Veel mensen denken misschien – ten onrechte – dat een wetenschapper roept ‘Eureka, ik heb ’t!’. Dit is echter niet de realiteit, de meest interessante ontdekkingen komen vaak voort uit een rare observatie. Ik kan me het nog heel goed herinneren, dat ik achter de microscoop zat en een paar rare cellen zag die daar niet zouden moeten zijn. Het heeft mij uiteindelijk veel moeite gekost om mijn professor te overtuigen om hier verder onderzoek naar te doen, hij was – zoals het een wetenschapper betaamt – erg sceptisch. Wij zijn dan ook allemaal erg blij dat we dit wel hebben gedaan en jaren aan onderzoek uiteindelijk loont.”

Maar met het onderzoek van Masselink zijn nog lang niet alle vragen beantwoord. “De logische vervolgvraag is hoe deze cellen hun migratie in het AER bewerkstelligen. Maar veel breder dan dat, dit onderzoek zegt niks over hoe de verschillende delen van een arm (bovenarm, onderarm en hand) zijn ontstaan. Dat staat hier los van en is een vraag op zich. Hier wordt ook veel onderzoek naar gedaan, waar het laatste woord ook nog niet over is gezegd (…) Biologie is wonderbaarlijk en een grote puzzel waarvan we nog niet eens weten hoeveel stukjes we eigenlijk nodig hebben. Dit onderzoek geeft ons één van die stukjes, en vertelt ons iets over hoe onze (hele verre) voorouders de overgang hebben gemaakt van water naar land.”