Monisoluisten evoluution mysteeri on ratkaistu – vai onko?
Mikko Tuuliranta, huhtikuu 2024
Uusdarvinistisen evoluutioteorian ylipääsemättömiä ongelmia ovat elämän synnyn selittämisen lisäksi myös uskottavien tieteellisten selitysten löytyminen sille, miten esitumaisista soluista kehittyi aitotumaisia, ns. alkueliöitä (protista) ja miten niistä syntyi monisoluisia (metazoa) eli leviä, sieniä, kasveja ja eläimiä.
Monisoluisten joukko on niin moninainen ja monipuolinen, että monisoluisuuden on arveltu kehittyneen itsenäisesti ainakin 50 eri kertaa (esim. Bonner 1998 ja Grosberg 2007). Yliopistojen biologian perusteoksen Biology – A Global Approach (Campbell 2018) osa 4 ”Evolution” käsittää yli sata sivua, mutta monisoluisuuden syntyä käsittelevä kappale ”The Origin of Multicellularity” on vain 11 rivin pituinen koostuen vertauksesta, jossa yksisoluinen on yksinäinen viulunsoittaja mutta monisoluinen on orkesteri. Oppikirjan skenaarioissa yksinäinen soittaja muuttuu orkesteriksi taikasanalla ”evoluutio”:
”Kun ensimmäiset aitotumaiset solut ilmestyivät, niistä kehittyi monipuolinen joukko alkueliöitä, jotka kukoistavat vielä tänäkin päivänä. Mutta tapahtui myös toisenlainen evoluutioaalto: Joistakin yksisoluisista kehittyi monisoluisia muotoja ja niiden jälkeläisistä erilaisia leviä, kasveja, sieniä ja eläimiä. Vanhimmat tunnetut monisoluisten fossiilit ovat pieniä punaleviä, joiden iäksi on arvioitu 1200 miljoonaa vuotta. - - Suurempia ja erilaisempia monisoluisia kehittyi vasta n. 600 miljoonaa vuotta sitten. Nämä ns. Ediacarakauden eliöt olivat pehmeäruumiisia, jotkut yli metrin mittaisia ja ne elivät 635-541 miljoonaa vuotta sitten. Niihin kuului sekä leviä että eläimiä” (s.589).
Monisoluisten synty siis vain todetaan tapahtuneeksi tosiasiaksi; sehän on selvää: Lähtökohta (jota ei voida varmentaa) näet on, että alussa oli vain ja ainoastaan yksinkertaisia ja yksisoluisia eliöitä. Mutta nyt on olemassa myös monisoluisia. Johtopäätös: Monisoluisten täytyi kehittyä yksisoluisista. Miten se sitten tapahtui? Kukaan ei tiedä, eikä tarvitsekaan; se vain tapahtui. Vai tiedetäänkö?
Siihen suuntaan vihjaa 8. maaliskuuta 2024 ScienceAdvances -tiedelehdessä julkaistu tutkimus ”Proteostatic tuning underpins the evolution of novel multicellular traits” (Proteiinien tuunaus uusien monisolupiirteiden perustana) (Saarikangas ym.). Artikkeli on raportti Helsingin yliopiston ja Yhdysvaltain Georgian teknologisen instituutin pitkäkestoisen evoluutiokokeen tuloksista: Leipähiivasta (Saccharomyces cerevisiae) jalostettiin ensin siro kanta (petite) poistamalla sen DNA:sta ACE2 -nimiset lukukehykset. Lisäksi tämän kannan mitokondrio-DNA:sta oli poistettu osia. Näin mitokondriot eivät toimi eikä hiiva siis voi käyttää happea. Kun näin manipuloidut pienikokoiset hiivasolut lisääntyvät, ne muodostavat löysiä solujoukkoja, joita kutsutaan lumihiutaleiksi (snowflake yeast).
Näitä ”lumihiutaleita” viljeltiin 3 000 sukupolvea koeputkissa kolmissa erilaisissa olosuhteissa. Alun perin nämä pienet hiivasolut olivat pyöreitä tai soikeita. Koe kesti 600 päivää ja joka päivä joukosta valittiin kaikkein suurikokoisimmat seuraavaa kierrosta varten. Tutkijat kutsuvat tällaista menettelyä suunnatuksi evoluutioksi! Mutta määritelmällisesti evoluutio sattumapohjainen ja päämäärätön, ei-teleologinen prosessi, joten ”suunnattu evoluutio” on abstraktio, epäsana, contradictio in adjectum, kuten pehmeä timantti, jossa adjektiivi on ristiriidassa pääsanansa kanssa.
Mutta näinhän on aina menetelty; evoluutiopelin sääntöjä muutetaan tilanteen mukaan siten että evoluutio voidaan aina julistaa faktaksi: Evoluutio on hidas, paitsi silloin kun se on nopea ja hyppäyksellinen. Evoluutiolla ei ole suuntaa, paitsi silloin kun se on suunnattu. Jos evoluutiopallon suunta näyttää kuitenkin väärältä, maalia siirretään pallon suuntaan. ”Ei Tuulirantakaan tiedä, mitä evoluutio oikeasti on. Evoluutio on hidasta muuttumista paremmaksi, mutta joskus myös äkillistä ja hyppäyksellistä. Joskus se on myös taantumista mutta enimmäkseen hidasta ja tylsää junnaamista lähes paikoillaan.” Näin muuan nimimerkki Antti H, joka ei pitänyt allekirjoittaneen evoluutiokritiikistä (Koulubiologian analyysi).
600 valintakierroksen tuloksena syntyi suurikokoisia, sauvamaisia hiivasoluja (T600), jotka muodostivat huomattavan paljon suurempia ja tiiviimpiä rykelmiä kuin mitä olivat alkuperäiset ”lumihiutaleet”. Näin siksi, että sauvamaiset solut, joissa oli kuroumia tai silmuja, ikään kuin jumittuivat toistensa lomiin. Mitään soluja toisiinsa liittävää liimaa eli ns. adheesioproteiineja ei kuitenkaan kehittynyt kuten ei myöskään solujen välistä kommunikaatiota mahdollistavia, soluja toisiinsa yhdistäviä rengasmaisia kanavaproteiineja – apoptoosista eli ohjelmoidusta solukuolemasta puhumattakaan. (Monisoluisen eliön käytössä kuluneet ja vaurioituneet solut pitää purkaa, jotteivat ne altista terveitä soluja kroonisille tulehduksille tai muutu syöpäsoluiksi. Myös alkionkehitys ja kudosvammojen paraneminen vaatii apoptoosia.)
Tämän ”suunnatun evoluution aikaisen” koon ja muodon muutoksien katsottiin johtuvan mitoosin eli solun jakautumisen häiriöstä, pitkittymisestä. Normaalisti, kun kromosomit ovat kahdentuneet, tumasukkula vetää pian vastinkromosomit erilleen ja solukalvoon muodostunut rengasproteiini kuroo solun kahtia kromosomien välistä. Näissä ”kehittyneissä” hiivasoluissa rengasproteiiniin kuuluva Cdc28 ei kuitenkaan ollut oikein laskostunut, josta syystä solukalvon kuroutuminen pitkittyi. Solun sisällä sytoplasman kasvu kuitenkin jatkui ja kun proteiini lopulta sai kurottua solun kahtia, syntyi iso sauvamainen solu, jossa oli joskus ikään kuin silmuja tai kuroumia kuin vappupalloissa.
Rengasproteiinin huono laskostuminen johtui Hsp90-nimisen kaperonin alituotannosta. Kaperonit ovat tynnyri- tai sylinterimäisiä proteiineja, jotka laskostavat monet proteiinit lopulliseen toiminnalliseen 3D muotoonsa. Hsp90:llä on satoja muutakin ”asiakkaita” eli se viimeistelee monia muitakin proteiineja. Hsp90:n alituotanto taas johtui Hsf1-nimisen transkriptiotekijän (TF) alentuneesta kiinnittymisestä kaperonin geenin promoottoriin, josta sen ilmentymisen tasoa säädetään. Miksi Hsf1 ei enää kiinnittynyt geenin promoottorialueeseen yhtä hyvin kuin ennen, sen syystä ei esitetä mitään arvioita.
Monen muukin kaperonin kuin Hsp90:n tuotanto oli alentunut. Lisäksi T600-soluista löytyi 32 mutaatiota, jotka häiritsivät solun jakaantumista. Tästä huolimatta tekijät kehuvat tutkimustaan osoituksena ”ei-geneettisten mekanismien voimasta” saada aikaan nopeaa adaptiivista muutosta. Tällä he viittaavat epigeneettisiin mekanismeihin:
”Lähtökohtamme, pitkäkestoinen ja avoin (open ended) evoluutiokoe, avaa mahdollisuuksia periaatteellisille biologisille löydöille ja korostaa epigeneettisten mekanismien tärkeyttä monisoluisen elämän synnyssä.”
Hiivasolujen koon ja muodon muutoksien taustalla on noiden 32 mutaation lisäksi todennäköisesti ollut myös keinotekoisesti luodun ympäristön laukaisemia epigeneettisiä mekanismeja. Mutta mitä tällä kaikella on tekemistä muinaisen monisoluisuuden synnyn kanssa? – Tuskin mitään. Epigenetiikka on aivan uusi biologian taso, jonka senkin evoluutio pitäisi pystyä tieteellisesti selittämään. Jos monisoluisuus kehittyi epigeneettisillä mekanismeilla, ei voida väittää, että monisoluisuuden ongelma on ratkaistu ilman että ensin ratkaistaan epigeneettisten mekanismien evoluutio. Tämä tutkimus kuitenkin antaa ikään kuin ymmärtää, että monisoluisuuden ongelma näyttää nyt ainakin osittain ratkenneen niin yksinkertaisella havainnolla, että kaperoni Hsp90:n alituotanto ei johtunut mutaatioista vaan ympäristön aktivoimista epigeneettisistä mekanismeista (joka johti epämuotoisten solurykelmien syntyyn).
Mitä tulee itse tutkimusmenetelmään, sen suhteen en maallikkona voi tietenkään ottaa mitään asiantuntijan kantaa, mutta johtopäätöksiin kylläkin:
”Meillä on taipumus keskittyä geneettisiin muutoksiin ja olimme yllättyneitä löytäessämme tällaisia merkittäviä muutoksia kaperoni-proteiinien käyttäytymisessä. Tämä korostaa sitä, miten luova ja ennustamaton evoluutio voi olla keksiessään ratkaisuja uusiin ongelmiin, kuten miten rakentaa vahva ruumis (like building a tough body)” (korostus minun).
Näin professori Will Ratcliff Georgian teknologisesta instituutista kehui tätä tutkimusta. Tässä siis suunnattu mutta kuitenkin ennustamaton evoluutio keksi ratkaisun uuteen ongelmaan eli siihen, miten lähteä yksittäisistä soluista ja rakentaa vahva monisoluinen ruumis! Mutta miten ”vahva ruumis” oli ongelma aikana, jolloin mitään ruumiita ei ollut? Olivatko satelliitit ongelma aikana, jolloin ei ollut raketteja satelliiteista puhumattakaan?
Julkisin varoin tehtävän tieteellisen tutkimuksen pitäisi olla utilitaristista eli oletetun hyödyn näkökulmasta lähtevää: Tutkimuksesta mahdollisesti saatava hyödyllinen tieto pitäisi priorisoida tärkeästä vähemmän tärkeään ja jakaa määrärahoja sen perusteella. Esimerkiksi lääketieteelliset ja ekologiset tutkimukset ovat pääsääntöisesti tällaisia: Saatua tietoa pyritään hyödyntämään sairauksien hoidossa tai ympäristön suojelussa. Sitten on tutkimuksia, joita tehdään siitä syystä, että se ja se olisi vain kiva tietää, kuten se, mitä on Kuun pimeällä puolella. Jos rahaa ja resursseja riittää, sen kun tutkitaan. Ja nythän tiedämmekin, että väitteet pienistä vihreistä miehistä Kuun takana ovat perusteettomia. Ehkä hyvä niin. (Ns. sotatieteet ovat sitten asia erikseen.)
Mutta: Biologialle olisi ollut suureksi eduksi, jos se maailman selittämisen (lue oletetun luonnonhistorian) sijasta olisi ensin keskittynyt tutkimaan sitä, mistä luonto rakentuu ja miten se tänään toimii. Tiedämme jo jotain siitä, mistä luonto rakentuu. Mutta miten elämä toimii, siitä emme taida tietää vielä paljoakaan. Silti evoluutioteoreetikot ovat jo vuosikymmeniä yrittäneet sankoin joukoin tutkia, arvuutella ja selittää, miten elämä kenties syntyi ja kehittyi nykyiseen muotoonsa – vaikka heillä ei ole juuri mitään hajua siitä, mistä tässä kaikessa on kyse. Miten paljon enemmän tietäisimmekään nyt biologiasta, lääketieteestä, maa- ja metsätaloustieteistä jne., jos edes puolet evoluutiotutkimukseen uhratuista dollareista ja miestyövuosista olisi suunnattu järkevämmin?
Nyt keinotekoisesti luotu epämuotoisten hiivasolujen rykelmä ei taida olla muuta kuin kuriositeetti, ”devolutiivinen monsteri”, kehitysvammaisten solujen rypäs.
