För de första djuren på jorden kan syret ha varit både en välsignelse och ett stort hinder. Forskaren Emma Hammarlund undersöker vad tumörer kan berätta om varför nästan alla djurgrupper uppstod samtidigt.
Publicerad:
För 540 miljoner år sedan startade en revolution. Fram till dess hade livet på jorden varit framgångsrikt men ganska enformigt, gott om encelliga organismer man inte så mycket mer. Sedan plötsligt smäller det till och haven fylls av flercelliga djur. I princip alla stora djurgrupper, från leddjur och bläckfiskar till musslor och ryggradsdjur dyker upp inom en period på bara några tiotal miljoner år. Det är en blinkning i jordens historia men lade grunden till allt djurliv som kommit efter det.
– Jag har alltid var intresserad av de stora sambanden, hur allt hänger ihop på jorden. En av mina grundfrågor är: Hur lyckades vi djuren på så kort tid bli så diverserade? säger Emma Hammarlund. Hon är geobiolog och forskar vid både Lunds Universitet och Syddanskt universitet. Fokus för forskningen är just vad det var som hände när de flercelliga djuren blev vanliga under den kambriska explosionen.
Tidigt liv
Det första livet på jorden, bakterier och encelliga organismer, uppkom snabbt efter att jorden bildats, men sedan tog det miljarder år innan flercelliga organismer dök upp, och ännu längre tid innan flercelliga djur utvecklades.
Det finns flera olika hypoteser om vad det egentligen var som hände under den så kallade kambriska explosionen, men en av de ledande idéerna var att mer syre gjorde det möjligt för djuren att få en mer effektiv ämnesomsättning och därmed växa sig stora.
– Från början utgick även jag ifrån att det måste ha varit förändringar i omgivningen som har tillåtit djurliv att utvecklats och diversifiera så snabbt, säger Emma Hammarlund.
Mer komplext
Men istället för ett enkelt samband så stötte hon på fler och fler resultat som tydde på att historien var mer komplex. För det första så visade geologiska analyser att mängden syre i haven var ganska konstant både innan, under och efter den period då djuren utvecklades.
Alger började tillverka syre genom fotosyntes redan för mer än tre miljarder år sedan. Under den kambriska explosionen var syrehalten dessutom bara cirka 5 procent, alltså långt under dagens 21 procent.
– Det var ju väldigt spännande, men jag började bli lite förvirrad. Jag tänkte: Vad häftigt! Vi har för lite syre när vi borde ha mycket. Hur sitter det här ihop?
Tar hjälp av tumörer
Mysteriet fick Emma Hammarlund att också börja undersöka tumörer. Hon hade en idé om att en cancercells förmåga att växa och bli flercellig kunde innehålla ledtrådar till hur de första djuren fungerade. Så hon kontaktade Sven Påhlman vid Lunds universitet som forskat på tumörer i det perifera nervsystemet och hur dessa tumörceller reagerar på syre.
Syre är nämligen ett tveeggat svärd. Å ena sidan så behöver vi syre för att kunna ha en effektiv ämnesomsättning på samma sätt som en eld behöver syre för att brinna. Det är en förutsättning för att kunna vara ett större, flercelligt djur. Men å andra sidan är högt syre en utmaning eftersom det påverkar celler och arvsmassan, det gör bland annat att stamceller förlorar sin förmåga att bli olika celler.
– Stamcellsforskare har vetat sedan tio år tillbaka att stamceller 'ogillar' syre. Om man tar ut benmärgstamceller, som vanligtvis ligger i miljö med lågt syre, och till exempel lägger ut på ett bord så kommer de att direkt differentiera till andra celltyper, säger Emma Hammarlund.
Skydda stamceller
Så de två forskarnas hypotes är att varje flercelligt djur som vill överleva i en syrerik miljö måste hitta ett sätt att skydda sina stamceller från syrets effekter.
De hittade en förklaring i en familj transkriptionsfaktorer, alltså protein som styr vilka gener som är aktiva, som kallas HIF-alfa. De hjälper cellerna att hantera både högt och lågt syre. Emma Hammarlund tror att detta är en av förklaringarna till att ryggradsdjur blivit så framgångsrika.
– Nu ser jag djurliv nästan som ett gated community. Att det faktiskt inte har gått för stort liv att vara i syresatta nischer förrän man fick rätt biologiska verktyg för att bevara stamceller, som vi har, säger hon.
Emma Hammarlund har flera experiment på gång för att undersöka kopplingen mellan syre, stamceller och utvecklingen av flercelligt liv. Och hon ska fortsätta arbeta med tumörer.
– För att förstå evolution av stort liv på jorden så tror jag verkligen att det är en hemlig bakdörr som inte ännu riktigt uppskattas för vad den kan ge, säger hon.
TEXT: Torill Kornfeldt