Varastetut kanat

Eukaryootit eli aitotumalliset eliöt syntyivät evoluution aamuhämärissä yli miljardi vuotta sitten. Silloin korkeampien eliöiden esi-äiti muodosti solunsisäisen symbioosin aerobisen eli happea käyttämään kykenevän bakteerin kanssa. Ajan myötä tämä symbioosi syveni ja suurin osa bakteerin geeneistä siirtyi sen nielaisseen solun genomiin ja se muuttui itsenäisestä eliöstä soluorganelliksi eli soluelimiksi, mitokondrioksi. 

Kasvit puolestaan syntyivät joskus tämän jälkeen siten, että yksi varhainen eukaryoottilaji kehitti niin ikään solunsisäisen symbioosin fotosynteesiin pystyvän cyanobakteerin eli sinilevän kanssa. Myös tässä tapauksessa cyanobakteerin geenejä siirtyi ajan myötä eukaryootin genomiin, jolloin siitä kehittyi uusi soluorganelli, viherhiukkanen.

* * *

Tuoreessa amerikkalaistutkimuksessa oli selvitetty sitä, kuinka pussikielikotilot, joita kutsutaan "aurinkovoimalla toimiviksi", hankkivat elämänsä aikana soluelimiä säilyttämällä valikoivasti nielemiensä kasvien kloroplastit, jotka pystyvät siksi yhteyttämään - eli tuottamaan hiilidioksista ja valosta orgaanisia molekyylejä - lähes vuoden ajan. 

Näin selvisi, että kotilon pyydystämät viherhiukkaset sijaitsevat uusissa, isäntäsolun tuottamissa soluelimissä, kleptosomeissa. Kotilon solut pitävät näissä organelleissa aktiivisesti sellaisia olosuhteita, jotka tukevat viherhiukkasten fotosynteesiä ja pitkäikäisyyttä eli tämä eläin on luonut itselleen ikään kuin eräänlaisen solunsisäisen kasvimaan. 

Ehkä vieläkin mielenkiintoisempaa on se, että kotilon nähdessä nälkää kleptosomit hajottavat varastoituja kloroplasteja ravinteiden saamiseksi. Toisin sanoen alkujaan kokonaan toisesta eliölajista peräisin olevat soluorganellit toimivat kotiloiden elävänä solusisäisenä ravinnonlähteenä, jota voidaan lopulta hyödyntää "pula-aikoina" sellaisenaan.

Toisin sanoen tilanne muistuttaa vähän vaikkapa kanojen omistamista. Niistähän ihmiset saavat lähes päivittäin kananmunia syötäväksi, mutta jos tulee pahempi nälänhätä, voidaan koko kana paistaa ruuaksi. Tosin sillä erotuksella, että pussikielikotilot ovat jo alun alkaenkin varastaneet "kanansa" muilta eliölajeilta, ihmiset luullakseni harvemmin.

Aiempia ajatuksia samasta aihepiiristä:
Bakteeri olikin soluelin
Evolutiivinen innovaatio johti tuhoon
Monisoluisuuden evoluution yksinkertaisuudesta

Bakteeri olikin soluelin

Mitokondriot olivat alkujaan itsenäisiä bakteereita, mutta surkastuivat evoluution kuluessa aitotumallisten solujen organelleiksi eli soluelimiksi, jotka vastaavat myös meidän ihmisten soluhengityksestä. Eli juuri siellä tapahtuvat ne biokemialliset reaktiot, joissa hyödynnetään hengitysilman happea energian tuottamiseen.

Toinen itsenäisistä eliöistä kehittynyt soluelin on arkikielessä sinilevistä eli syanobakteereista kehittynyt viherhiukkanen, jossa tapahtuvat fotosynteesin eli yhteyttämisen keskeiset reaktiot. Myös se liittyy hapen kiertoon, koska juuri kasvit ja syanobakteerit tuottavat ilmakehät hapen.

Ilmakehän typpeä pystyvät nykyisten oppikirjojen mukaan sitomaan vain tietyt bakteerit ja arkeonit. Tästä syystä esimerkiksi viljanviljelyssä on tärkeää lisätä peltoihin säännöllisesti typpilannoitetta tai viljellä aina välillä typensitojabakteereiden isäntinä toimivia hernekasveja.

Nyt on amerikkalais-itäaasialainen tutkijaryhmä kuitenkin löytänyt levistä aivan uudenlaisen organellin eli soluelimen, joka pystyy muuttamaan typen sellaiseen muotoon, jota solut pystyvät hyödyntämään. Sitä kutsutaan nitroplastiksi.

Tämä soluelin näyttää aivan bakteerilta - jollaisena sitä aiemmin pidettiinkin - mutta uuden tutkimuksen mukaan se ei ole itsenäisesti elämään kykenevä organismi. Tämä voitiin päätellä kahdesta seikasta.

Ensinnäkin nitroplasti jakautui tutkimuksissa vain ja ainoastaan juuri ennen koko leväsolun jakautumista. Näin se siirtyi emosolusta jälkeläissoluille aivan samoin kuin kaikki muutkin solurakenteet ja -elimet.

Toiseksi tutkijat havaitsivat, ettei nitroplasti tuota itse kaikkia tarvitsemiansa proteiineja, vaan saa niitä muualta levästä. Toisin sanoen siltä puuttuu joitain geenejä, jotka mahdollistaisivat sille itsenäisen elämän.  

Lisäksi tutkijat olivat jo aiemmin selvittäneet DNA-vertailujen avulla, että levän ja nitroplastin esi-isät olivat olleet symbioottisessa suhteessa jo noin sadan miljoonan vuoden ajan. Siten levän ja bakteerin suhteen syvenemiselle peruuttamattomaksi symbioosiksi on ollut paljon aikaa.

Erona on viherhiukkasiin ja mitokondrioihin on kuitenkin se, että niiden muuttuminen soluelimiksi on tapahtunut jo evoluution varhaisessa vaiheessa, mutta nitroplastin vasta viimeisen sadan miljoonan vuoden kuluessa. Siten ne menettivät itsenäisyytensä lopullisesti todennäköisesti vasta sen jälkeen kun dinosautukset hävisivät maapallolta. 

Nähtäväksi jää, auttaako nitroplastin tunnistaminen soluelimeksi kehittämään sellaisia ruuantuotannon kannalta hyödyllisiä viljelykasveja, jotka pystyisivät itse sitomaan oman typpensä. Käytännössä tämä tarkoittaisi siihen tarvittavien geenien tunnistamista ja niiden siirtämistä haluttuihin viljakasveihin modernin geeniteknologian keinoin.

Mikäli näin tapahtuisi, avaisi se maatalouteen kokonaan uuden aikakauden, koska typen kemiallinen sitominen ilmakehästä on kallista ja siten esimerkiksi kehitysmaalaisten viljelijöiden tavoittamattomissa. Ja tarjoaisihan itse typpensä sitova kasvi myös länsimaille keinon tuottaa aiempaa halvempaa ruokaa.

Tässä yhteydessä on kuitenkin syytä huomata, että ennen typpeä sitovien viljakasvien päästämistä luontoon olisi varmistettava, ettei typensidontakyky tee niistä muihin kasveihin verrattuna niin ylivoimaisia kilpailijoita, että ne muuttuisivat kaikkialle leviäviksi ja muuta kasvillisuutta syrjäyttäväksi rikkaruohoiksi. Tämä vaara on sen verran oleellinen, että viranomaiset kautta maailman tulevat vaatimaan sen kaikenkattavan selvittämisen ennen kuin kasveja päästetään ulkopelloille edes kokeiltaviksi. 

Niinpä lannoittamatta kasvavia viljasatoja ei kannata odotella kauppoihin vielä pitkään aikaan. Mutta mahdollisesti kuitenkin joskus tulevaisuudessa.

Aiempia ajatuksia samasta aihepiiristä:
Kun mulkku pistää
Pieneliöt manipuloivat isäntäänsä
Perunarutto kulkee ihmisen mukana