perjantai 8. kesäkuuta 2012

Evoluutioteorialla on ennustusvoimaa

Yleinen käsitys on, että erilaisten epidemioiden aikana kaikenlaiset eliöt muuttuvat vastustuskykyisemmiksi taudinaiheuttajaa vastaan, koska altteimmat yksilöt kuolevat tai ainakin kärsivät muita enemmän. Tällöin vastustuskykyiset yksilöt pääsevät siirtämään geenejään seuraavaan sukupolveen niitä tehokkaammin: tämä on moneen kertaan osoitettu oikeaksi tilanteissa, joissa luonnonvalintaan vaikuttaa käytännössä pelkästään isännän ja loisen välinen dynamiikka. Mutta maailma ei yleensä ole niin yksinkertainen, vaan ekologiset tekijät voivat vaikuttaa evoluution reunaehtoihin.

Tästä kauniin esimerkin tarjosi amerikkalainen tutkijaryhmä julkaisemalla vesikirppujen ja niitä loisivien hiivojen välisestä evolutiivisesta suhteesta tutkimuksen, jossa selvitettiin vesikirppujen ja niissä loisivan hiivan suhteita erikokoisten epidemioiden aikana.

Teoreettisesti tarkasteltuna minkä tahansa eliön joutuessa loisen tai taudinaiheuttajan aiheuttaman epidemian kynsiin, syntyy valintapaine vastustuskyvyn kehittymiseen. Toisaalta perinnöllisesti vastustuskykyisillä eliöillä on todettu lähes aina olevan alhaisempi lisääntymiskyky kuin taudille alttiilla yksilöillä. Luonnonvalinnan lopullinen suunta epidemian aikana määräytyykin siten näiden kahden keskenään vastakkaisen tekijän välisenä kompromissina.

Olemassa olevien matemaattisten mallien mukaisesti epidemian laajuuden voidaan ennustaa vaikuttavan vastustuskyvyn ja lisääntymiskyvyn väliseen tasapainoon. Tämän tutkimuksen kannalta oleellisia tekijöitä ovat eliön lisääntymisresurssit ja toisaalta taudin seuraukset esimerkiksi petojen saalistuksen tehokkuutena.

Nopean lisääntymisen mahdollistavassa ympäristössä, jossa on alhainen saaliiksi joutumisen riski evoluutio kulkee matemaattisesti tarkasteltuna kohti intuitiota vastaavaa korkeampaa vastustuskykyä. Sen sijaan ympäristössä, jossa esimerkiksi ravinnon saanti rajoittaa lisääntymistä tehokkaasti ja saaliiksi joutumisen riski on suuri, matematiikka ennustaa evoluution kulkevan intuition vastaisesti kohti lisääntynyttä taudinalttiutta (eli tehokkaampaa lisääntymiskykyä).

Amerikkalaisten tutkimista eliöistä loinen eli hiiva saattaa pahan epidemian aikana tartuttaa jopa 60% vesikirpuista, jotka tartunnan saatuaan kuolevat terveitä yksilöitä nopeammin ja joutuvat myös kalojen saaliiksi muita helpommin. Lievemmissä epidemioissa tartunnan saaneiden vesikirppujen osuus on luonnollisesti alhaisempi.

Yksittäisen vesikirpun riski saada hiivainfektio epidemian aikana on suoraan verrannollinen sen syömän ruuan määrään: mitä vähemmän vesikirppu syö, sitä pienempi on sen riski saada tartunta. Toisaalta nämä hiivalta suojassa olevat vähän syövät vesikirput saavat vähemmän energiaa ja siten myös lisääntyvät heikommin. Vesikirpun ja hiivan väliseen suhteeseen liittyy siis erittäin selviä vastakkaisia valintapaineita koska hiivaresistenssi ja lisääntymistehokkuus toimivat evolutiivisesti ajateltuna toisiaan vastaan.

Edelle linkittämässäni tutkimuksessa amerikkalaiset tutkijat selvittivät mitä tapahtuu vesikirppujen taudinalttiudelle hiivainfektion aikana erilaisissa järvissä. He tutkivat seitsemän järveä, joista kuudessa havaittiin hiiva-epidemian seurauksena merkittävä hiiva-alttiuteen liittyvä muutos.

Kolmessa vähäkalaisessa mutta runsasravinteisessa järvessä vesikirput muuttuivat odotusten mukaisesti hiivalle vastustuskykyisemmiksi epidemian aikana. Toisin sanoen alkoivat syödä aiempaa vähemmän.  Sen sijaan kolmessa paljon kaloja sisältävässä mutta vähäravinteisessa järvessä epidemia jäi vähäiseksi, jolloin vesikirput muuttuivat odotusten vastaisesti aiempaa alttiimmiksi hiivalle (vesikirput siis alkoivat syödä aiempaa enemmän). 

Tutkimuksen tulokset siis osoittivat, että mikäli epidemian laajuus ei perustu pelkästään loisen ja isäntäeliön suhteen dynamiikkaan vaan muihin tekijöihin (tässä vesikirppuja saalistavien kalojen määrä ja järven ravinteisuus), saattaa isäntäeliön vaste epidemiaan itse asiassa olla loisalttiuden kasvaminen. Näin se tuli vahvistaneeksi matemaattisten mallien ennustaman intuition vastaisen tilanteen täsmälleen oikein.

Nostin tämä esille siksi, että evoluution kuulee usein olevan "vain teoriaa" (jossa teoria-sanaa ei käytetä sen tieteellisessä merkityksessä), ikään kuin se ei olisi tieteellistä tietoa. Kuten tässäkin referoidusta tutkimuksesta näemme, evoluution toiminta noudattaa matemaattisia tunnettuihin periytymismekanismeihin perustuvia loogisia lainalaisuuksia - kunhan kaikki asiaan vaikuttavat tekijät vain on osattu huomioida. Siten evoluutioteoria ei ole "vain teoriaa", vaan sillä on ennustusvoimaa, joka on yksi tieteellisen teorian tärkeimmistä ominaisuuksista. Tätä ominaisuutta ei ole vaihtoehtoisilla elämän monimuotoisuuden selitysmalleilla.

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti

Kiitos ajatuksen lukemisesta

Tervetuloa uudelleen!