Yksisarvisia

Tieteen suuri tehtävä on tuottaa parasta mahdollista tietoa maailmankaikkeuden eri ilmiöistä. Yksi kiehtovimmista ilmiöistä on eliökunnan evoluutio - ja evoluutiossa se, miten eliöille kehittyy uusia ominaisuuksia.

Uusien ominaisuuksien kehittymisen mekanismista on pitkään ollut erilaisia teorioita. Darwinin evoluutioteorian syntymisen jälkeen tuntui vaikealta käsittää, miten uusia ominaisuuksia oikeastaan voi kehittyä luonnonvalinnan kautta.

Synteettisen evoluutioteorian kehittyessä voitiin matemaattisesti osoittaa, miten eliöille voisi kehittyä uusia ominaisuuksia vähittäisten muutosten kautta. Tällaisesta kehityksestä on paljonkin viitteitä vertailtaessa eri eliöiden ominaisuuksia ja geenejä, mutta suurimmille skeptikoille se ei ole riittänyt.

Tänä vuonna on kuitenkin raportoitu uusien ominaisuuksien kehittymisen kannalta erityisen mielenkiintoisia havaintoja. Molemmat ovat peräisin amerikkalaisen Richard Lenskin laboratoriosta, jossa jo 1980-luvun lopulla alettiin kasvattaa yhden kolibakteerin jälkeläisiä 12 rinnakkaisena linjana. Nyt on menossa jo yli 40 000. sukupolvi. Tänä aikana on nähty mielenkiintoisia tapahtumia, joista kahteen paneudun seuraavassa.

* * *

Ensimmäisessä tapauksessa osaa kolibakteerin jälkeläistöstä ruvettiin kasvattamaan yhdessä bakteeriviruksen kanssa. Tällöin suurin osa kolibakteereista kuoli, mutta osaan ilmaantui mutaatioita, joiden avulla ne selvisivät vaikeasta paikasta. Nämä mutaatiot osuivat siihen bakteerin rakenteeseen, johon virus normaalisti tarttui siirtääkseen DNA:nsa bakteerin sisään. Nämä mutanttibakteerit sitten runsastuivat koeputkessa ja viruksille alkoi tulla vaikeuksia löytää sellainen isäntä, johon ne olisivat saattaneet tarttua.

Osassa koeputkista jotkin virukset kuitenkin mutatoituivat siten, että ne kykenivät tarttumaan aivan toiseen bakteerin pintarakenteeseen. Virus oli siis kehittänyt itselleen aivan uudenlaisen ominaisuuden, jonka avulla se kykeni jälleen infektoimaan isäntäsolun käyttäen aivan eri mekanismia kuin aiemmin.

Toisin sanoen virukselle oli kehittynyt aivan uusi ominaisuus; sellainen jota tällä viruslajilla ei ollut aiemmin esiintynyt. Erityisen mielenkiintoiseksi havainnon tekee se, että ominaisuuden kehittyminen vaati vain neljä mutaatiota, jotka kaikki osuivat yhteen geeniin.

Toisessa tutkimuksessa uuden ominaisuuden kehittyminen huomattiin yhdessä Lenskin ryhmän peruskasvatuslinjassa. Siis siinä, jota oli kasvatettu jo 40 000 sukupolvea tavallisessa kasvatusalustassa.

Kasvatusalustassa oli muun muassa sitruunahappoa, jota kolibakteerin ei tiedetä käyttävän hyväkseen aerobisissa olosuhteissa. Myöskään Lenskin laboratorion kolibakteerit eivät olleet käyttäneet hyväkseen sitruunahappoa, kunnes eräänä päivänä 40 000 sukupolven jälkeen näin havaittiin tapahtuneen. Koska tutkimusryhmä oli ottanut kasvatuksestaan syväjäädytettyjä näytteitä tasaisin väliajoin, voitiin viljelmän historiassa palata taaksepäin ja selvittää miten tämä uusi ominaisuus oli syntynyt. 

Aiempia sukupolvia analysoitaessa havaittiin kolmen geenin kesken tapahtuneen ensin genomin uudelleenorganisoitumisen sekä sen jälkeen saman genomialueen monistumisen. Näiden sinänsä vähäisten mutaatioiden seurauksena kolibakteeri oli saanut uuden ominaisuuden. 

Lenskin itsensä sanoin: "In other words, it’s not that we claim to have glimpsed ‘a unicorn in the garden’ — we have a whole population of them living in my lab!" eli "toisin sanoen, ei ole niin, että olisimme nähneet vilauksen yksisarvisesta puutarhassa, vaan meillä on kokonainen populaatio niitä asumassa laboratoriossani".

* * *

Tieteen kannalta edellä kuvatuissa tutkimustuloksissa merkittävintä on se, että nyt on ensimmäisiä kertoja voitu livensä se, kuinka aivan uusia ominaisuuksia syntyy eliöihin - ja ennen kaikkea osoittaa ettei se vaadi varsin epätodennäköisia uusien geenien syntymisiä tyhjästä tai onnekkaita sattumia, vaan ainoastaan muutamia pieniä muutoksia jo olemassaolevaan geneettiseen ainekseen. Evoluutio siis rakentaa uutta muokkaamalla pienin askelin jo olemassaolevaa geneettistä ainesta.

Näin ymmärryksemme evoluution toiminnasta on lisääntynyt entisestään. Ja yli 150 vuotta vanha teoria, jonka pääperiaatteet Charles Darwin onnistui oivaltamaan vain eliökuntaa tarkkailemalla, on osoittautunut entistä suuremmalla todennäköisyydellä oikeaksi mekanismiksi selittää eliökunnan monimuotoisuutta.

Aiempia ajatuksia samasta aihepiiristä:
Evoluutioteorialla on ennustusvoimaa
Tappaako analyyttinen ajattelu uskonnollisuuden?
RNA-maailma sai vahvistusta