tiistai 3. helmikuuta 2015

Molekyylibiologian havainnot eivät tue yhteistä polveutumista


Kun evoluutiobiologit eivät onnistuneet rakentamaan fylogeneettistä eli yhteistä polveutumista kuvaavaa evoluutiopuuta fossiiliaineiston perusteella, niin he turvautuivat DNA-sekvensseihin. Mutta tämäkään keino ei ole tuottanut toivottuja tuloksia ja yhteistä polveutumista osoittava evoluutiopuu on edelleen kovin kitukasvuinen.

Ernst Haecklin näkemys Darwinin elämänpuusta. Ylimpänä on ihminen. (en.wikipedia.org)

DNA-sekvenssivertailuihin perustuva evoluutiopuun rakentamisen perusperiaate on hyvin yksinkertainen. Valitaan geeni tai geenijoukko eliöryhmästä ja verrataan DNA-sekvenssejä toisiinsa. Mitä enemmän sekvenssit muistuttavat toisiaan, sitä läheisempää sukua eliöt ovat toisilleen. Tämän periaatteen esittivät ensimmäisinä Zuckerkandl ja Pauling v. 1962 ja sen taustalla on ajatus, että kaikki eliöt polveutuvat yhteisestä esi-isästä. Samalla tietysti oletetaan, että yhteinen polveutuminen aiheuttaa eliöissä samankaltaisuuksia.

Mikäli tämä oletus on totta, niin silloin yhteistä polveutumista osoittava evoluutiopuu pitäisi voida rakentaa eritavoin muodostetuista sekvenssijoukoista eli näin saatujen evoluutiopuiden pitäisi olla kutakuinkin yhteneviä. Näin ei ole kuitenkaan käynyt, vaan erilaiset sekvenssijoukot antavat erilaisia ja keskenään ristiriitaisia tuloksia. Esimerkiksi yleinen nisäkkäiden evoluutiopuu sijoittaa ihmisen lähemmäksi jyrsijöitä kuin norsua. Mutta mikro-RNA-vertailut antavat päinvastaisen tuloksen - ihminen on lähempänä norsua kuin jyrsijää. Tällaiset ristiriitaisuudet ovat yleisiä geenisekvensseihin perustuvissa evoluutiopuissa. Tämä herättää kysymyksen, onko oletus eliöiden yhteisestä polveutumisesta oikein?!


Ongelmia tyvestä alkaen

Ongelmat alkoivat, kun biologit sekvensoivat geenejä elämän kolmesta perusdomeenista eli bakteereista (prokaryootit), arkeista ja aitotumallisista (eukaryootit). Geenisekvenssien perusteella ei voitu kontruoida yhteistä polveutumista kuvaavaa puuta.

Vuonna 2009 New Scientist julkaisi artikkelin otsikolla "Miksi Darwin oli väärässä evoluutiopuun suhteen?" Artikkeli valotti ongelmaa seuraavasti:

"Ongelmat alkoivat 1990-luvun alussa, kun tuli mahdolliseksi sekvensoida bakteerien ja arkkien geenejä, eikä pelkästään RNA-jaksoja. Kaikki odottivat, että DNA-puut olisivat yhteneväisiä RNA-puiden kanssa, ja joskus ne olivatkin, mutta mikä oli huomattavaa, niin aina näin ei kuitenkaan ollut. RNA:n perusteella laji A saattoi olla lähempää sukua lajille B kuin lajille C, mutta DNA:n antoi päinvastaisen tuloksen."

Biokemisti W. Ford Doolittle oli sitä mieltä, että tämä ongelma ei johtunut huonoista tai vääristä tutkimusmenetelmistä, vaan siitä, että elämää ei voida kunnolla esittää puumaisessa kaaviossa. New Scientist ilmaisi kuvasi asiantilaa näin:

"Pitkän aikaa päämääränä oli elämänpuun rakentaminen, mutta negatiiviset todisteet ovat repineet koko projektin riekaleiksi."

Jotkut evoluutiobiologit ovat selittäneet, että ongelmat johtuvat mikro-organismeista (esim. bakteerit), jotka kykenevät vaihtamaan geenejä keskenään (horisontaalinen geeninsiirto), mutta tämä selitys ei ole vakuuttava, koska samoihin ongelmiin törmätään myös korkeampien eliöiden kohdalla. Ja niillä geeninvaihto on paljon vähäisempää.

Fylogeneettiset ongelmat koskevat myös viruksia. Bamford et al. esittävät varsin synkän arvion tilanteesta:

"...virusten fylogeneettisten sukulaisuussuhteiden yksiselitteinen kuvaaminen on lähestulkoon mahdotonta. Virusten emäsjärjestyksen vertailu... on myös tehnyt entistä ilmeisemmäksi ongelmia, joita liittyy pyrkimyksiin luokitella viruksia perinteisen evoluutiobiologian keinoin. Kahdeksannessa raportissaan v. 2005 ICTV  (International Committee on Taxonomy of Viruses) listasi 3 lahkoa, 73 heimoa, 9 alaheimoa ja 287 sukua, jotka yhteensä käsittivät 1938 lajia. Viruslajien syntyhistorian selvittämisen pulmallisuutta kuvaa kuitenkin, että em. 73 heimosta toistaiseksi vain 10 on kyetty sijoittamaan johonkin kolmesta lahkosta. Pelkkä virusgenomien suhteellisten samankaltaisuuksien vertaaminen ei tässä välttämättä auta..." (Bamford et al. 2010, s. 457).

Tämä siis tarkoittaa, että genomivertailujen perusteella viruksille ei kyetä rakentamaan yhteistä polveutumista osoittavaa evoluutiopuuta eli virusten luokittelu "perinteisen evoluutiobiologian" keinoin on mahdotonta.

Molekyylisystematiikan pioneerin Carl Woesen mukaan fylogeneettisiä ristiriitaisuuksia voidaan nähdä kaikkialla elämän puussa.

New Scientist kertoo mitä tapahtui, kun mikrobiologi Michael Syvanen yritti rakentaa evoluutiopuuta 2000 eri eliöryhmistä otetun geenin perusteella.

"Hän epäonnistui. Ongelmana oli se, että eri geenit kertoivat erilaisen evoluutiotarinan... geenit antoivat sekalaista signaalia... noin puolet geeneistä kertoo yhtä tarinaa ja toinen puoli kertoo toista tarinaa..."

Evoluutiopuun rakentaminen oli niin vaikeaa, että Syvanen valitti: "Olemme juuri tuhonneet elämän puun".
Monet muut tutkijat ovat päätyneet samaan lopputulokseen.


Ristiriitoja morfologian ja molekyylibiologian välillä

Evoluutiopuita rakennetaan myös eliöiden ulkoisen olemuksen perusteella (morfologiaan perustuva luokittelu), mutta ristiriidat molekyylisekvensseihin ja morfologiaan perustuvien evoluutiopuiden välillä ovat yleisiä. Vuonna 2012 julkaistu lepakoiden sukulaisuutta selvittänyt tutkimusraportti totesi:

"Ristiriitaisuudet morfologiaan ja molekyylisekvensseihin perustuvien evoluutiopuiden välillä ovat lisääntyneet vertailuaineiston määrän lisääntyessä."

Biologian oppikirjojen mukaan sytokromi-c-molekyyliin perustuvat evoluutiopuut ovat yhteneviä morfologiaan perustuvien evoluutiopuiden kanssa. Tässä yhteydessä jätetään kuitenkin kertomatta, että sytokromi-b:hen perustuva puu antaa erilaisen tuloksen, joka on ristiriidassa perinteisen evoluutiopuun kanssa. Trends in Ecology and Evolution-lehden artikkelissa todetaan:

"Mitokondriaalinen sytokromi-b-geeni... antoi nisäkkäille järjettömän polveutumissuhteen, riippumatta evoluutiopuun rakentamistavasta. Kissat ja valaat sijoittuivat kädellisiin (mm. apinoiden ja lemurien kanssa, mutta ilman kummituseläimiä). Sytokromi-b on ilmeisesti yleisimmin sekvensoitu geeni selkärankaisissa, mikä tekee tästä havainnosta vielä huolestuttavamman."

[Rakkoikoirulin välikysymys: entäs koirat, oliko nekin kissojen ja apinoiden kanssa?]

Samassa lehdessä julkaistussa toisessa artikkelissa puolestaan todettiin, että:

"Eri menetelmin saadut kilpailevat evoluutiopuut käytännössä muuttavat nisäkkäiden evoluutiopuun epämääräiseksi pensaaksi, sillä mahdollisella poikkeuksella, että norsut ja merilehmät ovat sukua toisilleen."

Nature kuvasi vallitsevaa tilannetta "evoluutiosodaksi". Ja vuonna 2005 Science-lehdessä julkaistun tutkimuksen tekijät päätyivät vähemmän lupaaviin tuloksiin: "Huolimatta laajasta lähdemateriaalista, eläinten sukulaisuussuhteita ei kyetty selvittämään." 

Seuraavana vuonna samat tutkijat kertoivat, että "suuri osa yksittäisiin geeneihin perustuvista fylogenioista antaa huonoja tuloksia" viitaten tutkimukseen, jossa pudotettiin 35% yksittäisistä geeneistä pois, koska niiden antamat tulokset olivat ristiriidassa perinteisen evoluutiopuun kanssa. Tutkimusraportissa suositeltiin jopa "useiden molekyylisystematiikan perusoletusten uudelleenarviointia."

Vaikka jonkinlaista uudelleenarviointia tehtäisiinkin, niin yksi asia on kuin kiveen hakattu. Kehitysopillista oletusta eliöiden yhteisestä polveutumisesta ei epäillä. Sen sijaan keksitään uusia keinoja selittää ristiriitaisuuksia. Näitä selityksiä on jo nyt ihan kunnioitettava määrä alkaen konvergenttisestä evoluutiosta ja horisontaalisesta geeninsiirrosta.

Tässäkin tapauksessa näyttää hyvin vahvasti siltä, että kehitysopillinen ennakko-oletus ohjaa teorianmuodostusta ja tulkintaa (=yhteinen polveutuminen on tosi). Tämän tulkinnan kanssa ristiriidassa olevat kokeellisen luonnontieteen havainnot kyllä tunnustetaan, mutta näihin havaintoihin perustuvia johtopäätöksiä ei kyetä tekemään, koska sitoutuminen tiettyyn maailmankatsomukseen tekee mahdottomaksi tämän maailmankatsomuksen kyseenalaistavat tulkinnat. Aina on mahdollista nähdä vain se mitä haluaa nähdä ja ummistaa silmänsä siltä mitä ei halua nähdä.


Lainauksien käännökset eivät ole sanatarkkoja. Tarkat lähdetiedot alkuperäistekstissä.


Lähteet:

http://www.evolutionnews.org/2015/02/problem_6_molec091151.html

Bamford, Dennis & Hyypiä, Timo & Saksela, Kalle (2010): kirjassa Hedman et al (toim.): Mikrobiologia, Duodecim, Helsinki

2 kommenttia: