Hei! Palaan tässä blogikirjoituksessa taas pienen tauon jälkeen biologiseen teemaan ja kerron tiedemiesten tekemistä havainnoista liittyen DNA:han ja Darwinin elämän puuhun.
Charles Darwin, evoluutiobiologian tunnustettu pioneeri, lanseerasi 1800-luvulla teorian, joka uudisti käsityksemme siitä, mistä lajit ovat peräisin ja kuinka ne liittyvät toisiinsa. Teoria on saanut uusia piirteitä ajan saatossa, mutta yksi sen perusajatuksista elää vahvana edelleen. Ajatus siitä, että kaikki elämän muodot maan päällä juontavat juurensa yhteen (tai useampaan) esi-isään (LUCA =last universal common ancestor) eli kuvitelma biologisesta puusta, joka haarautuu moniin oksiin eli lajeihin, on yhä edelleen keskeinen osa biologista ajattelua.
Tämä Darwinin elämän puu on mielenkiintoinen ja loogiselta kuulostava selitys elämän monimuotoisuudelle, mutta teoria ei ole suinkaan aukoton tai kiistattomasti näytetty toteen. Itse asiassa tieteellisen tutkimuksen edistyessä teoria elämän puusta on joutunut kohtaamaan monia isoja haasteita ja selvittämättömiä kysymyksiä. Tässä artikkelissa kerron joistakin elämän puuhun liittyvistä molekulaarisista ongelmista. Aloitetaan kuitenkin darvinistisen elämän puu -teorian määrittelystä.
Elämän puun peruskäsite
Kun puhutaan Darwinin elämän puusta, ajatus on yksinkertainen: jokainen laji polveutuu yhteisestä esivanhemmasta. Tämä tarkoittaa, että miljardien vuosien aikana, lajit ovat kehittyneet ja divergoituneet, muodostaen monimutkaisen verkon eliöiden välillä. Jokainen haara tässä puussa edustaa lajien eriytymistä ja sopeutumista erilaisiin ympäristöihin ja ekologisiin tilanteisiin.
Tärkeä osa Darwinin elämän puuta on ajatus, että kun lajit haarautuvat, ne eivät yhdisty takaisin. Toisin sanoen, kaksi erilaista lajia, jotka ovat kerran eriytyneet, eivät enää yhdisty. Sen sijaan ne kehittyvät omiin suuntiinsa ja voivat edelleen divergoitua uusiksi lajeiksi, mikäli olosuhteet sen sallivat.
Vaikka Darwinin aikaiset käsitykset eivät olleet niin yksityiskohtaisia kuin nykyään saatavilla oleva tieto, elämän puun malli on säilynyt. Nykyisin DNA-tutkimus ja molekyylibiologia antavat meille mahdollisuuden tarkastella lajien välistä sukulaissuhdetta entistä tarkemmin, ja ne ovat antaneet aihetta harkita tarkemmin Darwinin alkuperäisiä oletuksia.
Käsitellään seuraavaksi joitakin Darwinin elämän puuhun liittyviä ongelmia.
DNA-sekvenssidatan käyttö evoluution todistamisessa
DNA-sekvenssidata on otettu vastaan merkittävänä evoluutioteorian tukijalkana. Kun fossiilisto oli epätäydellinen ja jätti monia kysymyksiä vastaamatta, DNA antoi uuden välineen yhteyksien määrittämiseen eri eliöiden välillä. DNA: n perusajatus tässä yhteydessä on yksinkertainen: Jos kaksi lajia jakaa enemmän DNA-sekvenssiä keskenään kuin kolmannen kanssa, niiden voidaan olettaa olevan läheisemmin sukua toisilleen.
Richard Dawkins, tunnettu biologi ja kirjailija, on esittänyt väitteen, että parasta näyttöä evoluutiosta tarjoaa nykyaikaiset DNA-tekniikat. Dawkins esittää tämän väitteen kirjassaan "Maailman hienoin esitys: Evoluution todisteet" (2009). Hän kirjoittaa:
"Vertailevaa DNA- (tai proteiini-) tietoa voidaan käyttää päättelemään - evolutionaarisen oletuksen pohjalta - mitkä eläinparit ovat läheisempiä sukulaisia kuin toiset. Mikä muuttaa tämän erittäin vahvaksi todisteeksi evoluutiosta on se, että voit muodostaa geneettisten yhtäläisyyksien puun erikseen jokaiselle geenille vuorollaan. Ja tärkeä tulos on, että jokainen geeni tuottaa suunnilleen saman elämän puun. Jälleen kerran tämä on juuri sitä, mitä odottaisit, jos käsittelisit todellista sukupuuta. Se ei ole sitä, mitä odottaisit, jos suunnittelija olisi tarkastellut koko eläinkuntaa ja valinnut - tai 'lainannut' - parhaat proteiinit tehtävään, mistä päin eläinkuntaa ne sitten löytyisivätkin." (s. 321-322 englanninkielisessä painoksessa)
Dawkinsin näkökulma
Dawkinsin mukaan, kun vertaillaan eri eliöiden geenejä nykyaikaisin DNA-tekniikoin, saadaan selkeä hierarkia eli sukupuu. Tämä hierarkia osoittaa, miten eliöt ovat kehittyneet yhteisestä esi-isästä. Dawkins esittää, että kun tarkastellaan samaa geeniä eri eliöissä ja verrataan samankaltaisuuden suhteita niiden välillä, ne aina näyttävät jonkinasteista samankaltaisuutta, joka viittaa siihen, että yksi geeni on kehittynyt vähitellen toisesta.
Mikä on 'Hierarkia'?
Hierarkialla Dawkins viittaa elämän puuhun, joka on johdettavissa vertaamalla eri organismien samankaltaisuutta, olivatpa ne eläviä tai kuolleita. Tämän puun väitetään näyttävän, kuinka kaikki organismit ovat peräisin yhteisestä esi-isästä. Jos tarkastellaan samaa geeniä eri eläimissä ja verrataan samankaltaisuuden suhteita niiden välillä, saadaan puumainen kuva, joka viittaa siihen, että yksi geeni on kehittynyt vähitellen toisesta. Dawkinsin mielestä nämä tiedot tarjoavat vahvan näytön evoluutiosta jollaista ei pitäisi odottaa, jos yksi evoluutioteorian kilpailijoista älykäs suunnittelu olisi totta.
Väärät väitteet?
Dawkinsin väitteissä on kuitenkin ongelmia. Tässä kaksi:
Fylogeneettinen ristiriita: Vaikka Dawkins väittää, että geneettinen tieto tuottaa 'täydellisen hierarkian', todellisuus on monimutkaisempi. Fylogeneettisiä ristiriitoja, joissa eri tutkimukset antavat erilaisia kuvauksia evoluution kulusta, esiintyy säännöllisesti.
Yhteinen suunnittelu: Yhteinen suunnittelu voi myös tuottaa puumaisia malleja. Se tarkoittaa, että samankaltaiset geenisekvenssit eri eliöissä eivät välttämättä johdu yhteisestä esi-isästä, vaan ne voivat olla seurausta siitä, että ne on suunniteltu samalla tavalla.
Evoluutiotutkimuksessa on vielä paljon kysymyksiä. LUCA:n eli yhteisen universaalin esivanhemman määrittely ja molekyyliaineiston rajoitukset ovat kaikki osa suurempaa kuvaa, joka tekee evoluutiosta monimutkaisen ja kiistanalaisen aiheen. DNA-tieto ei ole riittävää vahvistamaan elämän puuta. Katsotaanpa vähän vielä tarkemmin molekulaariseen evoluutioon liittyviä haasteita.
Molekulaarisen evoluution oletukset
Jotta DNA-dataa voitaisiin tulkita evoluutioteorian kontekstissa, on tehtävä tiettyjä oletuksia. Kuten Émile Zuckerkandl ja Linus Pauling ovat todenneet, yleinen samankaltaisuus DNA:ssa heijastaa sukulaisuuden astetta. Toisin sanoen, jos kaksi lajia jakaa samanlaisen DNA-sekvenssin, se oletuksen mukaan viittaa siihen, että ne ovat evoluutiossa lähellä toisiaan. Mutta mitä DNA-data todellisuudessa meille kertoo eliölajien sukulaissuhteista?
Ristiriidat DNA-sekvenssitiedoissa
Vaikka DNA-sekvenssitieto voi joistakin näyttää olevan objektiivinen ja yksiselitteinen, todellisuudessa se on osoittautunut paljon monimutkaisemmaksi. Usein yhden geenin sekvenssitieto antaa yhden version elämän puusta, kun taas toinen geeni voi antaa täysin eri kuvan.
Esimerkki tästä on se, miten ihmiset sijoittuvat geenitiedon perusteella suhteessa muihin eläimiin. Vaikka jotkin geenit saattavat osoittaa, että ihmiset ovat lähempänä jyrsijöitä, toiset geenit saattavat osoittaa, että ihmiset ovat lähempänä norsuja. Tämä ristiriitaisuus on antanut aiheen kysyä, voimmeko todella luottaa DNA-sekvenssidataan määrittäessämme eliöiden kehityshistoriaa.
Tulkinnalliset haasteet
DNA-sekvenssidatan selittäminen on myös tulkinnallista. Vaikka DNA voi tarjota objektiivista tietoa eliöiden geneettisestä samankaltaisuudesta, evoluutiohistorian määrittely perustuu oletuksiin ja tulkintoihin. Tämä tarkoittaa, että eri tutkijat voivat tulkita samaa DNA-dataa eri tavoin riippuen heidän oletuksistaan ja näkemyksistään.
Kuten aiemmin jo tuli esiin elämän monimutoisuutta kuvaava puumainen geneettinen malli on selitettävissä myös yhteisellä suunnittelijalla. Ihmisten maailmassa suunnittelijat käyttävät jatkuvasti vanhoja malleja ja rakenteita uusien järjestelmien ja rakennelmien perustana. Ajattele vaikka henkilöauton 'evoluutiota'. Henkilöautojen perusmalli on sama, mutta muunnelmia siitä on lukematon määrä. Kaikki tietävät, että autot ovat syntyneet älykkään suunnittelun kautta. Nykytiedon valossa ainoa todellinen este tämän periaatteen soveltamiselle biologisiin rakennelmiin on laadultaan filosofinen. DNA-data sallii täysin älykkään suunnittelun mahdollisuuden. Vastaavasti DNA-aineisto ei selkeällä tavalla todista molekulaarista ja biologista evoluutiota, jossa kaikilla elämän muodoilla on yhteinen biologinen alkuperä. Avoimia kysymyksiä riittää.
DNA ja morfologia
Yksi molekulaarisen evoluution suurimmista haasteista on se, miten se sopii yhteen morfologisten todisteiden kanssa. Kun kaksi lajia näyttää morfologisesti eli muodoltaan tai rakenteeltaan samanlaisilta mutta niillä on erilainen DNA-sekvenssi, miten tulkitsemme tämän ristiriidan? Tällaiset tapaukset haastavat käsityksemme siitä, miten DNA ja morfologia liittyvät toisiinsa evoluutiossa.
DNA-sekvenssidatan rajoitukset
Lopuksi on tärkeää tunnustaa, että DNA-sekvenssidata, vaikka se onkin erittäin voimakas työkalu, on silti vain yksi työkalu monien joukossa. Se ei voi yksinään kertoa meille kaikkea, mitä meidän tarvitsee tietää eliöiden evoluutiohistoriasta. Kuten kaikki tieteelliset työkalut, sillä on rajoituksensa.
Perinteiseen evoluutiomalliin liittyykin monia muitakin avoimia kysymyksiä ja haasteita kuten aukot fossiiliaineistossa, konvergenssi, pseudogeenien funktionaalisuus ja evoluution nopeus.
Johtopäätökset
DNA on mullistanut tapamme ymmärtää elämän monimuotoisuutta ja tarjonnut näkökulmia sukulaissuhteisiin eri lajien välillä. Kuitenkin, kuten olemme nähneet, sillä on omat haasteensa ja rajoituksensa.
Molekulaarisen evoluution haasteet muistuttavat meitä siitä, että tieteellinen tieto on jatkuvasti muuttuvaa ja kehittyvää. Vaikka DNA on tarjonnut merkittäviä oivalluksia, meidän on silti oltava varovaisia, kun teemme johtopäätöksiä sen perusteella. Jatkotutkimus ja kriittinen ajattelu ovat välttämättömiä, kun pyrimme ymmärtämään elämän monimutkaista ja ihmeellistä historiaa.
Terveisin,
Okulaarinen tieteilijä
Comments