Kipuaminen vedestä kuivalle maalle on yksi elämän historian suurista harppauksista – ainakin meidän maaeläinten näkökulmasta. Kuinka ihmeessä kalat ensi kertaa nousivat ylös vesistä? Millaiset yhteiset juuret on ihmisellä ja salamanterilla?
Se ehtikin olla vuosisadan arvoitus. Jo 1900-luvun alussa tunnettiin kivihiilikauden maalla eläneet ”sammakkoeläimet”. Niiden esi-isiksi tiedettiin aikaisemmin devonikauden keskivaiheilla eläneet varsieväiset kalat. Välissä oli kuitenkin ammottava aukko, puuttuvien linkkien sarja. Devonikauden lopulla tapahtui jotain jännittävää, mutta mitä?
1950-luvulla löydetty Ichthyostega oli ensimmäinen osa palapeliä. Se oli jyhkeä eläin, jolla kalan pyrstöön yhdistyivät näköjään tukevaa tekoa olevat jalat varpaineen. Se näytti sopivan mainiosti ajan vallitsevaan näkemykseen, että kalat ajoi kuivalle maalle kuivuus. Ilmasto oli ankara, ja kalojen oli paettava kuivuvista lammista, esitti Alfred Sherwood Romer.
Vähitellen alkoi kuitenkin selvitä, ettei myöhäisdevonin ilmasto ollutkaan kovin ikävä. Paleontologit ja evoluutiobiologit alkoivat epäillä, että maaeläimet kehittyivätkin leppeämmissä oloissa. Ne olivat ehkä laguunien ja soiden asukkaita, jotka nousivat kuivalle maalle ravinnon perässä tai isompia petokaloja pakoon. Uiskentelihan devonikauden merissä esimerkiksi bussinkokoisia Dunkleosteus-panssarihaita ja suunnilleen samankokoisia varsieväisiä petokaloja. Alkutetrapodien pöksyissä minullakin olisi kiire pois, minne tahansa.
Asian tutkimista kuitenkin hankaloitti, ettei kunnollisia varhaisten tetrapodien fossiileja oltu löydetty sen koommin. Ichthyostega-fossiilin tutkimisen oli ominut ruotsalainen paleontologi Erik Jarvik. Parhaat devonikautiset löytöpaikat olivat hyytävän luotaantyöntävillä arktisilla seuduilla ja maastotyö siellä oli hidasta, kallista ja hankalaa.
Työ harppasi eteenpäin, kun Jennifer Clack, yksi paleontologian suurnaisista, löysi ensimmäiset hyvät näytteet Acanthostega-kalasammakosta vuonna 1987. Jarvik oli löytänyt siitä pieniä paloja jo 30-luvulla, mutta vasta Clackin Grönlannissa tekemistä löydöistä selvisi, millainen eläin se oikein oli. Clack osoitti, että Acanthostegalla oli hyvin kehittyneet sormet (8 kpl kussakin kädessä) ja varpaat (7), mutta ei mainittavia ranteita, eivätkä sen raajat olleet riittävän vahvat kannattelemaan tai edes raahaamaan sitä kuivalla maalla. Acanthostega ei koskaan noussut maalle. Se osoitti, että tetrapodien tavaramerkki – neljä jalkaa – kehittyivät alkujaan vesieläimille. Ne ehkä kävelivät pohjalla tai kiipeilivät kasvillisuuden seassa samaan tapaan kuin nykyiset matalien vesien krotit, ja vasta myöhemmin sovelsivat jalkojaan myös maalla liikkumiseen.
Samoihin aikoihin huomattiin myös, että jo 30-luvulla Latviasta löydetty Panderichthys ei ollutkaan mikään tavallinen kala, vaan välimuoto tavanomaisten varsieväisten ja ensimmäisten kalasammakoiden välillä. Sen lihaksikkaissa, varrellisissa evissä olivat jo paikallaan tärkeimmät raajan luut.
Clack pääsi lopulta tutkimaan myös Ichthyostegaa tarkemmin. Osoittautui, ettei sekään ollut aivan niin pätevä maalla kulkija kuin Jarvik oli uskonut. Eturaajoissa kyllä riitti voimaa eteenpäin raahautumiseen, mutta takajalat olivat lähinnä räpylät. Otus liikkui kyllä maalla, mutta ruhoaan perässä raahaten kuin hylje.
Sarjan (toistaiseksi) viimeinen suuri löytö oli Neil Shubinin ja kumppanien vuonna 2004 löytämä Tiktaalik, vuosien maastotyön huipentuma Kanadan Nunavutista. Yli kaksimetriseksi venähtänyt Tiktaalik oli jotakuinkin täydellinen välimuoto kalan ja maaeläimen väliltä. Sillä oli sekä pätevät kidukset että keuhkot, neljä käyttökelpoista raajaa ja jykevät kylkiluut, jotka tukivat ruumista painovoimaa vastaan. Elossa ollessaan se olisi varmaankin vaikuttanut hauen ja alligaattorin rakkauden hedelmältä.
Ichthyostega, Acanthostega, Tiktaalik ja Panderichthys tunnetaan hyvin säilyneistä fossiileista. Niiden lisäksi on olemassa kokonainen liuta epämääräisiä luunrippeitä, osittaisia luurankoja ja muinaiselle rantaviivalle jääneitä jalanjälkiä, jotka tuovat tarinaan lisää yksityiskohtia. Mitä enemmän tetrapodien evoluutiosta tiedetään, sitä sotkuisemmaksi kuva käy: evoluutio sahaili edestakaisin ja yhdisteli uusia ja vanhoja ominaisuuksia erilaisina mosaiikkeina, kuten odottaa sopiikin.
Jostain Tiktaalikin kaltaisesta, ehkä sen läheisestäkin sukulaisesta kehityimme kaikki me tetrapodit: sammakkoeläimet, matelijat, linnut ja nisäkkäät. Muut kalat eivät koskaan siirtyneet kokonaan maaelämään, mutta yrityksen puutteesta se ei takuulla ole johtunut. Kuivalla maalla liikkuvia kaloja on raportoitu 130 kalalajista, jotka sijoittuvat 33 eri heimoon, kertoo tänä vuonna Evolution-lehdessä julkaistu tutkimus. Ne kaikki kuitenkin palaavat veteen verraten lyhyen retken päätteeksi. Miksi meitä todellisia maakaloja kehittyi vain kerran?
Kyse lienee usean onnekkaan sattuman summasta (siis tetrapodien kannalta onnekkaan. Niveljalkaiset olisivat varmaan mielellään pitäneet kuivan maan herruuden itsellään). Tiktaalikin esi-isillä oli onnekkaita preadaptaatioita, eli ominaisuuksia, jotka olivat kehittyneet jo aiemmin, mutta osoittautuivat hyödyllisiksi maaelämässä: keuhkot, sormet ja varpaat sekä aineenvaihdunta, joka poisti ylimääräisen typen suhteellisen vaarattomana ureana eli virtsa-aineena. Viuhkaeväiset kalat tuottavat urean sijaan ammoniumia, joka on siinä määrin myrkyllistä, että se täytyy poistaa elimistöstä laimeana liuoksena. Siinä sivussa kalat menettävät valtavat määrät vettä, mutta sehän ei uppeluksissa eläjää paljon hetkauta.
Keuhkoja, jalkamaisiksi kehittyneitä eviä ja urean tuotantoa kyllä esiintyy yhä elävissäkin kaloissa. Niilinhauilla on keuhkot, kroteilla jalat ja hailla ureaa, mutta tuskinpa yhdelläkään lajilla on kaikkia yhtä aikaa.
Lisäksi aika oli otollinen. Maailman ensimmäiset metsät kohosivat trooppisilla rannoilla, mutta niissä eivät hiiviskelleet leopardit, dinosaurukset tai edes salamanterit. Kuivilla eli ainoastaan selkärangattomia – Tiktaalikin kaltaisten näkökulmasta siis katettu pöytä ilman syöjiä. Sen koommin, kun kalasammakot kömpivät maalle, ei tällaista vapaata ekologista tilaa ole ollut. Ne toden totta lisääntyivät ja täyttivät maan.
Lähteitä ja lisätietoa:
Devonian Times, sanomalehti 382 miljoonan vuoden takaa. Hieno populaari tietopaketti Tiktaalikista ja sen kumppaneista.
Neil Shubin (2009) Your Inner Fish. Penguin Books. Tiktaalikin löytäjän mainio kirja.
Boisvert ym. 2008: The pectoral fin of Panderichthys and the origin of digits. Nature (pdf, kokonaan luettavissa).
Scientific American / The Artful Amoeba: Fish out of water are actually pretty common.
Ord & Cooke 2016: Repeated evolution of amphibious behavior in fish and its implications for the colonization of novel environments. Evolution.
Wikipedia: Ichthyostega, Acanthostega, Tiktaalik, Polydactyly in early tetrapods.
planeetanihmeet.wordpress.com 
Reblogged this on ollipursi and commented:
Kiinnostava juttu kalojen evoluutiosta sammakkoeläimiksi.
’Ammonium’ taitaa olla suomeksi ammoniakki. Kiinnostava juttu kyllä!
Niinkö? Olen ymmärtänyt, että ammonium on varauksellinen ioni, joka syntyy ammoniakista: ”Ammoniumioni on moniatominen positiviinen kompleksi-ioni, jonka kemiallinen kaava on NH4+. Se syntyy ammoniakkimolekyylin (NH3) ottaessa vastaan protonin eli vetyionin (H+).”
Lähteenä tietenkin se paras ja luotettavin, eli Suomen Wikipedia: https://fi.wikipedia.org/wiki/Ammoniumioni