Yksi iso vai monta pientä? Jättisolu putkessa ja muita erikoisia ratkaisuja

acetabularia viherlevä green algae maija karala

Koulussa opetettiin, että on olemassa tuttujen monisoluisten eliöiden lisäksi yksisoluisia, jotka ovat mikroskooppisen pieniä.

Monisoluisilla on erilaisia soluja, jotka ovat erikoistuneet eri tehtäviin. Monisoluisuus ei välttämättä kehity aivan käden käänteessä, sillä täytyyhän joidenkin solujen luopua oikeudesta lisääntyä. Se on kuitenkin kaiken näkyvän kokoisen elämän edellytys. Käytännössä monisoluisia, ja siten näkyvän kokoisia ovat lähinnä kasvit, eläimet, sienet, ja osa levistä.

Yksisoluisillehan massiiviseen kokoon kasvaminen on mahdotonta, yksinkertaisesti koska solulla täytyy elääkseen olla tarpeeksi pinta-alaa suhteessa tilavuuteensa. Mitä isommaksi solu kasvaa, sitä pienemmäksi sen pinta-ala käy suhteessa soluliman määrään, kunnes se ei enää ehdi ottaa ympäristöstään tarpeeksi aineksia ja joko nääntyy nälkään tai tukehtuu. Toinen ongelma on, että etäisyys tumasta solun muihin osiin kasvaa, joten tuman tuottamat proteiinit ehtivät tehtäviinsä yhä pidemmällä viiveellä. Niinpä solut ovat ja pysyvät mikroskooppisina.

… Vai kuinka? Yleensä kyllä, mutta kuten tavallista, luonto taipuu huonosti niihin siisteihin lokeroihin, joita oppikirjojen kirjoittajat joutuvat käyttämään. Maailmassa on kaikenlaisia kummajaisia, joita ei osaisi villeinkään mielikuvitus keksiä. Vai miltä kuulostaisi synnyttävä bakteeri tai ongelmia ratkova limapallero?

Bakteerisolut ovat yleensä hyvin pieniä verrattuna aitotumaisten (kuten eläinten ja kasvien) soluihin, siitä yksinkertaisesta syystä, että niiden sisään on mahdutettava vähemmän tavaraa. Meillä on tilaa vieviä soluelimiä, esimerkiksi kokoelma voimalaitoksina toimivia mitokondrioita, jotka ovat oikeastaan kokonaisia bakteereja. Niitä on useimmissa soluissa tuhansia. Lisäksi aitotumaisilla on nimensä mukaisesti tuma, joka sisältää hurjan määrän DNA:ta verrattuna bakteerien irrallaan kelluvaan yksinäiseen DNA-rihmaan. Bakteerisoluilta puuttuvat myös ne aitotumaisten koneistot, jotka pumppaavat tavaraa solun sisään ja siitä ulos, joten niiden kaupankäynti ulkomaailman kanssa sujuu hitaammin. Niinpä koon kasvaessa suhteessa pienemmäksi muuttuva pinta-ala on niille aiemmin ongelma.

Sulphide_bacteria_cropKaikki bakteerit eivät silti ole pieniä, ja niistä suurimmat ovat häkellyttävän kokoisia. Namibian edustalta merenpohjan sedimenteistä löydetty Thiomargarita namibiensis -bakteeri kasvaa 0,75 millimetrin mittaiseksi (kuva: NASA). Eihän se isolta kuulosta, mutta bakteerien mittapuulla se on suorastaan kolossaalisen valtava ja erottuu paljaalla silmällä. Se on reilut seitsemän kertaa isompi kuin ihmisen munasolu (jonka senkin voi sopivissa oloissa erottaa ilman mikroskooppia). Thiomargarita tosin huijaa vähän: noin 80 % sen sisuksista on isoa nesterakkulaa, jossa bakteeri säilyttää ravintoaan, nitraattia, pahan päivän varalle.

Epulopiscium fishelsoni -bakteeri, joka elää puolestaan välskärikalojen suolistossa, on suunnilleen samankokoinen kuin Thiomargarita. Ehkä juuri suuri koko tuo mukanaan kummallisia tapoja. E. fishelsonin lisääntyminen tuo nimittäin mieleen pikemminkin synnyttämisen kuin bakteereille tavanomaisen jakautumisen. Emosolu kasvattaa sisällään itiöitä, joita voi olla yhdestä kahteentoista. Tavallisista itiöistä poiketen nämä ovat alusta saakka elossa ja aktiivisia, ja kun ne ovat tarpeeksi suuria selviämään omillaan, emosolu yksinkertaisesti hajoaa ja lapsukaiset pullahtavat maailmalle.

708px-Valonia_ventricosa

Jättiläismäisimmätkin bakteerit kalpenevat verrattuna siihen, kuinka suunnattomia yksisoluisia aitotumaisia on olemassa. Useimmiten ne ovat leviä tai muita valtameren eliöitä. Esimerkiksi viherlevistä Acetabularia-suvun edustajat näyttävät ja tuntuvat pieniltä muovisieniltä, tai oikeastaan tuovat mieleen nukkekodin sateenvarjon. Korfun rannikolta löytämäni Acetabularia-kasvusto on tämän artikkelin aloituskuvassa. Lasinkiiltävä Valonia ventricosa (kuva: Haplochromis/Wikipedia) on sekin viherlevä, ja kasvaa yleensä 1-4 sentin kokoluokkaan. Sen voi tavata esimerkiksi Punaisestamerestä, missä se kököttää korallien joukossa kuin vihreä, hopeinen tai petrolinsininen marmorikuula.

On isoja soluja muillakin kuin levillä. Gromia sphaerica on pallomainen yksisoluinen ameeba, joka kasvaa läpimitaltaan kolmisenttiseksi ja jättää merenpohjan mutaan selvät urat ryömiessään paikasta toiseen. Se löydettiin tieteelle uutena Arabianmereltä vasta vuonna 2000. Ilmeisesti huomaamatta jääminen ei kuitenkaan johdu suppeasta levinneisyydestä: sittemmin se on tavattu jokseenkin tarkalleen toiselta laidalta maailmaa, Bahamalta.

Xenophyophore

Ja sitten ovat tietenkin huokoseläimet. Nimestään huolimatta huokoseläimet eivät ole eläimiä ensinkään, vaan yksisoluisia ameebamaisia otuksia, jotka elävät pääasiassa osana valtamerten planktonia. Niitä kyllä tunnetaan myös makeista vesistä ja maaperästä. Niihin kuuluu myös erikoislaatuinen ryhmä nimeltä Xenophyophora, jonka edustajat ovat niin kummallisia, että niitä arveltiin aluksi sienieläimiksi, sittemmin kuoriameeboiksi ja lopulta aivan omaksi pääjaksokseen. Vasta DNA-analyysi paljasti nämä syvänmeren eliöt hyvin erikoisiksi ja hyvin suuriksi huokoeläimiksi (kuva: NOAA).

Xenophyophora-huokoseläimet voivat venähtää 20 sentinkin mittaisiksi. Ne näyttävät lajista ja olosuhteista riippuen esimerkiksi litteiltä kiekoilta, pikku pyramideilta tai kakunkoristeruusuilta. Niistä ei tiedetä juuri mitään, sillä ne ovat niin hauraita, että hajoavat varovaisimmastakin käsittelystä, eikä niiden kasvatus vankeudessa ole onnistunut. Ne viihtyvät merenpohjan mudassa, näköjään riippumatta siitä, millä syvyydellä merenpohja sattuu olemaan: niitä on tavattu Maapallon syvimmistä hautavajoamista yli kymmenen kilometrin syvyydestä. Vaikuttaa siltä, että ne syövät liejusta kaikenlaisia orgaanisia hitusia kietomalla ne solulimaan samalla tavoin kuin ameebat, ja tuottavat siinä sivussa ympärilleen suuria määriä limaa, joka tiheään asutuilla paikoilla voi peittää maiseman. Ilmeisesti ne ovat elinalueillaan ekologisesti tärkeitä, sillä siirat, monisuka-, ruisku- ja sukkulamadot, pohjahankajalkaiset ja käärmetähdet hakeutuvat suurin joukoin niiden lähelle tai peräti kuoren poimujen sisään.

CaulerpaTaxifolia

Kaikki muut ovat kuitenkin kääpiöitä verrattuna Caulerpa-viherlevään, jonka ainoa solu voi olla kolme metriä pitkä ja haarautua pariksisadaksi ”lehdeksi” (kuva: NOAA). Caulerpa on tuttu myös merivesiakvaarioita harrastaville, sillä nopeasti kasvavia isoja viherleviä käytetään niissä tehokkaina liikojen ravinteiden poistajina. Useimmat niistä eivät tosin ole yksisoluisia! Eteläisessä Japanissa vähän pienemmät, palleromaiset Caulerpat tunnetaan ravintoloiden ruokalistalla ”vihreänä kaviaarina”.

Kuinka ihmeessä yksi solu voi olla kolmimetrinen, tai edes 20-senttinen? Monet jättiläisistä ratkaisevat tilavuuden ja pinta-alan ongelman yleensä olemalla kummallisen muotoisia. Esimerkiksi Acetabularian solu on pitkä ja ohut, jolloin pinta-alaa riittää suuresta koosta huolimatta. Xenophyophora-huokoseläinten solu on levittäytynyt ohuisiin putkiin otuksen tuottaman sementtimäisen kuoren sisään. Liika etäisyys tumasta taas ratkeaa näppärästi pitämällä useita tumia, joskus tuhansiakin kappaleita. Silloin otus on oikeastaan monisoluinen, paitsi että tumien välillä ei ole seiniä.

Saman tempun tekevät muuten myös limasienet, jotka tosin päätyvät siihen vähän nurinkurista reittiä, sillä nurinkurisestihan ne tekevät kaiken. Ne venyttävät yksisoluisuuden määritelmää pahemman kerran.

Nuoret limasienet elävät maaperässä ja karikkeessa yksittäin ja näyttävät melko lailla mikroskooppisilta, yksisoluisilta ameeboilta. Kovien aikojen lähestyessä, näin suomalaisittain syksyllä, kaksi ameebaa pariutuu ja niiden yhteensulautunut tuma alkaa jakautua loputtomiin niin, että tuloksena on jättiläismäinen monitumainen solu. Hauska yksityiskohta on sekin, että joillain limasienillä sukupuolia on kahden sijaan neljä.

1458412_2c8b1810

Seuraava vaihe, limakko, on jugurttimainen limapallo, joka ryömii rakenteeseensa nähden huomattavaa vauhtia paikasta toiseen ja kykenee jopa alkeelliseen ongelmanratkaisuun (kuva: Bernard Bradley /Geograph Britain and Ireland). Muutama vuosi sitten melkoisesti huomiota sai tutkimus, jossa limakolle aseteltiin ruokaa Tokion seudun kartalle siten, että jokaisen rautatieaseman kohdalla oli kunkin aseman liikenteen määrää vastaava suupala. Limasieni ryömi vikkelästi kiinni kaikkiin herkkupaloihin ja muodosti sitten niiden välille limaverkoston, joka oli käytännössä identtinen japanilaisinsinöörien huolella suunnitteleman Tokion seudun rautatieverkon kanssa!

SchleimpilzKun vaeltava limakko pääsee mieluiseen paikkaan, se muuttuu itiöpesäkkeiksi, jotka tuovat mieleen pienoiskokoiset sienet (kuva: Walter J. Pilsak /Wikimedia Commons). Lajista riippuen ne voivat olla hyvinkin monennäköisiä: keltaista pesusientä, metallinkiiltäviä palleroita varsien päissä tai punaisia lankakeriä. Itiöistä puolestaan kasvaa uusia ameeboja.

Maailmanhistorian todennäköisesti massiivisin solu ei kuitenkaan elänyt itsekseen, vaan osana hyvin suurta eläintä. Tarkemmin sanoen se oli kaikkien aikojen pitkäkaulaisimman sauropodidinosauruksen kiertäjähermo. Kiertäjähermohan on yksi aivojen alaosasta lähtevistä aivohermoista, jotka toimivat suunnilleen samoin kaikilla selkärankaisilla. Niistä useimmat hoitavat kasvoihin liittyviä tehtäviä, mutta kiertäjähermon vasen haara tekee nimensä mukaisesti lenkin aortan ympäri aivan sydämen tuntumassa ja palaa sitten takaisin kurkkuun hoitamaan kurkunpään hermotusta.

wedel-rln-fig1-revised

Se oli aivan järkevää kaloille, joiden sydän sijaitsee varsin kirjaimellisesti kurkussa, mutta kaulan muodostuminen aiheutti kiertäjähermolle varsin hölmöltä vaikuttavan ylimääräisen lenkin. Ihmisellä tämä turhanpäiväinen lenkki on vain muutaman kymmenen sentin mittainen, mutta esimerkiksi Supersauruksella koko hermon on täytynyt olla noin 28 metriä pitkä. Lähes 30-metrinen solu! Kaiken kukkuraksi hermosoluilla on vain yksi tuma: sen tuottamilla proteiineilla mahtoi kestää jonkin aikaa matkata toiseen päähän solua (kuva: Matt Wedel /Acta Paleontologica Polonica).

Aihetta tutkinut paleontologi Matt Wedel luonnehtii tieteellisen artikkelinsa otsikossa sauropodien kiertäjähermoa riemastuttavasti ”tehottomuuden monumentiksi”. Sitä luonto monessa asiassa todella on, mutta todella ihmeellistä siitä tekee se, että kaikesta huolimatta tehottomimmat, kelvottomimmat ja käsittämättömimmätkin ratkaisut aina toimivat jotenkin. Niin kuin limaa ympärilleen valuttavat 20-senttiset yksisoluiset ruusunkukat kymmenen kilometriä merenpinnan alapuolella.

Lähteitä ja lisätietoa:

Campbell ym. (2008) Biology. Kahdeksas painos, Pearson.

Marja Härkönen & Elina Sivonen (2011) Limasienet. Luonnontieteellinen keskusmuseo.

Wired: Slime mold grow network just like Tokyo railway system. Ja alkuperäinen Science-lehden artikkeli.

SV-POW: The world’s longest cells? Speculations on the nervous systems of sauropods. Ja alkuperäisartikkeli Acta Paleontologica Polonicassa.

Wikipedia: Unicellular organism, Thiomargarita namibiensis, Epulopiscium fishelsoniAcetabularia, Valonia ventricosa, Gromia sphaerica, Xenophyophore, Caulerpa,

3 vastausta artikkeliin “Yksi iso vai monta pientä? Jättisolu putkessa ja muita erikoisia ratkaisuja”

  1. Mitä tarkoittaa limasienillä olevan jossain tapauksessa neljä sukupuolta?

    1. Ainakin joillakin limasienilajeilla on koiras-naaras-jaottelun lisäksi vielä toinen ominaisuus, jota voisi kutsua vaikka A:ksi ja B:ksi. On siis olemassa A- ja B-versioita molemmista sukupuolista, eli yhteensä neljänlaisia limasieniä. Yksilöiden on oltava molemmissa piirteissä toisilleen vastakkaisia, jotta ne voivat lisääntyä.

  2. Limasienet ovat kiehtovia veijareita. Ennen juhannusta möllötti Hietaniemen hautausmaan nurtsilla sellainen, tai ainakin luulen sen keltaisen mössön olleen sellainen. Harmillista kylläkin oli olevinaan kiire töihin enkä jäänyt enempää ihmettelemään otusta, mutta kävin männä viikolla vilkaisemassa uudelleen paikkaa. Keltaisen sijasta löytyi kuivaa tummanharmaata mössöä, joka pölisi, kun sitä vähän sormella käänteli. Itiöitä, kukaties?

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Google photo

Olet kommentoimassa Google -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s