Vestigiaalirakenteet Määritelmä

Vestigiaalirakenteet ovat erilaisia soluja, kudoksia ja elimiä elimistössä, jotka eivät enää toimi. Vestigiaalinen rakenne voi syntyä perimässä olevan mutaation seurauksena. Tämä mutaatio aiheuttaa muutoksen proteiineissa, joita tarvitaan rakenteen muodostumiseen.

Vestigiaalirakenteiden selitys

Vaikka rakenne ei enää toimi, vestigiaalirakenteen esiintyvyys voi lisääntyä populaatiossa, jos se on eloonjäämisen tai lisääntymisen kannalta edullinen. Esimerkiksi luolassa elävillä kaloilla silmien kehittäminen ja ylläpito on tarpeeton energiakustannus, kun valoa ei ole. Siksi vestigiaaliset silmät saattavat valikoitua toimivien silmien edelle.

Sitä lähtien, kun eri eläinten anatomiaa alettiin tutkia, vestigiaalisia rakenteita on tavattu ja havaittu lähes kaikissa lajeissa. Evoluutioprosessi on epätäydellinen. Vaikka evoluutio pyrkii jatkuvasti mukauttamaan organismeja täydellisesti vallitseviin olosuhteisiin, se voi työskennellä vain sillä, mitä sille annetaan. Siksi aina kun populaatio siirtyy ympäristöön tai ympäristö muuttuu, on tehtävä mukautuksia. Monissa eliöissä vestigiaalirakenteet ovat seurausta suuresta evolutiivisesta muutoksesta, joka johti siihen, että aiemmin toimiva rakenne muuttui rasittavaksi ja hyödyttömäksi.

Vestigiaalinen tarkoittaa yksistään sitä, että siitä puuttuu toiminto tai käyttötarkoitus, ja se voi koskea käyttäytymistä, kemiallisia reittejä ja muita eliön olemassaolon osa-alueita, jotka eivät ole suoraan fyysisiä. Nämä hyödyttömät näkökohdat ovat kuitenkin myös genomin ohjaamia ja niistä on tullut vestigiaalisia mutaation tai ympäristön muutoksen vuoksi. Vaikka mutaatio on populaation kannalta edullinen, se ei ole poistanut ominaisuutta tai käyttäytymistä kokonaan. Siksi vestigiaalisia rakenteita, käyttäytymismalleja ja polkuja on edelleen olemassa.

Esimerkkejä vestigiaalisista rakenteista

Vestigiaaliset rakenteet hedelmäkärpäsillä

Yleinen laboratorio-organismi Drosophila melanogaster (hedelmäkärpänen) oli yksi ensimmäisistä, jonka pieni genomi kartoitettiin. Genomin kartoituksen aikana tutkijat löysivät monia geenejä, jotka inaktivoituina aiheuttaisivat hedelmäkärpäsissä vestigiaalisia mutaatioita. Löydettiin satoja mutaatioita, jotka voisivat tuottaa vestigiaalisia rakenteita. Siivet, silmät, jalat ja monet elimet saattoivat muuttua vestigiaalisiksi eri geenien deaktivoinnin kautta. Käyttämällä näitä kärpäsiä mallina tutkijat pystyivät osoittamaan tarkasti ja selkeästi, miten vestigiaalisia rakenteita voi syntyä yksinkertaisen sukupuolisen lisääntymisen kautta ja miten nämä vestigiaaliset rakenteet voivat yleistyä populaatiossa.

Hedelmäkärpästen populaatioita on kehitetty niin, että niillä on erilaisia vestigiaalisia rakenteita eri tarkoituksiin. Kärpäsiä, joilla on vestigiaaliset siivet, kasvatetaan ja käytetään lemmikkisammakoiden syöttöhyönteisinä. Koska ihmiset tarjoavat ympäristön, jossa on runsaasti ruokaa ja jossa ei ole saalistajia, kärpäset voivat edelleen kasvaa ja lisääntyä. Kun on aika ruokkia lemmikkisammakoita, kärpäset voidaan helposti naputella ulos viljelyputkesta. Koska kärpäsillä ei ole siipiä, ne eivät voi lentää pois tai muulla tavoin paeta sammakon pitopaikasta. Muissa tapauksissa tutkijat saattavat haluta testata kärpästen aistielimiä. Esimerkiksi tuottamalla kärpäsiä, joilla on vestigiaaliset silmät, voidaan testata muita aisteja ilman, että näköön lisätään muuttujaa.

Vestigiaaliset raajat

Ennen fossiiliaineistojen, röntgenkuvien ja DNA-analyysien aikaa oletettiin pitkään, että käärmeet ovat synnyttäneet liskoja, eikä päinvastoin. Kun tiedemiehet alkoivat todella tarkkailla käärmeiden anatomiaa, he alkoivat huomata, että monilla käärmeillä on yhä jäljellä jäännösrakenteita, joissa liskon raajat olisivat olleet. Myös muut käärmeiden jäännösrakenteet, kuten jäännöskeuhkot, olivat todiste siitä, että käärmeet kehittyivät esi-isästä, joka käytti kahta keuhkoa ja käveli neljällä raajalla. Tämä yhdistettynä fossiiliaineistoon, joka osoitti käärmeisiin johtaneen raajojen koon pienenemisen, ja kasvavaan DNA-todistusaineistoon osoitti, että asia oli päinvastoin: käärmeet tulivat liskoista eikä päinvastoin.

Raajojen häviäminen on nähtävissä myös valailla. Valaiden esi-isät olivat jokseenkin virtahepojen kaltaisia eliöitä, jotka siirtyivät hitaasti veteen. Vedessä raajat aiheuttavat vastusta ja tekevät uimisesta tehottomampaa. Hitaasti eturaajat vaihtuivat eviksi ja takaraajat hävisivät kokonaan. Valaan luurangosta paljastuu kuitenkin joukko luita, jotka eivät ole kiinnittyneet pääluurankoon ja jotka olivat takaraajojen paikalla. Luut eivät poistu kehosta, ja ne näyttävät antavan vain vähäistä tukea lihaksille. Nämä vestigiaalirakenteet ovat vihje siitä, että käärmeiden tavoin valaat ovat peräisin nelijalkaisesta esi-isästä.

Vestigiaalirakenteet ihmisillä

Ihmisillä on monenlaisia piirteitä, joita pidetään vestigiaalirakenteina. Yksi ilmeisimmistä on häntäluu eli coccyx. Koccyx on pieni sarja yhteen sulautuneita nikamia, jotka sijaitsevat lantion tyvessä. Esi-isillämme se muodosti luultavasti suuren kurottavan hännän, joka pystyi tarttumaan oksiin. Kun kehityimme kaksijalkaisiksi, vietimme vähemmän aikaa puissa ja enemmän aikaa kävellen ja istuen maassa. Kuten nähdään siirtymisessä apinoista ihmisapinoihin, hännän katoaminen edustaa vähemmän arboreaalista eli puihin perustuvaa elämäntapaa.

Jos olet joskus poistattanut viisaudenhampaasi, tiedät, että vestigiaaliset rakenteet voivat olla enemmän kuin hyödyttömiä. Viisaudenhampaiden tapauksessa ihmisen kallo on kutistunut kehittyessämme. Osasyynä on se, että ruokavaliostamme on tullut paljon pehmeämpää ja helpommin pureskeltavaa, koska kypsennämme tai muulla tavoin käsittelemme ruokamme. Vaikka leukamme on pienentynyt, leuan viimeinen hammas ei ole kadonnut. Useimmilla ihmisillä tämä hammas aiheuttaa kipua, kun se tulee sisään, ja se saattaa deformoida leuan muita hampaita.

Oletko koskaan saanut hanhenpuuskia, kun sinua palelee? Kun näin tapahtuu, pienet hiustuppiesi tyvessä olevat jäänteiset lihakset vetävät hiuksia niin, että ne nousevat ylöspäin. Esi-isillämme tämä loi paljon pörröisemmän ja paksumman turkin, joka pystyi pidättämään enemmän ilmaa. Eläimen turkki toimii pidättämällä ilmaa ja lämmittämällä sitä. Ihminen on menettänyt turkin, mutta säilyttänyt lihakset, jotka saavat karvat nousemaan pystyyn. Väyliä, jotka saavat karvat nousemaan pystyyn, voidaan myös pitää rihmamaisina. Vaikka ne auttavat meitä tietämään, että meillä on kylmä, ne eivät todellakaan auta lämmittämään meitä.