Geologer har länge hävdat att djurens uppkomst möjliggjordes tack vare en ökande syrehalt i atmosfären, men det är en tes som varit svår att bevisa. Nu har forskare vid Lunds universitet angripit frågan tvärvetenskapligt och lagt fram en ny hypotes om varför djuren lyckades diversifiera för cirka 543 miljoner år sedan. Med hjälp av ledtrådar från tumörbiologi menar de att en biologisk nyckel gav djuren framgång.

Att ta ett evolutionärt grepp är ingenting som cancerforskare brukar göra, även om tumörers utveckling allmänt ses som en evolutionär process. Och att ta ett cell-perspektiv är inte vanligt inom geobiologin. Men efter att ha överlappat sin expertis, är båda lundaforskarna Emma Hammarlund och Sven Påhlman förvånade över att vi inte tidigare undrat över vår egen förmåga att under årmiljoners evolution kunnat förnya vävnad trots höga syrehalter.

– Det finns säkert många som intuitivt inte skulle hålla med. Men vi har vänt på kikaren och har man väl gjort det, så ser man hur observationerna hänger ihop. Då går det inte att backa, säger Sven Påhlman, professor i molekylär medicin vid Lunds universitet.

Den nya hypotesen innebär alltså att djurs dramatiska intåg kommer sig av en revolution i djurens egen biologi och inte i en förändring i Jordens omgivande kemi. Hypotesen kan också få ytterligare betydelse för hur vi ser på olika djurs förmåga att leva i syresatta miljöer och kanske även för hur vi ser på cancer som en evolutionär konsekvens av vår förmåga att leva i syresatt miljö.

Historiskt fokus på högt syre

Jorden är 4,5 miljarder år gammal men det tog nästan 4 miljarder år innan flercelligt liv – i form av djur – diversifierade till nya slags ekosystem med enorm artrikedom. Djurens diversifiering som skedde under en förhållandevis kort period var dramatiskt och kallas därför för den kambriska explosionen (se faktaruta).

Geologer har länge förmodat att den kambriska explosionen startades av en syrestigning i atmosfären. Det har dock varit svårt att finna övertygande bevis för att syre steg i just kambrium. Tvärtom visar forskning nu att dramatiska förändringar i luftens syrehalt skedde både före och efter kambrium, men inte just när djurrikedomen satte fart. Och andra studier visar att enkla djur kräver förvånansvärt låga syrehalter. Vår ökade förståelse för jordens och livets historia stödjer alltså inte den gamla förklaringen att en skillnad i omgivande syre startade en revolution bland djurformer.

– Vi har nästan stångat oss blodiga i jakten på geokemiska bevis för att syre ökade när djuren diversifierade så kraftigt. När vi istället kanske borde ha betraktat utvecklingen av flercellighet med andra ögon, säger geobiologen Emma Hammarlund, forskare vid avd. för translationell cancerforskning vid Lunds universitet. Hon kommer närmast från det Nordiska Centret för Jordens Utveckling, som är ett samarbete mellan Syddansk universitet och Naturhistoriska riksmuseet.

Läs även: Köttätande bakom människans spridning över jorden

Vad tumörer avslöjar

För att förstå mer om förutsättningarna för flercelligt liv kontaktade Emma Hammarlund, tumörbiologen Sven Påhlman på Institutionen för laboratoriemedicin vid Lunds universitet, som forskar på syrebrist i tumörceller.

– Eftersom vi geologer inte kan återskapa den kambriska explosionen i laboratoriet, så ville jag förstå mer om den flercellighet som tumörforskare ser dagligen och vad de vet om hur syre påverkar skapandet av ny vävnad. Tumörer är ju trots allt en framgångsrik slags flercellighet, förklarar Emma Hammarlund.

Emma och Sven, har tillsammans med tumörbiolog Kristoffer von Stedingk vid Lunds universitets avdelning för Pediatrik, nu angripit den historiska frågan om varför djur utvecklades så sent och dramatiskt med hjälp av ledtrådar från det tumörbiologiska fältet.

Läs även: Inte så unika som vi tror

En gemensam nyckel till den syresatta, energirika miljön

Som framför ett evolutionärt pussel, har forskarna testat ifall kunskap om tumörers framgång också kan förklara något om djurens framgång i den kambriska explosionen.

– Generellt ser vi syrebrist – alltså det vi kallar hypoxi – som ett hot, men glömmer då att viss syrebrist också är en nödvändighet för flercelligt liv. Våra stamceller som är de som bildar ny vävnad, är oerhört känsliga för syre. Stamcellerna har därför olika system för att hantera effekterna av både syre och syrebrist, något som är tydligt i tumörer, säger Sven Påhlman.

Genom att studera tumörcellers förmåga att efterlikna stamcellers egenskaper, så har Sven Påhlmans grupp sett hur tumörceller kidnappar specifika system som kringgår effekter av högt syre. Följden blir att tumörcellerna kan ha stamcellers egenskaper, trots att de omges av de höga syrekoncentrationer som också finns i kroppen. Den förmågan, menar författarna, är en av de nycklar som gjort också djur så framgångsrika.

– Förmåga att konstruera stamcellsegenskaper trots högt syre finns även i vår normala vävnad.  Vi vänder alltså på perspektivet: att klara lågt syre är inget problem men för flercelligt komplext liv är högt syre en utmaning, eftersom högt syre driver vävnadsspecifika stamceller att mogna ut för tidigt, avslutar Sven Påhlman.

Text: ÅSA HANSDOTTER 

Artikeln är tidigare publicerad som nyhet på Lunds universitets hemsida

Vetenskaplig artikel i tidskriften Nature Ecology & Evolution

Refined control of cell stemness allowed animal evolution in the oxic realm