Avanserte genetiske metoder løste hybridgåten

calanus krepseart sett i lupe

Viktige i økosystemene. Hoppekreps i slekten Calanus spiller en viktig rolle i de marine økosystemene. Samtidig endrer leveforholdene seg når havet blir varmere. Foto: Mads Schultz

Avanserte genetiske metoder løste hybridgåten
De to hoppekrepsartene lever side om side, formerer seg på samme tid og er så like at man ikke ser forskjell på dem. Men kan de parre seg med hverandre?

Skjerstadfjorden i Nordland. Fra det smale utløpet i Saltstraumen brer den seg vid og dyp østover mot Fauske og Rognan. Her finner man rike forekomster av populære fiskeslag som kveite, sei og sjøørret.

Grunnlaget for denne fiskerikdommen finner vi i den lille hoppekrepsen Calanus. Det lille dyret lever av planteplankton og lagrer energien i form av flytende lipider, oljer. Det gjør den til ypperlig mat for små fiskelarver.

Og nettopp her i Skjerstadfjorden finner man flere arter av Calanus. Ikke bare den velkjente C. finmarchicus, bedre kjent som raudåte, men også den arktiske slektningen C. glacialis.

– De to artene er ekstremt like og har overlappende utbredelse. Med stadig varmere klima vil disse overlappende områdene bli stadig større, sier forsker Marvin Choquet.

De to artene er så like at man må bruke genetiske metoder for å skille dem. Spørsmålet nå er om arter som trives i varmere vann, slik som C. finmarchicus, vil bre seg nordover og eventuelt fortrenge arter som trives best ved lave temperaturer. Arter som er nær i slekt kan også begynne å parre seg med hverandre og gi opphav til krysninger.

Skulle C. finmarchicus fortrenge C. glacialis i Arktis vil det kunne få dramatiske konsekvenser for de marine økosystemene.

liten båt på vann med to personer ombord
Forskes mye på. Få fjordsystemer i verden er så grundig studert som Skjerstadfjorden ved Bodø. Her fulgte forskerne hoppekrepsbestandene gjennom et helt år i jakten på hybrider. Foto: Galice Hoarau.

Et perfekt sted for krysninger

Men hvordan kan man vite om et bitte lite, nesten gjennomsiktig krepsdyr, så lite at det må observeres i mikroskop, er en krysning? Dette spørsmålet har opptatt forskningsgruppen til professor Galice Hoarau det siste tiåret, ikke minst etter at det ble rapportert om funn av hybrider av de to hoppekrepsartene langs kysten av Øst-Canada.

– Spørsmålet om hybridisering førte til en ganske opphetet debatt, forteller Hoarau.

For da forskerne i Bodø begynte å lete etter hybrider, fant de ingen. Selv om de sjekket dyreplanktonprøver samlet inn over hele Nord-Atlanteren. Det fikk forskerne i Bodø til å vende blikket mot Skjerstadfjorden.

– Vi hadde funnet begge artene i fjorden, i stort antall gjennom hele året. Vi visste også at de ville reprodusere samtidig. Det gjorde fjorden til et perfekt sted å lete, sier Marvin Choquet.

Også prøver fra Mistfjorden nord for Bodø ble inkludert. Men resultatet var det samme. Selv om de hentet prøver hver måned gjennom et helt år, fant de ikke en eneste hybrid. Hvordan kunne det ha seg?

Svaret viste seg å ligge i hvilke genetiske markører som ble brukt.

– Hybridfunnene i Canada var basert på bruk av mikrosatellitter, forklarer Choquet.

Så hva i all verden er mikrosatellitter? Her kan det være greit med litt grunnleggende genetikk-kunnskaper. Genene våre (og hoppekrepsene sine) består av DNA, som er bygd opp av fire ulike molekyler, kalt nukleotider, som inneholder en av basene Adenin, Tymin, Cytosin eller Guanin. Disse forkortes A, T, C og G og kan sammenlignes med et slags «genenes alfabet». De fire basene ligger etter hverandre langs DNA-tråden, og kan leses som den genetiske koden eller som genetiske sekvenser.

Mann med blå skjorte og caps smiler foran landskap
Doktor fra Nord. Marvin Choquet tok sin doktorgrad ved Nord universitet. I dag er han forsker ved Naturhistorisk museum, Universitetet i Oslo. Foto: Privat

Kjempestort genom

Når forskerne bruker genetiske markører, ser de etter helt bestemte sekvenser på DNA-tråden som kan brukes som kjennetegn, f.eks. på en bestemt art. Mikrosatellitter er en slik markør, og består av sekvenser som gjentas et visst antall ganger. Et slags hakk i plata. I en art kan sekvensen, f.eks. ATC, ligge tre ganger etter hverandre, mens i en annen art gjentas den fem ganger. En krysning av de to artene vil da inneholde begge de to variantene.

– Men Calanus har et svært kompleks DNA med mye repetisjoner. Det gir utfordringer når man skal sekvensere og analysere det, med risiko for at man ser på feil regioner, forklarer Choquet.

Man kan med andre ord tro at man ser på mikrosatellitt nr. 1 fra art A, som er annerledes enn mikrosatellitt 1 i Art B, og man tror man har en hybrid. Men det man egentlig ser på er en mikrosatellitt fra et helt annet sted på DNA-tråden.

– Derfor utviklet vi seks molekylære markører, InDels, designet og testet for å brukes på Calanus, forteller Choquet.

InDels er små sekvenser som gjennom evolusjonens gang er lagt til (Insertion) eller tatt bort (Deletion) fra bestemte områder på DNA-tråden.

– Metoden ble designet og testet spesielt for å lete etter Calanus-hybrider. Vi analyserte prøver fra hele Nord-Atlanteren og det Arktiske hav, uten å avdekke hybrider. Det tydet på at de tidligere funnene var et resultat av metodefeil knyttet til disse mikrosatellittene, sier Choquet.

Funnene fra Bodø var likevel ikke nok til å overbevise alle forskere verden rundt om at artene ikke hybridiserte. Det fikk forskerne ved Nord universitet til å gå enda grundigere til verks.

– Vi bestemte oss for å ta i bruk den virkelig store hammeren, forteller Hoarau.

I stedet for å se etter noen få, spesifikke områder på hoppekrepsens DNA, ville de nå se på hele genomet.

– Utfordringen er at Calanus har et veldig stort genom. I hver eneste celle er det så mye DNA at det nesten er uoverkommelig å analysere alt. Calanus har mellom to og fire ganger så mye genetisk informasjon som mennesker, sier Choquet.

Tre forskere på laboratorium
Studerer Calanus. Forskerne ved Nord universitet har utviklet egne molekylære markører for å studere de genetiske forskjellene mellom Calanus-artene. F.v: Professor Galice Hoarau, forsker Apollo Lizano og senioringeniør Irina Smolina.

Bare tilsynelatende like

Løsningen ble å se etter «Single nucleotide polymorphisms», forkortet SNP og uttalt «snips». En «snips» er en variant der kun ett enkelt nukleotid, dvs. en av bokstavene, er byttet ut. For å få et godt utvalg av slike «snips», plukker man ut tilfeldige biter fra mange ulike regioner på DNAet.

– Denne metoden gjør at vi kan analysere tusenvis av markører fra hele DNAet. Ikke bare fra en liten del av det ,slik man gjør med mikrosatellitter og InDels, sier Choquet.

Ved å se etter slike «snips» fra områder på DNAet som var overlappende for C.finmarchicus og C. glacialis, fant de helt egne DNA-profiler for de to artene.

– Våre analyser viser ingen tegn til hybridisering, noe som tyder på at det er usannsynlig at de to artene kan krysse seg, sier Choquet.

Tar du en vannprøve fra Skjerstadfjorden og legger den under lupen, vil du sannsynligvis kunne få øye på eksemplarer av både C. finmarchicus og C. glacialis. Men ingen krysninger.

De to artene som er prikk like på utsiden, er så genetisk forskjellige at de antagelig ikke kan få levedyktige avkom om de skulle parre seg med hverandre.

– Det kan handle om små subtile forskjeller i kjønnsorganer eller i feromoner, som vi foreløpig vet veldig lite om, sier Choquet.

At de to artene ikke hybridiserer, gjør det enklere for forskerne å studere effekten av klimaendringer på økosystemene.

– Nå som vi vet at de ikke hybridiserer, kan vi gå videre og studere om hver art har en eller flere populasjoner innenfor sine utbredelsesområder.

Eller, for å vende tilbake til hoppekrepsene i Skjerstadfjorden: Lever individene av C. glacialis og C. finmarchicus isolert inne i fjorden, avskjermet fra sine artsfrender ute i åpent hav? Eller skjer det en utveksling der individer fra andre områder kommer til og blander genene sine med «fjordboerne»? Vandrer «fjordboerne» ut i Norskehavet og sprer genene sine der? Dette er viktig kunnskap for å forstå hvor stabilt et økosystem er.

– Å få oversikt over det genetiske samspillet innen en art, på tvers av utbredelsesområdet, er første skritt for å forstå i hvilken grad arten kan motstå miljøendringer, slår Choquet fast.

Kilder:

Marvin Choquet m.fl: Unmasking microsatellite deceptiveness and debunking hybridization with SNPs in four marine copepod species of Calanus 

Fakta:

DNA er arvestoffet som finnes i alle celler.

DNA inneholder oppskrifter som bestemmer hvordan organismen skal se ut og fungere. Disse oppskriftene kalles gener.

Genene videreføres fra en generasjon til den neste. Alt DNA må kopiere seg selv når nye celler dannes ved celledeling. De nye cellene har helt likt DNA.

DNA har form som en lang, dobbelttrådet heliks hvor genene ligger etter hverandre på rekke. Disse trådene er pakket tett sammen med proteiner i kromosomer.

En organismes samlede DNA kalles genomet. Hver celle i en organisme inneholder de samme oppskriftene, men ikke alle kommer til uttrykk i hver celle.

Kilde: Lene Martinsen/Store Norske leksikon