Monille nauta on tuskin enempää kuin pihvin lähde – eläin, joka mutustaa laiskasti laitumen kasvillisuutta. Syödessään nauta on kuitenkin yksi evoluution hienoimmista keksinnöistä toiminnassa: se pystyy irrottamaan energiaa sitkeistä kasveista.
Naudan superkyky on tulosta ainutlaatuisista geneettisistä sopeumista. Ne ovat tehneet märehtijöiksi kutsutuista nisäkkäistä, joihin nauta kuuluu, yhden menestyneimmistä eläinryhmistä. Suuri kansainvälinen tutkijaryhmä on hiljattain kartoittanut märehtijöiden evoluutiota 44:n, kuutta eri heimoa edustavan, lajin perimän avulla.
Perimät avaavat aivan uusia näköaloja märehtijöiden pitkälle erikoistuneen ruoansulatusjärjestelmän kehittymiseen. Tutkimuksessa kävi ilmi, että märehtijöiden geenit muun muassa tukevat vahvasti immuunijärjestelmää, joka antaa tarpeellista suojaa ravinnon pilkkomisen vaatimia moninaisia bakteereja vastaan. Lisäksi monet seikat viittaavat siihen, että märehtijöiden erikoiskyvyt voivat auttaa syöpäpotilaita.
Dna valottaa evoluutiota
Märehtijät ovat hyvin menestynyt nisäkäsryhmä, johon kuuluu yli 200 lajia. Nautojen lisäksi märehtijöitä ovat muun muassa hirvieläimet, vuohet, lampaat, biisonit, antiloopit ja kirahvit. Juuri tämän sukupuun tutkijat kartoittivat saadakseen tarkemman kuvan märehtijöiden erikoiskyvyistä, kuten verrattomasta ruoansulatusjärjestelmästä.
Nauta on suursyömäri
Miljoonien vuosien aikana naudalle on kehittynyt melkein täydellinen ruoansulatusjärjestelmä, joka pystyy ottamaan talteen 70 prosenttia ruohojen kaltaisista sitkeistä kasveista. Hevonen joutuu sen sijaan tyytymään noin 30 prosenttiin.
Ravinto tekee pitkän matkan
Naudan syömä ruoho kulkee neljän mahan läpi. Ravinto pilkkoutuu pötsissä ja siirtyy sieltä verkkomahaan, joka suodattaa hienot hiukkaset. Nämä kulkevat edelleen satakertaan eli lehtimahaan, joka muun muassa poistaa vettä ja suoloja. Loppukäsittelyn antaa juoksutusmaha, joka hajottaa bakteerit.
Pötsi: Pieneliöt syövät ruokaa
Pötsissä miljardit pieneliöt pilkkovat kasveja ravinnoksi. Naudalla on pitkin pötsiä muurina kuolleita soluja (vihreä), jotka pitävät pieneliöt loitolla kehon kiertokuluista, ja nystyjä (sininen), jotka pyydystävät rasvahappoja.
Verkkomaha: Ravinto suodattuu
Toinen maha, verkkomaha, säätelee ravintovirtaa. Verkkomaha toimii suodattimena, joka lajittelee ravinnon niin, että vain hienojakoinen osa pääsee eteenpäin. Loput nauta palauttaa suuhun ja pureksii toistamiseen eli märehtii.
Satakerta: Solut kanavoivat ravinnon
Satakerta poistaa suurimman osan ravinnon vedestä sekä pienet rasvahapot ja suolat. Seinämien epiteeli- eli pintakudos siirtää vettä ja natriumsuoloja naudan verenkiertoon.
Juoksutusmaha: Pieneliöt hajoavat
Viimeinen maha ennen ohutsuolta on juoksutusmaha. Siihen erittyvät entsyymit ja suolahappo tappavat pötsistä tulleet pieneliöt ja hajottavat niiden proteiinit aminohapoiksi (siniset pallot). Ne imeytyvät ravintoaineina ohutsuolesta elimistön käyttöön.
Tutkimuksessa verrattiin 44:n eri lajin perimää, mikä tarkoitti yhteensä 40:tä biljoonaa emäsparia. Valtavan tietomäärän pohjalta voitiin luoda todennäköinen sukupuu.
Kävi ilmi, että märehtijöissä on tapahtunut äärimmäisen paljon lajinkehitykseen liittyviä muutoksia, eli niiden evoluutionopeus on suuri. Tosiasiassa se on suurempi kuin millään muulla nisäkäsryhmällä. Havainto sai tutkijat pohtimaan, miksi märehtijät ovat vastanneet erinomaisesti kehityksen haasteisiin.
Maha on bakteeripommi
Märehtijöiden menestys perustuu paljolti niiden ruoansulatusjärjestelmään. Ne pystyvät hyödyntämään peräti 70 prosenttia kasvien selluloosasta. Muut kasvinsyöjät ovat sen sijaan paljon tehottomampia. Esimerkiksi hevosen vastaava prosenttiosuus on vain noin 30.
Avainasemassa ovat neljä mahaa, joista jokaisella on oma tärkeä tehtävänsä. Juoksutusmahaksi kutsutun tavallisen mahan lisäksi märehtijöillä on kolme muuta mahaa: pötsi, verkkomaha ja satakerta. Viimeksi mainittu on uusinta perua, sillä se kehittyi 32–35 miljoonaa vuotta sitten eli reilut neljä miljoonaa vuotta sen jälkeen, kun märehtijät erottuivat omaksi eläinryhmäkseen.
Tutkimuksen kannalta erityisen kiinnostava kohde on pötsi, joka on ravinnon ensimmäinen pysähdyspaikka ja suurempi kuin muut mahat. Se on pieneliöitä pursuava pommi. Millilitra pötsin mahanestettä sisältää 10–100 miljardia bakteeria, sientä ja alkueläintä. Ne pilkkovat kasvien selluloosaa pieniksi rasvahapoiksi ja keskeiseksi energianlähteeksi glukoosiksi, joka imeytyy verenkiertoon. Silti pieneliöt ovat mahdollinen terveysuhka naudalle.
Perimän kartoituksessa löydettiin koko joukko geneettisiä sopeumia, jotka pitävät pieneliöt kurissa. Niihin kuuluu proteiiniperhe interferonit. Niiden avulla immuunisolut varoittavat toisiaan tulehduksista ja vahvistavat näin puolustusta. Interferonit tehostavat niin reippaasti immuunijärjestelmän toimintaa, että mahabakteerit eivät aiheuta naudalle vaarallisia tulehduksia.
Geenit luovat täydelliset hampaat
Saadakseen irti kaiken mahdollisen ruohosta naudat käyttävät sen puremiseen 9–10 tuntia vuorokaudessa. Ruohon ja suuhun palautuneen ravinnon mutustamista varten naudoille on kehittynyt tehtävään erikoistunut hampaisto, joka hienontaa kovia kasvikuituja. Perimän kartoitus paljasti 11 märehtijöille tunnusmerkillistä geenimuunnosta.
Naudan tie laitumen tähdeksi
Nauta on kehittynyt reilussa 50 miljoonassa vuodessa täydelliseksi suursyömäriksi.
50 miljoonaa vuotta
Märehtijöiden varhaisin edeltäjä, Hypertragulidae, valloitti Aasiaa. Se muistutti pientä hirvieläintä ja painoi tuskin kolmea kiloa enempää.
35 miljoonaa vuotta
Naudan mahajärjestelmä täydellistyi 35 miljoonaa vuotta sitten eläneessä sukulaisessa, joka sai muun muassa vettä ja suoloja poistavan satakerran.
23 miljoonaa vuotta
Useimmille nykylajeille ominaiset sarvet ilmaantuivat ensimmäistä kertaa. Kääpiökauriit ovat harvoja sarvettomia märehtijöitä.
20 miljoonaa vuotta
Naudan lähin edeltäjä, alkuhärkä, kehittyi. Laji kuoli sukupuuttoon, mutta myöhemmin on onnistuttu jalostamaan sitä muistuttavia nautaeläimiä.
10 000 vuotta
Nykyisen naudan ja alkuhärän kehityslinjat erosivat. Ihminen kesytti naudan ja jalosti siitä rotuja, joita pidetään karjana eri tarkoituksiin.
Naudan hampaistoa hallitsevat suuret, nelikulmaiset hampaat, joiden terä on laakea ja hieman aaltoileva. Yläleuasta puuttuvat etuhampaat, ja hammaskiille ulottuu syvälle ikeniin. Ihmisellä kiille peittää vain hampaiden näkyvän osan. Pitemmälle ulottuva kiille vahvistaa nautojen hampaita ja antaa niille tukea alituisen kasvien pureskelun aikana.
Sarvet työntävät syöpäsolut pois
Kun märehtijöiden geeneihin sukellettiin, todettiin, että sarvista saattaa olla hyötyä muussakin kuin kamppailussa reviiristä ja parittelukumppanista.
Sarvet voivat osallistua syövän vastaiseen taisteluun.
Hirvieläinten sarvet syöksyvät esiin erittäin nopeasti, sillä ne voivat kasvaa jopa kaksi senttiä vuorokaudessa. Räjähdysmäinen kasvu johtuu geeneistä, joilla on myös osuus syöpäkasvainten kehityksessä. Syöpäsolut muodostavat kasvaimen kiihdyttämällä kasvua edistävien geenien toimintaa, mistä seuraa, että solut jakautuvat villisti. Niinpä yhdestä syöpäsolusta tulee pian monta, ja kasvain alkaa muodostua. Tutkimus paljasti kuitenkin, että hirvieläimillä on perinnöllinen suoja mahdollisesti syöpää aiheuttavia sarvien kasvua sääteleviä geenejä vastaan.
Tutkijat ovat onnistuneet tekemään reiän suoraan naudan satakertaan eli lehtimahaan päästäkseen tutkimaan ravinnon sulatusta. Nauta ei vaikuta kärsivän tästä mitenkään.
Hirvieläimille on syntynyt useita geenimuunnoksia, jotka osallistuvat solunjakautumisen säätelyyn. Geenit ohjaavat solujen jakautumista sarvissa ja estävät soluja muuttumasta hallitsemattomasti jakautuviksi syöpäsoluiksi. Nämä ainutlaatuiset geenivariantit ovat tietenkin lääketieteellisesti kiinnostavia, koska yksistään vuonna 2018 melkein kymmenen miljoonaa ihmistä kuoli syöpään.
Seuraavaksi selvitetään, voidaanko hirvieläinten syöpää ehkäiseviä geenimuunnoksia hyödyntää kehitettäessä uusia hoitoja. Mahdollisena lähestymistapana pidetään geenihoitoa, jossa potilaan perintötekijöitä muunnetaan niin, että ne muistuttavat hirvieläinten geenimuunnoksia.
Näin sarvet kasvavat
Perimän muokkaamiseen suhtaudutaan enimmäkseen epäilevästi riskien vuoksi. Siksi todennäköisesti yritetään ensin valmistaa niitä proteiineja, joiden tuotantoa geenit ohjaavat, ja testata niiden tehoa.
Naudasta on joka tapauksessa tullut enemmän kuin pihvin lähde. Ehkä laitumen supermutantti ojentaa tulevaisuudessa ratkaisun avaimen taistelussa syöpää vastaan.