Vestigiaalielimet (surkastumat) — määritelmä, syyt ja esimerkit
Vestigiaalielimet — selkeä määritelmä, syyt ja konkreettiset esimerkit ihmisestä ja eläimistä. Lue, miten surkastumat todistavat evoluutiota ja miksi elimet vähitellen häviävät.
Vestigiaalielimet ovat kehon elimiä, jotka ovat pienempiä ja yksinkertaisempia kuin sukulaislajeilla ja jotka ovat menettäneet tai lähes menettäneet alkuperäisen toimintonsa. Ne eivät ole sattumaa vaan kertovat lajien muuttuneesta elämäntavasta ja evoluutiosta: vestigiaalisuus on yksi konkreettinen todiste evoluutiosta, sillä monet näistä rakenteista olivat aikoinaan toimivia luonnonhistorian sopeumia esi-isissä.
Miksi elimet surkastuvat?
Useita eri mekanismeja selittävät, miksi elin voi pienentyä tai kadota evoluution aikana:
- Relaxed selection eli valinnan heikkeneminen: kun elin ei enää paranna yksilön lisääntymismenestystä, haitalliset mutaatiot rikkinäistävät sitä kertymättä poistaa niitä.
- Mutaatiot ja kasaantuminen: käytännössä käyttämättömät rakenteet keräävät ajan myötä neutraaleja tai haitallisia mutaatioita, jotka johtavat rakenteen rappeutumiseen.
- Kustannukset ja selektio poistoa vastaan: elimet vaativat energiaa ja kantavat sairastumisriskejä (esim. infektio, syöpä). Tämä voi aiheuttaa pientä valintaa niiden poistamiseksi, jos ne eivät enää hyödytä organismin kuntoa.
- Suuntaava valinta: joskus on suotuisaa aktiivisesti pienentää tai poistaa rakennetta (esim. valinta, joka suosii näkökyvyn menettämistä luolaympäristössä, koska näön ylläpito on kallista).
Esimerkkejä vestigiaalirakenteista
Vestigiaalisia rakenteita esiintyy laajasti eläin- ja kasvimaailmassa. Muutamia tunnettuja esimerkkejä:
- Käärmeet menettivät aikoinaan jalkansa, kun niiden liikkumistapa muuttui. Joillakin käärmetyypeillä — esimerkiksi boilla — on edelleen jäljellä takajalkojen jäänteitä ja lantio, jotka kertovat niiden maaeläinmäisestä alkuperästä.
- Ihmisen umpilisäke (vermiform appendix) on usein mainittu esimerkki. Aikaisemmilla kasvinsyöjä-esi-isillä umpisuoli ja sitä ympäröivät rakenteet olivat suurempia ja toimivat mikrobien varastona sellulaasin kaltaisen entsyymin avulla; ihmislajilla nämä rakenteet ovat pienentyneet. Umpilisäkkeen tulehdus aiheutti ennen lääketieteen kehittymistä kuolemia, joten siihen kohdistui lievää valintaa häviämisen suuntaan — vaikka suurin osa appendiciittitapauksista ilmenee hedelmällisyyden huipun jälkeen, mikä rajoittaa selektiovaikutusta.
- Lehdet ovat monien apinoiden tärkeää ravintoa, mutta ihmisellä kasvin kuitujen sulatuskyky on heikompi: lajimme ei pysty tehokkaasti sulattamaan selluloosaa, joten samat ruoansulatusrakenteet ovat pienentyneet.
- Luolassa elävät lajit menettävät usein näkyä ja väritystään. Tutkimukset esimerkiksi luolan sammakkoeläinen Gammarus minusin populaatioissa osoittivat aktiivista valintaa silmien pienentymisen suuntaan: paritelluilla uroksilla oli pienemmät silmät kuin parittomilla, ja valintagradientiksi arvioitiin −0,30, mikä viittaa melko voimakkaaseen valintaan pienemmille silmille. Tutkijat arvelivat, että näön väheneminen vapauttaa hermostoresursseja muiden aistien hyödyntämiseen p310.
- Monilla nisäkkäillä, jotka ovat siirtyneet uuteen elämäntapaan, näkyy jäänteitä aiemmista rakenteista: esimerkiksi valaan lantion luut ovat pieniä jäänteitä alkaneista raajoista.
Rakenteen muuntautuminen uuteen tehtävään — eksaptaatio
Joskus vanha rakenne ei täysin katoa vaan saa uuden funktion. Tällaisesta ilmiöstä käytetään termiä eksaptaatio. Tunnettu esimerkki on nisäkkäiden korvanivelet, jotka olivat alun perin Thermapsida-alkuisten nisäkästen leuan luita ja joiden muuntuminen paransi kuuloa. Myös kärpästen kantakalvot (eräänlaiset tasapainorakenteet, haltereiksi kutsutut) ovat esimerkki rakenteesta, joka sai uuden tärkeän tehtävän liikkeen hallinnassa.
Geneettiset jäänteet
Vestigiaalinen muutos näkyy myös perimässä: monet lajit kantavat pseudogeenejä, eli geenejä, jotka ovat menettäneet toimintakykynsä. Ihmisellä on esimerkiksi geenijäänteitä, jotka koodasivat kyvyn valmistaa C-vitamiinia (GULO-entsyymi) — toiminnallinen geenimuoto säilyy monilla eläimillä, mutta ihmisillä se on rikki. Myös hajuaistireseptorien geeniperheet ovat monissa lajeissa osittain rappeutuneet, kun hajuaistin merkitys on vähentynyt.
Mitä vestigiaalit kertovat evoluutiosta?
Vestigiaalirakenteet ovat arvokas lähde tietoa lajien sukupolvien ja elintapojen muutoksista. Ne eivät aina ole täysin "turhia": jotkin niin kutsutut vestigiaalit voivat säilyttää lieviä toimintoja (esim. immuunijärjestelmään liittyviä rakenteita) tai toimia satunnaisena jäänteenä, kun taas toiset voivat kehittyä uusiin käyttötarkoituksiin. Tärkeintä on ymmärtää, että surkastumat kertovat menneistä sopeutumistaustaista ja evoluution dynaamisesta luonteesta.
Fitness
Kaikki toiminnot ja rakenteet kehittyvät ja muuttuvat, koska ne vaikuttavat organismin biologiseen kuntoon. Niiden ansiosta on todennäköisempää tai epätodennäköisempää, että yksilöt lisääntyvät ja tuottavat geenejä seuraavalle sukupolvelle. Niinpä esimerkiksi sammakon kyky selviytyä paikallisen myrkkykäärmeen puremasta lisää sen kuntoa. Mutta jos se asuu alueella, jossa käärmettä ei esiinny, se vähentää sen kuntoa. Tämä johtuu siitä, että se joutuu kantamaan monimutkaisen mekanismin "kustannukset" saamatta mitään etua selviytymisessä ja lisääntymisessä. Se toimii myös toisinpäin. Käärmeiden, jotka syövät myrkyllisiä saaliseläimiä, on käytettävä keinoja selviytyäkseen saaliseläinten myrkyistä. Käärmeen ruoansulatus ja aineenvaihdunta on hitaampaa, ja ne liikkuvat hitaammin. Ks. karkeakuorinen vesimyyrä ja sukkanauhakäärme.
Kaikella on hintansa: joko se kuluttaa energiaa tai sen rakenne vie tilaa, jota voitaisiin käyttää toisin.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä ovat vestigiaalielimet?
V: Vestigiaalielimet ovat kehon elimiä, jotka ovat pienempiä ja yksinkertaisempia kuin sukulaislajeissa. Ne ovat menettäneet tai melkein menettäneet alkuperäisen ominaisuutensa, ja ne antavat todisteita evoluutiosta.
K: Miten vestigiaalielimiä esiintyy?
V: Vestigiaalielimiä esiintyy eläimillä (ja kasveilla), jotka ovat muuttaneet elämäntapaansa esi-isiensä tapaan. Esimerkiksi käärmeet menettivät jalkansa, kun niiden liikkumisjärjestelmä muuttui.
K: Mikä on esimerkki ihmisellä esiintyvästä vestigiaalielimestä?
V: Ihmisen umpilisäke on esimerkki ihmisellä esiintyvästä vestigiaalielimestä. Se oli paljon suurempi ja säilytti mikrobeja, jotka tuottivat sellulaasia kasvien soluseinien hajottamiseksi, mutta sitä ei enää käytetä, koska lehdet eivät kuulu ihmisen pääasialliseen ruokavalioon.
K: Miksi käyttämättömät elimet yleensä rappeutuvat?
V: Käyttämättömät elimet rappeutuvat yleensä siksi, että ne vaativat energiaa kehitykseen, ylläpitoon ja painoon, mutta eivät tarjoa mitään hyötyä eliön kunnolle, joten niitä vastaan kohdistuu valintapaine. Lisäksi ne voivat olla alttiimpia sairauksille, kuten infektioille tai syövälle, jos ne jätetään käyttämättä.
Kysymys: Voiko valinta muuttaa rihlattoman elimen joksikin hyödylliseksi?
V: Kyllä, toisinaan valinta voi muuttaa elimen joksikin hyödylliseksi - tätä ilmiötä kutsutaan eksaptaatioksi. Esimerkkinä voidaan mainita nisäkkäiden korvakivekkeet, jotka olivat aikoinaan Therapsida-nimisten varhaisnisäkkäiden leuan luita.
K: Mitä tutkijat havaitsivat luolassa asuvasta sammakkoeläimestä Gammarus minus?
V: Tutkijat havaitsivat aktiivista valintaa luolassa elävän sammakkoeläimen Gammarus minusin silmien parittelua vastaan - paritetuilla uroksilla oli keskimäärin pienemmät silmät kuin parittomilla uroksilla, mikä johtui pieniin silmiin liittyvästä suuremmasta hedelmällisyydestä, sillä pienet silmät vapauttavat enemmän hermoston resursseja muiden aistitietojen käsittelyyn.
Etsiä