Hammastutkijat ja biologian kolmas vallankumous

22.10.2014
Norpankallot auttavat Jukka Jernvallin ryhmää selvittämään evoluution lakeja. Hän kertoo kallo- ja hammastutkimuksistaan perjantaina kirjamessujen tiedetorilla.

Saimaannorppa herättää tunteita, kuten ainoan kotoperäisen nisäkkäämme arvolle sopii. Luonnonsuojelijoille se on yhtaikaa avun tarvitsija ja apuväline vähemmän sympatiaa herättävien lajien suojelussa.

Saimaannorpalla on tähtirooli myös kokeellisen ja laskennallisen kehitysbiologian huippututkimusyksikössä hammastutkijoiden apuna.

— Hylkeet eivät juuri pureskele, niiden ala- ja ylähampaat tuskin koskevat toisiinsa. Hampaat ovat olemassa lähinnä saaliiseen tarttumista varten, yksikköä luotsaava akatemiaprofessori Jukka Jernvall kertoo ominaisuudesta, joka tekee norpasta hyvän tutkimuseläimen.

Siksi hampaiston pikku virheet eivät haittaa hylkeenelämää niin pahasti, että luonto karsisi poikkeamia tiukalla seulalla. Hylkeiden leuoista löytyykin harvinaisen suuri perinnöllisten muunnelmien valikoima.

— Niistä näkee, millaisia muotoja yksilönkehityksessä saattaa syntyä, mikä kaikki variaatio on ylipäänsä mahdollista, Jernvall selittää.

Evoluution tienviitat

Tämän kehitysbiologisen potentiaalin tutkiminen on vuosituhannen alun biologian suuri aihe. Tutkijat tähyilevät geenien taakse: Mikä muu kehitystä ohjaa kuin itse geeneihin koodatut rakennusohjeet? Kuinka keho hienosäätää geenien toimintaa? Miten ympäristöpaineet vaikuttavat geenien aktiivisuuteen?

Jernvallin ryhmä on ottanut urakaksi selvittää niitä yksilönkehityksen lainalaisuuksia, jotka rajaavat evoluution suuntaa. Luonto nimittäin pääsee valitsemaan tai suosimaan eläimiä vain tietyissä raameissa: tarjolla on ainoastaan sellaisia yksilöitä, joiden rakentaminen käy päinsä.

Viikin biologien työmaana on siis hahmottaa kehityksen lainalaisuuksia — tutkimalla alkionkehityksen ja lajien synnyn mekanismeja limittäin.

Norppa 10 000 vuoden takaa

— Päätimme isolla joukolla selvittää saimaannorpan genomin. Suuri urakka on kohta siinä pisteessä, että varsinainen hauskuus eli vertailutyö pääsee alkamaan, Jernvall kertoo.

Vuoroaan odottaa muun muassa 10 000 vuotta vanha nurmolainen norppa, Itämeren ja Laatokan norpat sekä melkoisena kuriositeettina Tukholman eläintarhassa syntynyt kummajainen, itämerennorppanaaraan ja halliuroksen risteymä.

Norpan suojelutarve oli ilmeisen merkittävä syy sille, että valtavaan genomiprojektiin saatiin Jane ja Aatos Erkon säätiöstä miljoonarahoitus.

Jernvallilla on mielessään varsin täsmällisiä oletuksia siitä, mitä genomi tutkijoille pian paljastaa. Hampaiden poikkeavuuksille etsitään selityksiä sekä geenimutaatioista että sellaisista muutoksista, joita on ajan mittaan tapahtunut geenien toimintaa säätelevissä DNA:n osissa.

Evodevo — kolmas kumous?

Toistaiseksi Jernvallin ryhmän hahmottelemilla kehityksen malleilla on ollut loistava ennustusvoima. Niitä on testattu alkuperäisten mallieläinten eli jyrsijöiden lisäksi muun muassa karhumittauksilla.  

Kun tutkimus on näin tarkentanut tietoamme kehityksen säännöistä, osa biologisista perusolettamuksista on joutunut koetukselle. Ajatukset siitä, kuinka tarkkaan eläinten kehon rakenteet ovat virittyneet ympäristöolosuhteiden myötäisiksi, ovat saaneet kolhuja.

Osa käyttötarkoituksen ohjaamaksi oletetuista piirteistä — vaikkapa tietty hammasrakenne — saavatkin selityksensä yksilönkehityksen sisäisestä logiikasta eli siitä, että luonnossa asiat järjestyvät mahdollisimman yksinkertaisesti.

Hylkeiden tapaisten mutkikkaiden eliöiden koko kehitysprosessin ymmärtämisestä ei vielä oikeastaan edes haaveilla. Työmaa on pilkottu kapeisiin sarkoihin.

— Aivan epäsuomalaisesti täytyy sanoa, että me olemme hammastutkimuksinemme edelläkävijöitä ihan koko maailmankin mittakaavassa, Jernvall arvioi.

Hänen ryhmänsä onkin työllään luonut perustaa  uudelle oppialalle, josta puhutaan biologian kolmantena vallankumouksena: evodevolle. Ensimmäinen kumous olivat Darwiniin henkilöityneet ajatukset luonnonvalinnasta, seuraava käänne oli ymmärtää DNA-molekyylissä piilevä koodi ja nyt biologiaa mullistaa Jernvall eri mantereilla työskentelevine kollegoineen.

Lue lisää norpista ja evodevosta perjantaina ilmestyvästä Yliopisto-lehdestä.

Jukka Jernvall ja hänen ryhmänsä väitöskirjatutkija Tuomas Aivelo kertovat aiheesta myös kirjamessujen Tiedetorin Takauma-lavalla perjantaina kello 14.30. Tervetuloa!

Lue lisää aiheesta: Kestävä kehitys