Galápagossaarien nuorimmilla saarilla villit tomaatit kirjoittavat evoluution säännöt uusiksi aktivoimalla miljoonia vuosia sitten kuolleen muinaisen kemiallisen suojan.
Sisällysluettelo
Kansainvälinen tutkijaryhmä on havainnut, että jotkut villit tomaattilajit saariston nuorimmilla saarilla ovat palauttamassa miljoonia vuosia sitten kadonneen muinaisen kemiallisen suojan.
Galápagossaarien länsiosan kuumilla laavapinnoilla, joissa tuuli puhaltaa lähes uupuneen maaperän yli ja maisema muistuttaa toista planeettaa, kasvaa tomaatteja, jotka haastavat vakiintuneet evoluution lait. Sen sijaan, että sopeutuisivat nykyaikaisempiin tai monimutkaisempiin muotoihin, nämä kasvit kääntävät evoluutiopolkunsa päinvastaiseksi ja palauttavat ominaisuuksia, joiden uskottiin kadonneen ikuisesti.
Tästä kertoo uusi tutkimus, joka on julkaistu Nature Communications -lehdessä ja jonka on johtanut ryhmä tutkijoita Kalifornian yliopistosta Riversidesta ja Weitzman-instituutista Israelista. Tämä löytö hämmästytti evoluutiobiologit: ensimmäistä kertaa kasvien ”käänteinen evoluutio” on dokumentoitu kemiallisella ja geneettisellä tarkkuudella – käsite, joka on tähän asti pidetty erittäin harvinaisena ja vaikeasti todennettavissa.
Nämä kasvit eivät vain mutatoidu sattumanvaraisesti, vaan päinvastoin, ne elvyttävät hämmästyttävällä tarkkuudella muinaisen biokemiallisen mekanismin, joka antaa niiden tuottaa myrkyllisiä yhdisteitä, joita niiden nykyisillä sukulaisilla ei enää ole. Toisin sanoen, ne elvyttävät muinaisen molekyylisen suojan, joka on ollut piilossa niiden DNA:ssa miljoonia vuosia.
Esihistoriallinen kemiallinen suojaus
Tutkimus keskittyy kahteen villitomaattilajiin: Solanum cheesmaniae ja Solanum galapagense, jotka ovat eteläamerikkalaisten kasvien jälkeläisiä ja jotka todennäköisesti saapuivat saarille lintujen mukana. Tutkijat analysoivat yli viisikymmentä näytettä, jotka oli kerätty eri saarilta. Yllättävä säännönmukaisuus havaittiin nuorimmilla ja vulkaanisesti aktiivisimmilla saarilla, kuten Fernandina ja Isabela.
Näiden saarten tomaatit eivät vain tuottaneet alkaloideja – katkeraa yhdisteitä, jotka toimivat luonnollisina torjunta-aineina – vaan myös niiden arkaaisen version, joka on hyvin samanlainen kuin munakoisoissa, mitä ei ole havaittu tomaateissa muinaisista ajoista lähtien. Toisin kuin vanhemmilla, vakaammilla itäisillä saarilla, kasvit jatkoivat nykyisissä viljelykulttuureissa yleisten nykyaikaisten versioiden tuottamista.
Uusi tutkimus osoittaa, että jotkut saarikasvit palauttavat miljoonia vuosia sitten kadonneita piirteitä.
Tämä muutos ei ole triviaali. Avain selitykseen löytyy stereokemiasta: vaikka ”muinaiset” ja ”nykyaikaiset” alkaloidit koostuvat samoista atomeista, niiden kolmiulotteinen rakenne on erilainen, mikä muuttaa niiden biologisen käyttäytymisen täysin. Tämä konfiguraatio on kuin kemiallinen lukko: pienikin muutos riittää muuttamaan sen vaikutuksen organismissa.
Vain neljä aminohappoa muutti kaiken.
Ymmärtääkseen, miten nämä kasvit saavuttivat tämän muutoksen, tutkijat tunnistivat entsyymin, joka on vastuussa alkaloidien lopullisesta kokoamisesta. Kaikkein hämmästyttävin löytö oli se, että sen toiminnan palauttamiseksi ja alkuperäiseen versioon palaamiseksi tarvittiin vain neljä muutosta tämän entsyymin aminohappoketjussa. Tämän mutaation ansiosta kasvit saivat takaisin kykynsä syntetisoida ”esihistoriallisia” yhdisteitä.
Tutkijat jopa syntetisoivat nämä modifioidut geenit laboratorio-olosuhteissa ja istuttivat ne tupakkakasveihin, jotka alkoivat tuottaa muinaisia alkaloideja. Todisteet olivat kiistattomat: kyseessä ei ole sattuma tai yksinkertainen spontaani mutaatio, vaan toiminnallinen ja jäsennelty paluu unohdettuun biokemialliseen reaktioihin.
Ilmiön maantieteellinen levinneisyys viittaa myös ekologiseen syyhyn. Länsi-saaret, jotka ovat nuoria ja alttiita äärimmäisille olosuhteille, näyttävät kokevan erilaisen evoluutiopaineen, jossa aggressiivisempien puolustusmekanismien palautuminen voi olla ratkaiseva etu. Tässä yhteydessä luonnonvalinta ei vie eteenpäin, vaan pikemminkin elvyttää aiemmin tehtyjä ratkaisuja.
Vasemmalla: Galápagossaarilta peräisin oleva villi tomaattilaji, jossa muinaiset myrkylliset yhdisteet ovat aktivoituneet uudelleen. Oikealla: tomaattikasvi, joka on kasvatettu käyttämällä nykyaikaisille lajikkeille tyypillisiä alkaloideja.
Ainutlaatuinen tapaus… vai ikkuna tulevaisuuteen?
Käsite ”käänteinen evoluutio” on aina herättänyt skeptisyyttä . Klassisen teorian mukaan ominaisuuden menettämisen jälkeen sen uudelleen ilmaantuminen samaa geneettistä reittiä pitkin on erittäin epätodennäköistä. Tämä tutkimus kuitenkin osoittaa, että se on paitsi mahdollista, myös tarkasti, johdonmukaisesti ja kokonaisissa populaatioissa tapahtuvaa.
Konkreettisia tapauksia on kuvattu aiemminkin, esimerkiksi käärmeitä, joille on kasvanut rudimentaariset jalat, tai bakteereja, jotka ovat aktivoineet muinaiset geenit. Mutta koskaan näin tarkalla kemiallisella yksityiskohtaisuudella ja kasvin osalta, joka on maailmanlaajuisesti tärkeä elintarvikkeiden kannalta. Tomaatti on yksi maailman eniten kulutetuista elintarvikkeista.
Tämä löytö ei vain kirjoita kasvien evoluutiota koskevia oppikirjoja uusiksi, vaan avaa myös uusia mahdollisuuksia geenitekniikalle. Jos vain muutaman aminohapon muuntaminen riittää biokemiallisen reitin uudelleenjärjestelyyn, voimme luoda viljelykasveja, jotka ovat vastustuskykyisempiä tuholaisille, turvallisempia ihmisravinnoksi tai jopa omaavat lääkinnällisiä ominaisuuksia. Mutta ensin, kuten ryhmä varoittaa, on tärkeää ymmärtää, miten luonto tekee tämän.
Menneisyys, joka kieltäytyy katoamasta
Lopulta tämä löytö korostaa tärkeää ajatusta: evoluutio ei ole suora tie ”edistykseen”. Se on monimutkainen tanssi, liike eteenpäin ja taaksepäin, jossa eteenpäin liikkuminen tarkoittaa joskus taaksepäin katsomista. Geenit säilyttävät muistoja menneistä päätöksistä, jotka ovat valmiina ilmenemään, kun olosuhteet sitä vaativat.
Se, että tämä tapahtui kaukaisilla ja lähes koskemattomilla Galápagos-saarilla, ei ole sattumaa. Tämä luonnonlaboratorio, joka aikoinaan inspiroi Darwiniä, jatkaa syvällisten opetusten antamista meille elämän joustavuudesta. Ja ehkä, kuten tutkimus olettaa, se mitä näemme näissä tomaateissa, on vain yksi esimerkki laajemmasta ilmiöstä, joka voi vaikuttaa jopa omaan lajiimme, jos olosuhteet planeetalla muuttuvat merkittävästi.
