Luonnonvalinta ei vitkastele
Charles Darwinin ”Lajien synty” kuvasi 150 vuotta sitten, miten eliöt ovat sukua toisilleen. Se selitti myös, miten luonnonvalinta muokkaa eliöitä ja lopulta johtaa uusien lajien syntyyn. Tavallisesti evoluutio on hidas prosessi, mutta joskus lajin ominaisuudet muuttuvat jo parissa sukupolvessa.
Kun katselee mitä tahansa eläintä tai kasvia, on ilmeistä, että elinympäristö on muokannut sitä. Charles Darwin (1809–1882) kuvaili kirjassaan Lajien synty, miten lajien sopeutuminen ympäristöönsä ja kaikkein oudoimmatkin käyttäytymistavat selittyvät yhdestä mekanismista, luonnonvalinnasta. Uusi tutkimus osoittaa, että luonnonvalinta voi muuttaa lajia hyvinkin nopeasti.
Joissakin tapauksissa sen vaikutuksia voidaan seurata jopa geenitasolla.
Koiraat menettivät värinsä
Yhden esimerkin ripeästä luonnonvalinnasta tarjoaa miljoonakala. Se on pieni akvaariokalanakin suosittu Etelä- ja Väli-Amerikasta peräisin oleva parvikala, jonka koirailla on yleensä suuri ja värikäs pyrstö. Koiraat eivät kuitenkaan ole kaikkialla yhtä näyttävän näköisiä. Trinidadin saarella on populaatioita, joiden koiraiden väritys on päinvastoin hyvin vaatimaton. Huomiota herättämättömiä koiraita esiintyy ennen kaikkea niissä vesissä, joissa on paljon petokaloja. Tästä tutkijat päättelivät, että nämä populaatiot ovat sopeutuneet vaaralliseen elinympäristöön luopumalla kirkkaasta värityksestä, joka houkuttelee pedot koiraiden kimppuun.
Teoriaa testattiin siirtämällä petokaloja alueille, missä miljoonakalakoirailla oli poikkeuksellisen näyttävä pyrstö. Muutaman sukupolven päästä koiraiden ulkoasu oli hyvin koruton. Silmiinpistävät koiraat olivat päätyneet petojen suuhun, ja sukua olivat jatkaneet vain huomiota herättämättömät yksilöt.
Loinen mykisti sirkkakoiraat
Ei tiedetä, mitkä geneettiset muutokset saivat aikaan Trinidadin miljoonakalojen värinmuutokset. Todennäköisesti taustalla oli monen yhdessä vaikuttavan perintötekijän mutatoituminen. Toisissa tapauksissa luonnonvalinnan on havaittu tuottavan nopeita muutoksia vain yhden geenin mutaatiolla.
Havaijille levisi 1800-luvun lopulla kenttäsirkka Teleogryllus oceanicus, jonka koiraat sirittävät houkutellakseen naaraita. Sirkalla oli lokoisat oltavat, kunnes Havaijille saapui toinen tulokas, Ormia ochracea -loiskärpänen. Se laskee munansa sirkkakoiraisiin, jotka se löytää poikkeuksellisen hyvän kuuloaistinsa avulla. Munista kuoriutuvat toukat syövät isäntänsä hengiltä.
Ormia ochracea on lähtöisin Yhdysvalloista ja Meksikosta. Havaijilaissirkat kärsivät loisivista toukista amerikkalaislajeja enemmän, koska niillä ei ole kokemusta vaarallisista kärpäsistä eikä siksi puolustusmekanismia niitä vastaan.
Kalifornian yliopiston tutkijat ovat biologi Marlene Zukin johdolla seuranneet Kauain saaren sirkkojen kohtaloa vuodesta 1991 alkaen. Loiskärpäset kutistivat sirkkakantaa pitkään, ja 2001 saarelta löytyi vain yksi sirittävä sirkkakoiras. Koko lajin tulevaisuus Kauaissa näytti synkältä. Vuonna 2003 sirkkoja oli kuitenkin taas runsain mitoin, mutta koiraat olivat lakanneet sirittämästä.
Sirkkakoiraat sirittävät hankaamalla siipiään vastakkain. Toisessa etusiivessä on pieni harja, jota ne vetävät toisessa siivessä olevien väkästen yli. Nykyään Kauain koiraiden siivissä ei ole harjaa, joten ne eivät pysty ääntelemään.
Loiskärpäset paikantavat sirkat niiden sirityksen perusteella. Ne koiraat, joilla ei ollut sirittämiseen tarvittavaa harjaa siivessään, välttyivät kärpäsiltä. Kun sirittävät koiraat joutuivat loisen uhriksi, suvunjatkaminen jäi mykkien koiraiden kontolle. Noin 20 sukupolvessa mykkyydestä tuli vallitseva ominaisuus, vaikka harvat jäljellä olevat sirittävät koiraat ovatkin yhä naaraiden ensisijainen valinta lisääntymiskumppaniksi.
Kauain sirkat pelastaneen muutoksen selitykseksi osoittautui yhden geenin muutos. Mutatoitunut geeni sijaitsee sukupuolikromosomissa.
Mutaatiot muuttavat ihmistäkin
Ihmisen perimässä eli genomissa on 20?000–25?000 geeniä. Niiden sijainti dna:n kromosomeissa tunnetaan melko hyvin, mutta yksittäisten geenien toiminta on vielä pitkälti hämärän peitossa. On silti selvää, että luonnonvalinta muokkaa myös ihmisen perimää.
Melkein kaikista geeneistä esiintyy hieman erilaisia muotoja. Havaijin kenttäsirkkojen perimässä on ainakin kaksi varianttia geenistä, joka teki koiraista mykkiä: tavallinen muoto ja se, joka estää harjan kasvun siipeen. Variantteja voi olla useampiakin. Sattumanvaraisesti valitun tuhannen ihmisen joukossa saattaa hyvin esiintyä viisikin eri muotoa samasta geenistä. Toiset niistä voivat olla yleisiä, toiset taas hyvin harvinaisia.
Normaalisti ihmisellä on miehen sukupuolikromosomin geenejä lukuun ottamatta kaksi kappaletta kustakin geenistä. Toinen on peräisin äidiltä ja toinen isältä. Jos luonnonvalinta ei muokkaisi perimää, geenien eri variantit olisivat jakautuneet väestössä aivan sattumanvaraisesti. Näin ei kuitenkaan ole.
Eri geenien varianttien esiintyvyys viittaa siihen, että ne ovat ainakin jossain määrin yhteydessä toisiinsa. Viime vuosina tehdyissä tutkimuksissa, joissa on verrattu eri puolilta maailmaa kotoisin olevien ihmisten dna:ta, on ilmennyt, että tiettyjen geenien tietyt muodot esiintyvät usein yhdessä. Näyttää jopa siltä, että ne periytyvät yhdessä. Tämä ilmiö selittyy luonnonvalinnasta.
Genomissa huomattavia muutoksia
Joistakin geenimuodoista on hyötyä kantajalleen. Ne voivat esimerkiksi parantaa hänen vastustuskykyään. Toisista taas voi olla haittaa. Useimpien geenien osalta ei tiedetä, mikä vaikutus niiden eri muodoilla on. Hyödyllinen muoto yleistyy väestössä, kun sen kantaja saa muita enemmän jälkeläisiä. Samalla sen kantajien perimään runsastuu muita hyödyllisiä geenimuotoja. Tällaisia geenejä on paljon. Joidenkin tutkimusten mukaan ainakin neljäsosa ihmisen perimästä on muuntumassa. Ihmislajissa on siis odotettavissa varsin huomattavia muutoksia lähitulevaisuudessa.
On myös esitetty, että luonnonvalinta ei enää koske ihmistä. Tätä on perusteltu muun muassa sillä, että parantuneet elinolosuhteet ja nykyaikainen lääketiede mahdollistavat normaalin elämän niillekin yksilöille, jotka ennen eivät olisi säilyneet elossa ja saaneet lapsia. Luonnonvalinta saattaa kuitenkin koskea nykyisin eri asioita. Ehkä evoluutiota ohjaa esimerkiksi sopeutuminen tietynlaisiin ravintoaineisiin tai lääkkeisiin.
Tosin nykytietämys ihmisgenomista koskee enimmäkseen sairausgeenejä, joten luonnonvalintaa osataan seurata paremmin sirkoissa kuin ihmisissä.