21.5.2015

Hampaat – ikkuna menneisyyteen

Geenisekvenssien selvittäminen on nykyään tehokasta, ja uutta sekvenssidataa syntyykin kiihtyvään tahtiin. Pelkkä DNA-sekvenssi ei kuitenkaan kerro geenien toiminnasta paljoakaan. Evo-devo on tieteenala, joka tuottaa tähän tarpeellista lisäinformaatiota.

"Suuri osa fossiileista on hampaita", sanoo akatemiaprofessori Jukka Jernvall. "Hampaat ovat luuta ja kiillettä, ja säilyvät hyvin. Ne ovat siten ikkuna menneisyyteen miljoonien vuosien taakse."

"Hampaat ovat myös hyvä ikkuna geeneihin. Miten geenit toimivat, jotta syntyy hiiren tai ihmisen hammas? Miten evolutiiviset muutokset tapahtuvat? Tutkijat ovat itse asiassa havainneet, että esimerkiksi koirilla, kissoilla tai hiirillä samanlaiset geenimekanismit ohjaavat hampaan kehitystä", kertoo Jernvall.

Pystytäänkö laboratoriossa sitten tuottamaan tietyn halutun lajin hampaita?

"Jos design-hampaita tullaan tuottamaan, hampaan kehitykseen vaadittavan geneettisen koodin täytyy olla kokonaan ratkaistu. Tässä ei olla vielä", sanoo Jernvall, "mutta kehitys kulkee nopeasti ja ehkä 20 vuoden kuluttua uusia hampaita osataan rakentaa."

"Ja hampaan kehitys on vain yksi esimerkki kudosten välisestä vuorovaikutuksesta yksilönkehityksen aikana. Muita samankaltaisia ovat vaikka karvat ja rauhaset.

Professori Jernvall on tutkinut hampaiden evoluutiota jo 25 vuoden ajan. Hylkeiden hampaat ovat olleet hänen kiinnostuksen kohteenaan jo vuosia.

"Hylkeet eivät pureskele ruokaansa, joten niiden hampaiden ei tarvitse sopia tarkasti yhteen. Hylkeiden hampaissa tavataan siitä syystä paljon muuntelua, ja kuutteja tutkimalla voidaan selvittää, kuinka hampaiden muoto kehittyy yksiönkehityksen aikana geenien tasolla."

"Muunteluhan on välttämätön rakennusaine evoluutiolle. Hylkeiden hampaiden kohdalla luonnonvalintaa ei tosin niinkään käytetä, joten hylkeiden hammaskalusto sisältää myös  sattumanvaraista vaihtelua", sanoo Jernvall.

"Laboratoriossa tutkimuskohteenamme ovat kuitenkin hiiren hampaat".

"Hiiren koko genomin sekvenssi on selvitetty, kuten yhteensä 40 nisäkäslajin genomit tähän mennessä. Nisäkäslajeja tunnetaan kuitenkin 4000, joten sekvensointityötä vielä riittää. Ehkä 20 vuoden kuluttua urakka on valmis."

DNA-sekvenssien lisäksi tarvitaan muutakin

"Pelkkä geenisekvenssien selvittäminen tuottaa ainoastaan tietoähkyn", sanoo Jernvall. Tarvitsemme myös muuta tietoa näistä eläimistä, niiden fysiologiasta ja biologiasta. Ja tarvitsemme evo-devoa." Siis mitä?

"Evolutiivinen kehitysbiologia eli evo-devo kertoo siitä miksi olemme sen näköisiä kuin olemme", määrittelee Jernvall. "Vastaukseen tarvitaan monta tekijää yhdessä: geenit, ympäristö, luonnonvalinta vuosimiljoonien aikana ja yksilönkehitys."

"Geeneistä vaaditaan muuntelua eli mutaatioita, mutta ne eivät toimi tyhjiössä, vaan yksilönkehitys muovaa lopputuloksen. Jotta evoluutio on mahdollista, yksilönkehityksessä täytyy tapahtua muutos, ja tämä kuuluu myös evo-devon määritelmään."

"Evoluutiolta vaaditaan, että mikä tahansa eliö täytyy olla toimintakuntoinen koko elinkaarensa ajan, ei vain aikuisena", lisää Tuomas Aivelo, joka valmistelee väitöskirjaansa professori Jernvallin ohjauksessa Helsingin yliopistossa.

Kuvassa Tuomas Aivelo.

"Evo-devolla on annettavaa kysymykseen siitä, kuinka DNA:ssa havaittavat muutokset johtavat muutoksiin yksilön ulkoisessa habituksessa. Lopputuloksessa toteutuu sekä vuosimiljardien evoluutio että yksilönkehitys yhden yksilön osalta."

Vanhuuden vaivoja lähisukulaisilla

"Nykyihminen voi kärsiä pitkän elämänsä hintana esimerkiksi alzheimerin taudista ja kulttuurievoluution vitsauksena hammasmädästä", listaavat Jernvall ja Aivelo.

Väitöskirjatyössään Aivelo tutkii hiirimakien suolistoloisia. Hiirimakit ovat pieniä 10 cm pituisia puoliapinoita, jotka asuvat Madagaskarin saarella Afrikan itäpuolella.

"Olen kiinnostunut siitä, kuinka suuri merkitys taudeilla ja loisilla on eläinten kehitykselle".

"Olemme tutkineet eroja luonnossa tai vankeudessa elävien hiirimakien välillä ja tulokset ovat mielenkiintoisia: Vankeudessa elävillä vanhemmilla hiirimakeilla esiintyy myös ihmisellä tavattavia vanhenemisen oireita, kuten harmaantumista, kaihia ja muistiongelmia. Luonnossa elävissä yksilöissä näitä ongelmia ei havaita.

"Luonnossa elävien hiirimakien iän pystymme päättelemään hampaiden kulumisen perusteella, ja tätä kädellisten lajia tutkimalla pystymme ehkä päättelemään jotain myös ihmisen vanhenemisesta."

"Luonnossa eläviltä hiirimakeilta löytyy suolistoloisia todella paljon, mutta sen ei tiedetä lyhentävän niiden elinikää. Loisilla saattaakin sitä vastoin olla jopa positiivinen vaikutus immuunijärjestelmän kehitykseen, mikä nykyihmisessä sitten ehkä näkyy autoimmuunitautien runsastumisena", pohtii Aivelo.

Teksti: Katri Pajusola

Viimeksi muokattu 21.5.2015

Tietysti.fi on Suomen Akatemian sivusto, joka kertoo yleistajuisesti Akatemian rahoittamasta tutkimuksesta sekä tieteestä ja tutkimuksesta yleensä. Sivuille kootaan muun muassa tutkijahaastatteluita, tieteen yleisötapahtumia, tiedeuutisia ja tutkimuksesta kertovia taustajuttuja.

Seuraa meitä:

Ota yhteyttä

Suomen Akatemian viestintä
terhi.loukiainen@aka.fi

Lisätietoja Suomen Akatemiasta www.aka.fi