Kuinka sokkotetra menetti silmänsä?

Astyanax_mexicanus_01 Jännittävä uusi tutkimus kertoo, kuinka evoluutio voi tukalassa tilanteessa toimia hyvinkin nopeasti ottamalla käyttöön piilotettua muuntelua. Tutkimuskohteena toimi akvaariokalanakin tunnettu silmätön luolakala, sokkotetra (Astyanax mexicanus). Kuva: H. Zell/Wikimedia Commons.

Luonnonvalinta voi toimia hyvinkin nopeasti, jos populaatio joutuu äkkiä uuteen tilanteeseen. Monissa tutkimuksissa on huomattu, että eläimetkin voivat muuttua näkyvästi vuosikymmenissä tai vain vuosissa (bakteerit pikemminkin tunneissa). Onhan se täysin loogista: jos esimerkiksi uusi petokala saapuu pieneen jokisuvantoon ja syö parissa vuodessa kaikki pienikokoiset aikuiset miljoonakalat, jäljelle jäävät vain ne, jotka eivät pedon suuhun mahdu. Erikokoisten miljoonakalojen populaatiosta on välittömästi tullut isojen miljoonakalojen populaatio. Tästä tutkimuksesta kirjoitinkin aiemmin.

Nopealla evoluutiolla on kuitenkin yksi ehto: populaatiossa on oltava muuntelua, jonka pohjalta luonnonvalinta voi toimia. Jos kaikki miljoonakalat ovat yhtä pieniä, petokala popsii niitä valikoimatta, eikä mitään muutoksia tapahdu. Mutaatiot ovat tiettävästi hyödyllisyytensä suhteen satunnaisia ja tuottavat uutta muuntelua kutakuinkin tasaisella nopeudella piittaamatta siitä, tarvittaisiinko sitä vai ei. Eliöillä on kuitenkin toinen ovela konsti: piilotettu vaihtelu, joka otetaan esiin kriisitilanteessa.

Jo vuosikymmeniä on tiedetty, että eliöissä on paljon piilotettua perinnöllistä muuntelua, joka ei normaalioloissa pääse esiin. On esitetty, että tietyt molekyylit huolehtivat siitä, etteivät pienet geneettiset poikkeavuudet lainkaan ilmene. Yksi tällainen proteiini on nimeltään Hsp90. Sitä  voisi kuvata työnjohtajaksi joka valvoo, että muut proteiinit laskostuvat ja toimivat niin kuin niiden pitää, vaikka ne olisivat lievästi viallisiakin. Englanniksi tällä tavalla toimivia proteiineja kutsutaan ihastuttavasti nimellä chaperone, kaitsija tai esiliina: pitäväthän ne silmällä, että muut käyttäytyvät kunnolla.

Kun tämän proteiinin vaikutus estetään ylimääräisellä stressillä, eliöille ilmaantuu hämmentäviä mutaatioita. Se on saatu aikaan lämpöshokeilla kärpäsille, ja sittemmin erityisesti tähän tarkoitukseen kehitetyllä kemikaalilla. Kärpäsillä tehdyissä kokeissa pörriäisille on ilmestynyt esimerkiksi ylimääräisiä jaokkeita ja rikkonaisia siipisuonia. Nämä mutaatiot eivät ilmesty tyhjästä. Ne ovat olleet siellä koko ajan, mutta ilmenevät ulkoisesti vasta, kun Hsp90 ei ole enää pitämässä kuria. Esimerkiksi leivontahiivalla (yhdellä geneetikkojen suosikkikoelajeista) on arvioitu peräti viidenneksen koko geneettisestä muuntelusta olevan tällä tavalla piilossa.

Stressaavissa oloissa kasvaville eliöille siis ilmestyy monenlaista ylimääräistä muuntelua. Useimmiten se on haitallista, mutta aika ajoin joukkoon eksyy joku hyödyllinen muutos. Jos luonnonvalinta suosii jotakin näin ilmennyttä ominaisuutta, sen kantajat risteytyvät todennäköisemmin keskenään. Se laskee kynnystä ominaisuuden ilmenemiselle, ja pian se tulee esiin myös normaalioloissa (tämän ilmiön nimi on geneettinen assimilaatio. Se voi näyttää ulkoisesti kovasti hankittujen ominaisuuksien periytymiseltä, muttei kuitenkaan ole sitä, vaan aivan perinteistä luonnonvalintaa).

Aiemmin Hsp90:n vaikutusta on tutkittu vain laboratoriossa ja lähinnä mikrobeilla, joten on ollut kiistanalaista, vaikuttaako se myös näkyvän kokoisiin eläimiin oikeassa maailmassa. Nyt tutkijat osoittivat, että Meksikon luolissa elävän sokkotetran esivanhemmille on saattanut käydä juuri näin. Luolissa silmien kasvatukseen ja ylläpitoon käytetty energia on hukkaanheitettyä, joten luolakalat ympäri maailman ovat yleensä silmättömiä. F1.large

Sokkotetra on oikeastaan luolaversio kiiltotetrasta, joka elää samojen seutujen joissa ja näyttää aivan tavalliselta kalalta. Tutkijat kasvattivat kiiltotetroja, mutta estivät Hsp90:n toiminnan mätimunien kehityksen aikana. Tuloksena oli tetroja, joilla oli silmien koossa paljon normaalia enemmän vaihtelua: joukossa oli sekä mulkosilmäisiä että pienisilmäisiä yksilöitä (kuva: Rohner ym. 2013/Science). Kun pienisilmäisimpiä kiiltotetroja risteytettiin keskenään, niiden poikasillakin oli epätavallisen pienet silmät, vaikka ne saivat kasvaa normaaleissa oloissa ilman kemikaalikäsittelyä.

Varman päälle pelatakseen tutkijat kävivät mittaamassa sokkotetran kotiluolien ja läheisten jokien veden laatua, ja tulivat siihen tulokseen, että joesta luoliin eksyneille sokkotetrojen kantaisille suurin stressaaja olisi ollut luolaveden matalampi sähkönjohtavuus. Luolissa veteen on nimittäin liuennut huomattavasti vähemmän mineraaleja. Niinpä he kasvattivat kiiltotetran poikasia myös pehmeässä luolavedessä kokeillakseen, toimiiko se samalla tavalla kuin Hsp90:n blokkaava kemikaali. Toimii kuin toimiikin: myös luolavedessä kasvaneilla kiiltotetran poikasilla oli silmien koossa enemmän vaihtelua kuin normaaleilla lajitovereillaan.

Vielä ei tiedetä, kuinka tärkeää piilotettu muuntelu on laajemmassa mittakaavassa. Päteekö se vain äkkiä äärioloihin joutuvien eliöiden tapauksissa, kuten luoliin eksyneillä kaloilla? Vai tuovatko sään oikut ja merivirtojen vaihtelut tuon tuostakin uutta muuntelua kaikenlaisten eläinten, kasvien ja muiden luontokappaleiden joukkoon? Elämme mielenkiintoisia aikoja.

————————————————————–

Lähteitä ja lisätietoa:

Rohner ym. 2013: Cryptic variation in morphological evolution: HSP90 as a capacitor for loss of eyes in cavefish. Science. Alkuperäinen tutkimusartikkeli.

Science: Cavefish study supports controversial evolutionary mechanism. Saman lehden populaarimpi analyysi tutkimuksesta.

Not Exactly Rocket Science: How a fish unleashed its evolutionary potential and went blind. Populaariartikkeli.

3 vastausta artikkeliin “Kuinka sokkotetra menetti silmänsä?”

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