Helsingin yliopisto

Luonnonvalinta jyllää evoluutiotutkijoiden 3D-simulaatiossa

3D-simulaation avulla voidaan mallintaa hampaiden ja muiden monimutkaisten elinten evoluutiota.

 

Tiedote 13.5.2013

Helsingin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet 3D-simulaation, jota käytetään luonnonvalinnan vaikutusten tutkimiseen. Sen avulla voidaan päätellä, miten tarkasti tehtäväänsä sopivia esimerkiksi hampaiden kaltaiset monimutkaiset elimet ovat evoluutiossa. Uraauurtava työ esiteltiin Nature-lehdessä.

Evoluutiota on vaikea tutkia kokeellisesti, sillä monet luonnonvalinnan ohjailemat muutokset vievät pitkiä aikoja. Uusin teknologia on kuitenkin mullistamassa myös evoluutiotutkimuksen. Helsingin yliopiston Biotekniikan instituutin tutkijat ovat luoneet teoreettisen mallin, joka yhdistää sekä yksilönkehityksen että luonnonvalinnan. Mallin avulla pystytään tutkimaan esimerkiksi sitä, miten luonnonvalinta ohjaa eliöiden ilmiasun kehittymistä.

Tietokonemallissa olevat eliöyhteisöt koostuvat yksilöistä, joiden geenit voivat muuttua mutaatioiden kautta aivan samoin kuin luonnossakin. Mutaatiot vaikuttavat yksilönkehityksen kautta rakenteiden ilmiasuun, ja luonnonvalinta määrittelee seuraavalle sukupolvelle siirtyvät ominaisuudet. Kun tapahtumat toistetaan joka sukupolvessa, evoluutio etenee tietokoneellakin.

– Simulaatio antaa mahdollisuudet tarkastella erilaisia evoluutioon liittyviä olettamuksia sen perusteella, mitkä rakenteelliset seikat kehittyvät helpoiten. Tämä on askel todenmukaisempien virtuaalisten evoluutiokokeilujen suuntaan, toteaa akatemiatutkija Isaac Salazar-Ciudad.

– Meillä on paljon tietoa siitä, miten erilaiset muutokset tietyssä geenissä vaikuttavat rakenteeseen. Olisi kuitenkin tärkeää ymmärtää, mitkä rakennemuutokset johtuvat mistäkin geenimuutoksista ja miten rakenteen kehittyminen puolestaan vaikuttaa kehon muotoon. Luonnossa tämä määräytyy alkionkehityksen ja eliön elämän aikana sekä luonnonvalinnan johtaman evoluution välityksellä jokaiselle populaatiolle ja lajille erikseen.

Aikaisemmin on usein ajateltu, että yksilönkehitystä ohjaavien geneettisten ohjelmien monimutkaisuus estää sopeutumien syntyä. Salazar-Ciudadin tutkimuksissa selvisi kuitenkin, että luonnonvalinta saattaa suosia ominaisuuksia, joihin löytyy useita ratkaisuja. Geneettinen monimutkaisuus saattaakin siis olla yksi syy eliöiden monimuotisuuteen koska yhden optimoidun rakenteen sijasta luonnon valinta on tuottanut useita erilaisia, mutta vähemmän optimoituja, rakenteita.

Tutkimus kuuluu teoreettiseen evoluutiobiologiaan, ja työtä kommentoinut artikkeli Nature-lehdessä luonnehti sitä uraauurtavaksi.

____________________

Salazar-Ciudad I & Marin-Riera M. Adaptative dynamics under development-based genotype-Phenotype maps. Nature (2013) doi:10.1038/nature12142
Kommenttiartikkeli: Polly, P.D. Stuck between the teeth. Nature (2013) doi:10.1038/nature12099

Lisätiedot:
Isaac Salazar-Ciudad, isaac.salazar (ät) helsinki.fi