Yliopisto-lehti 11/07

Artikkeli

Hyödyttömän hampaan arvoitus

Ihmisen leukaluu on käynyt evoluutiossa ahtaaksi hampaista tarpeettomimmalle,
viisaudenhampaalle. Miksi ihmeessä se änkeää muiden hampaiden tielle, kyseli
jo Charles Darwin. Nyt tiedämme!.

Miistä on kaupunki-ihmiset tehty? Pienistä kasvoista, pyöreistä kalloista — ja kipeistä hampaista. Nykyihmiselle tyypilliset kevyt leuanmuoto ja pyöreä kallo havaittiin jo Euroopan vanhimmassa kaupungissa, turkkilaisessa Catal Hüyükissa. Sen asukkaat nauttivat viljeltyä ja kypsennettyä — eli helposti pureskeltavaa — ruokaa, joka muutti leukavan ja suurinaamaisen maalaisrodun kasvoluut sorjemmiksi.

Mutta kauneudella on aina hintansa. Tässä tapauksessa sievistynyt ihminen sai riesakseen säryistä karmeimman: hammassäryn. Pienentyneeseen leukaluuhun ei nimittäin mahtunut koko ihmiselle tarkoitettu puruarsenaali. Viimeinen poskihammas, viisaudenhammas, puhkesi ahtaaseen leukaluuhun ikeniä repimään ja tulehduttamaan.

Kipeä viestintuoja

Kului kymmenentuhatta vuotta. Ihmisistä tuli entistä pienileukaisempia ja pyöreäkalloisempia. Kypsennetty ja pitkälle jalostettu ravinto antoi hampaille koko ajan vähemmän työtä. Jo olisi luullut viisaudenhampaan kadonneen ja vaivojen helpottaneen. Mutta mitä vielä: yhä tänä päivänä yli puolelle ihmisiä kasvaa aikuisiässä kipeä ja kiusallinen seuralainen.

Ihminen sai kärsiä hammastuskansa ilman tieteen mielenkiintoa vuosisatojen ajan, kunnes syntyi evoluutioteoria. Charles Darwin intoutui kirjoittamaan kummallisesta hampaasta, joka ilmaantuu leukaperiimme ilman sen kummempaa tarkoitusta. Darwin vertasi viisaudenhammasta häntäluuhun, ja uskoi sen osoittavan, että ihminen on kehittynyt hännällisistä kasvinsyöjistä.

Viisaudenhammas palasi evoluutiotutkimuksen parrasvaloihin pitkän hiljaisuuden jälkeen tänä syksynä, tällä kertaa pohjoisessa yliopistossa. Helsingin yliopiston biotekniikan instituutin tutkimusryhmä onnistui osoittamaan useiden tutkijoiden uumoileman teorian todeksi: viisaudenhammas on paljon enemmän kuin pelkkä evoluution jäänne.

Tosiasiassa viisaudenhampaan kehitysmekanismin ymmärtäminen auttaa tajuamaan evoluution lainalaisuuksia entistä täsmällisemmin. Viisaudenhammas on kiehtova viestintuoja, joka selittää aivan uudella tavalla yksilöevoluution eli mikroevoluution suhdetta lajien evoluutioon eli makroevoluutioon, tiivistää dosentti Jukka Jernvallin johtama tutkimusryhmä.

Kansainvälinen tiedeyhteisö kiinnostui uutisesta Nature-tiedelehdessä syyskuussa 2007. Jernvallin, Kathryn Kavanaghin ja Alistair Evansin tutkimus on kaikkea muuta kuin näpertelyä yhden pikku hampaan parissa.

Pieni jyrsijä auttoi

Paitsi jäänne muinaisilta ajoilta viisaudenhammas on myös eräänlainen evoluution valuvika. Hampaiden kasvua säätelevä geneettinen estomekanismi on nimittäin meillä ihmisillä niin kuin monilla muillakin nisäkkäillä liian heikko. Sen seurauksena hampaita kasvaa leukaluuhumme yli tarpeen.

Tämän arvoituksen ratkaisemisessa auttoi niinkin pieni otus kuin hiiri. Sen tuskin millimetrin pituiset poskihampaat kehittyvät edestä taakse, niin kuin meilläkin.

Nisäkkäiden hampaidenkehitys on jo pitkään tiedetty hyvin samankaltaiseksi. Lähes kaikille nisäkkäille puhkeaa kolme poskihammasta. Kasvisravintoon erikoistuneilla nisäkkäillä poskihampaat suurenevat taaksepäin, lihansyöjillä tilanne on päinvastainen.

Nisäkkäiden tapauksessa hampaiden tutkiminen on ainoita varmoja keinoja evoluution polkujen seuraamiseen. Hammas on jo syntyessään fossiilin kaltainen ja muuttuu ajan saatossa kulumista lukuun ottamatta hyvin vähän. Monet sukupuuttoon kuolleet lajit tunnetaankin vain hampaistaan.

Helsingin yliopiston ryhmällä oli tutkimusta varten käytössään yliopiston Luonnontieteellisen keskusmuseon kattava hammaskokoelma, mutta myös uusin teknologia. Laserskannerilla tallennettiin pikkujyrsijöiden hampaiden muodot, ja niitä mittailemalla heräsi kysymys poskihampaiden kasvun säännönmukaisuuksista. Hiirien lisäksi tutkimuksessa kartoitettiin myös 30 muun pikkujyrsijän hampaisto.

Ahtaaseen leukaan

Tutkimusta varten myös hiirten alkioista otettiin poskihampaiden aihioita, joita kasvatettiin laboratoriossa. Kokeet osoittivat, että hiiren poskihampaiden koko ja lukumäärä riippuvat niin sanotuista kehitysbiologisista kasvutekijöistä. Kasvutekijöitä tuottavat yksilökehitystä säätelevät geenit. Ne säätelevät solujen kasvua ja erilaistumista lisääviä tai estäviä hormonin kaltaisia peptidejä. Peptidit ovat kaiken elollisen perustan muodostavia aminohappojen ketjuja.

Hampaiden kehitykseen tarvitaan sekä estäviä että kiihdyttäviä kasvutekijöitä. Kiihdyttävät kasvutekijät sysäävät hampaan kehityksen liikkeelle, estävät puolestaan pysäyttävät kasvun.
Estävän ja kiihdyttävän kasvutekijän vuorovaikutusta Jukka Jernvallin tutkimusryhmä nimittää inhibitiokaskadiksi. Kun kasvua estävä mekanismi toimii riittävän voimakkaasti, kehittyvä hammas jää edellistä hammasta pienemmäksi, ja lopulta uutta hammasta ei synny lainkaan.

Poskihampaiden kehityksessä estävä kasvutekijä toimii matemaattisen säännönmukaisesti: kun toinen poskihammas on ensimmäistä puolet pienempi, seuraavat hampaat eivät pääse lainkaan kehittymään.

Jos estomekanismi ei kykene kasvattamaan toisen ja kolmannen poskihampaan kokoeroa kyllin suureksi, kolmas poskihammas — pahamaineinen viisaudenhammas — mahtuu puhkeamaan liian ahtaaseen leukaluuhun.

Nisäkkäiden yhtäläisyydet

Miksi meidän maallikoiden pitäisi sitten jaksaa kiinnostua purukalustomme pikku yksityiskohdasta — ja miksi pikkuruisesta hampaasta kasvoi suuri tiedeuutinen?

Uutisarvoa tutkimukselle antaa ennen kaikkea se, että sen tulokset auttavat ymmärtämään evoluution mekanismeja hieman täsmällisemmin. Tähän mennessä evoluutiobiologia on ollut ymmällään lajin sisäisen evoluution eli mikroevoluution liittämisessä lajien evoluutioon eli makroevoluutioon.

Lajien kehitystä eivät ohjaa ainoastaan ympäristötekijät kuten kilpailu ja ravinnon saatavuus. Lisäksi evoluutiota vievät eteenpäin evoluutiota ohjaavat säännönmukaisuudet. Nämä säännöt löytyvät geenien toimintamekanismeista.

Tutkimus rakentaakin aikaisempaa vahvemman sillan kehitysbiologisen tutkimuksen ja evoluutioteorian välille. Hampaiden kehitystä säätelevä geneettinen työkalupakki on useille nisäkäslajeille yhteinen. Poskihampaiden kokosuhteet ja lukumäärät on nyt helppo ennustaa eri eläinlajeilla.

Viheliäisen säryn loppu?

Suuri tiedeuutinen ei kuitenkaan tarjoa ratkaisuja meille viisaudenhammasongelmien kanssa kamppaileville. Ei ainakaan kovin nopeasti.

Toivoa tutkimus kuitenkin lupailee. Ehkä koko ajan kehittyvä geeniteknologia onnistuu vapauttamaan lastenlapsemme tai heidän lapsensa viisaudenhammassäryn kurimuksesta. Kun hampaan kehitysmekanismi on tiedossa, saattaa olla, että kantasolututkimuksen edetessä voidaan hampaidemme kasvumekanismeja oppia säätelemään.

Hampaan kasvumekanismin tunteminen saattaa kaukana tulevaisuudessa auttaa myös kasvattamaan eläviä hampaita. Olisiko siinä vaihtoehto hankalille implanttihoidoille?

Ja on toki mahdollista, että tutkimuksen oivalluksista hyötyvät myös muut kuin hammasvaivaiset. Ehkä jotain osaa hampaiden kehityslogiikasta saatetaan soveltaa, kun halutaan ymmärtää muiden elinten evoluutiokehityksen mekanismeja.

Mutta monelle hammasvaivaiselle taitaisi riittää jo maailma ilman viheliäistä vaivaa. Ja saattaisi viisaudenhampaan häviäminen helpottaa osaltaan terveydenhoidon raha-ahdinkoa: yksi viisaudenhammasleikkaus vie hammaslääkäriltä noin tunnin työajan, jonka lisäksi tarvitaan tutkimuskäynti, jälkitarkastus ja röntgenkuvaus. Hammas ei parane ilman yhteiskunnan kustantamaa antibiootti- ja kipulääkitystä — eikä ilman sairauslomaa.

Teksti Anna-Kaisa Pitkänen

Kuva Riikka Kiema

Lisätietoa Nature-lehden artikkelissa Predicting evolutionary patterns of mammalian teeth from development (Jukka Jernvall, Kathryn Kavanagh, Alistair Evans). 27.9.2007