keskiviikko 31. lokakuuta 2012

Näkökyky kehittyikin vain kerran


Uusi tutkimus osoittaa, että näkökyky kehittyikin vain kerran ja että opsiinia eli valoherkkää proteiinia oli olemassa luultua aikaisemmin ja se oli heti alusta lähtien luultua valmiimmassa muodossa.

Mustekalan silmä. (Credit: Image courtesy of University of Bristol)

Tietokonemallinnukseen perustunut tutkimus valaisi sitä miten ja milloin opsiini kehittyi. Näkökyvyn kehittyminen on ollut kuuma peruna evoluutiobiologien keskuudessa, koska esim. fylogeneettiset suhteet varhaisiksi oletettujen opsiinia omanneiden eliöiden kesken ovat epäselvät.

Tohtori Davide Pisani [Bristol's School of Earth Sciences] kollegoineen testasi tietokoneen avulla kaikki opsiinin evoluutiosta tehdyt hypoteesit. Tietokoneanalyysi sisälsi geneettisen informaation kaikista asiaankuuluvista eläinlahkoista, mukaanlukien polttiaiseläimet, joilla uskotaan olleen kehityshistorian ensimmäiset silmät.

Tämän aineiston perusteella tutkijat konstruoivat aikajanan, johon opsiinin yhteinen esi-isä sijoittuu 700 milj. vuoden päähän nykyhetkestä. Tätä esi-isäopsiinia pidettiin aluksi "sokeana", mutta 11 milj. vuoden kehityksen (geneettisten muutosten) jälkeen se kykeni aistimaan valoa.

Tohtori Pisani kertoo: "Tutkimuksemme suuri merkitys on siinä, että me jäljitimme näkökyvyn varhaisen alkuperän ja havaitsimme, että se kehittyi vain kerran eläimissä. Tämä on hämmästyttävä löytö, sillä se osoittaa myös miten ja milloin ihmisen näkökyky kehittyi."

Tämä uusi kehityskertomus on ristiriidassa vanhojen kehityskertomusten kanssa. Wikipedian mukaan " eliöiden kahdella suurelle haaralle, alkusuisille ja jälkisuisille kehittyi kummallekin oma silmätyyppinsä." Lisäksi Wikipedia tietää, että "arvioiden mukaan pistemäiset silmät ovat kehittyneet jopa 40–65 eri kertaa. Valon suunnan muutaman asteen tarkkuudella aistiva silmä on kehittynyt suhteellisen harvoille eliöryhmille ehkä vain 6–30 kertaa, siis melko harvoin, mutta nämä eliöt kattavat 96% kaikista eliöistä."

Muistamme myös, että äskettäin penismato pukkasi tunkiolle "alkusuiset", koska niitä ei enää osatakaan sijoittaa kehityskertomuksen mukaiseen puurakennelmaan.

Tietokonemalleissa on se hyvä puoli, että ne antavat juuri sellaisia tuloksia, jotka ovat mahdollisia lähdekoodin sallimissa puitteissa. Huono puoli on se, että tuloksilla ei välttämättä ole mitään tekemistä todellisuuden kanssa, koska se ei välttämättä ole lähdekoodin mukainen.

Karvakuono ei ole erityisen yllättynyt siitä, että uudet havainnot ovat kehitysopin epätarkkuusperiaatteen mukaisia.


Lähde:

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/10/121029154324.htm

Levinthalin paradoksi ja elämän synnyn ongelma


Protein Science-tiedelehdessä julkaistu tutkimus selvittää sitä miksi elämä on niin paljon epätodennäköisempää kuin ei-elämä. Tähän ongelmaan liittyy läheisesti Levinthalin paradoksina tunnettu ajatuskoe.

C. elegans sukkulamadon  'kytkentäkaavio' eli interaktomi. (the-scientist.com)

Proteiinien laskostumisongelmaan perehtyneet tuntevat myös Levinthalin paradoksin, jonka molekyylibiologi Cyrus Levinthal formuloi vuonna 1969. Levinthalin paradoksin klassisen version mukaan tyypillisellä proteiinin muodostavalla aminohappoketjulla on niin monta erilaista mahdollista laskostumistapaa, että satunnaishaulla ei valmiiksi laskostuneen proteiinin avaruusrakennetta löydettäisi, vaikka hakuun käytettäisiin maailmankaikkeuden iän pituinen aika. Tästä Levinthal päätteli, että proteiinit eivät laskostu satunnaisesti vaan noudattavat tiettyä laskostumispolkua. Haasteena on löytää nämä proteiinien laskostumista ohjaavat polut.

Ongelma vaikeutuu kertaluokkaisesti, mikäli tarkastelun kohteeksi otetaan elävä solu. Solu koostuu useista erilaisista  proteiineista, nukleiinihapoista, lipideistä, entsyymeistä ja metalli-ioneista. Tutkimusraportissaan Peter Tompa ja George Rose muotoilivat paradoksista uuden version: mikä on elävän solun muodostavan kokonaisuuden mahdollisten interaktomien (erilaisten kytkentätilojen) lukumäärä.

Tompa ja Rose kuvaavat ongelmaa seuraavasti:

"Toisin kuin proteiinien laskostuminen, solun interaktomin itseorganisaatio ei ole saanut osakseen samanlaista mielenkiintoa hyvin ymmärrettävistä syistä. Se on järkyttävän monimutkainen ongelma...  Mistä voisi edes aloittaa? Päämäärämme on osoittaa, että solun interaktomien kokoonpano on analoginen proteiinin laskostumiselle, koska toimiva kokoonpano valitaan valtavasta määrästä hyödyttömiä tai suorastaan haitallisia vaihtoehtoja."

Ongelmasta saa käsityksen kuvan 1 perusteella.

Kuva 1. Solun mahdollisten interaktomien lukumäärä kasvaa paljon nopeammin kuin käytettävissä olevien rakenne-elementtien..

Kun elementtien (proteiinien, kuvassa värilliset neliöt) lukumäärä kasvaa, niin myös mahdollisten erilaisten tilojen eli interaktomien määrä kasvaa, mutta paljon nopeammin. Neljällä proteiinilla on kolme mahdollista parittaista kytkentää. Viidellä proteiinilla niitä on 11 ja  kymmenellä proteiinilla 945 (kts. taulukko )


Taulukko 1. Kun elementtien lukumäärä lähestyy solussa olevien elementtien lukumäärää, niin mahdollisten kytkentätilojen lukumäärä kasvaa suorastaan tajunnan räjäyttäviin lukemiin. Niinpä elämää tuottavien kytkentätilojen lukumäärä on valtavan paljon pienempi kuin kaikkien mahdollisten kytkentätilojen lukumäärä eli kaaosvyöhyke ("the zone of chaos"), kuten Tompa ja Rose sitä nimittävät.

Tompa ja Rose käyttivät hiivaa malliorganisminaan ja laskivat sille mahdollisten kytkentätilojen eli interaktomien lukumäärän. Hiivassa on n. 4500 proteiinia, jonka perusteella interaktomien lukumääräksi saadaan suuruusluokkaa 10^7200 oleva luku, joka on käsittämättömän suuri luku. (Vertailukohdaksi voi ottaa tunnetun maailmankaikkeuden atomien lukumäärän, joka on vain n. 10^80). "Mutta realistisemmat arviot ovat vielä paljon suurempia," Tompa ja Rose toteavat. Proteiineissa on useita kohtia, joilla ne voivat olla kemiallisessa vuorovaikutuksessa. "Kaikkiaan keskiveroproteiinissa on n. 3450 erilaista vuorovaikutuskohtaa," Tompa toteaa, "ja mikäli ne huomioidaan interaktomien laskennassa, saadaan luku joka on 10 potenssiin 7,9x 10^10." Laskujensa perusteella Tompa ja Rose päättelevät, että mitä suuremmasta biologisesta kokonaisuudesta on kyse, sitä pahemmaksi Levinthalin paradoksi tulee.

Tompan ja Rosen mukaan toimivan interaktomin muodostuminen yrityksen ja erehdyksen kautta ei ole mahdollista käytettävissä olevan ajan puitteissa. "Tämä laskuharjoitus on todiste siitä, että elävä solu ei synny elementtiensä satunnaisten törmäilyjen tuloksena."

Tompa ja Rose tekevät vielä paljon perustavampaa laatua olevan johtopäätöksen ("the most profound conclusion") koskien elämän alkuperää. Proteiineja ja nukleiinihappoja sisältävässä "alkukeitossa" ei koskaan syntyisi toimivaa solua, vaikka mukana olisi lipidikalvoja auttamassa materian organisoimisessa.
Toimivan solun sisältö siirtyy palautumattomasti elämän kemiasta kohti ei-elämän kemiaa, mikäli solukalvo hajoaa. Kehityksen suunta on tällöin kohti tilaa, jota Tompa ja Rose kutsuvat "kaaosvyöhykkeeksi", eikä paluuta ole.

"Laskelmamme yhdistyneestä monimutkaisuudesta osoittavat, että emergentti interaktomi (solu) ei ole voinut syntyä spontaanin itseorganisaation kautta proteiinielementeistään. Sensijaan se saavuttaa toimivan tilansa kopioimalla interaktomin emosolusta, minkä jälkeen se ylläpitää tätä tilaa energian avulla. On paljon todennäköisempää, että ilman toimivaa mallia soluelementit yhdistyvät elämälle sopimattomalla tavalla... Solun spontaania syntyä ei vielä ole havaittu. Kaikki olemassa olevat solut ovat syntyneet emosolun jakaantumisessa, joka on antanut mallin interaktomille."

Tämähän on todella mielenkiintoista. Tieteellinen julkaisu, jossa elämän/solun syntyä sattumalta pidetään mahdottomana! Tähän asti tällaisia väitteitä ovat esittäneet vain kreationistit, mikäli Esko Valtaojaa on uskominen. Jokohan ideologista valtaa pitävien tiedeleirissäkin osataan pian ottaa kalkulaattori käteen ja todeta, että "pojat, pojat... tehän olette sittenkin oikeassa!"

Karvakuono kiittää Peter Tompaa ja George Rosea selventävästä lisäinformaatiosta. Tieteen rakkikoira thanks Peter Tompa and George Rose for helpful information.


Lähde:

http://www.evolutionnews.org/2012/10/a_revolutionary065521.html

maanantai 29. lokakuuta 2012

Penismato heiluttaa evoluutiopuuta


Uusi penismatojen kehitystä koskeva tutkimus kyseenalaistaa yli 100 vuotta käytössä olleen kehitysopillisen luokitteluperusteen, joka on määrittänyt laajimman haaran fylogeneettisessä evoluutiopuussa.

Penismato (Priapulus caudatus).(Credit: Bruno Vellutini, Sars International Centre for Marine Molecular Biology)

Tähän haaraan kuuluvat eläimet - alkusuiset eli protostomit - on määritelty sen mukaan kuinka niille kehittyy suu ja peräaukko sikiövaiheessa. Mutta Current Biology-verkkolehdessä julkaistu geenien ilmentymistä selvittänyt tutkimus näyttää osoittavan tämän luokitteluperusteen virheelliseksi.

Evoluutiobiologien on nimettävä uudelleen alkusuiset. "Meidän on mietittävä uudelleen se, kuinka meidän varhaiset esi-isämme kehittyivät," toteaa Bergenin yliopiston evoluutiobiologi Andreas Hejnol.

Evoluutiopuuta on rakennettu eläinten sikiövaiheiden kehityksen pienten erojen perusteella, koska pienetkin erot sikiövaiheessa voivat johtaa hyvin erilaisiin aikuisiin. Kehitysopin mukaan merkittävä evoluutioaskel tapahtui, kun sikiöön muodostuikin kaksi uurrosta yhden sijaan, joista kehittyivät erilliset suu ja peräaukko. Yksiaukkoisia eläimiä ovat mm. meduusa ja merivuokko. Vuonna 1908 kaksiaukkoiset eläimet jaettiin kahteen ryhmään - alkusuisiin ja jälkisuisiin (deuterostomeihin). Alkusuisissa suu kehittyy ensin ja jälkisuisissa peräaukko kehittyy ensin.

Nykyään alkusuisiin kuuluu penismadot ja useimmat selkärangattomat. Jälkisuisiin kuuluu selkärankaiset, kuten ihminen sekä joitain selkärangattomia eläimiä.

Hejnolin johtama tutkimusryhmä havaitsi, että primitiivisenä alkusuisena pidetty penismato kehittyykin samalla tavoin kuin jälkisuiset. Nykyiset penismadot näyttävät kutakuinkin samanlaisilta, kuin niiden kambrikaudella eläneet esi-isät. Koska penismatojen kehitys ei olekaan alkusuisten mukainen, niin todenäköisesti myös niiden esi-isät kehittyivät eritavalla. Nyt ei siis varmasti tiedetä missä järjestyksessä suu ja peräaukko alunperin kehittyivät eläimiin.

"Me olemme puhuneet alkusuisista jo yli sadan vuoden ajan, mutta nyt on selvää, että alkusuinen ei tarkoita mitään," toteaa Havaijin yliopiston (Honolulu) kehitysbiologi Mark Martindale.

Penismatoja ei kuitenkaan voida noin vain siirtää evoluutiopuun toiseen oksaan, koska muut samankaltaisuudet - esim. DNA sekvenssit - osoittavat niiden olevan läheistä sukua alkusuisille.

Karvakuono ei ole erityisen yllättynyt siitä, että kehitysoppiin kuuluvan evoluutiopuun rakentaminen takkuaa. Uskonvaraiset ajatusrakennelmat ovat huteria jo perustaltaan. Kuinka paljon ristiriitaisuuksia tutkijoiden täytyy havaita, ennenkuin he ryhtyvät tarkistamaan lähtökohtaoletuksiaan?


Lähde:

http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=penis-worm-shakes-evolutionary-tree

sunnuntai 28. lokakuuta 2012

Etiopiansusi on uhanalainen


Maailman harvinaisin koiraeläin - Etiopiansusi - on vaarassa kuolla sukupuuttoon. Etiopiansusia arvioidaan olevan jäljellä n. 500 kpl ja ne ovat jakautuneet geneettisesti eristyneisiin populaatioihin. Susia on tutkittu 12 vuoden ajan ja tulokset on julkaistu Animal Conservation-tiedelehdessä.

Etiopiansusi (Canis simensis).

Tutkimuksessa selvitettiin lajin geneettistä monimuotoisuutta, populaatioiden rakennetta sekä geenivirtaa populaatioiden välillä. Lajin geneettinen monimuotoisuus havaittiin verrattain korkeaksi, vaikka lajin yksilöiden määrä on pieni. Sudet elävät kuitenkin eristyneissä populaatioissa, jolloin populaatioiden välillä tapahtuu hyvin vähän geeninvaihtoa. Lisäksi myös suurempien populaatioiden alapopulaatiot elävät eristyneinä, mikä huolestuttaa tutkijoita. Populaatioiden eristyneisyys johtuu siitä, että laji on hyvin vaativa elinympäristönsä suhteen ja on epätodennäköistä, että ne vaeltaisivat pitkiä matkoja, jolloin niillä olisi suurempi mahdollisuus kohdata muita susipopulaatioita. Etiopiansudet elävät yli 3000 metrin korkeudella vuoristossa.

Jäljellä olevia eristyneitä ja perimältään yksipuolisia susipopulaatioita uhkaavat taudit, elinympäristön muutokset sekä sisäsiittoisuus. Tutkijoiden mukaan susipopulaatioiden geneettistä monimuotoisuutta voitaisiin lisätä siirtämällä uroksia populaatiosta toiseen.

Kehitysopin mukaan mutaatiot tuottavat geneettistä monimuotoisuutta. Miksiköhän koirien, susien tai minkään muunkaan uhanalaisen lajin kohdalla ei puhuta mitään tästä darwinistisen mekanismin kyvystä tuottaa monimuotoisuutta? Lisäksi evoluutioteorian mukaan uusien lajien synty lähtee liikkeelle populaation geneettisestä eristyneisyydestä. Tällöin puhutaan allopatrisesta lajiutumisesta:

"Maantieteellinen isolaatio on tärkeä tekijä evoluutiossa, sillä se pilkkoo lajeja pienemmiksi populaatioiksi, jotka kehittyvät kukin omaan suuntaansa." (Elämä Biologia, WSOY)

"Mikäli populaatio on tarpeeksi kauan eristyksissä, geneettiset erot lähtöpopulaatioon voivat kasvaa niin suuriksi, että siitä kehittyy oma lajinsa." (http://fi.wikipedia.org/wiki/Allopatrinen_lajiutuminen)

Kehitysopissa uskotellaan uusien lajien syntyvän populaation isolaation seurauksena. Havainnot osoittavat aivan muuta. Eristynyt populaatio ei ole kehittymässä uudeksi lajiksi, vaan se on kuolemassa sukupuuttoon. Mutta siitähän kehitysoppiin uskovien ei tarvitse välittää. Kehitysoppia tukeva tarina on riittävä älyllinen peruste omalle maailmankuvalle.


Lähde:

http://www.bbc.co.uk/nature/20041534

lauantai 27. lokakuuta 2012

Laservalo paljastaa DNA-kiipeilijän


Oxfordin yliopistossa kehitetyllä uudella kuvantamismenetelmällä voidaan nähdä kuinka solun sisällä DNA:ta muokkaavat molekyylikoneet kiipeävät DNA:ta pitkin kuin kalliokiipeilijät etsien uutta otekohtaa.

Imaging the molecular machine MukBEF using flourescent tags attached to its component parts. (Credit: Image courtesy of University of Oxford)

Uudessa kuvantamismenetelmässä luodaan laservalon avulla kirkkaita valopisteitä solun viereen. Kun valopisteisiin liitetään fluoresoivia merkkejä, voidaan niiden avulla kuvata solun sisäisiä tapahtumia niin nopeasti, että solun molekyylikoneiden muodonmuutokset ja liike on havaittavissa. Aikaisemmilla menetelmillä ei ole voitu kuvata solun molekyylikoneita näin tarkasti ja nopeasti.

Kuvantamistekniikan kehittivät Mark Leaken ja David Sherattin johtamat tutkimusryhmät Oxfordin yliopiston fysiikan ja biokemian laitoksilta.

Uudella menetelmällä kuvattiin kromosomin rakenteellisen ylläpidon kompleksia SMC (Structural Maintenance of Chromosome complexes). Ne muokkaavat geneettistä materiaalia jokaisessa elävässä solussa ja ne toimivat samojen periaatteiden mukaisesti kuin solun monet pienet molekyylimoottorit, jotka suorittavat erilaisia tehtäviä, kuten elintärkeiden materiaalien kuljetus, jotta vaikkapa lihastyö olisi mahdollista.

Tutkijat tarkastelivat erityisesti MukBEF-nimistä SMC-kompleksia E. coli-bakteerissa. David Sherattin ryhmän onnistui liittää 'fluoresoivia proteiineja' suoraan MukBEF:iä koodaavaan DNA:n osaan, jolloin he saivat oman värimerkkinsä jokaiseen MukBEF:in komponenttiin.

"Jokainen (molekyyli)kone toimii samalla tavoin kuin kalliokiipeilijä jyrkällä seinämällä," Mark Leake Oxfordin yliopiston fysiikan laitokselta kertoo, "yksi sen osa on kiinnittyneenä DNA:han ja toinen osa avautuu ja sulkeutuu satunnaisesti etsien uutta kiinnittymispaikkaa. Se käyttää solussa kaikkialla olevaa adenosiinitrifosfaattia (ATP) polttoaineenaan."

Osan avautuminen ja sulkeutuminen on mekaaninen tartuntatoiminto, aivan kuten kiipeilijän kädessä tai robotin tartuntakourassa.

Tämänkaltaisten uusien tekniikoiden toivotaan auttavan meitä ymmärtämään solun monimutkaisia elämälle välttämättömiä toimintoja ja sairauksien syitä, sekä löytämään uusia hoitokeinoja.

Kehitysopin mukaan myös tämä kiipeilevä molekyylikone tartuntamekanismeineen on kehittynyt vähitellen mutaatioiden ja luonnonvalinnan tuloksena. Mitähän se mahtoi tehdä ennenkuin se ryhtyi kiipeilijäksi ja korjailemaan DNA:ta? Karvakuonon arvaus: se konttasi jossakin solun pohjalla etsien äitiä.


Lähde:

http://www.ox.ac.uk/media/news_stories/2012/121026.html

perjantai 26. lokakuuta 2012

Evoluutioko satunnaista? Niinhän sitä luultiin!


Evoluutiota on pidetty prosessina, joka etenee satunnaiseen suuntaan. Princetonin yliopistossa tehty uusi tutkimus kyseenalaistaa tämän vallitsevan käsityksen. Sen mukaan evoluutiota ohjaisivat yksinkertaiset toistuvat geneettiset muutokset vasteena ympäristön asettamiin vaatimuksiin. Tutkimus on julkaistu Science-tiedelehdessä.

Silkkiyrttiluteita. Princeton yliopiston tutkijat sekvenssoivat myrkylle vastustuskykyisten proteiinien ilmentymistä erilaisissa hyönteisissä, jotka käyttävät myrkyllistä oleanteria ja silkkiyrttiä ravinnokseen. Steroidien kaltaiset myrkyt -kardenolidit- ovat kasvien puolustusmekanismi hyönteisiä vastaan. (Credit: Photo courtesy of Peter Andolfatto)

Tutkimuksen mukaan tietoa eliöiden geeneistä ja ympäristön vaikutuksista niiden koodaamien proteiinien muutoksiin voitaisiin käyttää hyväksi ennustettaessa ympäristön vaikutuksia eliöiden kehitykseen. Tutkijat uskovat näin voivansa päätellä, kuinka monimuotoiset sopeutumat kehittyivät erilaisissa eliöissä.

Vanhempi tutkija ja ekologian sekä evoluutiobiologian apulaisprofessori Peter Andolfatto sanoo, että "evoluutio on ennustettavaa."

Tutkimuksessa tarkasteltiin 29 eri hyönteislajin DNA-jaksoja. Noin puolella tutkituista hyönteisistä oli yhteisiä piirteitä, jotka liittyvät samankaltaiseen ravinnonlähteeseen.

Vaikka kehitysopin mukaan nämä erilaiset hyönteiset - kovakuoriaiset, perhoset ja kirvat - ovat kehittyneet 300 milj. vuoden ajan erillään, niiden natrium-kalium-adenosiinitrifosfataasi proteiinien eli natrium-kalium pumppujen uskotaan kehittyneen samalla tavalla vastustuskykyisiksi kasvien kardenolidejä vastaan. Kardenolidit estävät natrium-kaliumpumpun toimintaa, jolloin solu ei kykene pumppamaan tarvitsemaansa kaliumia sisään ja liika natriumia ulos eli ylläpitämään natrium-kalium tasapainoa (homeostaasi). Tämän tasapainon ylläpitäminen erilaisissa fysiologisissa ympäristöissä on elintärkeää solulle. Pumppuproteiini pumppaa kolme natriumatomia ulos jokaista kahta sisään pumpattua kaliumatomia kohti.

Tutkijat havaitsivat 33 mutaatiota niiden hyönteisten natrium-kaliumpumpuissa, jotka käyttävät oleanteria tai silkkiyrttiä ravinnokseen. Nämä mutaatiot tekivät hyönteisistä resistenttejä kasvien kardenolideille ja ne olivat usein samankaltaisia tai samanlaisia aminohappomuutoksia, jotka vähensivät herkkyyttä myrkylle. Toisaalta niiden hyönteisten natrium-kaliumpumpuissa, jotka eivät käytä myrkyllisiä kasveja ravinnokseen, oli vain yksi mutaatio.

Tutkijat selittävät geenidublikaatioilla myrkkyresistenssin kehittymistä hyönteisissä. "Lajit, joilla on geenidublikaatio, voivat vapaasti kokeilla yhtä kopiota ja pitää toisen (alkuperäisen) muuttumattomana. Tällöin niillä ei ole vaaraa siitä, että uusi proteiiniversio ei suorittaisi alkuperäistä tehtäväänsä kunnolla," Andolfatto kertoo.

Michiganin yliopiston ekologian ja evoluutiobiologian professori Jianzhi Zhangin mukaan on erittäin epätodennäköistä, että tutkimuksessa havaittu useiden eliölajien rinnakkainen evoluutio olisi tapahtunut vain sattumalta. "Se osoittaa, että tietyt (spesifit) toiminnot voidaan toteuttaa vain rajatulla määrällä erilaisia molekyylimekanismeja, jolloin erilaisten eliöiden on käytettävä jotain näistä harvoista käyttökelpoisista mekanismeista. Koska monilla erilaisilla hyönteisillä on kehittynyt samanlainen puolustusmekanismi, niin tutkimalla jotain hyvin valittua malliorganismia, me voimme oppia paljon myös muista lajeista," Zhang päättelee.  "Kyllä, evoluutio on ennustettavaa tiettyyn rajaan asti."

Andolfatto on samaa mieltä kertoessaan heidän löytäneen vakuuttavaa näyttöä siitä, että mahdollisia toimintamekanismeja on rajattu määrä. "Se tosiasia, että näitä ratkaisuja käytetään yhä uudestaan eri lajeissa kertoo meille evoluution kulun olevan toistuvaa ja ennustettavaa."

Zhang ja Andolfatto ovat yhtämieltä siitä, että spesifejä toimintoja solussa voidaan toteuttaa vain muutamalla molekyylimekanismilla. Ja Zhang on myös sitä mieltä, että tällaisten mekanismien kehittyminen sattumalta useita kertoja rinnakkain on erittäin epätodennäköistä, joten "eliöiden on käytettävä jotain näistä harvoista käyttökelpoisista mekanismeista."

Silti he pitävät itsestään selvänä, että nämä teknisesti erittäin korkealaatuiset pumput ovat kehittyneet ohjaamattoman prosessin tuloksena eli sattumalta. Kyllä evoluutio on tehokas optimoija, koska se on löytänyt nämä harvinaiset toimivat ratkaisut.

Andolfatton selitys on kuitenkin nerokas. Geenidublikaation turvin eliö voi itse toimia insinöörinä ja etsiä optimiratkaisua ongelmaansa (vaikkapa myrkkyresistenssin kehittämiseen), koska sillä on samanaikaisesti toimiva tuotantopumppu ja ns. protopumppu kokeiluja varten. 

Mielenkiintoista on myös se, että tutkijat ylipäänsä puhuvat todennäköisyyksistä ja pitävät joidenkin kokonaisuuksien kehittymistä sattumalta erittäin epätodennäköisenä. Esimerkiksi ligniinin biosynteesin kehittymistä kahteen kertaan pidetään erittäin epätodennäköisenä. Myös solun tai elämän spontaania syntyä pidetään erittäin epätodennäköisenä tai mahdottomana.

Suomessa valtakunnan tunnetuimmat ateistit tai naturalistisen maailmankuvan puolustajat Kari Enqvist ja Esko Valtaoja sanovat, että todennäköisyyksiä on turha laskea tai että niiden laskeminen on mieletöntä:

"Nykyajan kreationistit puhuvat entropiasta ja todennäköisyyksistä, mutta pohjimmiltaan teesi on sama: järjestystä, informaatiota ei voi syntyä itsestään. Väite voi kuulostaa uskottavalta - sanoohan kansanviisauskin, että tyhjästä on paha nyhjästä - mutta se perustuu vääriin määritelmään ja jälkiviisauteen." (Valtaoja 2010)

"Turha laskea todennäköisyyksiä, vedota termodynamiikan lakeihin tai informaatioteoriaan..." (Ibid.)

"Universumissa sen paremmin kuin ihmiselämässä ei ole tarjolla uusintoja. Tämän vuoksi elämän äärimmäistä epätodennäköisyyttä mukamas demonstroivat kreationistiset laskelmat, joissa (pieni) kasautuva todennäköisyys liitetään Maan ratatason kaltevuuteen, maankuoren tiheyteen, ilmakehän ominaisuuksiin... ja luvuttomiin muihin samankaltaisiin ilmiöihin ovat moninkertaisesti mielettömiä."
(Enqvist 2003)

Karvakuono on todella iloinen siitä, että Kari Enqvistin ja Esko Valtaojan mielipiteet eivät ole vakuuttaneet herroja Jianzhi Zhang, Mark Denny, Peter Tompa ja George Rose, koska heidän mielestään elämään ja sen syntyyn liittyviä todennäköisyyksiä voidaan arvioida ja laskea.

Evoluutio on satunnaista, koska se perustuu ohjaamattomaan prosessiin eli sattumaan. Mutta tämän uuden tutkimuksen mukaan evoluution suunta ei ole satunnainen, koska sen on löydettävä juuri tietty toimiva ratkaisu paljon suuremmasta määrästä toimimattomia vaihtoehtoja. Helppoa !

Jianzhi Zhangin mukaan muuntelun tuottavat mutaatiot ovat satunnaisia, mutta mutaatioiden fiksaatio ei ole pelkästään satunnaista. Tässä asiassa Zhang on eri mieltä kuin suomalaiset evoluutiobiologit:

"Mutanttialleelin suhteellinen osuus populaatiossa muuttuu - vähenee tai kasvaa - pelkästään sattuman vaikutuksesta." (Lokki ym. 1986)

Lisäksi uuden mutaation fiksaatio populaatioon on epätodennäköistä:

"15 sukupolven jälkeen populaatiossa on 88,7 % todennäköisyydellä hävinnyt sinne mutaation kautta syntynyt uusi alleeli." (Ibid.)

Kuinkahan ne 33 mutaatiota natrium-kaliumpumpuissa, jotka aikaansaivat myrkkyresistenssin hyönteisissä sattuivat olemaan sellaisia, että niistä olisi aina ollut jotain valintaetua ja kuinka ne kaikki sattuivat säilymään populaatiossa? Ja kuinka tämä tapahtui useita kertoja rinnakkain eri lajeilla? Taidetaan taas puhua todennäköisyyksistä, joissa on eksponentteja.

Evoluutiobiologia on selvästikin tieteenala, jossa erilaisia näkemyksiä ja tulkintoja vilisee niin, että ihan huimaa.

Karvakuono kiittää Jianzhi Zhangia tarkentavasta lisäinformaatiosta. Tieteen rakkikoira thanks Jianzhi Zhang for additional information.


Lähteet:

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/10/121025130922.htm
http://www.princeton.edu/main/news/archive/S35/06/74S40/

Enqvist, Kari (2003): Kosmoksen hahmo, WSOY

Lokki, Juhani & Saura, Anssi & Tigerstedt, P.M.A (1986): Evoluutio ja populaatiot, WSOY

Valtaoja, Esko (2010): Kosmoksen siruja, URSA.


keskiviikko 24. lokakuuta 2012

Hapen määrän kehittyminen uuteen uskoon


Vallitsevan kehitysopillisen selityksen mukaan maapallon hapen määrä on kehittynyt porrasmaisesti lisääntyen ja kehitysportaat ovat olleet yhteydessä biosfäärin kehitykseen. Kalifornian yliopistossa tehty uusi tutkimus asettaa tämän käsityksen kyseenalaiseksi. Tutkimuksen mukaan happipitoisuuden nousua on myös seurannut pitoisuuden lasku. Tutkimus on julkaistu Proceedings of the National Academy of Sciences-verkkolehdessä.

Karbonaattikivi (Zimbabwe), jota käytettiin varhaisten merien sulfaattipitoisuuksien arvioitiin. (Credit: Lyons Lab, UC Riverside)

Tutkijat ovat löytäneet ensimmäiset vakuuttavat todisteet siitä, että ensimmäistä happipitoisuuden nousua on seurannut pitoisuuden lasku.

"Meidän ryhmämme on ensimmäisiä, joka olettaa happipoisuuden nousseen 2,3 -2,3 miljardia vuotta sitten jopa hyvin lähelle nykyistä tasoa," tutkimuksen johtaja professori Timothy Lyons kertoo. "Mutta päinvastoin kuin yleisesti tapahtuneeksi uskottu jatkuva happipitoisuuden nousu, meidän havaintomme osoittavat pitoisuuden laskua n. 200 milj. vuotta myöhemmin."

Lyonsin mukaan matalan happipitoisuuden kausi on saattanut kestää jopa miljardi vuotta. Hän uskoo, että tässä vaiheessa alkoi aitotumallisten organismien ja lopulta eläinten kehitys.

Tutkijoista varhaisen maapallon happipitoisuuden muutokset ovat vavahduttavia. "Miksi nämä happipitoisuuksien muutokset tapahtuivat ja kuinka ne vaikuttivat elämään ovat kuumia tutkimusaiheita," Lyons sanoo.

Lyonsin ryhmän tulokset eivät ole ainoita, jotka ovat vallitsevan kehitysopillisen näkemyksen vastaisia. Vuonna 2009 Penn State yliopiston professori Hiroshi Ohmoto kertoi havainnoista, joiden mukaan ilmakehän happipitoisuus oli nykyisellä tasollaan jo 3,46 miljardia vuotta sitten eli paljon aikaisemmin kuin kehitysopin mukaan olisi pitänyt olla mahdollista. Tutkijat löysivät yksikiteistä hematiittia hyvin vanhoista maakerrostumista Länsi-Australiasta. Yksikiteistä hematiittia on voinut syntyä vain hapen ja raudan joutuessa kosketuksiin korkeassa lämpötilassa meren syvyyksissä.

"Monet ovat olettaneet, että muinaisten kallioiden hematiitti on muodostunut rautasälvän hapettumisen tuloksena nykyisessä ilmakehässä", sanoo geokemian professori Hiroshi Ohmoto. "Siksi halusimme porata syvemmälle ...tutkiaksemme kalliota, joka ei ole ollut yhteydessä ilmakehään."
"Jos hematiittia olisi muodostunut kaiken aikaa, sitä pitäisi olla rautasälvän ulkopuolella, mutta hematiittia on löytynyt sen sisältä." (Mauno Peltosen suomennos).

Koskahan tiedemiehet pääsevät yksimielisyyteen siitä, millainen maapallon ilmakehän happipitoisuuden kehitys oikein on ollut?



Lähteet:

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/10/121023134812.htm

http://www.sciencedaily.com/releases/2009/03/090324131458.htm

http://www.netikka.net/mpeltonen/tekstit.htm

Tieteen rakkikoira oli väärässä!


Tieteen rakkikoira on ollut väärässä väittäessään, että Helsingin Sanomat ei julkaise evoluutiokritiikkiä. Maanantaina 22.10. HS:n mielipidesivulla julkaistiin Pekka Reinikaisen evoluutiokriittinenkirjoitus "Mutaatio vie eteenpäin vain pari askelta."


Lääkäri Pekka Reinikainen (hikipedia.info)




Reinikaisen kirjoitus on jatkoa karvakuonon aloittamaan keskusteluun koiranjalostuksesta evoluution todisteena. Reinikainen kommentoi Reijo Luhtalan kirjoitusta, joka oli vastine rakkikoirulin kirjoitukseen. Luhtalan mukaan luonnonvalinta muuttaa lajia.

Reinikainen vastaa, että geenivarasto muuttuu valinnan seurauksena olosuhteisiin nähden optimaaliseksi, josta seuraa, että täysin uusien anatomisfysiologisten rakenteiden kehittyminen estyy. Hän antaa esimerkkinä gepardin, joka on hyvin erikoistunut laji, mutta sitä uhkaa sukupuutto geenivaraston köyhtymisen takia. Gepardeissa ei ole enää muuntelua eli monimuotoisuutta.

Reinikainen mukaan laboratoriossa voidaan osoittaa, että mutaatioiden ja valinnan suorituskyky ulottuu vain 1-2 mutaatioaskeleen päähän. "Mutaatio/valinta-mekanismi ei selitä alkusolusta Aatamiksi-evoluutiota," Reinikainen summaa.

Rakkikoiruli kiittää Helsingin Sanomia avoimen keskustelun sallimisesta alkuperäkysymyksessä, joka on vaikea ja jopa tunteita nostattava aihe.

maanantai 22. lokakuuta 2012

Valikoituja evoluutiositaatteja, osa 1


Valikoiduissa evoluutiositaateissa rakkikoiruli esittelee kehitysoppiin uskovien ajattelijoiden kirkkaimpia aikaansaannoksia, jotka murtavat inhimillisen älyn ja mielikuvituksen raja-aitoja.

(keskustelu.suomi24.fi)


Sarjamme aloittaa George Gaylord Simpson:

Ihmisen käden ihmeellinen mekanismi on sopeutuma niiden toimintojen suorittamiseksi, jotka ovat verrattoman hyödyllisiä inhimillisessä ympäristössä.


Koska ihminen harrastaa mm. maalausta, pianonsoittoa, hermokirurgiaa ja tietokoneen näppäilyä kahdella sormella, kuten esim. eräs koiruuksiin taipuvainen bloggaaja, niin ihmiselle on kehittynyt ihmeellinen mekanismi käsiin näiden verrattoman hyödyllisten toimintojen suorittamiseksi inhimillisessä ympäristössä.

Koska apina ei harrasta mitään edellämainituista verrattoman hyödyllisistä toiminnoista, niin sille ei ole kehittynyt niin ihmeellistä mekanismia käsiin. Mutta niitäkin voi käyttää toimintoihin, jotka ovat verrattoman hyödyllisiä inhimillisessä ympäristössä (esim. viidakossa). Valitettavaa on vain se, että apina ei tiedä sitä.


Lähde:

Simpson, George Gaylord (1963): Kehitys, luonto ja ihminen. Weilin & Göös, Helsinki, s. 54

torstai 18. lokakuuta 2012

Hannes Lohi osallistui HS:n keskusteluun koiranjalostuksesta evoluution todisteena


Professori Hannes Lohi osallistui (ks. HS Mielipide 18.10.) Tieteen rakkikoiran Helsingin Sanomissa aloittamaan keskusteluun koiranjalostuksesta evoluution todisteena. Rakkikoiruli toivottaa professorin tervetulleeksi areenalle!

fineartamerica.com

Hannes Lohi oli yhdessä tutkija (FM) Tuomas Pernun kanssa laatinut aiheesta kirjoituksen "Koiranjalostus käy evoluutiosta". (Pyöräilijät tuntevat Pernun Tour de Helsinki-ajoja järjestävän Velocitor Oy:n toimitusjohtajana). Heidän mukaansa karvakuonon herättämä keskustelu yhdistää koiranjalostuksen ja biologisen evoluution harhaanjohtavasti. He eivät kuitenkaan kerro kuka keskusteluun osallistujista (karvakuonon lisäksi Aki Holm ja Reijo Luhtala ovat osallistuneet) on johtanut sitä harhaan. Se jää siis arvoitukseksi!

Pernu ja Lohi määrittelevät evoluution prosessiksi, joka:
  • tuottaa mutaatioita
  • johtaa erilaisten geenimuotojen lukumäärien muutoksiin
Tämän evoluution määritelmän perusteella he päättelevät, että koiranjalostus käy esimerkiksi evoluutiosta, koska jalostuksessakin geenimuotojen lukumäärissä tapahtuu muutoksia.

Nyt karvakuonon pitäisi miettiä miten tyrmätä professori ja filosofian maisteri... mitähän siitäkin tulee? Pitäisikö sittenkin tyytyä vain vanhoihin (ja turvallisiin) puruleluihin...? --- uusista ei koskaan tiedä ---

 
Päivitys 21.10.

No hui sentään... eihän kauhea karvaturri nyt ketään tyrmää, koska se kannattaa lyömätöntä linjaa ja on muutenkin ihan kiltti eläin, jos sille päälle sattuu...

Mutta ei se kritiikkiä estä:

Karvakuono olisi odottanut tieteen ammattilaisilta hiukan avarakatseisempaa lähestymistapaa. Tiedemiesten luulisi osaavan hahmottavan asiakokonaisuuksia ja erottavan metsän puilta. Nyt he ovat takertuneet lillukanvarsiin ja pyrkivät lähinnä osoittamaan omaa nippelitietouttaan maallikolle. Onhan se hyvä osoittaa kaapin paikka kysyvälle!  Esim. Olin kirjoittanut "jalostustyön tuloksena on syntynyt satoja geenivirheitä", kun olisi pitänyt kirjoittaa "jalostustyön tuloksena koiriin on rikastunut satoja geenivirheitä". Tämä on asiantuntioiden mielestä niin merkittävä asiavirhe, että siihen piti puuttua.

Asiantuntijat olivat myös lukeneet tekstiäni hyvin valikoivasti. He sivuuttivat kokonaan heti ensimmäisessä kirjoituksessani (HS Mielipide 25.9.) esiintuomani evoluution ensisijaisen funktion: monimuotoisuuden tuottamisen. Vaatii melkoista "asennetta" olla ymmärtämättä, että kirjoittaja viittaa ensisijaisesti evoluution kykyyn tuottaa monimuotoisuutta, kun hän kirjoittaa:

"Evoluution uskotaan selittävän biosfäärin hämmästyttävän monimuotoisuuden."

"Havainnot koiranjalostuksen tuloksista eivät tue ajatusta, että (nopeutettu) evoluutio lisäisi positiivisella tavalla koirien monimuotoisuutta."

"Koirien perinnöllisyyttä tutkiva professori Hannes Lohen työryhmä ei ole raportoinut yhtään koirien monimuotoisuutta lisäävää mutaatiota."

Vastineessaan Pernu ja Lohi ummistivat silmänsä pääargumentiltani ja keskittyivät oman agendansa (koiranjalostuksen yhdistäminen evoluutioon jollakin tavalla) esiintuomiseen. Karvakuonon arvosana: Reput ja uusintatenttiin.

No, onhan tässä jotain positiivistakin. Karvakuonokin oppi, että ihmisen raadollisuus ei rajoitu vain maallikkosaarnaajiin.


Päivitys 25.10.

Karvakuono lähetti HS:n mielipidepalstalle myös "virallisen" eli vähemmän koiramaisen palautteen, mutta sitä HS ei julkaissut. Kaksi julkaistua samasta aiheesta ei kuitenkaan ole ihan huonosti...


Koiranjalostusesimerkki on esitetty harhaanjohtavasti

Tuomas Pernu ja Hannes Lohi osoittivat, että koiranjalostus voidaan yhdistää evoluutioon ainakin yhdellä tavalla (HS Mielipide 18.10.). Tämä seikalla on kuitenkin hyvin vähän tekemistä sen asian kanssa, jota olen yrittänyt tuoda esiin. Oleellista on elämän monimuotoisuuden alkuperän selittäminen ja se, miten koiranjalostus liitetään siihen. 

Reijo Luhtalan mukaan olen ymmärtänyt väärin koiranjalostusesimerkin (HS Mielipide 15.10.). Tähän on olemassa looginen selitys. Lukion biologian oppikirjassa (Elämä, WSOY) koiranjalostus yhdistetään monimuotoisuuteen harhaanjohtavalla tavalla. Kirjan mukaan monimuotoisuus on evoluution tulosta. Kirja yhdistää koiranjalostuksen evoluutioon toteamalla, että koiranjalostus on "nopeutettua evoluutiota" ja se "osoittaa, että eliöpopulaatiot voivat muuttua perusteellisesti jo muutamassa kymmenessä vuodessa." Kirjan tekstissä myös selkeästi viitataan evoluution tuottamaan monimuotoisuuteen, koska samassa yhteydessä todetaan, että "eliökunnalla on ollut kehitykseen aikaa satoja miljoonia vuosia."

Kirjan lukija saa tekstistä sen käsityksen, että koiranjalostus on esimerkkinä evoluution kyvystä tuottaa monimuotoisuutta. Pernun ja Lohen mukaan koiranjalostus ei tuota mutaatioita, joten se ei voi tuottaa monimuotoisuuttakaan. Lohen (2006) mukaan "koiranjalostus on voimakkaasti heikentänyt koirien geneettistä monimuotoisuutta." Koiranjalostus osoittaa siis yksiselitteisesti, että (nopeutettu) evoluutio heikentää monimuotoisuutta ja vaarantaa lajin elinvoimaisuuden. 

 
Miksi näin harhaanjohtavalla esimerkillä uskotellaan evoluution kykyä tuottaa monimuotoisuutta? Johtuuko se kirjan tekijöiden huolimattomuudesta vai kunnollisen todistusaineiston puutteesta?





keskiviikko 17. lokakuuta 2012

Tutkijat uskovat löytäneensä selkärankaisten hengityksen alkuperän


Alaska Fairbanks yliopiston tutkijat uskovat löytäneensä eliöistä muinaisen piirteen, joka mahdollisti selkärankaisten ilmahengityksen evoluution.

Nahkiainen. (luontokuva.org)

"Hengittämiseen tarvitaan keuhkon lisäksi myös hiilidioksidille herkkä hermoverkko,"  tutkimuksen johtaja Michael Harris kertoo.

"Tämä hermoverkon avulla ilmaa hengittävät eliöt voivat ottaa sisäänsä happea, jota solut tarvitsevat erilaisissa metaboliaprosesseissa. Minua kiinnostaa mistä hiilidioksidille herkkä hengityskeskukseksi kutsuttu hermoverkko on peräisin," Harris sanoo.

Harris kollegoineen uskoo, että ilmahengitys kehittyi muinaisessa keuhkottomassa selkärankaisessa, jolla oli hengityskeskus.

"Me yritimme löytää elävän esimerkin alkukantaisesta ei-hengittävästä esi-isästä, kuten nahkiainen, ja etsiä siitä hengityskeskusta, joka tekisi jotain muuta hengittämisen sijaan."

Nahkiaisia pidetään muinaisina kaloina ja niiden uskotaan olevan ensimmäisten selkärankaisten kaltaisia. Niillä ei ole (ilma)keuhkoja. Toukkana nahkiaiset elävät pehmeään mutaan tekemissään putkissa ja ne saavat happea ja ravintoa pumppaamalla vettä kehonsa läpi. Mikäli muta tai roskat tukkivat niiden putken, ne käyttävät yskimisen kaltaista toimintoa putken puhdistamiseen. Niiden aivoissa oleva hengityskeskus ohjaa tätä toimintoa.

Tutkijat löysivät nahkiaisen hengityskeskuksesta toiminnallisia piirteitä, jotka muistuttavat hengittämiseen liittyviä toimintoja. Lisäksi he havaitsivat, että nahkiaisen hengityskeskus on herkkä hiilidioksidille.

ScienceDailyn artikkelin mukaan "ilmahengityksen kehittyminen kaloissa auttoi selkärankaisia siirtymään maalle, mikä mahdollisti liskojen, lintujen ja nisäkkäiden kehityksen. Ilman hiilidioksidille herkkää hengityskeskusta, rakenne, josta oli tuleva keuhkot, ei olisi voinut toimia keuhkona."

Miksi kaloissa olisi kehittynyt kyky hengittää ilmaa? Millainen valintapaine olisi siihen johtanut? Olivatko kalat jo kyllästyneet lillumaan vedessä?
 
Artikkelin mukaan nahkiaiset ovat "muinaisia kaloja". Jos kalan "muinaisuus" määritellään sen mukaan milloin kala on elänyt maapallolla, niin nahkiaiset ovat varsin nykyaikaisia, sillä ainakin Nakkilan Nahkiaispaistamo väittää paistavansa joesta pyydystettyjä (ja siis tuoreita, ei muinaisia) nahkiaisia. Nahkiaisen pitäminen "alkukantaisena" on myös maailmankatsomuksellinen näkemys, ei havaintoihin perustuva tieteellinen tulos. Nahkiainen on monimutkainen ja ihmeellinen olio tässä maailmankaikkeudessa.

Tässäkin tapauksessa maailmankatsomukselliset ennakko-oletukset ovat ovat ohjanneet teorianmuodostusta. Empiiriset havainnot eivät kerro meille, että nahkiaisesta tai sen kaltaisesta eläimestä olisi kehittynyt ilmaa hengittävä eläin. Nahkiaisella on hiilidioksidille herkkä hengityskeskus. Nahkiainenkin tarvitsee happea soluhengitykseen, niinkuin ilmaa hengittävätkin eläimet ja senkin täytynee voida kontrolloida hiilidioksidin määrää kehossa.



Lähde:

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/10/121016141701.htm

Kysymyksiä Hannes Lohelle


Professori Hannes Lohi tutkii koiran geenejä. Uudessa Koiramme-lehdessä on laaja artikkeli hänen tutkimustyöstään. Artikkelin perusteella Tieteen rakkikoira lähetti professori Lohelle aiheeseen liittyviä kysymyksiä.


Professori Hannes Lohi. (aka.fi)

TR: Uudessa Koiramme-lehdessä kerrotte työstänne koirien geenitutkijana. Artikkelin lopussa esitätte visioita geeniteknologian tarjoamista mahdollisuuksista jalostustyössä. Toivotte, että sen avulla olisi mahdollista lisätä rodun perinnöllistä monimuotoisuutta, käyttämällä mahdollisimman eriperimäisiä jalostuspartnereita. Monimuotoisuuden lisääminen on hyvä tavoite, mutta mitä siinä tarkalleen ottaen tapahtuu? Ja mitä monimuotoisuudella oikein tarkoitetaan?

Vallitseva tieteellinen käsitys selittää biosfäärissä havaittavaa monimuotoisuutta evoluutioksi kutsutulla prosessilla, joka perustuu satunnaisiin mutaatioihin. Mikäli kutsumme rodun geenistöä geenipooliksi, niin tällöin geenipoolin monimuotoisuus voi lisääntyä kahdella tavalla: geenipooliin tuoda ulkopuolelta uusia geenejä tai geenipoolissa toimii (joku) prosessi, joka tuottaa uudenlaisia geenejä. Evoluutio on periaatteessa tällainen prosessi. Jokainen uusi mutaatio lisää poolin monimuotoisuutta.

Mutta voiko poolin sisällä esim rekombinaatiot lisätä poolin monimuotoisuutta? Mielestäni ne eivät voi lisätä poolin monimuotoisuuden absoluuttista määrää. Poolin geenistön sekoittaminen uudella (tai mahdollisimman tehokkaalla tavalla) ei lisää sekoitusmahdollisuuksia. Vain uudet ja erilaiset geenit voivat sen tehdä.

Mutta mikäli monimuotoisuus mitattaisiin suhteellisesti eli mahdollisimman eriperimäisten vanhempien jälkeläisten suhteellista määrää lisättäisiin rodun sisällä, niin silloin voitaisiin puhua rodun monimuotoisuuden lisääntymisestä.

Tällöin meidän olisi kuitenkin aina eroteltava absoluuttinen ja suhteellinen monimuotoisuus. Ensimmäisen selittää evoluutio ja jälkimmäistä (ainakin osittain) ihmisen tekemä jalostustyö.

Olisi ihan mielenkiintoista tietää, olenko ymmärtänyt asiat oikein ja onko jotain jäänyt huomioimatta?!


Hannes Lohi:

Tämä on laaja asiakokonaisuus, mutta tässä lyhyesti joitakin ajatuksiani.

Evoluutio määritellään laajastiottaen alleelifrekvenssien muutoksena populaatiossa tarkasteltuna ajanjaksona. Esim. jos jonkin perimän kohdan frekvenssi koirissa olisi nyt 0.9 ja se muuttuisi sitten vaikkapa 0.8:aan, kyseessä olisi populaatiota koskeva evoluutio. Sillä ei ole väliä tapahtuuko muutos hitaasti vai nopeasti, luonnon tai keinotekoisen jalostuksen seurauksena, tai meneekö muutos "hyvään" vai "huonoon"  suuntaan.  Evoluutio ja monimuotoisuus ovat kaksi eri asiaa.

Koirien polveutuminen susista ja jakautuminen sitten satoihin eri rotuihin on merkittävästi muuttanut niiden perimää ja näkyypä se aika huikeana fenotyyppisenä evoluutiona myös jo heti päälle päinkin.  Jotkut olisivat valmiita puhumaan koirien kohdalla jo omasta lajistakin, mutta se riippuu varmasti siitä miten lajiutuminen halutaan määritellä. Koirat ja sudethan lisääntyvät ja saavat vitaaleja jälkeläisiä vielä, mutta muutoin käyttäytyminen ja muut ominaisuudet ovat varsin eriytyneitä.

Lisäksi olemme oppineet, että jokaisessa uudessa meioosissa ja sukupolvessa tapahtuu kymmeniä, jos ei satoja uusia mutaatioita. Hiljattain julkaistiin tutkimus, joka osoitti jo pitkään arvellut epäilyt siitä, että vanhemmat isät (40+) jättävät jälkeläisiin moninkertaisen määrän mutaatioita nuoriin miehiin (20+) verrattuna. Koiristakin tunnetaan ikivanhoja ja aivan tuoreita uusia tautimutaatioita.

Uudet geeniteknologiat ovat tarkentaneet kuvaa perimän muutoksista ja määristä. Kokonaan uusien muutoksien suuri määrä on ollut jokseenkin yllätys tiedeyhteisöllekin ja varmasti tärkeää elämän jatkumisen kannalta eliökunnassamme.  Käytännössä eliökuntamme on jatkuvasti evoluutiossa ja valtaisa määrä erilaisia geeniyhdistelmiä testataan jatkuvasti eri populaatioissa.

Mielenkiintoinen uutinen oli äskettäinen ENCODE projektin julkistus. Sekin muuttaa ajatteluamme ja käsitystä: ainakin 80% DNA:stamme on aktiivista. Aiemmin ajateltiin pitkälti vain proteiineja koodaavia geenejä ja niiden säätelyä (2-3% perimästä), mutta "roska-DNA" käsitekin meni nyt romukoppaan.  Tällä on jälleen merkitystä miten arvioimme joka sukupolvi syntyvien uusien vaikuttavien mutaatioiden määrää ja sen vaikutusta populaatioiden ja lajien evoluutioon. Paljon muutoksia tapahtuu nimenomaan geenien välissä säätelyalueilla ja niissä on meillä kaikilla vielä paljon oppimista.

Koirien monimuotoisuuteen rodussa vaikuttavat mm. jatkuvasti syntyvät uudet mutaatiot, geeninvaihto rodun sisällä lokaalisti ja maailmanlaajuisesti sekä muut jalostustottumukset.  Vaikka kaikkien rotujen monimuotoisuus on kaventunut jalostuksen myötä, kyllä vaihtelua vielä löytyy ja maailmalta voi hakea monesti uutta "verta" saman rodun sisältäkin. Roturisteytykset ovat yleistyneet, mutta eivät vielä kovin muodissa. Se olisi tehokas tapa sekoittaa ja monipuolistaa alleelifrekvenssejä.  Uusien teknologioiden myötä jalostuksen vaikutusta perimään voi seurata ja se saattaisi olla kiinnostavaa ja tärkeää koirien hyvinvoinnin parantamiseksi.
 

Lähde:

Eerola, Tapio (2012): Hannes Lohi on valmis ottamaan pitempiä harppauksia koirien geenitutkimuksessa. Koiramme 10/2012

sunnuntai 14. lokakuuta 2012

Punarinnalla on kvanttikompassi silmissään


Linnut hallitsevat kvanttimekaniikan. Punarinta kykenee ylläpitämään silmissään lomittumiseksi kutsuttua kvantti-ilmiötä 20 mikrosekuntia kauemmin kuin hiukkasfyysikot parhaissa laboratorioissaan. Tähän kvantti-ilmiöön perustuu linnun silmissä oleva kompassi, jonka avulla se kykenee havaitsemaan Maan magneettikentän ja suunnistamaan tarkasti.


Punarinta. Credit: Ernst Vikne/Flickr.

Lomittuminen on kvanttitila, jossa elektronit ovat erossa toisistaan, mutta ne kykenevät vaikuttamaan toisiinsa.

Tutkijat ovat löytäneet linnun silmän optisista soluista kryptokromiksi kutsuttua proteiinia. Kun fotoni saapuu linnun silmään, se osuu kryptokromi-molekyyliin ja virittää sen elektroniparin kvanttitilan. Toinen näistä elektroneista siirtyy molekyylissä muutamia nanometrejä toiseen paikkaan, jossa se tuntee hiukan erilaisen magneettikentän kuin partnerinsa. Magneettikentän muutos muuttaa elektronin spiniä, mikä johtaa erilaisiin kemiallisiin reaktioihin punarinnan silmässä. Teoriassa nämä reaktiot voivat tuottaa linnulle kuvan Maan magneettikentästä.

Nämä kvanttitilat ovat hyvin vaikeasti ylläpidettäviä ja helposti hajoavia. Jopa laboratorioissa, joissa atomit jäähdytetään lähelle absoluuttista nollapistettä, lomittumista voidaan ylläpitää vain muutamien sekunnin tuhannessosien ajan. Biologiset järjestelmät näyttäisivät olevan liian lämpimiä ja kosteita kvanttitilan ylläpitämiseen ja kuitenkin se tapahtuu niissä.

"Kuinka elävään olentoon on voinut kehittyä kyky ylläpitää kvantti-ilmiötä yhtä hyvin - eikun paremmin - kuin me voimme saada aikaan laboratoriossa näiden eksoottisten (keinotekoisten) molekyylien kanssa?" ihmettelee kvanttifyysikko Simon Benjamin Oxfordin yliopistosta.

Lintujen kvanttikompassi on myös erittäin herkkä. Kun tutkijat lisäsivät keinotekoisen magneettikentän, jonka voimakkuus oli vain muutamia prosentin osia Maan magneettikentästä, se riitti sotkemaan lintujen sisäisen kompassin. "Mikäli joku muuttaisi valaistuksen voimakkuutta vain prosentin osilla, niin sinun olisi hyvin vaikeaa havaita muutosta. Se ei vaikuttaisi näkökykyysi," Benjamin sanoo.

Tutkijat ovat käyttäneet lomittumisen aikaansaamiseen räätälöityä erikoismolekyyliä, N@C60. Se on hiiliatomeista rakentuva häkki, jonka sisällä on typpiatomi. N@C60 on eräs parhaista lomittumista ylläpitävistä laboratoriojärjestelmistä. "Häkki suojaa sisällään olevaa atomia ja sen sisältämää informaatiota ympäristön vaikutuksilta," Benjamin sanoo. "Sitä pidetään seksikkäänä, mielenkiintoisena ja lupaavana molekyylinä."

Mutta huoneenlämmössä jopa N@C60 ylläpitää lomittumista vain 80 % siitä ajasta mihin linnut näyttävät kykenevän.

"Kuitenkin linnut pystyvät tekemään sen jotenkin paremmin kuin meidän räätälöity erikoismolekyylimme," Benjamin kertoo. "Se on jotain aivan käsittämätöntä."

Lintujen lisäksi monet muutkin eläimet - kalat, liskot, niveljalkaiset ja hyönteiset - kykenevät suunnistamaan Maan magneettikentän avulla. Myös fotosynteesi perustuu kvantti-ilmiöön.

Tutkijat aidosti ihmettelevät kuinka luonnossa sattumalta syntyneet järjestelmät päihittävät heidän suunnittelemansa huipputeknologiatuotteet mennen tullen. Koska kehitysoppi ei tunne ihmistä parempaa suunnittelijaa, niin meidän on edelleen tyydyttävä ihmettelemään sattuman käsittämättömiä kykyjä.


Kaavakuva N@C60-molekyylistä. Credit: Simon Benjamin.


Lähteet:

http://www.wired.com/wiredscience/2011/01/quantum-birds/

http://www.ts.fi/teemat/luonto/206726/Punarinta+suunnistaa++kvanttikompassi+silmissaan

lauantai 13. lokakuuta 2012

Arkiston pökäleitä, osa 3


Reaktori on satu, jonka karvakuono kirjoitti vuonna 2007 eli vajaa vuosi sen jälkeen, kun karvakuonon usko kehitysoppiin oli karahtanut kiville. Kehitysopin kannattajien mielestä karvakuono ei muuta kirjoitakaan kuin satuja. Mutta eihän kaiken maailman blogeja ole mikään pakko lukea.

Aurinkokunta. (edu.helsinki.fi)


Reaktori

Saapuipa kerran kaukaisesta maailmasta tutkimusmatkailija aurinkokuntaamme. Hän oli kuullut että aurinkokunnassamme on erilaisia reaktoreita ja hän halusi tutustua niihin, koska hän oli kiinnostunut reaktoreista. Tutkimusmatkailija tuli ensin fuusioreaktorin luokse. Hän ihaili sen suunnatonta kirkkautta ja tunsi siitä huokuvan lämmön, joka sai tutkimusmatkailijan tuntemaan olonsa kotoisaksi ja turvalliseksi.
Paikalle saapui myös viisas tietäjä Maa-planeetalta. Tutkimusmatkailija halusi tietää kuka oli valmistanut fuusioreaktorin ja hän kysyi sitä tietäjältä. Tietäjä vastasi hänelle: "Ei sitä kukaan ole valmistanut. Se on tiivistynyt fuusioreaktoreiden välisestä aineesta". Tutkimusmatkailija nyökkäsi ja sanoi "aha". Sitten hän kysyi tietäjältä, että voisiko tämä näyttää hänelle kuinka fuusioreaktori tiivistyy. Tietäjä vastasi ettei hän voi sitä näyttää, koska fuusioreaktorin tiivistyminen on niin hidasta, ettei sitä voi omin silmin nähdä. Tutkimusmatkailija uskoi tietäjää ja jatkoi pettyneenä matkaansa. 

Seuraavaksi tutkimusmatkailija saapui Maa-planeetalle. Siellä hän osui ydinvoimalatyömaalle. Hän kuuli, että kysymyksessä oli fissioreaktori. Tutkimusmatkailijan mielenkiinto heräsi. Hän aprikoi, että voisiko hän nyt nähdä reaktorin tiivistymisen? Tutkimusmatkailija jäi seuraamaan ydinvoimalatyömaan tapahtumia ja suureksi hämmästyksekseen hän näki omin silmin, kuinka fissioreaktori tiivistyi fissioreaktoreiden välisestä aineesta. Tohkeissaan tutkimusmatkailja palasi tietäjän luo ja kertoi hänelle näkemästään. Tietäjä hymyili ja kertoi rauhallisesti tutkimusmatkailijalle ettei fissioreaktori suinkaan tiivistynyt fissioreaktoreiden välisestä aineesta, vaan että ne valmistettiin tekemällä työtä. Tutkimusmatkailja nyökkäsi ja sanoi "aha". Tutkimusmatkailija jatkoi matkaansa ja kertasi samalla matkallaan oppimaansa: Maa-planeetan ulkopuolella sijaitsevat reaktorit valmistuvat tiivistymällä ja Maa-planeetalla sijaitsevat reaktorit valmistetaan tekemällä työtä. 

Tutkimusmatkailija tuli fotosynteesireaktorin luokse. Fotosynteesireaktorin kauneus lumosi tutkimusmatkailijan. Hänen oli vaikea ymmärtää, kuinka mitään niin kaunista saattoi olla olemassa! Tutkimusmatkailija tunsi kiitollisuutta sydämessään ja hän halusi välttämättä kiittää fotosynteesireaktorin valmistajia. Niinpä hän palasi tietäjän luo ja kertoi hänelle toiveensa. Jälleen tietäjä hymyili tutkimusmatkailijalle ja kertoi sitten ettei kukaan suinkaan ollut valmistanut fotosynteesireaktoria, vaan että se oli syntynyt tiivistymällä ja luonnon valinnan tuloksena. Tutkimusmatkailija katsoi tietäjää hämmästyneenä, mutta kysyi sitten että kuka se luonto on ja että voisiko hän käydä kiittämässä luontoa hyvästä valinnasta? Kättään heilauttaen tietäjä vastasi hänelle: "Luonto on kaikki tässä ympärillämme oleva. Kaikki tämä elävä on luontoa". Tutkimusmatkailija nyökkäsi ja sanoi "aha". Sitten hän katsoi ympärilleen ja lausui hiljaa mielessään kiitoksen tuntien samalla pelonsekaista kunnioitusta luontoa kohtaan. Kuinka se olikaan osannut tehdä niin monta hyvää valintaa? Sitä tutkimusmatkailija ei kyennyt ymmärtämään.Hiljaisena hän jatkoi matkaansa ja samalla hän kertasi oppimaansa. Maa-planeetan ulkopuolella sijaitsevat reaktorit valmistuvat tiivistymällä. Maa-planeetalla sijaitsevat suuret reaktorit valmistetaan tekemällä työtä. Maa-planeetalla sijaitsevat pienet elävät reaktorit valmistuvat tiivistymällä ja luonnonvalinnan tuloksena. 

Seuraavaksi tutkimusmatkailija tuli jälleen pienen reaktorin luokse. Tutkimusmatkailija tarkasteli sitä huolellisesti. Tämä oli hänen mielestään pieni elävä reaktori. Se näytti liikkuvaa kuvaa luonnosta ja siitä kuului myös samoja ääniä joita tutkimusmatkailija oli kuullut liikkuessaan Maa-planeetalla. Tämä reaktori oli tutkimusmatkailijan mielestä hauska ja mielenkiintoinen. Taas kerran tutkimusmatkailija palasi tietäjän luo ja kertoi havainnostaan. Samalla hän ihmetteli kuinka luonto olikin osannut tehdä niin oivan valinnan. Jälleen tietäjä hymyili ja kertoi tutkimusmatkailijalle ettei kyseistä reaktoria luonto suinkaan ollut valinnut, vaan että se oli valmistettu tekemällä työtä.

Tutkimusmatkailija katsoi tietäjää hämmentyneenä, sitten hän nyökkäsi ja sanoi "aha". Tutkimusmatkailja päätti palata kotiin. Hän häpesi omaa tyhmyyttään.


Reaktori on julkaistu myös Mauno Peltosen Luotain-sivustolla, jossa on varhaisempia tekstejäni.

perjantai 12. lokakuuta 2012

DNA:n puoliintumisaika on määritelty


Ryhmä paleontologeja, joita johtivat Morten Allentoft Kööpenhaminan yliopistosta ja Michael Bunce Murdorch yliopistosta (Perth, Australia), ovat määrittäneet DNA:n puoliintumisajaksi 521 vuotta. Tutkimus on julkaistu Proceedings of the Royal Society B -tiedelehdessä. 

Moa ja ihminen. (Credit: moabird.com)

Paleontologit tutkivat 158 DNA:ta sisältävää jalan luuta, jotka olivat peräisin sukupuuttoon kuolleelta moa-linnulta. Luiden iäksi oli määritelty 600 - 8000 vuotta. Vertaamalla luunäytteiden ikiä DNA:n hajoamisasteeseen tutkijat laskivat DNA puoliintumisajaksi 521 vuotta. Siinä ajassa puolet nukleotidien välisistä sidoksista on hajonnut. Ja edelleen 521 vuoden kuluttua puolet jäljelle jääneistä sidoksista on hajonnut.

Tutkijat ennustavat, että optimaalisissakin olosuhteissa (-5 C) kaikki nukleotidien väliset sidokset olisivat hajonneet viimeistään 6.8 milj. vuoden kuluttua. DNA hajoaa lukukelvottamaksi kuitenkin jo paljon aikaisemmin, eli n. 1.5 milj. vuoden jälkeen.

Tutkijat havaitsivat lisäksi, että luiden ikä selitti vain n. 40 % DNA:n hajoamisasteen vaihteluista. Muita hajoamisasteeseen vaikuttavia tekijöitä ovat näytteen säilytystapa, maan koostumus sekä vuodenaika, jolloin eläin on kuollut. Nämä seikat vaativat lisätutkimuksia, jotta DNA näytteen ikä voidaan luotettavasti arvioida hajoamisasteen perusteella.


Lähde:

http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=dinos-dna-demise-genetic-material-512-year-half-life

Nykyiset syvänmereneliöt ovat oletettua vanhempia


Uudet Floridan rannikolla tehdyt fossiililöydöt osoittavat nykyisten syvänmereneliöiden olevan oletettua vanhempia. Uusi tutkimustulos on julkaistu PLOS ONE-tiedesivuilla.

Floridan rannikolta löydettyjä syvänmereneliöiden fossiileja. (Credit: Thuy B, Gale AS, Kroh A, Kucera M, Numberger-Thuy LD, et al.. Ancient Origin of the Modern Deep-Sea Fauna. PLoS ONE, 2012 DOI: 10.1371/journal.pone.0046913)

Aikaisemmin tutkijat uskoivat, että nämä nykyajan eliöt ovat kehittyneet varsin hiljattain maapallon historian aikana ja vasta ainakin kahden merien ekosysteemejä muuttaneiden massasukupuuttojen jälkeen.

Tutkimuksen johtaja Ben Thuy kertoo: "Me olimme hämmästyneitä siitä, että 114 milj. vuotta vanhat syvänmeren eliöt olivat niin samankaltaisia nykyisten eliöiden kanssa." Tutkijoiden mukaan uudet löydöt osoittavat nykyisten eliöiden esi-isien eläneen merensyvyyksissä paljon kauemmin kuin aikaisemmin on uskottu. Syvänmeren eliöt näyttävät myös paremmin sietävän sukupuuttoja kuin pintavesien eliöt.

Tämäkin uusi havainto on kehitysopin epätarkkuusperiaatteen mukainen. Karvakuonoa se ei juurikaan yllätä.


Lähde:

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/10/121010172116.htm

torstai 11. lokakuuta 2012

Proteiinien kehityshistorian tutkimusmenetelmät epäluotettavia


Uuden tutkimuksen mukaan biologien jo neljännesvuosisadan ajan käyttämä lähtökohtaoletus proteiinien evoluution tutkimuksessa on erittäin kyseenalainen. Tutkimus on julkaistu marraskuun BioScience-tiedelehdessä.


Credit: compbio.cs.toronto.edu

Emory yliopiston näkötutkijan Shozo Yokoyaman artikkeli kuvaa selkärankaisten silmissä olevien kymmenien eri pigmenttiproteiinien oletettujen esi-isien sekä tarkoituksellisesti muunneltujen varianttien luomista ja niiden ominaisuuksien mittaamista. Yokoyama päättelee, että hänen tutkimuksensa heittävät vakavan varjon molekyyliadaptaation perusprinsiipille (fundamental principle of molecular adaptation), joka muodostaa perustan tuhansille erilaisten proteiinien kehityshistoriaa rekonstruoineille tutkimuksille. Yokoyama kirjoittaa, että käytetyt tilastolliset menetelmät ei ole luotettavia.

Yrittäessään arvioida kuinka proteiinit ja niiden ominaisuudet ovat muuttuneet ajan kuluessa, biologit ovat käyttäneet yksinkertaistettuja oletuksia. Erään oletuksen mukaan yksittäinen muutos proteiinissa vaikuttaa samalla tavalla nykyisessä proteiinissa kuin oletetussa esi-isäproteiinissa. Tämän yksinkertaistuksen vuoksi tietokoneiden on verrattain helppo päätellä evoluutiopolku, joka on johtanut nykyisissä eliöissä oleviin proteiineihin - esimerkiksi syvänmeren kalojen (elinympäristössä ei ole UV-valoa) pigmentteihin ja pintavesissä elävien kalojen erilaisiin pigmentteihin.

Yokoyama testasi tätä oletusta luomalla hypoteettisia esi-isäpigmenttejä ja niiden muunnoksia, jotka olisivat voineet syntyä mutaatioiden seurauksena sekä mittaamalla niiden ominaisuudet. Tulokset olivat hämmentäviä: samanlainen mutaatio aiheutti hyvin erilaisen vaikutuksen samankaltaisiin (related) proteiineihin. Lisäksi perinteiset tietokonesimulaatiot ja tilastolliset menetelmät olisivat harvoin tunnistaneet kokeellisesti saadun evoluutiopolun.Yokoyama toivoo, että tutkijat alkaisivat testata luomiaan oletettuja esi-isäproteeiineja, eivätkä vain luottaisi tietokonesimulaatioihin, arvoidessaan niiden evoluutiopolkuhypoteeseja.

No jopas nyt sattui. Kehitysopilliset tutkimusmenetelmät osoittautuvat epäluotettaviksi. Ja tämän vuoksi hyllymetreittäin vertaisarvioituja tutkimuksia muuttuu roskaksi. (Samaan aikaan muuten ns. Roska-DNA on muuttunut tärkeää informaatiota ja toimintoja sisältäväksi säätelykoneistoksi). Kuinkas tämä on mahdollista? Eikös tieteellisen metodin pitäisi taata meille luotettava menetelmä tiedon hankintaan? Vai onko niin, että erilaisilla uskomuksilla ja ajatusrakennelmilla on kaikesta huolimatta jonkinlainen vaikutus tässä prosessissa? Ovatko ihmisen menetelmät vain niin hyviä kuin niiden heikoin lenkki?


Lähde:


http://phys.org/news/2012-10-techniques-infer-pathways-protein-evolution.html

Monimutkaiset aivot olivat olemassa luultua aikaisemmin


Kambrikaudella eläneillä niveljalkaisilla oli monimutkaiset aivot jo 520 milj. vuotta sitten eli paljon aikaisemmin, kuin on tähän asti uskottu. Havainnosta kertova tutkimus on julkaistu Nature-tiedelehdessä.


Fuxianhuia protensa- fossiili Aivojen rakenne näkyy päässä tummina vyöhykkeinä.(Credit: Specimen photo: Xiaoya Ma; inset: Nicholas Strausfeld)

Erittäin hyvin säilynyt sukupuuttoon kuolleen niveljalkaisen fossiili,Fuxianhuia protensa, osoittaa, että anatomisesti monimutkaiset aivot olivat olemassa jo kambrikaudella, eivätkä ne ole juurikaan muuttuneet sen jälkeen. Arizonan yliopiston neurobiologin Nicholas Strausfeld kuvaa löytöä vanhimmaksi fossiiliksi, jolla on aivot. Tutkijat uskovat, että heidän löytönsä auttaa selvittämään sitä, milloin monimutkaiset aivot kehittyivät.

Strausfeld kertoo, että "kukaan ei uskonut näin monimutkaisten aivojen kehittyneen niin varhaisessa vaiheessa monisoluisten eliöiden historiassa," ja jatkaa "On huomionarvoista kuinka pysyvänä hermojärjestelmän rakenne on säilynyt yli 550 milj. vuotta." Hän kuvaa Fuxianhuia protensa- fossiilia vanhanaikaiseksi eliöksi, jolla on modernit aivot.

Strausfeld sanoo, että paleontologien ja evoluutiobiologien on vielä päästävä yksimielisyyteen siitä, miten niveljalkaiset kehittyivät ja miltä niiden ja hyönteisten yhteinen esi-isä näytti.

Se on tietenkin selvää, että kehityshistorian selvittelyssä on iso urakka, kun erilaisia ajatusrakennelmia yritetään sovittaa yhteen ja sitten niiden pitäisi vielä sopia havaintoihin, jotka ovat usein vain sotkevat vyyhtiä lisää.

Tämäkin uusi havainto hämmentää kehityshistoriasoppaa lisää. Sen perusteella tutkijat päättelevät, että erään äyriäislahkon (branchiopod) aivot kehittyivät monimutkaisista yksinkertaisiksi.

Evoluutioteorian selitysvoiman kannalta tämä on tietenkin loistava asia. Evoluutio voi kehittää yksinkertaiset monimutkaisiksi ja monimutkaiset yksinkertaisiksi. Kaikki kelpaa eikä mikään havainto jää selittämättä. Voiko tätä parempaa tieteellistä teoriaa olla olemassa?

Rakkikoiruli kyllä valehtelisi, mikäli väittäisi tämän havainnon olevan jotenkin yllättävä. Monimutkaiset aivot "ilmaantuvat" fossiiliaineistoon eikä niiden kehityshistoriaa kyetä osoittamaan. Niiden kuitenkin havaitaan pysyvän lähes muuttumattomina yli 500 milj. vuoden ajan ilmaantumisensa jälkeen.

Karvakuono on jo aikaisemmin kuvannut tämän kehitysopillisen ilmiön. Nyt sille voisi antaa nimeksi vaikkapa kehitysopin epätarkkuusperiaate:

On yllättävää, että XXXX oli jo olemassa täysin kehittyneenä/valmiina niin varhaisessa vaiheessa NNNN historiassa.


Lähde:

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/10/121010131436.htm

keskiviikko 10. lokakuuta 2012

Turun Sanomat: Hyönteiset ajavat kasvien evoluutiota


Turun Sanomat kertoi 9.10. kohututkimuksesta, jossa oli mukana myös suomalaistutkija, Turun yliopiston kemian laitoksen professori Juha-Pekka Salminen. TS:n artikkelin mukaan tutkimus todisti, että hyönteiset ajavat kasvien evoluutiota. Iltahelokilla (Oenothera biennis) tehty tutkimus julkaistiin Science-tiedelehdessä.

Iltahelokki (Oenothera biennis) sekä Schinia florida-perhonen ja sen toukka. (Credit: Claire Smith)

Tämähän on hienoa! Kohututkimus evoluutiosta ja vieläpä osittain suomalaisin (tois/täl pual jokke) voimin. Mielenkiintoinen kysymys on siis se, millaista evoluutiota tutkijat tässä kohututkimuksessa havaitsivat?

Tutkimuksen johtaja ja Cornellin yliopiston ekologian ja evoluutiobiologian professori Anurag Agrawal kertoo: "Me osoitimme, että kun perhoset otettiin pois kasvuympäristöstä, niin tietyt iltahelokkilajikkeet olivat erityisen menestyksekkäitä. Näillä menestyksekkäillä lajikkeilla oli geenit, jotka tuottivat vähemmän puolustusta perhosia vastaan."

Tutkijat havaitsivat, että tuhohyönteisten poissaollessa kasvit menettivät tuhohyönteisten torjuntamekanisminsa. Ne eivät enää tuottaneet hyönteisten torjuntaan tarvittavia kemikaaleja.

Siis hetkinen...luinko ihan oikein...? Kyllä! Tässä evoluutiota esittelevässä kohututkimuksessa havaittiin, että kasvit menettivät olemassa olevan toiminnon. Tämä ei ole kovin suuri yllätys. Suurempi yllätys olisi ollut se, mikäli tutkijat olisivat havainneet jonkin uuden toiminnon syntyneen. Sehän olisi ollut oiva todiste evoluution kyvystä tuottaa biosfäärin häikäisevä monimuotoisuus. Jäämme siis edelleen odottamaan sellaista havaintoa.


Lähteet:

http://www.ts.fi/teemat/luonto/399372/Hyonteiset+ajavat+kasvien+evoluutiota

http://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=125636

Helsingin Sanomat julkaisi Tieteen rakkikoiran mielipidekirjoituksen


Helsingin Sanomat julkaisi 9.10. karvakuonon mielipidekirjoituksen otsikolla "Koirarotujen jalostus ei edusta evoluutiota", joka on vastine Aki Holmin kirjoitukseen. Rakkikoirulin on annettava tunnustusta Helsingin Sanomille, koska se sallii evoluutioaiheisen keskustelun.

Koirarotujen jalostus ei edusta evoluutiota

Aki Holmin mukaan olin antanut ymmärtää, että evoluution päämääränä olisi luoda monimuotoisuutta (HS Mielipide 29.9.). Tämä on väärinkäsitys, sillä sitä en ole tarkoittanut. Evoluutio perustuu sattumaan eli satunnaisiin mutaatioihin, joten sillä ei voi olla mitään päämäärää.

Holm pitää koiranjalosta loistavana todisteena evoluutiosta. Ihmisen jalostamat yli 400 koirarotua ovat  hänen mukaansa todiste lajien kyvystä muuttua. Koirarotujen suuri määrä perustuu kuitenkin olemassa olevan monimuotoisuuden käyttöön. Koiranjalostajat ovat käytännössä valinneet geenialleeleja, jotka tuottavat koiraan halutun ominaisuuden. Jalostus on aina kaventanut rodun monimuotoisuutta, koska rodulla geenin alleeleja on vähemmän kuin lajilla kokonaisuudessaan. Koiranjalostus on heikentänyt lajin monimuotoisuutta ja vaarantaa lajin elinvoimaisuuden. Tällaista ilmiötä on vaikea yhdistää evoluutioon.

Jalostus on myös muuttanut lajia. Jalostustyön tuloksena koiriin on rikastunut satoja geenivirheitä, jotka aiheuttavat koirille vakavia sairauksia. Koirilla tunnetaan ihmisen jälkeen toiseksi eniten perinnöllisiä sairauksia.

sunnuntai 7. lokakuuta 2012

Ankannokkasaureilla oli paremmat hampaat kasvien hienontamiseen kuin hevosella


Ryhmä tutkijoita on havainnut, että ankannokkasaureilla oli hämmästyttävän hyvä kyky sitkeiden kasvien hienontamiseen, koska niillä oli monimutkaisemmat jauhinhampaat kuin naudoilla ja hevosilla tai muilla nykyisillä kasvinsyöjillä. Havainnosta kertova uusi tutkimus on julkaistu Science-tiedelehdessä.

 Tässä ankannokkasaurin hampaan poikkileikkauksessa näkyy erittäin monimutkainen rakenne. Sen muodostavat kuusi pääkudosta, kun useimmilla liskoilla niitä on vain kaksi (kiille ja hammasluu).  Kuten hevosten, biisoneiden ja norsujen hampaissa, useat erilaiset kudokset saavat aikaan hampaan kulumisen tavalla, joka muodostaa siihen useita monimutkaisia jauhavia pintoja. Näillä dinosaurusten hampaat ovat monimutkaisimpien tunnettujen hampaiden joukossa. (Credit: G. M. Erickson/Florida State University)

Ankannokkasaurien uskotaan eläneen Aasiassa, Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa n. 85 milj. vuotta sitten. Niiden suurikokoisissa leuoissa oli jopa 1400 hammasta, joiden on tähän asti uskottu olleen samanlaisia, kuin muillakin liskoilla.

Uusien menetelmien avulla tutkijat havaitsivat, että ankannokkasaurien hampaat koostuivat kuudesta eri kudoksesta eli niillä oli neljä kudostyyppiä enemmän kuin muilla liskoilla ja kaksi enemmän kuin nykyisillä erikoistuneilla kasvinsyöjillä - hevosilla, naudoilla ja norsuilla.

Tutkija Gregory Erickson kuvaa ankannokkasauria "käveleväksi sellutehtaaksi" ja kertoo, että "me olimme hämmästyneitä siitä, että hampaiden mekaaniset ominaisuudet olivat säilyneet 70 milj. vuoden fossiloitumisen jälkeen." Ja hän jatkaa: "Mikäli laittaisimme nämä hampaat takaisin elävän dinosauruksen suuhun, ne toimisivat täydellisesti."

Tutkijoita hämmästytti se, että 70 milj. vuoden ikäisiksi oletetut hampaat ovat täysin toimintakuntoisia. Se ei kuitenkaan saa heitä epäilemään iänmäärityksen luotettavuutta. Kehitysoppi ei tietenkään voisi olla totta, mikäli vuosimiljoonista täytyisi luopua empiiristen havaintojen perusteella. Tutkijoiden on kuitenkin syytä varautua uusiin fossiiliyllätyksiin.


Lähde:

http://www.amnh.org/explore/news-blogs/research-posts/grinding-teeth-of-duck-bill-dinosaurs-more-advanced-than-horses


tiistai 2. lokakuuta 2012

Evoluutio voi edetä myös monimutkaisesta yksinkertaisempaan


St. Andrewsin yliopiston tutkijoiden mukaan eliöt näyttävät kehittyvän myös tulemalla aikaisempaa yksinkertaisemmiksi. Yleensä evoluution ajatellaan tekevän eliöistä monimutkaisempia, joten tämä uusi tutkimustulos on ristiriidassa yleisen evoluutiokäsityksen kanssa. Tutkimus julkaistiin Current Biology-tiedelehdessä.

Aplysina archeri

Tohtori David Ferrierin johtama tutkijaryhmä havaitsi, että jotkut nykyajan eliöistä, kuten merisienet, kampamaneetit ja laakkoeläimet, ovat saattaneet kehittyä menettämällä joitakin geenejä ja ovat siten tulleet yksinkertaisemmiksi kuin esi-isänsä, josta koko eläinkunta kehittyi.

Tutkijat tarkastelivat Hox- ja ParaHox-geenejä, jotka ohjaavat kehon kehitystä lähes kaikissa nykyisin elävissä eläimissä. Ne määräävät mihin ihmisen kylkiluut tai hyönteisen siivet asettuvat. Tähän asti tutkijat ovat väitelleet siitä, olivatko nämä geenit kehittyneet asteittain (siis darwinistisen mekanismin mukaisesti), vai ovatko ne olleet olemassa jo ensimmäisissä eläimissä.

Tohtori Ferrier kertoo, että vallitsevan käsityksen mukaan nämä geenit liittyivät eliöiden lisääntyneeseen monimutkaisuuteen, kun kehittyneemmät - uusia geenejä ja solutyyppejä omaavat - eliöt seurasivat esi-isiään.

Vertaamalla ihmisen ja merivuokon genomeja, tutkijat 'rekonstruoivat (geneettisen) naapuruston', joka ympäröi Hox- ja ParaHox-geenejä 550 milj. vuotta sitten eläneessä (oletetussa) esi-isässä.

Tutkijat havaitsivat, että merisienissä ja laakkoeläimissä, joiden uskotaan kehittyneen aikaisemmin kuin ihmisen tai merivuokon, on yhä olemassa nämä 'naapurustot', vaikka niillä ei ole Hox- tai ParaHox-geenejä.

Tohtori Ferrier jatkaa: "Nämä 'naapurustot' ovat kuin haamuja antaen heikon viittauksen siitä, mitä aikaisemmin oli olemassa, kun Hox- ja ParaHox-geenit ovat hävinneet jättäen vain haamukuvan jälkeensä."

"Työmme tarjoaa täysin toisenlaisen vaihtoehdon eläinten varhaisista esi-isistä vallinneisiin käsityksiin."

"Tämä uusi näkemys, joka paljastaa näiden tärkeiden kehitystä ohjaavien geenien varhaisen alkuperän, tarkoittaa myös sitä, että näiden geenien metsästys varhaisista kehityslinjoista on taas käynnissä."

Ja taas kerran darwinistinen selitys osoittautuu vääräksi, kun yllättäen havaitaan, että tärkeät geenit ovatkin olleet olemassa heti alusta lähtien. Kuinkahan se on mahdollista? Onko joku ihan koiruuttaan pannut ne paikoilleen?


Lähde:

http://phys.org/news/2012-09-evolution-meant-simpler-complex.html

Uusi kemiantekniikka jäljittelee luontoa


The Scripps Research Instituutin tutkijat ovat osoittaneet kuinka laboratorio-olosuhteissa voidaan syntetisoida terpeenejä, jotka muodostavat runsaimman eliöiden tuottaman kemiallisten yhdisteiden ryhmän. Solut valmistavat terpeenejä monimutkaisimmissa tunnetuissa biologisissa reaktioissa.

Terpeenejä. (Credit: chm.bris.ac.uk)

Uusi tekniikka, joka kuvataan Nature Chemistryn verkkojulkaisussa jäljittelee soluissa tapahtuvan terpeenien biosynteesin keskeistä, mutta hämärän peitossa olevaa biokemiallista ilmiötä. Tämä uusi tekniikka voi tulevaisuudessa tuottaa monia tärkeitä lääkkeitä entistä halvemmalla.

"Tämä on jännittävää, koska valmistamme nyt molekyylejä, joita ei ole koskaan aikaisemmin valmistettu laboratoriossa, kun olemme ensin ottaneet mallia luonnosta," sanoo vanhempi tutkija Ryan A. Shenvi.

Monet terpeenit, kuten Taxol ja artemisinin, valmistuvat soluissa niin monimutkaisissa biokemiallisissa prosesseissa, että niitä on vaikea ymmärtää, eivätkä kemistit ole kyenneet valmistamaan niitä orgaanisen kemian keinoin.

Tässä uudessa tutkimuksessa Shenvi yhdessä kollegansa Sergei V. Proninin kanssa jäljitteli kahden keskeisen terpeenin biosynteesiä. Solut käyttävät  lopusta-alkuun polysyklisaatioksi [rakkikoirulin käännös] (tail-to-head polycyclization) kutsuttua prosessia useiden monimutkaisten terpeenien valmistuksessa.

Lopusta-alkuun polysyklisaatio alkaa melko yksinkertaisesta hiiliatomien muodostamasta ketjusta. Usein hiiliatomiin on liittyneenä myös vetyatomi. Prosessin päämääränä on muodostaa suorasta hiiliketjusta renkaita (polysykli).

Prosessin keskeinen piirre on positiivisen varauksen siirtäminen yhdeltä hiiliatomilta toiselle oikeassa järjestyksessä. Tämän tempun toistaminen ja jopa sen analysointi on erittäin haasteellista kemisteille, koska hiiliatomin positiivinen varaus voi periaatteessa siirtyä lukuisin eri tavoin syntymässä olevassa rakenteessa. Kaiken lisäksi positiivinen varaus vetää tehokkaasti puoleensa negatiivisesti varautuneita ioneja, joten hiiliatomin positiivinen varaus, jota kemistit kutsuvat karbokationiksi, on koko ajan vaarassa tuhota itsensä.

"Karbokationeja on hankala käsitellä synteettisissä reaktioissa laboratoriossa, koska niiden elinikä on niin lyhyt," Shenvi sanoo "ja kuitenkin luonto on kehittänyt työkalut niiden käsittelyyn."

Tärkeimpiä näistä työkaluista ovat syklaasi-entsyymit (cyclase enzymes), jotka pitävät rakenteilla olevaa terpeenimolekyyliä paikoillaan ja suojelevat omalla varautuneella rakenteellaan karbokationeja, jolloin niiden varaus säilyy riittävän pitkään. Tähän asti kemistit, jotka ovat yrittäneet syntetisoida terpeenejä laboratoriossa, eivät ole yrittäneet matkia syklaasi-entsyymien toimintaa.

"Luonnon biokemiallisia reaktioita pidettiin liian vaikeina tai mahdottomina toteuttaa," Shenvi kertoo. "Me kuitenkin päätimme, että meidän on jollain tavalla kyettävä jäljittelemään sitä, mikäli haluamme kehittää käyttökelpoisen menetelmän."

Pronin ja Shenvi lopulta löysivät erään vinyyliepoksi tyypin, joka osoittain korvaa syklaasi-entsyymin. "Meidän mielestämme se pitää tehokkaasti paikoillaan negatiivisesti varautunutta vasta-anionia, joka muuten nollaisi karbokationin varauksen ennenkuin reaktio olisi valmis," Pronin sanoo.

Osoittaakseen uuden menetelmänsä tehon Pronin ja Shenvi käyttivät sitä kahden erilaisen terpeenin - funebreeni ja cumacreni - valmistuksessa aloittaen melko yksinkertaisista orgaanisista yhdisteistä. Näitä terpeenejä ei ole aikaisemmin kyetty valmistaman synteettisesti.

Shenvi korostaa, että heidän työnsä on vasta perustava kuvaus uudesta menetelmästä ja että tekniset vaikeudet vielä estävät sen laajamittaisen käytön. "Mutta kun me pääsemme näiden esteiden yli, niin meidän pitäisi kyetä syntetisoida monia arvokkaita yhdisteitä. Periaatteessa kaikki terpeenit ovat valmistettavissa orgaanisen kemian keinoin."

Kehitysoppiin uskovilla ei ole mitään vaikeuksia uskoa siihen, että monimutkaiset biokemialliset prosessit ovat syntyneet sattumalta, vaikka he ovat olleet sitä mieltä, että niiden jäljitteleminen laboratoriossa on liian vaikeaa tai mahdotonta! Etevät biokemistit joutuvat venymään parhaimpiin suorituksiinsa voidakseen edes jollain tasolla jäljitellä näitä sattuman tuotoksia. Kyllä sattuman kyvyt ovat kerrassaan ihmeellisiä.


Lähde:

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/09/120923141822.htm