De flesta av oss lärde oss i skolan att det finns tre typer av levande däggdjur – eutherier, pungdjur och monotremer – och att de mest uppenbara skillnaderna mellan dem är hur de förökar sig. De eutheriska eller ”placentala” däggdjuren, som människor, utgör den stora majoriteten av dagens mångfald av däggdjur. Eutherier har alla en chorioallantoisk placenta, ett anmärkningsvärt organ som bildas efter befruktningen på den plats där embryot kommer i kontakt med slemhinnan i moderns livmoder (Langer, 2008).

Marsupialer och monotremer hanterar graviditeten på olika sätt (Abbot och Rokas, 2017; Renfree, 2010). Äggläggande monotremer, som det ankgnagda näbbdjuret, har små ”puggles” som kläcks ur läderartade skal. Marsupialer – känguruer, koalor, bandicoots, opossum och så vidare – har levande födslar, men deras graviditeter är korta och deras små joeys är utvecklingsmässigt omogna, och verkar inte ha något större behov av en moderkaka. Efter födseln fortsätter joeyerna att utvecklas utanför moderns kropp, ofta i veck och påsar på moderns buk.

Hos pungdjur är den mjölk som modern tillhandahåller efter födseln central för avkommans utveckling, och till skillnad från hos eutheriska däggdjur förändras mjölkens sammansättning dramatiskt när de unga joeyerna växer. I huvudsak utför bröstkörtlarna hos pungdjur många av de funktioner som placentan hos eutherier har (Renfree, 2010; Sharp et al., 2017; figur 1). Och för att vända upp och ner på vad du kanske har lärt dig på biologiundervisningen ännu mer, har marsupialer trots allt en moderkaka, men den utvecklas sent under dräktigheten och från andra vävnader jämfört med eutherier. Skillnaden mellan eutheriska däggdjur och pungdjur är alltså inte förekomsten eller frånvaron av en moderkaka, utan snarare den relativa betoningen som läggs på placenta och amning för att vårda avkomman genom utvecklingen.

Figur 1

Nu, i eLife, rapporterar Julie Baker från Stanford University School of Medicine, Marilyn Renfree från University of Melbourne och medarbetare – inklusive Michael Guernsey från Stanford som försteförfattare, Edward Chuong från University of Utah och Guillaume Cornelis (Stanford) – nya detaljer om de molekylära mekanismerna som ligger till grund för placenta och laktation hos eutherier och marsupialer (Guernsey et al, 2017). Resultaten erhölls genom att använda en modifierad version av en teknik som kallas RNA-seq för att mäta hur transkriptomet (den fullständiga uppsättningen av RNA-transkriptioner i en cell eller en uppsättning celler) varierade mellan olika celltyper under utvecklingen (Rokas och Abbot, 2009).

Guernsey et al. jämförde förändringar i genuttrycket i två celltyper i placentan hos en tammar wallaby, ett litet australiskt pungdjur, under utvecklingen. De fann att genuttrycket skiljde sig åt mellan de två vävnaderna och att det dessutom förändrades dynamiskt över tiden, i likhet med vad som händer hos eutherier. Bland transkriptionerna fann de dessutom många som hade kritiska funktioner i eutheriska placentor, däribland medlemmar av Ig7-signalvägarna och GCM1, en transkriptionsfaktor som är viktig för bildandet och utvecklingen av placentan. Och det var inte bara generna som var bevarade, mönstren för genuttryck i wallabys placenta liknade de som sågs i musens placenta i de tidiga stadierna av graviditeten. Detta är precis vad vi skulle förvänta oss att se om placentan utför tidiga utvecklingsfunktioner hos wallaby, med senare funktioner som tillhandahålls efter födseln. Detta tyder på att en väsentlig skillnad mellan pungdjur och eutherier inte ligger i placentans tidiga funktioner, utan snarare i hur placentafunktionerna har kompartmentaliserats under evolutionen av eutheriernas dräktighet.

Slutligt karakteriserade Guernsey et al. mönstren av genuttryck i bröstkörtlarna hos tammaren och flera däggdjur. Både mus och wallaby delade liknande mönster av genuttryck, vilket understryker temat om funktionell kompartmentalisering och bevarande i båda grupperna. Men det mest anmärkningsvärda är att de identifierade ett antal gener som uttrycks i bröstkörtlarna hos tammaren och som är kända för att vara funktionellt viktiga i placentan hos eutherier (figur 1). Dessa gener omfattade gener som är involverade i näringstransport och flera gener som man vet krävs för placentaation hos eutherier (bland annat GCM1). Detta bevarande av genuttryck talar för att hos pungdjur hanterar placentan den tidiga fosterutvecklingen och laktationen den sena fosterutvecklingen med hjälp av några av samma gener och molekylära vägar som den eutheriska placentan.

De som studerar pungdjur har länge hävdat att vi måste korrigera våra läroböcker så att de erkänner pungdjurens placenta och deras särpräglat komplexa laktation (Renfree, 1983). Guernsey et al. förstärker argumentet genom att visa att både eutherier och marsupialer uttrycker en bevarad verktygslåda av gener som kan vara lokaliserade till olika vävnader och organ, men som tjänar gemensamma syften i fosterutvecklingen. Detta överraskande bevarande understryker vikten av att identifiera de gener som ligger till grund för funktionella förändringar under evolutionen (Rausher och Delph, 2015).

Om vi blickar framåt är det värt att notera att pungdjur varierar enormt mycket när det gäller reproduktiva egenskaper (Tyndale-Briscoe, 2005), och att en karakterisering av fler arter på det sätt som Guernsey m.fl. har gjort för tammar wallaby kommer att ge en rikare förståelse för själva dräktighetens evolution och mångfald hos pungdjur. Det krävs dock mer arbete för att utveckla lämpliga statistiska metoder för att kvantifiera bevarandet av transkriptomprofiler mellan arter. Och om man ser bortom däggdjur finns former av placentation hos allt från ödlor, sjöhästar och insekter, och preliminära studier tyder på att många av de inblandade generna eller egenskaperna delas (Ostrovsky et al., 2016; Whittington et al., 2015). Det kommer att bli fascinerande att ta reda på hur djupt vi kan spåra ursprunget till graviditetsverktyget.