evoluutio

Tutkijat mittasivat Anolis scriptus -lajin liskojen ominaisuuksia Länsi-Intian saaristossa juuri ennen kahta voimakasta hirmumyrskyä. Myrskyjen laannuttua he palasivat saarille takaisin jatkaakseen analysointia. Mittausten välillä oli kulunut vain kuusi viikkoa.

Myrskystä selvinneet liskot olivat keskimäärin pienempiä kuin aiemmin. Mikä mielenkiintoisinta, niiden reisiluut olivat suhteessa aiempaa lyhyempiä ja tarttumista edesauttavat varvasanturat taas suuremmat. Pienet, lyhytreitisemmät ja isovarpaiset selvisivät siis hurrikaanista paremmin.

Ennen myrskyjä otettiin mitat 71 liskon kehoista, mukaan lukien kokonaispituus ja raajojen luiden pituudet. Myrskyjen jälkeen samat mitat otettiin 93 yksilöltä. Vaikka sekä näytemäärät että muutokset eivät olleet erityisen suuria, tiettyjen kehon kokosuhteiden muuttuminen populaatiossa erottui tilastoanalyysissä merkittävänä.

Siinä missä nykyihminen loi loisteliasta luolataidetta jo kymmeniätuhansia vuosia sitten, neandertalinihminen ei kyennyt riipustelemaan oikeastaan mitään tunnistettavaa. Serkkumme eivät osanneet piirtää.

Moinen puute kuulostaa vähäiseltä taitovajeelta, mutta se saattoi sinetöidä neandertalilaisten kohtalon. Sukupuuton syitä on pohdittu pitkään, mutta mitään selkeää, yksittäistä syytä ei edelleenkään tiedetä.

Piirustustaidon puutekaan ei ole sellainen, mutta se voi kertoa vakavammista ongelmista.

Sekä nykyihminen että neandertalinihminen metsästivät ja käyttivät jopa samanlaisia aseita eli keihäitä. Saaliseläimissä oli kuitenkin eroa.

Siinä missä neandertalilaiset väijyivät vähemmän vaarallista suurriistaa Euraasian aroilla, nykyihminen metsästi Afrikan ruohosavanneilla vikkelämpiä eläimiä – jotka saattoivat äkkiä muuttuakin saaliista saalistajiksi. Sen myötä nykyihminen kehittyi neuvokkaammaksi ja ehkä myös älykkäämmäksi kuin neandertalinihminen.

Miten metsästys liittyy piirtämiseen? Richard Cossin, Kalifornian yliopiston psykologian emeritusprofessorin, mukaan ehkä hyvinkin läheisesti.

Cossin kehittelemän hypoteesin mukaan nykyihmisen pyöreämpi kallo kehittyi antamaan tilaa suuremmalle päälakilohkolle, joka puolestaan kasvoi pakon edessä. Päälakilohkon alueella olevat aivojen osat ohjaavat näköaistin ja liikekoordinaation yhteistyötä. Ja se puolestaan oli kirjaimellisesti elintärkeää, ellei halunnut päätyä saaliseläimensä ateriaksi.

Silmän ja käden yhteistyö on oleellista myös piirtämisessä ja jos siinä on puutteita, näköaistin välittämät havainnot ympäristöstä eivät siirry luolan seinämiä peittäviksi piirroksiksi.

"Sivilisaatiomme historian aikana olemme saaneet kerättyä yli 50 000 meteoriittia, mutta koskaan aiemmin ei ole nähty tällaista", toteaa tutkimukseen osallistunut Qing-zhu Yin. "Uudenlaisen meteoriitin löytyminen on hyvin, hyvin jännittävää."

Ruotsista löytynyt meteoriitti on kalkkikivikerrostumassa, jossa on runsaasti fossiileja. Meteoriittia itseäänkin voidaan kutsua fossiiliksi, sillä sen koostumus on vuosimiljoonien aikana muuttunut. 

Kromi- ja happi-isotooppien perusteella on kuitenkin voitu päätellä, että alkujaan sen kemiallinen koostumus on poikennut kaikista muista tunnetuista meteoriiteista.

Österplana 065, eli Öst 65 -nimellä tunnettu, noin kymmenen senttimetrin läpimittainen meteoriitti on vain pieni osa kivisadetta, joka lankesi Maahan noin miljoonan vuoden aikana ordovikikaudella.  

Törmäyksen toisen osapuolen palasia tunnetaan entuudestaan. Ne kuuluvat meteoriittien yleisimpään luokkaan eli L-kondriitteihin. Kolarin toinen osapuoli on kuitenkin ollut hämärän peitossa – tähän saakka.

Tutkimalla kosmisen säteilyn jättämiä jälkiä pystyttiin määrittämään, että kivenkappale ajelehti avaruudessa törmäyksen jälkeen noin miljoonan vuoden ajan ennen kuin se osui Maahan. 

Ajoitus osuu hyvin yksiin louhoksesta löytyneiden muiden, yli sadan meteoriittifossiilin kanssa, mikä viittaa siihen, että ne kaikki ovat peräisin samasta kosmisesta kolarista.

Tutkijoiden tekemien laskelmien mukaan ordovikikaudella maanpinnalle päätyi noin sata kertaa enemmän meteoriitteja kuin nykyisin. Selityksenä olisivat juuri asteroidivyöhykkeellä tapahtuneet rajut törmäykset. 

Meteoriittisateet ovat saattaneet vaikuttaa elämän kehitykseen ja lajien evoluutioon, kun kosmiset iskut ovat muuttaneet paikallisesti elinolosuhteita eri puolilla maapalloa.

"Tämä kertoo Aurinkokunnan kehityksen kokonaisuudesta sekä ajassa että avaruudessa, kun asteroidivyöhykkeellä 470 miljoonaa vuotta sitten tapahtunut satunnainen törmäys voi vaikuttaa lajien kehitykseen täällä maapallolla", Yin toteaa.

Uusi löytö vahvistaa epäilyjä, että viime aikoina Maahan pudonneet meteoriitit eivät edusta kovinkaan hyvin Aurinkokunnassa risteileviä kivenkappaleita. Yinin mukaan planeettajärjestelmämme historian selvittämistä auttaisivat vanhoissa kivikerrostumissa piileskelevien meteoriittien tutkiminen.

"Jos pystymme menemään ajassa vielä kauemmas taaksepäin, saatamme lopulta löytää Maan todellisia rakennuspalikoita", Yin arvelee.

Löydöstä kerrottiin Kalifornian yliopiston (University of California, Davis) uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Nature Communications -tiedelehdessä.

Kuva: Qing-zhu Yin/UC Davis

Tekniikan Akatemia TAF myönsi vuoden 2016 Millennium-teknologiapalkinnon yhdysvaltalaiselle biokemistille Frances Arnoldille.

Arnoldin uraauurtava innovaatio, suunnattu evoluutio (directed evolution), matkii laboratoriossa luonnonvalintaa. Menetelmällä voidaan luoda uusia ja parempia proteiineja, joita voidaan käyttää hyödyksi esimerkiksi uusiutuvan energian sovelluksissa ja lääkkeiden valmistuksessa.

Suunnatun evoluution avulla entsyymeille voidaan jalostaa ihmiskunnan kannalta hyödyllisiä ominaisuuksia, jotka eivät kehittyisi ilman ihmisen ohjausta. Frances Arnoldin menetelmä on vallankumouksellinen, koska halutun geenin DNA-rakenteeseen voidaan tehdä sattumanvaraisesti mutaatioita, kuten luonnossakin spontaanisti tapahtuu. Muokatut geenit tuottavat aivan uudenlaisia proteiineja, joiden joukosta valitaan teollisuusprosessien kannalta hyödylliset.

”Suunnatulla evoluutiolla voidaan kiertää se tosiasia, ettei ihminen pysty ennustamaan laboratoriossa tuotettujen mutaatioiden vaikutusta proteiinien ominaisuuksiin. Evoluutio on saanut aikaan planeettamme kauneimmat, monimutkaisimmat ja toimivimmat ratkaisut. Vain evoluution avulla voimme tuottaa sellaista, mitä emme kykene ennalta suunnittelemaan. Siksi tätä maailman parasta luonnon insinööritaitoa kannattaa käyttää hyödyksi”, palkittu Frances Arnold kertoo.

Arnoldin kehittämät innovaatiot ovat mullistaneet aiemmin hitaan ja kalliin proteiinimuokkauksen, ja hänen menetelmänsä ovat käytössä sadoissa laboratorioissa ja yrityksissä ympäri maailmaa. Muokatuilla proteiineilla korvataan kallista tai fossiilisia raaka-aineita käyttävää tuotantoa muun muassa polttoaineiden, paperituotteiden, lääkkeiden, tekstiilien sekä maataloudessa käytettävien kemikaalien valmistuksessa.

Vihreää kemiaa ja mullistavia lääkkeitä

Suunnatun evoluution keskiössä ovat entsyymit, joiden tehtävä luonnossa on muuttaa yhdisteitä toisiksi.

”Suunnattua evoluutiota voidaan hyödyntää biotekniikkaa käyttävillä teollisuuden aloilla, koska biokemialliset reaktiot perustuvat entsyymeihin”, sanoo kansainvälisen palkintolautakunnan puheenjohtaja, professori Jarl-Thure Eriksson.

Suunnatulla evoluutiolla valmistetaan esimerkiksi entsyymejä, jotka muuttavat kasvien selluloosaa biopolttoaineiksi tai kemikaaleiksi. Uusiutuviin raaka-aineisiin ja biotekniikkaan perustuvan vihreän kemianteollisuuden luominen onkin ollut yksi Arnoldin suurimmista tavoitteista.

”Koko urani ajan olen ollut huolestunut vahingosta, jota ihmiset aiheuttavat maapallolle ja toisilleen. Tieteellä ja teknologialla voimme radikaalisti pienentää kielteisiä vaikutuksiamme ympäristöön. Kaikkein tärkeintä on kuitenkin asenteiden muuttaminen, ja tämä on helpompaa, jos meillä on taloudellisesti varteenotettavia korvaajia haitalliselle toiminnalle”, Arnold sanoo.

”Frances Arnoldin innovaation palkitseminen on juuri nyt hyvin ajankohtaista, koska useat maat, Suomi mukaan lukien, pyrkivät vahvistamaan puhdasta teknologiaa käyttävää teollisuutta ja vihreää kasvua”, sanoo Tekniikan Akatemia TAF:n hallituksen puheenjohtaja, professori Marja Makarow.

Palkitun menetelmän tärkeäksi sovellutusalaksi on vihreän kemian ja uusiutuvan energian ohella noussut myös lääketeollisuus. Arnoldin innovaatiolla voidaan rakentaa entsyymejä entistä tehokkaampaan lääkkeiden valmistukseen. Menetelmällä on luotu useita lääkkeitä, esimerkiksi uudenlainen lääke tyypin 2 diabetekseen.

Vahva roolimalli naisille

Frances Arnold toimii Caltechissa (California Institute of Technology) kemiantekniikan, biotekniikan ja biokemian professorina. Arnold on uransa alusta saakka ollut edelläkävijä aiemmin varsin miehisellä alalla. Hän on muun muassa ensimmäinen nainen, joka on valittu kaikkiin kolmeen USA:n kansalliseen tiedeakatemiaan.

”Toivon, että nuoret naiset voivat nähdä itsensä minun paikalleni. Haluaisin palkitsemiseni korostavan sitä, että naiset pystyvät rakentamaan vankan tiede- ja teknologiauran, vaikuttamaan maailmaan ja saamaan tunnustusta”, Arnold sanoo.

Miljoonan euron arvoinen Millennium-teknologiapalkinto jaettiin tänään seitsemättä kertaa.

Artikkeli on Tekniikan akatemian lähettämä tiedote hieman toimitettuna.

Joukkotuho iski pahiten merten eläimistöön: 96 prosenttia eläinlajeista kuoli sukupuuttoon. Tähän saakka on oltu siinä käsityksessä, että elpynyt eläinkunta kehittyi hyvin hitaasti. Vastikään tehty fossiililöytö viittaa kuitenkin vauhdikkaaseen evoluutioon.

Ennestään tuntematon matelijalaji, iktyosaureihin eli kalaliskoihin kuulunut Sclerocormus parviceps eli maapallolla samoihin aikoihin kuin ensimmäiset dinosaurukset. Monet iktyosaurilajit muistuttivat jossain määrin nykyisiä delfiinejä, mutta uusi löytö poikkeaa niistä selvästi. 

Sclerocormus parvicepsilla oli lyhyt kuono eikä piiskamaisen pyrstön päässä ollut eviä. Sillä ei myöskään ollut hampaita, joten sen arvellaan saalistamisen sijaan "imuroineen" ravintoa suuhunsa. Poikkeavuudet läheisistä sukulaislajeista kertovat tutkijoiden mukaan nopeasta evoluutiosta.

"Iktyosaurit kehittyivät ja monimuotoistuivat ripeästi varhaistriaskauden lopulla", toteaa tutkimustyöhön osallistunut Olivier Rieppel. "Tuolta ajalta ei tunneta kovin paljon merissä eläneiden matelijoiden fossiileja, joten tämä näyte on merkittävä, sillä se viittaa toistaiseksi tuntemattomaan diversiteettiin."

Uuden lajin kehittyminen nopeasti hyvin erilaiseksi kuin sukulaisensa tuo lisäselvyyttä myös evoluution etenemiseen. "Darwinin evoluutiomallin mukaan hyvin pitkän ajan kuluessa tapahtuu pieniä, vähittäisiä muutoksia eikä se näytä pätevän tähän tapaukseen. Nämä iktyosaurit ovat mitä ilmeisimmin kehittyneet hyvin nopeasti ja monet muutokset ovat tapahtuneet lyhyinä hyppäyksinä ja loikkina", Rieppel arvelee.

Sclerocormus parvicepsin kaltaiset lajit, jotka elivät pian joukkotuhon jälkeen, kertovat myös siitä, miten elämä vastaa suuriin ympäristöhaasteisiin. 

"Parhaillaankin on tapahtumassa joukkotuho, mutta sen aiheuttajana eivät ole tulivuoret tai asteroidit, vaan ihminen", Rieppel sanoo. "250 miljoonaa vuotta sitten tapahtunut joukkotuho ei auta meitä ratkaisemaan nykypäivän ongelmia, mutta se havainnollistaa evoluutioteorian toimintaa. Mitä ymmärrämme ravintoketjun ja ekosysteemin toipumisesta ja rakentumisesta uudelleen? Miten tilanne korjaantuu ja mitä tapahtuu ensimmäiseksi?"

Uudesta fossiililöydöstä kerrottiin EurekAlert-tiedesivustolla ja tutkimus on julkaistu Nature-tiedelehdessä.

Kuva: Da-yong Jiang

Réunionin saarella viikunoissa elävä Pristionchus borbonicus on ollut kahdeksan vuotta Ralf Sommerin ja Matthias Herrmannin tutkimusryhmän kiikarissa. Tai paremminkin mikroskoopin alla, sillä kyseessä on mikroskooppinen sukkulamato.

Sukkulamatoja tunnetaan noin 20 000 eri puolilta maapalloa, ja ne asustavat tyypillisesti maassa, karikkeessa tai sammaleessa, tai sitten ne ovat eläinten tai kasvien loisina. Nyt kyseessä oleva sukkulamato asustaa viikunoissa ja levittäytyy liftaamalla viikunapuusta toiseen mehiläisten kyydissä.

Nimensä Pristionchus borbonicus sai Réunionin saaren alkuperäisestä, vuoteen 1848 saakka käytössä olleelta nimeltä Bourbon-saari, eli Île Bourbon.

Aiemmin nyt yhdeksi ja samaksi paljastunutta matoa oletettiin eri lajeiksi. Tyypillisestihän lajinmäärityksessä tutkijat katsovat ruumiinosien ja ulkonäön mukaan mitkä lajit ovat samanlaisia keskenään ja pohtivat missä määrin poikkeamat ovat perinnäisiä tai ulkoisista syistä aiheutuneita. Nyt kuitenkin Max Planck -instituutissa olevat tutkijat kartoittivat myös tutkimuskohteidensa geenit, ja huomasivat, että ulkoisesti erilaiset sukkulamadot tosiaankin olivat saman lajin erilaisia edustajia: niillä voi olla peräti viisi erilaista naamaa, sillä ne voivat muuttaa suuosaansa sen mukaan, millaisessa ympäristössä ne elävät ja millaista ravintoa on tarjolla.

Pristionchus borbonicusin suu ja siihen kuuluva osa naamaa voi olla joko hyvin lyhyt ja suuri tai pitkä ja pieni, sekä eri näiden välimuotoja. Ammolleen avautuva suu, sekä siinä oleva yksi ainoa hammas sopivat hyvin esimerkiksi toisten matojen syömiseen. Pitkä ja suppea suu puolestaan on omiaan esimerkiksi bakteerien ja mädäntyvän mössön nauttimiseen. 

Réunionin saaren lisäksi tämä geneettisesti sama sukkulamato viihtyy esimerkiksi Vietnamissa ja Etelä-Afrikassa, missä on samankaltaisia viikunoita.

Paitsi että Pristionchus borbonicus kykenee siis elämään erilaisissa ympäristöissä, tulevat ne myös suuosansa mukautuvaisuuden ansiosta hyvin toimeen myös aikoina, jolloin tyypillistä ravintoa ei ole saatavilla. Ne vaihtavat naamaansa ja ruokavaliotaan.

Löytö on kiinnostava paitsi siksi, että kyseessä on erinomainen esimerkki evoluutiosta ja eläimen sopeutumisesta ympäristöönsä, niin myös katsaus kokonaiseen ekosysteemiin, mihin kuuluvat sukkulamadot, viikunat ja mehiläiset eri paikoissa maapalloa.

Ja vaikka pienten sukkulamatojen tutkiminen ympäri maailman tuntuu äkkiseltään juuri sellaiselta tyhjänpäiväiseltä dosenttien puuhastelulta, mistä voitaisiin hyvinkin nipistää rahoitusta, on kyseessä kuitenkin hyvin tärkeä biologinen perustutkimus, jolla on varsin suoria sovelluksia muun muassa elintarvikkeiden tuotantoon ja terveyteen: ravinnontuotantokasvien ekosysteemien parempi tuntemus auttaa tehostamaan tuotantoa ja parantamaan kasvien laatua, ja sukkulamadot ovat meitä ihmisiäkin vaivaavia loisia.

Alkuperäinen tiedote: Ein Wurm mit fünf Gesichtern (jutun kuvat ovat tiedotteesta)

Tiedetuubin twitterprojekti @suoranalabrasta jatkuu nyt Turusta. Twiittaajana on 23-vuotias, jo lukiossa evoluutioon hurahtanut biologian opiskelija Lauri Törmä.

Hän on valmistumassa ensi keväänä maisteriksi ja on jatkamassa sen jälkeen jatko-opintoihin jonnekin päin maailmaa. Viime kesänä hän tosin kävi jo katsomassa tutkimusta ulkomailla, sillä Lauri oli Englannissa professori Alistair McGregorin evo-devo -labrassa (@McGregorLab) tutkimassa graduaan varten Hmx-geenin roolia banaanikärpäsen silmän kehityksessä ja jatkaa nyt keskittymällä Turun yliopistossa banaanikärpäsnaaraiden meioosiin – siis sukusolujen solujakautumiseen.

Viikon kuluessa siis saadaan aimo annos tietoa banaanikärpäsistä ja niiden lisääntymisestä.

Banaanikärpäsethän (Drosophila melanogaster) ovat kenties tärkein ja kuuluisin kokeellisen biologisen tutkimuksen malliorganismeista, koska ne tunnetaan erittäin hyvin ja ne lisääntyvät niin nopeasti, että sukupolvien mittaisten kehityskulkujen tutkiminen käy nopeasti.

Viikon varrella Lauri käyttää oma twitter-tiliään @LareTorm ja hastagiä #suoranalabrasta, ja kaikki twiitit tulevat niin @suoranalabrasta -tilille kuin listauksena tähän allekin. Viikon lopuksi näistä kootaan jälleen Storify-tarina.