Seurasitko hämmentyneenä kansanedustaja Laura Huhtasaaren evoluutiokielteisistä kommenteista alkanutta keskustelua? Oletko koskaan miettinyt miten evoluutioteoria vaikuttaa meidän kaikkien elämään? Suomessa tehdään erittäin kiinnostavaa tutkimusta, joka perustuu evoluutioon sekä luonnonvalintaan ja jossa todisteet tästä teoriasta ovat kiinnostavalla tavalla esillä. Kävin tapaamassa kahta mielenkiintoista tutkijaa, joiden työhuoneet olivat täynnä todisteita evoluutiosta - näin käytännössä.
Halusitpa tai et banaanikärpäsellä ja ihmisellä on yhteinen kantamuoto
Väitöskirjatutkija Essi Havula tekee tutkimusta banaanikärpäsillä Helsingin yliopistossa. “Tutkin sokeriaineenvaihduntaa, eli sitä miten ravinto ja perimä vaikuttavat siihen mitä soluissamme ja kehossamme tapahtuu. Banaanikärpäsillä saamamme tulokset ovat siirrettävissä ihmisiin, eli samat geenimuunnokset aiheuttavat samanlaisia vaikutuksia niin banaanikärpäsellä, hiirellä kuin ihmisellä. Tämä ei olisi mahdollista, jos meillä ei olisi yhteistä kantamuotoa. Pystymme siis tutkimaan ihmisen aineenvaihdunnan häiriöitä banaanikärpäsillä”, Essi kertoo yhtenä kiinnostavana todisteena evoluutiosta. “Sokeriaineenvaihdunnan tutkiminen on itse asiassa yksi paras tavoista todistaa luonnonvalintaa käytännössä. Sokeri sisältää valtavasti energiaa, joten jos eläin pystyy hyödyntämään sitä turvallisesti se tuo valtavan valintaedun muihin eläimiin nähden”, Essi jatkaa.
Banaanikärpänen onkin yksi parhaita eläimiä evoluution, luonnonvalinnan ja ominaisuuksien periytymisen tutkimiseen. Banaanikärpäsiä on tutkittu yli 100 vuotta ja niiden avulla on esimerkiksi löydetty iso osa ihmisillä syöpää aiheuttavista geeneistä. “Samat geenit siis ohjaavat kasvua niin banaanikärpäsellä kuin ihmiselläkin. Samaten kuin aineenvaihduntaa, vaikkapa sitä, miten sokeri pilkotaan ja varastoidaan kehossamme sen jälkeen kun olemme syöneet”, Essi selittää.
Myös uusien lajien syntymistä on mahdollista tutkia banaanikärpästen avulla. Uusia banaanikärpäslajeja on nimittäin mahdollista tehdä luonnonvalinnan avulla varsin nopeasti. “Pitämällä saman lajin yksilöitä eri ravinnolla voidaan laboratoriossa saada aikaan kaksi lajia vain kahdeksassa sukupolvessa, mikä tarkoittaa reilua kolme kuukauden ajanjaksoa “, Essi antaa esimerkin. “Samalla tavalla lajin sisällä esiintyy luonnostaan vaihtelua ja saman lajin yksilöt ovat mieltyneet eri olosuhteisiin, esimerkiksi valon tai jonkun tietyn ravintoaineen määrään. Valikoimalla näitä ominaisuuksia järjestelmällisesti sukupolvesta toiseen voidaan eriyttää saman lajin, eri olosuhteisiin mieltyneet populaatiot kahdeksi eri lajiksi 25 sukupolvessa.” Tämä on nyt vain yksi todiste lajien syntymisestä, tällä kertaa ihmisen aiheuttamana.
Myös toisiaan lähellä olevat banaanikärpäslajit ovat hyvä esimerkki evoluutiosta. Kuvassa on kaksi eri lajia: Drosophila melanogaster ja Drosophila simulans. “Nämä kaksi lajia ovat lähes täysin samannäköisiä, niiden erottaminen silmämääräisesti on hankalaa. Nämä lajit pystyvät risteytymään keskenään, mutta poikaset eivät ole lisääntymiskykyisiä. Toiset lähisukuiset lajit D. simulans ja D. sechellia puolestaan pystyvät tuottamaan lisääntymiskykyisiä naaraita mutta urokset ovat steriilejä. Tämä on osoitus näiden kahden lajin verraten hiljattain tapahtuneesta lajiutumisesta jonka arvioidaan tapahtuneen vain noin 0,5 miljoonaa vuotta sitten. D. melanogaster ja D.simulans ovat eriytyneet omiksi lajeikseen jo noin 3 miljoonaa vuotta sitten”, Essi intoilee.
Sokeri tappaa mutanttikärpäset.
Banaanikärpästen perimä tunnetaan niin hyvin, että laboratoriossa lajin keinotekoinen muuntelu on täysin rutiininomaista. Monet banaanikärpäsillä ilmenevät muutokset ovat vain yhden geenin virheitä, kuten kuvassa näkyvä käyräsiipisyys. “Muita tunnettuja geenimuunnoksia ovat valkoiset silmät, kurttusilmät ja tynkäsiivet. Voidaanpa banaanikärpäsen perimää muuttamalla kasvattaa toiset siivet, jotka ovat kärpäsiltä evoluutiossa jo surkastuneet. Näiden erilaisten geenimuotojen avulla voidaan tutkia periytymistä”, Essi selittää.
Omassa tutkimuksessaan Essi on todistanut, että pelkän yhden geenin mutaatio saa banaanikärpäsillä aikaan sen, että ne eivät siedä sokeria. Kuvassa kontrollit ovat normaaleja banaanikärpäsiä ja mlx-mutantit banaanikärpäsiä, joiden geeni on mutatoitu. “Pelkällä ruokahiivalla eläessään mlx- mutantit kuolevat jo kotelovaiheessa. Jos ravintoon lisätään 15 % sokeria, kuolevat mutanttikärpäset jo toukkavaiheessa. Itse asiassa tämä yksi mutatoitu mlx-geeni vaikuttaa useiden eri geenien toimintaan“, Essi kertoo tutkimuksestaan. Tulosten avulla voidaan löytää keinoja myös ihmisten sokeriaineenvaihduntaan liittyvien sairauksien hoitamiseen. “Banaanikärpäsiltä voidaan jopa mitata verensokeria. Periaate on hyvin samanlainen kuin ihmisillä, mutta banaanikärpäsillä ei ole verta vaan hemolymfaa, josta sokeriarvot voidaan mitata”, Essi jatkaa kuvailua ihmisten ja banaanikärpästen yhteneväisyyksistä.
Evoluution kulku selviää hampaita tutkimalla
Evolutiivisen kehitysbiologian tutkija Jukka Jernvall tutkii hampaiden kehittymistä Helsingin yliopistossa.
“Kiinnostuin jo nuorena siitä,mikä on ympäristötekijöiden ja perimän vaikutus lajien muuntumiselle. Tutkimuskohteekseni valikoituivat hampaat, koska suurin osa fossiileista on hampaita”, Jukka kertoo uranvalinnastaan.
Hampaat ovat evoluution kannalta kiinnostavia tutkimuskohteita siksi, että ne eivät muutu kuin kulumalla syntymän jälkeen. “Hampaat muodostuvat perimässämme olevan koodin mukaan alkionkehityksen aikana. Esimerkiksi se mitä ravintoa eläin käyttää ei siis vaikuta hampaiden rakenteeseen yksilön eläessä, muutokset hampaisiin muodostuvat ainoastaan perimään tulleilla muutoksilla”, Jukka selittää.
Fossiilisia hampaita tutkimalla voidaan nähdä miten eläinlajit ovat kehittyneet uusiksi lajeiksi.
“Menneisyys on avain tulevaisuuteen, siksi on tärkeää katsoa taaksepäin esimerkiksi hampaiden kehittymisessä. Evoluution kannalta on mielenkiintoista, että hampaissa näkyy erityisen paljon esimerkkejä eri lajien välimuodoista. Tämä pätee myös ihmisen sukuun. Näin voimme oikeasti hahmottaa miten evoluutio on toiminut, miten eri lajit ovat eriytyneet toisista ja muodostuneet uusiksi lajeiksi”, Jukka kertoo.
Ihmisen suvun eri välimuodot näkyvät hampaissa
Hampaiden perusteella voidaan löytää esimerkiksi kaikkien nisäkkäiden kantamuotoja, joista eri lajit ovat lähteneet eriytymään. Purukaluston muutoksia seuraamalla voi havaita miten eri lajien ravinnonkäyttö on aikojen saatossa muuttunut ja näin lajit ovat kehittyneet eri suuntiin muuttuen uusiksi lajeiksi. “Esimerkiksi kasvisravinnolla eläviä nisäkäslajeja on syntynyt evoluution myötä yhä uudelleen. Vaikkapa jättiläispanda on hyvä esimerkki eläimestä, joka on muuttunut lihansyöjälajeista kasvissyöjäksi. Hampaita tutkimalla onkin mahdollista kaivaa esiin erilaisia piirteitä sukupuuttoon kuolleista eläimistä. Voidaan esimerkiksi selvittää mitä eläin on syönyt, paljonko sen ravinto koostunut eläimistä ja kasveista”, Jukka kertoo.
Myös ihmisen suvun edustajilla hampaat ovat hyvä esimerkki siitä, miten evoluutio on aikojen saatossa kulkenut. Ihmissuvun muut haarat ovat kuolleet sukupuuttoon, mutta löytyneiden hammasjäänteiden perusteella on nähtävissä erilaisia välimuotoja eri lajien risteyskohdissa. “Esimerkiksi vastikään Afrikasta löydetyn uuden lajin, Homo naledin sijoittamista ihmisten sukupuuhun voidaan arvioida hampaiden koon, kiilteen paksuuden ja erityisesti poskihampaiden koon perusteella. Viisaudenhammas, joka on nykyihmisillä melko pieni ja se puhkeaakin varsin myöhään, oli varhaisimmilla ihmissuvun lajeilla suuri. Homo naledilla viisaudenhammas oli koko purukaluston suurin ja komein hammas, tämä kertoo siitä, että tämän varhaisen lajin ravintoon on kuulunut paljon kasvispitoista ruokaa,” Jukka kertoo. Esimerkiksi ihmissuvun kohdalla tutkijoille ongelmia ei tuota välimuotojen puute, vaan niiden suuri määrä. “Ihmisen sukupuun kokoamiseen omat haasteensa tuo se, että lajit ovat myös risteytyneet keskenään.”
Hiirten hampaita voidaan kasvattaa evoluutiossa taaksepäin
Jukka tekee tutkimuksia esimerkiksi hiirien hampailla. “Pystymme kasvattamaan hampaita keinotekoisesti petrimaljoilla ja solujen viestintään osallistuvia kasvutekijöitä muuttamalla säätelemään hampaiden kasvua. Näin voimme esimerkiksi muuntaa hiiren purukalustoa ajassa taaksepäin, sellaiseksi mitä on löydettävissä sukupuuttoon kuolleilta hiirien kantamuodoilta. Pystymme myös ennustamaan evoluution kulkua tulevaisuudessa. Kehitysbiologisista tutkimuksistamme johdetut teoreettiset ennusteet ovat hämmästyttävän hyvin todennettavissa eri rotta- ja hiirilajeilla, joista löytyy niin hyönteis- kuin kasvissyöjiä.”
Hiirillä tehtyjä tutkimuksia voidaan myös soveltaa muihin lajeihin. Esimerkiksi ihmisellä hampaiden puuttumista aiheuttava geenimuutos toimii hiirellä ja lehmällä samalla tavoin.
“Tutkimuksissani olen huomannut, että evoluutio toimii melko tehottomasti. Hampaisiin syntyvät muutokset ovat usein niitä mitkä tapahtuvat helposti yksilönkehitystä muuttamalla, eivätkä välttämättä niitä, jotka olisivat lajeille kaikkein edullisimmat”, Jukka huomauttaa.
Evoluutio oppiaineeksi jo alakouluun
Sekä Essi että Jukka molemmat toivovat, että evoluution ja luonnonvalinnan periaatteita alettaisiin opettamaan koulussa ja paljon aikaisemmin. “Evoluutiota opetetaan kunnolla vasta lukiossa, jolloin ala- ja yläkoulun opettajalla on suuri merkitys siihen millainen ymmärrys luonnosta ja biologiasta lapselle muodostuu”, Essi miettii. Myös Jukka ihmettelee, miksi evoluutio ei sopisi alakoulun opetussuunnitelmaan. “Evoluutioon ja luonnonvalintaan liittyvät asiat eivät ole vaikeita ymmärtää, niitä voitaisiin aivan hyvin opettaa jo melko nuorille lapsille.”
Miksi sitten meidän ihmisten olisi tärkeää ymmärtää evoluutioteorian ja luonnonvalinnan perusperiaatteet? Tähän Essi nostaa esimerkiksi luonnon suojelemisen. “Evoluution ymmärtäminen on tärkeää esimerkiksi luonnonsuojelun kannalta. Jotta voimme suojella ympäristöä, meidän täytyy ymmärtää miten se toimii.”
