Kansainvälinen tutkijaryhmä on mullistanut käsityksemme ihmisen evoluutiosta. Heidän tutkimuksensa mukaan nykyiset sormemme ovat peräisin melko yllättävästä anatomisesta rakenteesta. Kuinka esi-isiemme ruoansulatuskyky saattoi johtaa niin kehittyneiden raajojen syntyyn?
Sisällysluettelo
Tämä merkittävä löytö, joka julkaistiin viime vuoden syyskuussa arvostetussa Nature-lehdessä, haastaa perinteiset teoriat selkärankaisten raajojen evoluutiosta. Denis Duboulet ja hänen tiiminsä Geneven yliopistosta yhteistyössä Harvardin ja EPFL:n tutkijoiden kanssa ovat löytäneet uskomattoman geneettisen mekanismin, joka yhdistää suoraan sormiemme muodostumisen etujalkojen muodostumiseen.
Geneettinen modifiointi evoluutiossa
Evoluutio tapahtuu harvoin luomalla jotain täysin uutta. Se mieluummin muokkaa ja uudelleenkäyttää olemassa olevia geneettisiä työkaluja uusien rakenteiden muodostamiseen. Tämä strategia, jota biologit kutsuvat kooptatioksi, selittää, kuinka tietyt monimutkaiset piirteet voivat syntyä ilman, että luodaan mitään uutta.
Hoxd-geenit, alkion kehityksen todelliset arkkitehdit, ovat erinomainen esimerkki tästä periaatteesta. Nämä DNA-sekvenssit ohjaavat eri ruumiinosien muodostumista hämmästyttävällä tarkkuudella. Nykyisissä nisäkkäissä ne ohjaavat esimerkiksi sormien kasvua, mutta niiden alkuperäiset toiminnot olivat täysin erilaiset.
5DOM-säätelyalue toimii geneettisenä ajurina, joka ohjaa samanaikaisesti useiden geenien ilmentymistä. Tämä säätelyalue, joka on välttämätön nykyisten raajojemme muodostumiselle, palveli alun perin täysin erilaista rakennetta kehittäneitä vesieläviä esi-isiämme.
Alkiot osoittavat hämmästyttäviä yhteyksiä.
Fluoresoivien merkkiaineiden käyttö hiirillä ja danio-rerio-kaloilla paljasti hämmästyttävän ilmiön. Nisäkkäillä nämä merkkiaineet syttyvät alueilla, joilla varpaat kehittyvät. Kaloilla ne osoittavat intensiivistä aktiivisuutta kloakissa – ainoassa aukossa, jota käytetään sekä erittymiseen että lisääntymiseen.
CRISPR-tekniikkaa käyttävät kokeet vahvistivat tämän yhteyden. Tiettyjen säätelysekvenssien tukahduttaminen johtaa odotettuihin vaikutuksiin:
- Hiirillä havaitaan sormien epänormaalia kehitystä.
- Danio-kala: kloaakin epämuodostuma.
- Molemmissa tapauksissa muutokset tapahtuvat samoissa geneettisissä mekanismeissa.
Tämä korrelaatio viittaa siihen, että sormien muodostumisesta vastaavat geneettiset säätelijät olivat olemassa jo kauan ennen maalla elävien raajojen ilmaantumista. Niiden pääasiallinen tehtävä liittyi ruoansulatuskanavan takaosaan, mikä paljastaa odottamattoman evoluutiollisen yhteyden näiden näennäisesti toisistaan riippumattomien rakenteiden välillä.
Kun päät muuttavat tehtäväänsä
Raajan käsite selittää tämän evoluutiollisen muutoksen. Sormilla ja kloakalla on yhteinen anatominen piirre, joka selittää niiden yhteisen geneettisen alkuperän. Säätelyjärjestelmä, joka aikoinaan kontrolloi kloakan muodostumista, siirtyi vähitellen raajojen hallintaan.
Tällainen geneettinen uudelleenohjelmointi ei ole ainutlaatuista. Esimerkiksi myös sukupuolielimet käyttävät samanlaisia Hox-säätelyjärjestelmiä. Evoluutio osoittaa näin ollen hämmästyttävän kykynsä muuttaa vanhoja geneettisiä ohjelmia uusien adaptiivisten toimintojen luomiseksi.
Geeni toimii laaja-alaisena evoluutiovälineenä, jossa jokainen elementti voi potentiaalisesti muuttaa toimintaansa. Tämä joustavuus mahdollistaa evoluution rajoitusten muuttamisen luoviksi mahdollisuuksiksi luomalla rakenteita, jotka ovat yhtä monimutkaisia kuin ihmisen käsi, ohjelmista, jotka on alun perin tarkoitettu primitiivisempiin toimintoihin.
Nämä työt kuvaavat erinomaisesti, kuinka evoluutio muuttaa vanhaa luomalla uutta ja paljastaen odottamattomia yhteyksiä, jotka yhdistävät kaikki elämänmuodot.
