Evoluution nopeus
Evoluutiota tapahtuu kun yksilötasolla syntyy erilaisia pieniä kopiointivirheitä seuraavalle eliösukupolvelle siirtyvissä geneettisessä materiaalissa. Pientä valikoitumista tapahtuu sitten ympäristön paineesta siitä mitkä genomit pääsevät siirtymään eteenpäin. Näin pienistä muutoksista voi syntyä hiljalleen eri lajeja. Muutos ei tavallisesti ole äkillinen paitsi tietysti jos taivaalta putoaa iso kivi tai sattuu joku muu ilmaston äkkimuutos. Oikeastaan silloinkin evoluutio jatkaa toimintaansa. Entä nyt? Ei ole taivaalta pudonnut isoja kiviä vähän aikaan, eikä jääkausi ole käynyt vieraanamme tai supertulivuorikaan purkautunut.
Geologit pohdiskelivat äskettäin että pitäisikö nykyistä maailmankautta kutsua antroposeenikaudeksi, siis ajaksi jossa ihmisen vaikutus aiheuttaa joukkosukupuuton. Enpä ota siihen kantaa.
Vasta viime vuosikymmeninä on uskallettu arvioida miten nopeasti evoluutio tapahtuu. Linnuilla ja monilla nisäkkäille jääkausien vaikutus on ollut tärkeä evoluutiota ajava tekijä. Esimerkkinä vaikka isot tummat/harmaat pohjoiset lokit, ja jotkut uunilinturyhmät. Löytyy esim. hauskoja rengaslajeja joissa löytyy monta muotoa ketjussa, ja kun ketjun loppupää ja alkupää kohtaavat, niin siinä onkin vierekkäin kaksi aivan erilaista lajia. Onko siinä yksi laji, vai esim. 10 lajin ketju, niin sitä saavat pohdiskella ammattitaksonomistit. Myös monia jääkauden aikaansaamia rinnakkaislajeja löytyy, esim. sini/valkopäätiainen ja saimaan/laatokan/itämerennorppa. Voimme siis arvioida, että lajiutuminen vie luokkaa 10 000 vuotta eli ainakin 1 000 tai ehkä 10 000 sukupolvea – siinä hujakoilla kuitenkin. Näin pitkien aikojen yli on hieman vaikeaa järjestää havaintosarjoja.
Vuonna 2003 julkaistiin tieto mikrobeista Calumet-järvestä Yhdysvaltain Chicagon läheltä. Mikrobit olivat sukua Bacillus- ja Clostridium-mikrobeille, jotka molemmat ovat yleisiä bakteerisukuja. Tapauksessa oli erikoista se, että ympäristö oli äärimmäisen emäksinen, pH=12.8, kun luonnollisten soodajärvien pH on luokkaa 11. Tämä uusi ympäristö on siis noin 80 kertaa emäksisempi. Sata vuotta sitten ei tällaista ympäristöä ollut vielä olemassa. Mikrobit ovat 100 vuodessa sopeutuneet tähän aivan uuteen ympäristöön. Nopeaa geologisesti, ja laittaa miettimään, miten nopeasti Maan mikrobit voisivat sopeutua vaikka Marsin olosuhteisiin, tai päinvastoin. Bakteerisukupolvia (jakautumisia) ehti tapahtua kuitenkin noin 40 000 päivän aikana, ja joka päivä monia, siis paljon enemmän kuin tuossa aiemmassa arviossani.
Viime vuonna uutisoitiin uuden nisäkäslajin olevan syntymässä: koisusi. Koiraeläinten tutkija ja geneetikko Javier Mónson alkoi selvittämään, miksi koillisen Pohjois-Amerikan kojootit ovat kooltaan suurempia kuin läntiset kojootit. Kävi ilmi, että itäinen/koillinen populaatio on geneettisesti lähinnä kojoottia, mutta joukossa on 10 % koiraa, ja 25 % sutta. Sitä paitsi Pohjois-Amerikan susipopulaatiossa on mukana vähän koiraa – siitä johtuu niiden moniväriset ja vivahteiset turkit. Suomalaiset sudet ovat puhtaita susia. Koisusien geneettinen yhdistelmä takaa sen että ne ovat tavalliseen kojoottiin verrattuna vahvempia, sietävät paremmin ihmisten läheisyyttä, kuten suurkaupunkeja, ja ovat paremmin sopeutuneet saalistamaan itäisen Pohjois-Amerikan metsiin. Pieniä kojootteja ei täältä enää löydy. Toinen vastaavan kaltainen koisusipopulaatio löytyy Texasin osavaltiosta, jossa esiintyy Meksikon- tai punasuden ja kojootin erillinen hybridipopulaatio. Olosuhteet ja geneettinen virtaus saavat aikaan uusia lajeja. On tulkintakysymys, missä kohtaa hybridipopulaatiota pitäisi alkaa kutsumaan omaksi lajikseen. Tässä tapauksessa puhutaan koiraeläinten lajiutumisesta aikajaksossa, joka on vain pari sataa vuotta eli satakunta sukupolvea.
Havaijilla tarjoillaan maukasta Havaijin kanaa. Saarijonon Kauai-saarella on kuitenkin kanaongelma: Siellä on kanoja kaikkialla, ostoskeskusten parkkialueilla, pihoilla, metsissä – ihan kaikkialla. Kanoja on vaikea saada kiinni. Ne ovat valtaisan säikkyjä, eivät pidä silmiin katsomisesta. Ne ovat villikanoja, sen verran laihoja että tuskin kovin moni tekee niistä Havaijin kanaa.
Tuhat vuotta sitten polynesialaiset mertenmatkaajat toivat Havaijien saarille villejä metsissä eläviä kanojen muotoja, joita ovat esim. punaviidakkokana. Ne saivat liikkua enimmäkseen. Vuonna 1778 Kapteeni Cook kävi saarilla, ja sen jälkeen tulivat eurooppalaiset ja pohjois-amerikkalaiset mukanaan mangusteja ja muita petoja. Kauaita ja viereistä Niihaun saarta lukuunottamatta, nämä pedot tuhosivat saariston kaikki vapaana juoksevat kanat. Vuosien 1982 ja 1992 hurrikaanit rikkoivat paikallisten asukkaiden kanalat ja kesyt kanat pääsivät karkaamaan metsiin. Vuonna 2013 ruotsalaiset ja amerikkalaiset tutkijat päättivät tutkia tätä kanapopulaatiota. Oli ilmeistä että osa kanoista oli hybridejä, niillä oli esimerkiksi valkoisia sulkia tai keltaiset jalat, joita villeillä muodoilla ei ole. Kanojen tumagenomit olivat sekoitus polyneesialaisten villien kanojen ja kesykanojen sekoituksia. Äitilinjan mitokondriogenomin jäljet johtivat yhtäältä eurooppalaisiin kesykanoihin ja toisaalta polynesialaisiin kesytettyihin kanoihin. Tämä risteymä populaatiolle on kehittynyt ominaisuuksia joita ei ole villeillä muodoilla. Osa niistä on kehittynyt tuhannen vuoden aikana ja osa viimeisen satunnaisen parin kolmekymmentä vuotta sitten tapahtuneen geenipulssin ja sitä seurannen risteytymisaallon seurauksena. Kesyjen kanojen suhteellinen aivojen koko on pienempi ja ne poikkeavat rakenteeltaan viidakkokanan aivoista. Kesyjen ja villien kanojen lisääntymisbiologia ja munimisrytmi ovat erilaisia. Ollaanko Kauailla todistamassa uuden erillisen lajin syntyprosessia, sellaisen jossa on tapahtunut horisontaalista geenisiirtoa? Tämän tutkimuksen viimeisistä vaiheista kerrottiin viime viikon Nature-lehdessä.
Kesytetyt muodot eivät palaa takaisin villiin muotoonsa, esimerkiksi kesykanat eivät palaudu villikanoiksi tai koirat susiksi tai navettapossut villisioiksi, toisin kuin mitä Darwin arveli tapahtuneen Lajien synty -kirjan pulukokeissaan. Evoluutio menee aina eteenpäin ja ehkä yllättävän nopeastikin.
Kirjoituksesi on mukavaa luettavaa, koska aihe on kiinnostava. Onkohan Satakunta sukupolvea kuitenkin liian lyhyt aika selkeillä evoluutiomuutoksille?
Niin.. 100 sukupolvea kuulostaa lyhyelle, mutta jos valintapaine on kova niin en oikein uskalla sulkea pois sellaistakaan mahdollisuutta. Tässä on nyt kuitenkin tehty mittauksia ja todettu muutos. Se on sitten taas toinen kysymys että missä kohtaa kutsutaan muuttunutta muotoa lajiksi.
Evoluutiota tapahtuu periaatteessa joka sukupolvessa, tosin niin hitaasti ettei sitä ilmiasusta huomaa. Jokaisen yksilön perimässä esiintyy pieniä – yksitääisten nukleotidien – muutoksia. Joskus ne sattuvat merkittävään kohtaan geenisekvenssissä, ja aiheuttavat näkyviä muutoksia – ja ajan mittaan syntyy myös muutoksia joilla on jotakin – positiivista tai negatiivista – vaikutusta, kyseisen yksilön selviytymis- tai lisääntymismahdollisuuksiin. Vaikka nämä muutokset, ja luonnonvalinta ovat hitaita prosesseja, ne ovat kuitenkin koko ajan jatkuvia. Sitten se kysymys että milloin joku muutos tulee evolutiivisesti merkittävästi riippuu ympäristöolosuhteista, tai niiden muutoksista. Joskus olosuhteet voivat muuttua niin nopeasti että sen jälkeen selviytyy vain juuri sopivasti muuntneet yksilöt. Selkeä muutos voi tulla vallitsevaksi vaikka yhden sukupoven aikana. Tuollainen iso muutos on esimerkiksi se että jotkut ilmassa elviävät bakteerit päätyvät tuollaiseen hyvin emäksiseen tai happamaan ympäristöön. Vain ne solut joilla on olemassa sopiva geneettinen muutos selviytyvät tääs ympäristössä hengissä.
Harry Lehto kirjoittaa lajien muuntelusta heimon sisällä, esimerkiksi koiraeläinten heimon sisällä. Se on aivan eri asia kuin esim. dinosaurusten muuttuminen linnuiksi. Evoluutioteoria on vain teoria ja se vaatii todella vahvaa uskoa. Ajatelkaa vaikkapa veren hyytymisreaktion tai veren kaasujen vaihdon ”kehitystä”. Lehto kirjoittaa aivan oikein, että lajien lukumäärä on vähenemässä. Se on seurausta syntiinlankeemuksesta ja elämän rappeutumisesta maan päällä. Jumala loi eläimet lajinsa mukaan. Sen voidaan ajatella tarkoittavan peruslajia heimon sisällä.
Evoluutio on kyllä ihan kovaa faktaa – ja hyvin helposti havaittavaa. Fossiiliaineistosta ja DNAn sekvenssien samankaltisuuksista voidaan suoraan lukea miten lajit ovat erityneet toisistaan, pikkuhiljaa muuntumalla toisenlaisiksi. Jo Darwin aikanaan oivalsi että toisistaan eristyksessä elävät saman lajin populaatiot kehittyvät satunnaisen vaihtelun tai erilaisen luonnonvalinnan ajamana eri suuntiin. Spontaani eriytyminen ja erilaistuminen voidaan myös helposti osoittaa esimerkiksi mikrobeilla jotka lisääntyvät nopeasti; samoin tuttu ilmoö on perhosten uusien värimuotojen rikastuminen jos ympäritön värisävy muuttuu esim. teollistumisen myötä. Lonnonvalinta muovaa lajien ominaisuuksia ja lajistoa koko ajan – mutta ei tämä tee elämää kaikkineen yhtään sen vähemmän ihmeelliseksi. Pikemminkin päin vastoin.
Maapallolla kaikkina aikoina eläneistä eliölajeista 99% on kuollut sukupuuttoon; vain n. 1% jatkaa. Syntiinlankeemuksella ei ole mitään tekemistä tämän asian kanssa.
Tuhannesta missä tahansa eliölajissa sattuneesta mutaatiosta noin 999 on hyödyttömiä tai suorastaan haitallisia, ja ne kuolevat pois. Mutta se yksi, ehkä noin joka tuhannes – tai vieläkin harvempi – hyödyttää sattumalta lajin perimää, ja sen vuoksi juuri tämä mutaatio jää lajia vahvistaen elämään ja lisääntymään potentiaalisesti.