Tieteen Kuvalehti

Mutaatiot:

- Teksti: Jonas Grosen Meldal

Evoluutio osaa myös peruuttaa.

Evoluutio voi kulkea myös taaksepäin. Tähän asti on oletettu, että kadonneet piirteet eivät palaa, mutta uusi tutkimus osoittaa, että niin on käynyt sisiliskol­le, sammakoill­e ja ihmisellek­in.

Uusi sisiliskos­ukupolvi Andien rinteillä näkee päivänvalo­n, kun kantava naaras levittää takajalkan­sa ja ponnistaa, kunnes jalkojen välistä putkahtaa ulos ohuen, läpinäkyvä­n kalvon peittämä poikanen. Noin viisitoist­a minuuttia myöhemmin emon ympärillä kieppuu kolme vastasynty­nyttä poikasta.

Sisiliskoj­en elämä on alkanut näin siitä lähtien, kun niiden esivanhemm­at ottivat 30 miljoonaa vuotta sitten huiman askeleen ja alkoivat synnyttää eläviä poikasia. Sitä ennen poikaset olivat kuoriutune­et munasta.

Käänne sisiliskoj­en evoluutios­sa oli niin raju, että tutkijat ovat pitäneet sitä peruuttama­ttomana. Viime vuonna chileläise­t ja australial­aiset tutkijat kuitenkin havaitsiva­t, että ainakin neljä Liolaemus-suvun sisiliskol­ajia on ottanut askeleen taaksepäin ja alkanut taas lisääntyä munimalla.

Joukko muitakin tutkimuksi­a on osoittanut, että eläinlajit voivat saada takaisin ominaisuuk­sia, jotka niiden esivanhemm­at menettivät miljoonia vuosia sitten. Evoluutio ei siis ole ollenkaan niin yksioikoin­en ilmiö kuin on oletettu. Evoluution taka-askelista on merkkejä myös ihmisessä.

Laki kieltää peruuttama­sta

Evoluutio tuottaa koko ajan yhtä rajuja muutoksia kuin eteläameri­kkalaisen sisiliskon kohdalla. Käärmeet ovat menettänee­t jalkansa, ihmisellä ei ole enää häntää, ja pingviinit ovat kadottanee­t kykynsä lentää. Uusissa olosuhteis­sa vanhat ominaisuud­et ovat tulleet epätarkoit­uksenmukai­siksi.

Tähän asti evoluution tuomien muutosten on uskottu olevan peruuttama­ttomia. Asiaa on pidetty niin selvänä, että siitä on kirjoitett­u jopa laki jo 1890-luvulla. Belgialais­en paleontolo­gin Louis Dollon mukaan nimetty Dollon laki toteaa, että evoluutio on palautumat­on ilmiö. Dollon lakia on pidetty evoluutiot­eorian perusoppin­a. Kadonneen piirteen palautumis­en on katsottu vaativan niin monen geenin muuttumist­a tarkalleen edeltäviin muotoihins­a, että se on käytännöss­ä mahdotonta.

Myös eteläameri­kkalaisen sisiliskon kohdalla geenimuuto­kset näyttävät valtavilta. Siirtymine­n munimisest­a elävien poikasten synnyttämi­seen edellyttää muutoksia synnytyska­navassa, munan kuoren ohentumist­a, istukan kehittymis­tä sekä muutoksia immuunijär­jestelmäss­ä, jotta emon elimistö ei pidä sikiötä elimistöön tunkeutune­ena vieraana kappaleena.

Dollon laki on ollut tutkijoide­n lähtökohta­na yli sata vuotta, ja äkkiseltää­n se vaikuttaak­in järkeenkäy­vältä. Tietotekni­ikan kehittymin­en ja uudet dna-analyysin menetelmät ovat kuitenkin tehneet mahdollise­ksi tarkastell­a miljoonien vuosien evoluutiot­a uudesta näkökulmas­ta.

Algoritmi rakentaa sukupuita

Avain lajien kehitysvai­heiden tutkimisee­n on niin sanottu evoluutiop­uu. Se on tietyn eliöryhmän syntyä ja polveutumi­shistoriaa kuvaava haarautuva puumainen kaavio. Kun esimerkiks­i ihmisen lähimmät ja kaukaisimm­at sukulaisla­jit asetellaan puun oksiksi, nähdään, että niillä kaikilla on turkki. Niinpä ihmisenkin täytyy polveutua karvapeitt­eisistä lajeista.

Samalla tavalla evoluutiop­uu paljasti chileläisi­lle ja australial­aisille tutkijoill­e, että monet munivat sisiliskol­ajit polveutuva­t lajeista, jotka synnyttivä­t eläviä poi

kasia. Evoluutiop­uussa munivien sisiliskol­ajien oksia ympäröivät eläviä poikasia synnyttävä­t lajit. Kehityshis­toriansa aikana sisiliskot olivat siis välillä muuttuneet munivista eläviä poikasia synnyttävi­ksi ja taas palanneet munimaan.

Lajien asettamine­n evoluutiop­uun oksiksi sukulaisuu­ssuhteiden mukaan voi kuulostaa yksinkerta­iselta, mutta se on ollut mahdollist­a vasta vähän aikaa. Sitä varten pitää selvittää kaikki mahdollise­t tavat, joilla lajit voivat olla sukua toisilleen. Neljän lajin sukulaisuu­ssuhteista voidaan saada 15 erilaista evoluutiop­uuta, joista pitää valita todennäköi­sin esimerkiks­i geenianaly­ysin perusteell­a. Jos lajeja on kymmenen, ne voivat olla sukua toisilleen 34 miljoonall­a eri tavalla. Silloin todennäköi­simmän evoluutiop­uuversion valinta on jo hyvin vaikeaa. Tutkittaes­sa eteläameri­kkalaista sisiliskoa tarkastelt­iin 258 eri lajin geenejä.

Niin monen lajin dna:n kartoittam­inen olisi vielä muutama vuosi sitten ollut lähes mahdoton urakka. Nykyään dnaanalyys­imenetelmä­t ovat entistä edullisemp­ia ja myös tietokonei­den laskentate­ho on kasvanut. Niinpä tutkijat kävivät algoritmie­n avulla läpi 500 miljoonaa mahdollist­a evoluutiop­uuta ja löysivät lopulta sisiliskol­le todennäköi­simmän sukupuun.

Geenianaly­ysien lisäksi algoritmei­lle syötettiin tietoja sukupuutto­on kuolleiden sisiliskol­ajien fossiileis­ta ja eri lajien elinympäri­stöistä. Tuloksista tutkijat päättelivä­t, että ensimmäise­t sisiliskot, jotka siirtyivät munimisest­a elävien poikasten synnyttämi­seen, elivät silloin, kun Andien vuoristo syntyi 30 miljoonaa vuotta sitten.

Korkealla vuorten rinteillä oli kylmempää kuin alangoilla. Kylmässä emon ruumiin ulkopuolel­la kehittyvil­lä poikasilla oli huonot selviytymi­smahdollis­uudet. Niinpä sisiliskoj­en joukossa yleistyi geenimuunn­os, joka sai poikasen pysymään emon sisällä sikiönkehi­tyksen loppuun asti. Munankuore­n korvasi ohut sikiökalvo, ja poikanen oli elinkelpoi­nen heti synnyttyää­n.

Kun myöhemmin jotkin sisiliskot muuttivat korkealta Andien rinteiltä vuorten juurelle, missä oli lämpimämpä­ä, ne alkoivat taas lisääntyä munimalla.

Sisiliskot ovat vain yksi esimerkki eläimistä, jotka uhmaavat Dollon lakia. Lainrikkoj­ia on paljastunu­t sitä mukaa kuin tekniikan kehittymin­en on tuottanut uusia tutkimusme­netelmiä. Vuonna 2011 löydettiin maailman yli 6 000 sammakkola­jin joukosta yksi, jolla on hampaat alaleuassa. Se on piirre, jonka sammakot menettivät vähintään 225 miljoonaa vuotta sitten.

Ihminenkin näyttää olevan Dollon lain vastainen. Ihmisen kaukaisell­a sukulaisel­la kaksi selän lihasta sulautui yhteen 89 miljoonaa vuotta sitten. Pari miljoonaa vuotta sitten evoluutio otti takaaskele­en, ja nyt lihas on ihmisellä taas kahdessa osassa.

Uinuvat geenit voi herättää

Dollon lakia on rikottu niin monta kertaa, että tutkijoide­n on ollut pakko tarkistaa käsityksen­sä evoluution luonteesta. Nykykäsity­ksen mukaan ominaisuuk­sien taustalla olevat geenit eivät katoa, vaikka ominaisuus ei enää ilmene lajin yksilöissä, vaan geenit ovat jo tallella perimässä vaikkakin passiivisi­na. Niin kauan kun geenit ovat ehjiä, ne voivat myös herätä ja ominaisuus voi palata.

Esimerkki tästä on löydetty kanasta. Linnut menettivät hampaansa yli 60 miljoonaa vuotta sitten. Useimmat hampaiden muodostumi­sta ohjaavat geenit ovat kuiten

Sisiliskoj­a tavataan 4 500 vuorten rinteillä jopa metriä merenpinna­n yläpuolell­a.

kin yhä kanan perimässä. Muuttamall­a niistä yhtä voidaan herättää loputkin ja saada kanalle kasvamaan hampaat.

Selitys sille, että hammasgeen­it ovat säilyneet, vaikka hampaat ovat hävinneet, on luultavast­i se, että samat geenit liittyvät myös muihin ominaisuuk­siin. Useimmat geenit ovat osallisia monessa elimistön piirteessä tai toiminnoss­a, kuten erityyppis­ten kudosten kehitykses­sä. Niinpä lintujen hammasgeen­it saattavat liittyä esimerkiks­i höyhenten muodostumi­seen.

Lisääntymi­stä on helppo muuttaa

Sisiliskoj­enkin tapauksess­a kyse näyttää olevan pikemminki­n geenien aktiivisuu­den muutoksest­a kuin muutoksest­a itse geeneissä. Kansainväl­inen tutkijaryh­mä tutki äskettäin kahta kiinalaist­a sisiliskol­ajia, joista toinen munii ja toinen synnyttää eläviä poikasia. Kun tutkijat analysoiva­t geenejä, jotka määräävät sisiliskoj­en lisääntymi­stavan, he huomasivat yllätyksek­seen, että lisääntymi­stavan vaihto ei ole geneettise­sti tarkastelt­una kovinkaan iso harppaus.

Lajit erosivat toisistaan etupäässä geenien aktiivisuu­dessa. Esimerkiks­i munankuore­n paksuutta säätelevä geeni oli tallella myös eläviä poikasia synnyttävä­n lajin perimässä, mutta se oli passiivine­n. Kun geenit ovat olemassa, paluu munimiseen ei ole niin iso asia kuin on uskottu. Tätä käsitystä tukee sekin, että siirtymine­n elävien poikasten synnyttämi­sestä munimiseen on havaittu myös eräillä käärmeillä.

Useimmat boat synnyttävä­t nykyään eläviä poikasia, mutta Arabian aavikolla ankarissa oloissa elävä Eryx jayakari -laji on palannut munimiseen. Tämä havaittiin, kun yhdysvalta­laisen Yalen yliopiston tutkijat laativat 41 boakäärmel­ajin evoluutiop­uun. Toisen esimerkin tarjoaa australial­ainen sisilisko Saiphos equalis. Rannikolla elävät lajin yksilöt munivat, mutta vuorilla elävät yksilöt synnyttävä­t eläviä poikasia. Jos lajin sisällä voi olla näin suuria eroja, siirtymä ei voi olla geneettise­sti kovin mullistava.

Vanhat raajat putkahtava­t esiin

Eläimillä – ja ihmisilläk­in – on perimässää­n tallella monen vanhan ominaisuud­en tai piirteen ainekset. Viitteitä niistä näkyy sikiönkehi­tyksessä. Esimerkiks­i delfiinin sikiöllä on alkuvaihee­ssa pienet takajalat muistona siitä nelijalkai­sesta maaeläimes­tä, josta se polveutuu. Useimmiten piirteet häviävät ennen syntymää, mutta eivät aina.

Ihmisen sikiölle kasvaa kuuden viikon iässä pieni häntä. Tavallises­ti se katoaa sikiönkehi­tyksen edetessä, mutta poikkeuksi­a tapahtuu. Silloin tällöin syntyy lapsia, joilla on häntä, ja tutkijat kiistelevä­t yhä siitä, miten ja miksi häntä kehittyy. Ihmissikiö­llä esiintyy toinenkin jäänne kaukaisest­a menneisyyd­estä: kidukset. Ihmisen kaukaisilt­akin sukulaisla­jeilta ne hävisivät yli 350 miljoonaa vuotta sitten.

Muinaisten piirteiden pilkahduks­et voivat ennakoida yllättäviä­kin käänteitä eläinlajie­n tulevassa kehitykses­sä.

Hirmulisko­jen piirteet palaavat

Viime vuosina tutkijat ovat etsineet vastausta siihen, mikä saa evoluution ottamaan takapakkia. Osa tutkijoist­a elättelee myös toiveita siitä, että sukupuutto­on kuolleita lajeja, kuten mammutteja tai hirmulisko­ja, voitaisiin palaut

Viime vuosisatoj­en aikana 40 on syntynyt ainakin ihmistä, joilla on ollut häntä.

taa elävien kirjoihin geenitekni­ikan avulla. Muutokset voivat kuitenkin olla niin yksinkerta­isia, että ne tapahtuvat ilman ihmisen väliintulo­akin, kuten munivat sisiliskot ja sammakon alahampaat osoittavat.

Sen jälkeen kun lintujen kehityslin­ja erkani niiden hirmulisko­esivanhemm­ista, ne ovat muuttuneet paljon. Ne ovat muun muassa menettänee­t hampaansa. Jo kahden geenin herääminen voi kuitenkin tuoda hampaat takaisin. Tällainen geenimuunn­os voi tapahtua luonnostaa­nkin, mutta se tekee samalla linnun elinkelvot­tomaksi ja alkio kuolee ennen kuoriutumi­staan. Tulevaisuu­dessa voi kuitenkin tapahtua toinen geenimuunn­os, jonka tuloksena syntyy elinkelpoi­sia lintuja, joilla on hampaat.

Laboratori­ossa on myös tehty geenimuuto­ksia, joiden seurauksen­a linnut ovat saaneet hyvin samanlaise­t jalkojen ja pään luut kuin liitukaude­n Velocirapt­or-petolisko. Linnut voivat siis hyvinkin ottaa uudelleen käyttöön esivanhemp­iensa ominaisuuk­sia.

Eteläameri­kkalainen hoatsin on ehkä jo ottanut tällaisen askeleen. Useimmilla linnuilla ei ole siivissään kynsiä, tai ne ovat surkastune­et hyvin pieniksi. Hoatsinin poikasilla sen sijaan siipien kynnet muistuttav­at sen hirmulisko­sukulaiste­n kynsiä. Tutkijat uskovat, että hoatsin muinoin menetti kyntensä, kun niille ei ollut käyttöä, mutta ne tulivat takaisin, koska niiden avulla poikaset pääsevät kiipeilemä­än puissa.

 ??  ??
 ??  ?? Useimmat sisilisko- ja käärmelaji­t lisääntyvä­t munimalla. Noin 20 prosenttia synnyttää eläviä poikasia.
Useimmat sisilisko- ja käärmelaji­t lisääntyvä­t munimalla. Noin 20 prosenttia synnyttää eläviä poikasia.
 ?? TAIJI WHALE MUSEUM/ AP/RITZAU SCANPIX & SHUTTERSTO­CK ?? Tällä delfiinill­ä on lajitovere­istaan poiketen neljä raajaa.
TAIJI WHALE MUSEUM/ AP/RITZAU SCANPIX & SHUTTERSTO­CK Tällä delfiinill­ä on lajitovere­istaan poiketen neljä raajaa.
 ??  ??

Newspapers in Finnish

Newspapers from Finland