Forskarprofilen: Sophie Sanchez

Hon benar ut ursprunget till våra muskelpaket

Utan avancerad muskulatur hade de första fyrbenta djuren inte kunnat ta steget upp på land. Men hur samspelet mellan muskler och ben en gång utvecklades är fortfarande en gåta, som paleontologen Sophie Sanchez arbetar på att lösa.

Arbetsrummet på institutionen för organismbiologi ger förvånansvärt få ledtrådar om vad Sophie Sanchez ägnar sina dagar åt att undersöka. Hyllorna upptas till största delen av pärmar, lådor och högar med papper. Men på skrivbordet står två påslagna datorskärmar. På den ena syns en bild av ett benfragment. En del av bilden har förstorats kraftigt och avslöjar runda hålrum där benets celler suttit. Spår skymtar av något som liknar stora blodkärl. Detaljerna framträder med knivskarp skärpa från olika håll allteftersom Sophie Sanchez roterar bilden.

– Det här är ett överarmsben från Eusthenopteron, en fisk som levde i Kanada för 370 miljoner år sedan och var en nära släkting till de så kallade tetrapoderna, de första fyrbenta djuren. Vi kan se de kanaler där benmärg bildats och som leder vidare ut i fenornas ben.

Upptäckten är inte bara det första beviset på benmärg inuti fiskfenor. Den visar också på märgens inblandning i fenbenets förlängning Forskarnas förhoppning är att det ska bidra till svar på hur armar och ben en gång utvecklades. Benmärgen ligger dessutom bakom viktiga funktioner som nybildning av blodkroppar vilket påverkar blodcirkulation och reglering av immunsystemet.

– Vi vet att benmärgen spelat en viktig roll i tillväxten av ben hos landlevande ryggradsdjur och att märgen främst finns i armar och ben. Men det är  länge sedan vi tog oss från vatten till land och under den tiden har  formen och karaktärsdragen hos våra ben förändrats. Det går inte längre att se var i våra ben benmärgen utvecklats, säger Sophie Sanchez.

– Men om vi går tillbaka till vårt ursprung när strukturen var enklare kan vi hitta mer exakta svar. Uppstår det sen problem med benmärgen vet vi var vi bör fokusera. Den här kunskapen kan vara väldigt användbar för att förstå benmärgen ur biomedicinsk synpunkt.

Rönen om Eusthenopteron publicerades 2014 som ett resultat av ett samarbete mellan forskare vid Uppsala universitet och the European Synchotron Radiation Facility, ESRF, i Frankrike. Det är Europas största anläggning för produktion av synkrotronljus för paleontologisk användning. Med hjälp av de ytterst ljusstarka synkrotronstrålarna kan forskarna lysa igenom och detaljstudera inre strukturer som håligheter efter celler och blodkärl eller bentäthet. Kameraoptiken som är kopplad till ljusstrålarna har en upplösning på upp till 0,7 mikron, eller 0,7 miljondelar av en meter. Med den skapas mikrometerstora tredimensionella bilder som gör det möjligt att analysera fossil utan att skära itu materialet.

– De organismer vi undersöker har varit fossiliserade så länge så de har blivit lika ogenomträngliga som sten, säger Sophie Sanchez. Men synkrotronljuset ger högupplösningar på submikronnivå som gör det möjligt att studera alla möjliga strukturer. Jag är främst intresserad av de hålrum i benet där muskelfibrerna varit fästa. Och vi har för första gången kunnat lokalisera exakt var en muskel suttit på den 370 miljoner år gamla fisken Eusthenopteron.

Trots synkrotronljusets många fördelar har det visat sig svårt att kunna urskilja de minsta beståndsdelarna i benmineralen, så kallad apatitmineral, utan att dela benet i bitar och förstöra materialet. Tillsammans med europeiska paleontologer och synkrotronfysiker arbetar Sophie Sanchez på att utveckla synkrotronljustekniken för att kunna studera benstommen hos fossiler i än större detalj.

– Vi hoppas snart kunna utföra nya experiment för att få fram den information vi behöver. Hur levde och rörde sig de här djuren? Och hur kunde alla dessa förmågor fogas samman så de kunde ta sig upp ur vattnet? På så sätt hoppas jag få fram hur övergången från fisk till fyrbenta djur gått till, vilket ju också handlar om vårt eget ursprung.

Det var under doktorandstudierna i biologi som hon fastnade för utvecklingen från fenor till armar och ben och det evolutionära steget upp på land. Sophie Sanchez studerade vid Naturhistoriska museet i hemstaden Paris när hon en dag stötte på Per Ahlberg, professor i evolutionär organismbiologi vid Uppsala universitet. Kort därefter tog hon kontakt med honom och föreslog ett gemensamt forskningsprojekt.

– Jag frågade honom och paleontologen Jenny Clack från Cambridge om de var intresserade av att jag tittade på benvävnaden i de tidiga fyrbenta djuren. Ingen annan hade gjort det förr så man visste inget om dessa avgörande fossilers fysiologi eller levnadshistoria. Jag föreslog att vi kunde göra några experiment vid synkrotronanläggningen i Frankrike för att inte skada proverna. När resultaten senare visade sig vara väldigt lovande kom jag till Uppsala 2009 och började som post-dok hos Per Ahlberg.

Idag leder Sophie Sanchez en egen forskargrupp med två doktorander, en post-dok och en masterstudent. Hon ansvarar också för masterkursen Evolution och utveckling och är involverad i ytterligare tre kurser. Förhoppningen är att kunna sprida samma passion för forskning som hon själv känner.

– När jag undervisar vill jag få studenterna att engagera sig, ställa frågor och vilja lära sig ännu mer. Där tror jag ny teknik kan vara till stor hjälp. Ett exempel är scanningelektronmikroskopet som jag använder i en kurs om växtstrukturer Det är ett väldigt avancerat verktyg som aktiverar studenterna och uppmuntrar till samspel vilket jag tror även hjälper dem att komma ihåg mer. Sen får de ju också prova på den teknik som används inom riktiga forskningsprojekt.

Med all undervisning har hon idag mindre tid för sin egen forskning, vilket hon ibland kan sakna.

– Jag tycker det är jättespännande att vara forskare och få gå ut i fält, samla in prover, förbereda dem, göra experiment och sammanställa information. Visst handlar det också om att ha mycket tålamod och motivation, men när du till slut får dina resultat så är det värt allt hårt jobb.

Det råder ingen tvekan om det stora målet.

– Att kunna rekonstruera muskulaturen hos dessa utdöda fyrbenta djur vore en dröm för mig. Skulle det lyckas vore det helt fantastiskt.

Anneli Björkman