T I ET EE
S S
ÄTA
P H A U T U
40
TIETEESSÄ TAPAHTUU 5/2005
100 vuotta
banaanikärpästutkimusta
Petter Portin
kiittäminen perinnöllisyystieteestä, jonka sovel- luksista saamme tänä päivänä niin runsain mi- toin nauttia puhumattakaan tämän tieteen suu- renmoisen kauniista rakenteesta, jossa luonnon ilmiöiden yleinen viehättävyys yhtyy suureen, lähes matemaattiseen täsmällisyyteen.
KIRJALLISUUTTA
Portin, P. (1982): ”Kokeita kasvihybrideillä. Suomen- nos Gregor Mendelin klassillisesta julkaisusta Versuche über Pfl anzenhybride – Verhandlungen des naturforschenden Vereines in Brünn IV, 1865:
3 – 47 (1866)”. Luonnon Tutkijan vuosikerran 86 lisänide, 1-21.
Portin, P. (2003): ”DNA:n rakenteen keksimisestä 50 vuotta”. Luonnon Tutkija 1/2003, 17-19.
Portin, P. (2004): ”Periytymisen kromosomiteoria sata- vuotias”. Tieteessä tapahtuu 2/2004, 39-41.
Kirjoittaja on Turun yliopiston perinnöllisyystieteen emeritusprofessori.
Banaanikärpänen on genetiikan tärkein koe- eläin, oikea perinnöllisyystieteen kuninga- tar. Sen otti ensimmäisenä tutkimuskohteek- seen yhdysvaltalaisen Harvardin yliopiston professori William Castle, joka tutki alkion- kehityksen problematiikkaa. Ensimmäisen banaanikärpästä (Drosophila melanogaster = mustavatsainen kosteuden ystävä) koskevan kokeellisen biologian julkaisun julkaisi hä- nen työtoverinsa Frederic Carpenter huhti- kuussa 1905, siis sata vuotta sitten.
Varsinaiset perinnöllisyystutkimukset ba- naanikärpäsellä aloitti kuitenkin niinikään yh- dysvaltalainen New Yorkissa sijaitsevan Colum- bia yliopiston professori Thomas Hunt Morgan (1866–1945). Hänen ansiotaan on se, että perin- nöllisyystiede alkoi kukoistaa vuonna 1900 ta- pahtuneen, 35 vuotta sivussa olleiden Gregor Mendelin perinnöllisyyslakien uudelleen löytä- misen jälkeen.
Morgan löysi vuonna 1910 banaanikärpä- sen ensimmäisen mutantin, jolla oli punaisten asemesta täysin valkoiset silmät. Tämä valkos- ilmäisyys osoitti erikoista sukupuoleen kytkey- tynyttä periytymistä. Kun nimittäin risteytettiin valkosilmäinen naaras punasilmäisen koiraan kanssa, saatiin ensimmäisessä jälkeläispolves- sa valkosilmäisiä koiraita ja punasilmäisiä naa- raita. Jos taas risteytettiin punasilmäinen naaras valkosilmäisen koiraan kanssa, olivat kaikki jäl- keläiset ensimmäisessä polvessa punasilmäisiä.
Toisessa jälkeläispolvessa saatiin ensimmäises- sä tapauksessa yhtä paljon sekä puna- että val- kosilmäisiä naaraita ja koiraita, mutta jälkim- mäisessä tapauksessa kaikki toisen polven naa- raat olivat punasilmäisiä, mutta koiraista puo- let punasilmäisiä ja puolet valkosilmäisiä.
Tämän ilmiön Morgan selitti niin, että tämä silmän väriä määrittävä geeni sijaitsee yhdys- valtalaisen Edmund B. Wilsonin (1856–1939) vuonna 1906 löytämistä sukupuolen määrää- vistä kromosomeista X-kromosomissa. Tämä merkitsi periytymisen kromosomiteorian al- kua. Tämän teorian mukaan geenit sijaitsevat kromosomeissa, mikä meistä nykyisin tuntuu itsestään selvyydeltä.
I T ET E E S
SÄ
T
APAHT UU
41
TIETEESSÄ TAPAHTUU 5/2005
*
Morganin työryhmä, johon hänen lisäkseen kuuluivat Calvin B. Bridges (1889–1938), Her- man J. Muller (1890–1967) ja Alfred H. Sturte- vant (1891–1970) pystyivät sitten saamaan run- saasti todistusaineistoa periytymisen kromo- somiteorian hyväksi. Heistä Sturtevant laati en- simmäisen geneettisen geenikartan banaanikär- päsen X-kromosomista vuonna 1913. Bridges puolestaan todisti teorian lopullisesti oikeak- si vuonna 1916 osoittamalla, että tiettyä geeni- en poikkeuksellista käyttäytymistä sukupuo- lisolujen kypsymisjakautumissa vastasi täy- sin analoginen kromosomien poikkeuksellinen käyttäytyminen.
Vuonna 1938 Bridges pystyi ensimmäisenä osoittamaan useille geeneille tarkat fysikaaliset paikat banaanikärpäsen kromosomeissa. Mor- gan sai kromosomiteoriasta ensimmäisenä ge- neetikkona lääketieteen ja fysiologian Nobelin palkinnon vuonna 1933.
Herman J. Muller aloitti banaanikärpäsel- lä mutaatiotutkimukset saaden näin tämän tut- kimussuunnan suurimman uranuurtajan ase- man. Paitsi, että hän loi alan keskeisen käsitteis- tön, hän pystyi mm. vuonna 1920 ensimmäise- nä osoittamaan, että röntgen-säteily aiheuttaa mutaatioita. Tästä keksinnöstä Muller sai lääke- tieteen ja fysiologian Nobelin palkinnon vuon- na 1946.
Myös evoluutiotutkimuksessa banaanikär- päsellä on keskeinen asema. Sitä ja sen lähei- siä sukulaisia sekä laboratoriossa että kentällä tutkimalla on saatu kokoon hyvin vahvoja ko- kemusperäisiä todisteita evoluutioteorian puo- lesta. Venäläissyntyinen, yhdysvalloissa työs- kennellyt Theodosius Dobzhansky (1900–1975) työtovereineen onnistui jo 1930- ja 1940-lukujen taitteessa osoittamaan kromosomitutkimusten avulla luonnonvalinnan toiminnan luonnossa sekä eri Drosophila-lajien polveutumisen toisis- taan. Dobzhansky onkin yksi synteettisen evo- luutioteorian tärkeimmistä luojista. Tämä teo- ria yhdistää synteesiksi Darwinin luonnonva- linnan periaatteen ja perinnöllisyystieteen tosi- asiat.
*
Nykyisin banaanikärpästen avulla tutkitaan hy- vin runsaasti yksilönkehitykseen liittyvää prob- lematiikkaa. Banaanikärpäsen yksilönkehitys- tä ohjaavat tiettyjen morfogeeneiksi kutsuttu- jen kemiallisten aineiden, joiden synteesiä tietyt geenit ohjaavat, pitoisuuksien erot, jotka usein esiintyvät porrastussuhteina eli gradientteina.
Voidaan sanoa, että monisoluisten eläinten yksilönkehityksen säätelyn ongelma on näin saanut lopullisen periaatteellisen ratkaisun.
Tätä koskevista tutkimuksista saivat lääketie- teen ja fysiologian Nobelin palkinnon vuonna 1995 saksalainen Christiane Nüsslein-Volhard (s. 1942) ja yhdysvaltalaiset Eric Wieschaus (s.
1946) ja Edward B. Lewis (1918–2004).
Käsitys siitä, että periaatteessa samanlainen järjestelmä, joka säätelee banaanikärpäsen yk- silönkehitystä, säätelee myös selkärankaisten eläinten, ihminen mukaan luettuna, yksilönke- hitystä perustuu suomalaisten Sulo Toivosen (1909–1995) ja Lauri Saxénin (s. 1927) jo vuon- na 1955 vesiliskolla (Triturus vulgaris) saavutta- miin vastaaviin tuloksiin. Tämänkaltaiset selkä- rankaisten alkionkehityksen säätelyä koskevat ajatukset ovat tosin vieläkin varhaisempaa pe- rua.
*
Banaanikärpänen kuuluu mahlakärpästen hei- moon, johon kuuluu noin 2 000 lajia, näistä yk- sistään Havaijin saaristossa noin 800. Suomessa mahlakärpäsiä esiintyy luonnonvaraisena noin 30 lajia. Itse banaanikärpästä, joka muutoin on levinnyt kaikkialle maailmaan, ei Suomes- sa luonnonvaraisena tavata, koska se ei pysty täällä talvehtimaan. Sen sijaan jo Baltian maissa se talvehtiikin ja laji vaeltaa sieltä kesän kulu- essa sukupolvi sukupolvelta Karjalan kannasta myöten Suomeen, niin että sitä tavataan täällä loppukesällä runsaastikin.
Jos jättää avoimen marja- tai omenakorin elo- kuussa keittiön pöydälle, kerääntyy siihen pian noin kahden millimetrin mittaisia, pieniä, pu- nasilmäisiä kärpäsiä. Ne ovat juuri banaanikär- päsiä.
Nykyaikaisen geenitutkimuksen hämmäs- tyttävimpiä tuloksia on se, että samansyntyiset, mutta epäilemättä erilaisen säätelyn kohteena olevat geenit säätelevät kaikkien monisoluis- ten eläinten yksilönkehitystä. Banaanikärpä- sellä on noin 14 000 geeniä eikä ihmiselläkään sen enempää kuin 28 000. Banaanikärpästut- kimuksen hauska iskulause tänä päivänä on- kin: ”Mikä on totta banaanikärpäsestä, on totta myös ihmisestä. Mikä ei ole totta banaanikärpä- sestä, ei ole totta”.
