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.