Norbert Wu/Minden Pictures/Getty Images
De olifantshaai is in de afgelopen 420 miljoen jaar weinig veranderd, waardoor zijn DNA-sequentie waardevol is voor vergelijking met andere gewervelde soorten.
Een vreemd uitziende vis met een buitenmaatse snuit is de meest primitieve gewervelde kaaksoort waarvan de volgorde van het genoom is vastgesteld. De DNA-sequentie van de olifantshaai helpt verklaren waarom haaien een kraakbenig skelet hebben en hoe de mens en andere gewervelde dieren een verworven immuniteit ontwikkelden.
Elifantshaaien (Callorhinchus milii) maken deel uit van een vroege evolutionaire tak van kraakbeenvissen die bekend staan als chimaeras, die verwant zijn aan haaien en roggen. Ze patrouilleren in de diepe wateren van Zuid-Australië en Nieuw-Zeeland, en gebruiken hun kenmerkende snuit om te jagen op schelpdieren die in het zand begraven liggen. Hoewel het niet bekend is dat olifantshaaien mensen aanvallen, hebben ze een zeven centimeter lange stekel op hun rugvin, die wordt gebruikt om zich te verdedigen tegen roofdieren.
Zes jaar geleden kozen wetenschappers C. milii uit als de eerste kraakbeenvis die werd gesequenced vanwege zijn relatief kleine genoom – ongeveer een derde van de grootte van het menselijke genoom. “We hebben veel genomen van amfibieën, vogels en zoogdieren, maar geen haaien,” zegt studie auteur Byrappa Venkatesh, een vergelijkende-genomica-expert bij het Agentschap voor Wetenschap, Technologie en Onderzoek in Singapore.
Dumbo van de zee
Omdat de olifantshaai een vroeg gewerveld dier met kaken is en weinig is veranderd sinds het verschijnen van de beenvissen zo’n 420 miljoen jaar geleden – waarmee het de langzaamst evoluerende van alle bekende gewervelde dieren is – dient hij als een belangrijke basislijn voor vergelijkende genomica. “We gaan dit genoom de komende jaren als referentie gebruiken,” zegt Venkatesh. Het genoom is vandaag gepubliceerd in Nature1.
Tot nu toe hebben wetenschappers het genoom gesequenced van acht beenvissen en twee kaakloze gewervelde dieren, lampreien genaamd. Haaien, roggen en chimaera’s onderscheiden zich van andere gewervelde dieren met kaken doordat hun skelet voornamelijk uit kraakbeen bestaat in plaats van uit bot. Hoewel wetenschappers wisten welke genen een rol spelen bij de botvorming, was het niet duidelijk of haaien hun vermogen tot botvorming waren kwijtgeraakt of dat zij dit in het begin gewoon nooit hadden gehad. Haaien maken immers wel bot in hun tanden en vinstekels.
De sequentie onthult dat leden van deze groep één genenfamilie missen die het proces van kraakbeen in bot verandert, en dat een genverdubbeling aanleiding gaf tot de transformatie in gewervelde botten. Toen de onderzoekers een van deze genen in een zebravis uitschakelden, verminderde het vermogen van de zebravis om bot te vormen aanzienlijk.
John Postlethwait, ontwikkelingsbioloog aan de Universiteit van Oregon in Eugene, noemt de bevindingen “verhelderend”. Hij bestudeert Antarctische ijsvissen (Notothenioidei), die in de loop van de evolutie het vermogen tot botvorming hebben verloren, en zal nagaan of zij dezelfde genen missen als het genoom van de olifantshaai.
Evoluerende immuniteit
Het genoom van C. milii helpt ook belangrijke vragen te beantwoorden over de evolutie van verworven immuniteit, die de basis vormt voor vaccinatie en mensen en andere gewervelde dieren in staat stelt nieuwe ziekteverwekkers te bestrijden. Olifantshaaien beschikken over killer T-cellen, die direct door virussen geïnfecteerde lichaamscellen vernietigen, maar ze missen helper T-cellen, die helpen bij het reguleren van de algemene immuunrespons op een infectie. De nieuwe sequentiegegevens suggereren dat verworven immuniteit in twee stappen is geëvolueerd, en niet in één stap zoals eerder werd gedacht.
Er wordt nu gewerkt aan de sequentiebepaling van meer kraakbeenvissen, waaronder de kleine vleet (Leucoraja erinacea) uit Noord-Amerika en de kleingevlekte kathaai (Scyliorhinus canicula).
Igor Schneider, een evolutiebioloog aan de Federale Universiteit van Pará, Brazilië, die bestudeert hoe ledematen uit vissenvinnen zijn geëvolueerd, is enthousiast over het gebruik van de sequentiegegevens in zijn eigen werk. “Het genoom van de olifantshaai is van onschatbare waarde voor vergelijkende studies”, zegt hij, en hij hoopt dat het hem zal helpen “de genetische stappen naar leven op het land” te bepalen.