Polveutumisoppi

Elämän sukupuu

Eliöiden sukulaisuhdetta verrataan yleensä puuhun, jossa uudet lajit kehittyessään erkanevat päähaaroista. Kun eliöryhmien sukulaissuhteita vertailaan useampien geenien pohjalta, erojen esittäminen puu -mallilla osoittautuu kuitenkin hankalaksi ja on turvauduttava verkkomaiseen esitykseen. (Kuva: Doolittle 2000)

Polveutumisopin mukaan kaikki eliöt ovat polveutuneet yhteisestä kantamuodostaan ohjatusti tai ohjaamattomasti. Käytännössä polveutumisoppi tarkoittaa sitä, että kaikki elävä on keskenään sukua.

Polveutumisopin todisteet

Populaarissa mediassa elämän sukupuu esitetään yleensä vahvasti yksinkertaistettuna (Kuva: HS 2008). Kuvassa esitetty eliöiden jaottelun ja sukulaissuhteiden yksiselitteisyys selittyy sillä, että vertailu on tehty vain yhden geenin perusteella. Asiaan perehtymätön lukija saa tällöin kuitenkin harhaanjohtavan käsityksen "elämän sukupuun" selkeydestä (vrt. kuva alussa, joka on vuodelta 2000).

Homologiat

Vertailemalla eliöiden anatomiaa, havaitaan niiden rakenteissa yhtäläisyyksiä. Esimerkiksi hyönteisten ruumiissa on aina pää, takaosa ja keskiruumis, niillä on kolme jalkaparia ja yleensä kaksi paria siipiä. Samoin ovat myös nisäkkäiden, kuten esimerkiksi ihmisen käsivarsi, kissan tai hevosen etujalka, lepakon siipi ja hylkeen evä saman peruskaavan mukaisia, ja niiden luut voidaan tunnistaa luu luulta. Usein väitetään, että ominaisuudet ovat periytyneet yhteisistä kantamuodoista, sillä yhtäläisyydet ovat aivan liian suuria ollakseen sattumanvaraisia. Kyseinen tosiasia ei kuitenkaan tue ainoastaan polveutumisoppia; myös yhteinen suunnittelija on järkevä selitys samankaltaisuuksille. Homologioita voidaan siis käyttää argumenttina sekä polveutumisen että yhteisen suunnittelijan puolesta.

Yksilönkehityksen eri vaiheissa eliöissä on myös yhtäläisyyksiä, mutta nämä eivät ole olennaisesti suurempia kuin mitä valmiiden rakenteiden perusteella voisi olettaa. Samankaltaisuus voisi selittyä sillä, että eri selkärankaisryhmät ovat perineet yhteisiltä esivanhemmiltaan kehitystapansa, joka niissä edelleen toistuu. Toisaalta samankaltaisuudet voivat myös kertoa yhteisestä suunnittelijasta ja yhteisistää toiminnallisista vaatimuksista. Sikiöiden suurennellut samankaltaisuudet evoluutioteorian todistamiseksi on yksi tieteen suurimpia myönnettyjä huijauksia.

Surkastuneiksi elimiksi sanotaan elimiä, jotka ovat menettäneet polveutumishistoriansa aikana alkuperäisen toimintonsa, ja joilla ei ole muuta toimintoa. Surkastuneet elimet ovat rappeutuneet koska ne ovat tarpeettomia ja jopa haitallisia. Surkastuneita elimiä ovat esimerkiksi sokeiden luolakalojen silmät ja tuulisten saarten hyönteisten siivet. Polveutumiopin todisteena surkastumina pidetään esimerkiksi ja ihmisen häntäluuta ja valaiden vatsaluita, jotka muistuttavat maanisäkkäiden ja matelijoiden lantiota ja jalkojen luita. Samoin myös ihmisen ja simpanssin voidaan olettaa joskus olleen hännällinen, mutta kadottaneen hännän tarpeettomana. Muita esimerkiksi ovat käärmeissä tavattavat jäänteet takajalan luista ja hetulavalaiden kidassa olevat hampaiden jäänteet.

Esimerkiksi ihmisen häntäluu on elintärkeä lantiolihasten kiinnityskohta. Sanonta "surkastunut elin" usein vain peittää tietämättömyytemme elimen tarkoituksesta. Ihmisen umpilisäkkeen, jonka aikaisemmin ajateltiin olevan tarpeeton surkastunut jäänne, tiedetään nyt olevan immuunijärjestelmän toimiva komponentti.

Etologia on biologian tieteenhaara, joka tutkii eläinten käyttäytymistä. Se paljastaa yhtäläisyyksiä eri muotojen, kuten sosiaalisten hyönteisten, muurahaisten, ampiaisten ja mehiläisten pesänrakennustavoissa. Kuten sanottu, samankaltaisuudet, vielä vähemmän käyttäytymiseen liittyvät, eivät kuitenkaan todista yhteistä polveutumista. Kaikki kahvia lautaselta ryystävät ihmiset eivät välttämättä ole läheistä sukua toisilleen.

Molekyylibiologiset homologiat

Sytokromi c:n kaltaisia proteiineja voidaan käyttää proteiinisukupuiden laatimiseen. Tällaisten sukupuiden rakentaminen käy kuitenkin sitä vaikeammaksi ja ristiriitaiseksi mitä enemmän eliöitä ja proteiineja vertaillaan.

Molekyylibiologia on biologian osa-alue, jonka avulla pyritään mm. päättelemään eri eliöiden sukulaissuhteita sekä kehityshistoriaa vertailemalla homologisia geenejä tai homologisia molekyylejä eliöiden välillä. Elollisten olentojen samankaltaisuudet ulottuvat molekyylitasolle asti. Kaikki eliöt käyttävät aineenvaihdunnassaan samoja kemiallisia perusrakenteita. Tämä mahdollistaa esim. proteinien- ja DNA/RNA sekvenssien analysoimisen, joiden pohjalta voidaan laatia molekyylisukupuita. Mitä enemmän eri proteiini- ja geenisekvenssejä on analysoitu, sitä vaikeammaksi on tullut rakentaa niiden pohjalta sukupuita. Eri molekyylejä vertailemalla päädytään erilaisiin päätelmiin. Lisäksi vertailtavien molekyylien erojen kasvaessa tulkinnanvaraisuus kasvaa nopeasti.¹²

Molekyylikellomenetelmä ei ole ongelmaton: kellojen kalibrointi voi olla vaikeaa ja kellojen "tikitysnopeus" riippuu mm. siitä, kohdistuuko tiettyyn geenisekvenssiin ns. selektiivinen paine. Parhaat molekyylikellot ovat ns. tilke-DNA-alueet, jotka eivät koodaa mitään proteiinia eivätkä siis tule ilmentyneeksi fenotyypissä. DNA-alueet, jotka koodaavat toimivaa proteiinia (eli geenit), muuttuvat yleensä paljon hitaammin, koska mutaatiot toimivassa geenissä ovat suurilta osin vahingollisia ja siksi luonnonvalinta hoitaa ne pois populaatiosta.

Toinen menetelmä näiden sukulaissuhteiden selville saamiseksi geneettisistä sekvensseistä perustuu ns. plagioituihin virheisiin. Tilke-DNA alueissa on monien toimivien geenien kopioita, jotka ovat vahingoittuneet siten, että ne eivät enää toimi. Tällaisista lajeille yhteisistä virheistä voidaan päätellä, että virheet ovat olleet olemassa jo ennen lajien erkaantumista. Esimerkki tällaisesta tapauksesta on kädellisille yhteinen mutaatio, jonka takia ne eivät pysty valmistamaan C-vitamiinia toisin kuin lähes kaikki muut nisäkkäät. (Marsutkaan eivät pysty valmistamaan C-vitamiinia itse, mutta niillä mutaatio on erilainen.)

Sittemmin on huomattu, että useat väitetyt "yhteiset virheet" johtuvat yleisesti usein tapahtuvista korreloiduista mutaatioista (nk. hotspot) tai väitetyillä virheillä on hyödyllinen toiminto.^3, 4

Molekyylibiologian myötä huomattiin, että myös molekyylit kehittyvät samalla tavalla kuten somaattiset rakenteet. Mitä lähempänä kaksi lajia on toisiaan, sitä samankaltaisempia myös niiden molekyylit ovat. Monissa tapauksissa morfologisen aineiston epäselvyys on herättänyt epäilyksiä, mutta molekyylejä vertailemalla on saatu paljastettua lajien todellinen suhde. Molekyylibiologia on nykyisin yksi tärkein tietolähde tutkittaessa fylogeneettisiä suhteita.

Tosiasiassa molekyylien avulla tehdyt sukupuut eroavat merkittävästi morfologian avulla tehdyistä.^{5, 6, 7, 8, 9}

Fossiiliset todisteet

Paleontologia tutkii fossiileja. Tiettynä ajanjaksona eläneiden eläinten ja kasvien jäännöksiä löytyy kivettyneinä hyvinkin vanhoiksi ajoitetuissa geologisissa kerrostumissa. Varhaisemman kerroksen tulisi polveutumisopin mukaan sisältää jatkuvalla tavalla aina seuraavasta kerroksesta löytyvien fossiilien yksinkertaisempia ja jopa "puolivalmiita" muotoja.

Esimerkiksi lintujen ja nisäkkäiden oletetaan kehittyneen matelijoista. Vuonna 1861 löydettiin Archaeopteryxin (höyhenpeitteinen lintulisko) fossiili, joka esitetään, varsinkin evoluutieoriaa popularisoitaessa, välimuotona lintujen kehityksessä. Kriittisen tarkastelun pohjalta voidaan kuitenkin todeta, ettei Archaeopteryxiä voida selkeästi nähdä välimuotona esim. dinosaurusten ja lintujen välillä, sillä Archaopteryxissa on mosaikkimaisesti piirteitä useasta eri eliöryhmästä, joten se on mosaiikkimuoto. Archaopteryxistä löytyy neljän eri matelijaryhmän (Kalaliskot, Crocodilia, Saurischia, Ornithischia) tuntomerkkejä, minkä vuoksi sitä ei voida pitää modernien lintujen esi-isänä.¹

Fossiileja jotka täyttävät tyhjän aukon kutsutaan puuttuviksi lenkeiksi. Täydellisimpinä fossiililinjoina pidetään kehityslinjaa nisäkäsliskoista nisäkkäiksi, valaiden evoluutiota ja hevosen heimon evoluutiota kantalajista (Eohippus) nykyiseen hevoseen (Equus). Ihmisen evoluutiosta on esitetty useita eri kehityssarjoja.¹

Yksilön kehitys ja elinten alkuperä

Kun monisoluinen eliö kehittyy munasolusta, alkaa ennen pitkää kehittyä erityyppisiä kudoksia ja muodostua elimiä. Prosessi on monivaiheinen ja peräkkäiset vaiheet ovat geenien ohjaamia.

Eri eläimillä voi olla hyvin samannäköisiä elimiä. Esimerkiksi hyönteisillä ja linnuilla on siivet, delfiineillä, pingviineillä ja kaloilla on evät, jne. Toisaalta eri eläinlajeilla voi olla hyvinkin erinäköiset elimet, kuten evät, siivet ja kädet, joilla voi erilaisuudesta huolimatta olla yhteinen alkuperä.

Samannäköisyys ja sama toiminnallinen funktio eivät välttämättä merkitse samaa evolutiivista historiaa. Jos samanlaisilla ja samaa toimintaa suorittavilla eläimillä ei ole samaa kehityksellistä (embryologista) taustaa, kyse on analogisista elimistä. Hyönteisten ja lintujen siivet tai nisäkkäiden ja mustekalojen silmät ovat analogisia elimiä.

Kenties populaarein räikeästi yksinkertaistettu väite evoluutionteorian puolesta on, että lajin vanha kehityspolku näyttäytyy ainakin osittain jokaisen yksilön alkionkehityksessä (ks. artikkeli rekapitulaatioteoria).

Evoluutioteorian pohjalta otaksuttiin aikoinaan, että esim. eliön fenotyypin homologiasta seuraa myös homologia yksilökehityksessä sekä geenitasolla. Kuitenkin samankaltaisten elinten taustalla on joissakin tapauksissa erilainen geneettinen koodi. Tilannetta voidaan verrata OpenOfficen ja Microsoft Officen ulkoiseen ja toiminnalliseen samankaltaisuuteen, vaikka niiden koodi on hyvin erilaista.

Vastaavasti analogian tapauksessa homologiaa ei otaksuttu ilmenevän yksilönkehityksessä taikka geenitasolle. Sittemmin molemmat väitteet ovat joutuneet kyseenalaisiksi. Tarkempi anaalysi kuitenkin paljastaa että esim. homologiset elimet syntyvät yksilönkehityksessä eliöillä eri reittejä pitkin. Analogisten elinten tapauksessa taas on löydetty homologiaa geenitasolla. Esimerkiksi eri eliöiden silmiä on pidetty klassisena esimerkkinä analogisista elimistä. Myöhemmin on kuitenkin havaittu, että näiden analogisten elinten kehitystä ohjaavat samat säätelygeenit.

Ja näin on yleisesti havaittu: mitä enemmän todisteita, että lajit ovat lähellä toisiaan, sitä enemmän löytyy myös elinten homologioita. Evoluutioteorian edellyttämä sukulaisuussuhde eli ”yhteinen polveutuminen” on ainoa teoria joka vaatii tätä, ja sen puuttuminen olisi evoluutioteorian kohtalokas vastatodistus.

Mielenkiintoisia ovat myös ns. rudimentaariset eli surkastuneet elimet: ihmisillä muun muassa viisaudenhammas ja umpilisäke. Darwin itse mainitsi Boa-käärmeiden surkastuneet takatassut. Muilla käärmeillä sellaisia löytyy vain alkiovaiheessa eikä enää aikuisyksilössä. Myös linnuilla on alkiovaiheessa hampaiden alkuja (vrt. Archaeopteryx), jotka sitten häviävät.

Yhteinen esi-isä

Geneettisen koodin universaaliuutta pidettiin pitkää vahvimpana todisteena eliöiden yhteisestä kantamuodosta. Sittemmin vastoin odotuksia universaaliksi oletusta koodista löydettiinkin poikkeavuuksia. Tänä päivänä tunnetaan kymmeniä eri koodeja.¹⁰

Tähtitieteellisten ja geofyysisten todisteiden valossa on arvioitu maapallon syntyneen noin 4,57 miljardia vuotta sitten. Arvioiden mukaan Maa kehittyi elinkelpoiseksi noin 3,8 miljardia vuotta sitten, jolloin myös ensimmäisten eliöiden arvellaan syntyneen. Emme tiedä miltä ensimmäiset eliöt näyttivät. Elämän uskotaan alkaneen ensimmäisten replikoituvien molekyylien, kuten RNA-ribotsyymien synnystä, jotka kykenivät ottamaan aineita ja energiaa ympäröivistä elottomista molekyyleistä sekä Auringon säteilystä. Siitä miten tämä tapahtui, on esitetty monia kilpailevia hypoteeseja, mutta huolimatta vuosikymmenien ponnisteluista elämän itsestäänsyntyminen, abiogeneesi, on edelleen mysteeri. Varsinainen biologinen evoluutioteoria astuu kuvaan vasta kun on olemassa itseään kopioiva alkueliö.

Darwin ehdotti, että kaikilla eliölajeilla on yhteinen esi-isä; jokainen eliö on kehittynyt samasta alkueliöstä, joka on elänyt ainakin 3,5 miljardia vuotta sitten. Tämän hypoteesin tueksi esitetään yleensä evoluutioteorian popularisoinnissa eliöiden aineenvaihdunnan samanlaisia kemiallisia perusrakenteita, kuten nukleotideja (DNA/RNA), aminohappoja, nukleotideja, sokereita ja rasvahappoja. Myös geneettisen koodin universaalisuutta pidettiin vahvana todisteena yhteisestä esi-isästä. Esimerkiksi Turun yliopiston perinnöllisyystieteen emeritusprofessori Petter Portin esittää tämän väitteen Charles Darwinin kaksinkertaista merkkivuotta juhlistavassa teoksessaan:

Solujen perusaineenvaihdunta ja rakenne ovat kaikilla eliöillä samanlaiset, ja evoluutioteorian vahvimpia todisteita onkin se, että geneettinen koodi on universaalinen eli sama kaikilla organismeilla olkoon sitten kysymyksessä virus, bakteeri, hiivasieni, kanttarelli, koivu, sinivalas tai ihminen. Ilmiötä on tieteellisesti hyvin vaikea ymmärtää muuten kuin evoluutioteorian valossa.

– Petter Portin ja Timo Vuorisalo, Evoluutio NYT! (2008)¹¹

Evoluutiotutkijat pitivätkin koodin muuttumista pitkään mahdottomana. Sittemmin vastoin odotuksia koodista löydettiin (jo useita vuosia sitten) merkittäviä poikkeuksia (esim. mitokondrioilla Stop-kodonin muutos) ja nykyään tunnetaankin useita geneettisiä koodeja.¹⁰

Helposti syntyvä väärinkäsitys on, että tämä ”yhteinen kantaisä/-äiti” oli yksin maailmassa. Luultavammin se oli vain yksi yksilö jo elämäntäytteisessä valtameressä. Kaikki muut ovat kuitenkin epäonnistuneet jatkamaan sukuaan näihin päiviin saakka. Toinen väärinkäsitys on, että se olisi maapallon ensimmäinen eliö. Realistisempi kuva on, että se oli pitkän kehitysprosessin lopputulos, jonka varhaisimmat vaiheet eivät välttämättä olleet edes yksiselitteisesti "eläviä". Varhaisissa vaiheissa elämä on saattanut syntyä yhä uudestaan, mutta siitä emme tiedä nykytietämyksellä kovinkaan paljoa, koska esimerkiksi koskemattomia kerroskivilajeja 3,8–3,5 miljardin vuoden takaa Maan alkuajoilta on lähes mahdotonta löytää (ei tiedetä nykyisin) ja tarvittaisiin hapeton ilmakehä muiden epätavallisten olosuhteiden lisäksi. Ihmisillä ei ole nykyisin mitään tietoa elämän 300 ensimmäisen miljoonan vuoden ajalta, ja laboratorioissa ei olla vielä pystytty tuottamaan elämää, mutta täysin mahdotonta tekniikan ja tietämyksen kehittyessä se ei luultavasti ole. Jo 3,5 miljardin takaisista kivistä on löydetty rikasta bakteerilajistoa.

Kuitenkin kaikkien ensimmäisten elämän pioneerien oli ratkaistava monta ongelmaa, suurimpina miten hankkia energiaa ja kopioitua. DNA-molekyylejä pidetään välttämättöminä kopioitumiselle, mutta sen valikoitumiselle siihen tehtävään ei nykyisin tiedetä kunnollista teoriaa. Sen tehtävän uskotaan kuitenkin olleen aluksi toissijainen, ja sitä edeltäneen RNA-maailman, missä tapahtui proteiinisynteesiä, ja josta puuttui DNA-välitteisen proteiinisynteesin tehokkuus.

Aiheesta muualla

ApologetiikkaWiki

• Evoluutio
• Evoluutioteoria