Missä pallokalat ovat parempia kuin me? (DNA goes retro I)

25.3.2013
Pantteripallokala Tetraodon nigroviridis

Pantteripallokala. Pallokalat ovat saaneet siivottua dna:nsa roskasta. (Kuva: Wikipedia)

Dna, elämän molekyyli, resepti uudelle eliölle; koodi, joka on kopiotunut sukupolvien ketjussa miljardeja vuosia; koodi, joka on täynnä suunnattoman tärkeää tietoa… No, oikeastaan ei ihan täynnä. Jos nyt ihan totta puhutaan, niin suurin osa dna:sta on ihan roskaa, jonninjoutavaa tilke-dna:ta muutaman hassun kymmenen tuhannen tärkeän kohdan ympärillä.

Ihmisenkin perimän dna:sta voisi leikata pois valtavia palasia ilman, että mitään tärkeää menetettäisiin. Leikkaamisen voisi aloittaa retroelementeiksi kutsutusta dna:sta. Retroelementit karsimalla kolmen miljardin palasen dna virtaviivaistuisi heti alle kahteen miljardiin.

Dna:n ohjeilla syntyy rna. Rna:n ohjeilla syntyy proteiini. Proteiineilla elämä toimii ja proteiineista elämä rakentuu. Näinhän se menee.

Paitsi että – käänteinen reittikin on mahdollinen: rna:n ohjeilla syntyy dna. Ihmisenkin dna:ssa on valmistusohjeita (geenejä) proteiinille, joka tekee juuri tätä – kääntää rna-tiedon takaisin dna:ksi. Ketjureaktio on mahdollinen, jos dna-palanen palaa kotiin: liittyy takaisin perimän pitkään dna-ketjuun rna-välivaiheen jälkeen – ja sitähän tapahtuu!

Käänteiskopiointia tekevän proteiinin geeni on yleisin geeni ihmisen perimässä. Suuri osa näistä geeneistä on rikki, mutta aika moni toimiikin. Voisi luulla että kyseinen geeni on ihmiselle tärkeä. Ihminen ei kuitenkaan tee käänteiskopioinnin geenillä mitään – retroelementit tekevät. Retroelementit aivan kuin omaa elämäänsä perimän dna:n sisällä, vaikka ne ovat itsekin pelkkiä pieniä dna-molekyylin palasia.

Retroelementtejä on eri tyyppisiä. Osa retroelementeistä on hyvin lyhyitä, niihin ei mahdu geenejä eikä oikein mitään muutakaan. Niissä on kuitenkin tunnistusjakso, niin että solun normaalit proteiinit voivat tehdä elementeistä rna-kopion. Kopiointiin takaisin dna:ksi lyhyet retroelementit lainaavat työkaluksi pidempien retroelementtien ohjeilla valmistettuja proteiineja.

Selkärankaisten perimän dna:sta tyypillisesti kolmasosa tai jopa puolet on retroelementtihölynpölyä. Poikkeuksiakin on, esimerkiksi pallokalojen perimä on tosi lyhyt ja kompakti. Ennätys on pantteripallokalalla (Tetraodon nigroviridis), jonka koko dna:ssa on vain 340 miljoonaa palasta (Jaillon ym. 2004) – esimerkiksi seeprakalan perimä on viisi kertaa isompi kuin pantteripallokalan. Mitään järkevää syytä, miksi seeprakala tarvitsisi paljon enemmän dna:ta kuin pallokala ei ole.

Ei mitään roska-dna-ruokaa - annos fugua

Ei mitään roska-dna-ruokaa… pallokalan lihasta valmistettu annos fugua (kuva: Wikipedia)

Pallokalat ovat ilmeisesti jotenkin saaneet pidettyä dna:nsa roskan määrän kurissa paremmin kuin muut selkärankaiset. Pallokalojen perimäkään ei silti ole aivan vapaa retroelementeistä. Itse asiassa pantteripallokalalta retroelementtejä on löydetty peräti 43 erilaista (Fischer ym. 2005). Juju on siinä, että elementtien kopioiden lukumäärät ovat pysyneet pieninä. Ehkä pallokalojenkin suojaus joskus taas pettää ja retroelementit pääsevät monistumaan riesaksi asti niiden perimässä.

Onko retroelementeistä haittaa? On tietysti. Jos retroelementti palaa dna:han keskelle geeniä tai jotain tärkeää säätelyjaksoa, jotain olennaista menee rikki ja haitta on ilmeinen. Luonnonvalinta voi toimia ja karsia tällaisen muutoksen. Jos retroelementti osuu dna:ssa kohtaan, jolla ei ole mitään virkaa (ja sellaisia kohtiahan on paljon), haitta on olemassa, mutta käytännössä merkityksetön: muutama sata dna:n osasta kopioitavaksi entisten satojen miljoonien tai miljardien lisäksi. Luonnonvalinta on liian heikko pysyäkseen vauhdilla kopioituvien retroelementtien tahdissa, retroelementit ehtivät kopioitua kymmeniä- tai satojatuhansia kertoja ennen kuin niistä alkaa olla todellista haittaa.

Onko retroelementeistä hyötyä? On. Ylimääräinen dna ei ole pelkkä haitta. Se antaa myös pelivaraa ja joustavuutta perimään. Perimän dna-palikoita voi silloin sekoitella, monistaa, käännellä ja yhdistellä vapaammin pelkäämättä, että jotain tärkeää menee rikki. Retroelementtien invaasion sanominen hyödylliseksi on kuitenkin vähän jälkiviisautta. Luonnonvalinta toimii tässä ja nyt, sillä ei voi olla pitkän tähtäimen suunnitelmia tyyliin: ”antaa nyt tämän joutavan dna-pätkän monistua hullun lailla siltä varalta, että muutaman miljoonan vuoden päästä tapahtuu jotain hyödyllistä”.

Viitteet:
Fischer, C., Bouneau, L., Coutanceau, J. P., Weissenbach, J., Ozouf-Costaz, C. ja Volff, J. N. 2005: Diversity and clustered distribution of retrotransposable elements in the compact genome of the pufferfish Tetraodon nigroviridis. Cytogenet. Genome Res. 110: 522-536. En ole nähnyt tästä kuin abstraktin. Olisin iloinen, jos joku lähettäisi pdf:n koko artikkelista.

Jaillon, O., Aury, J. M., Brunet, F., Petit, J. L., Stange-Thomann, N., Mauceli, E., Bouneau, L., Fischer, C., Ozouf-Costaz, C., Bernot, A. ym. (61 kirjoittajaa) 2004: Genome duplication in the teleost fish Tetraodon nigroviridis reveals the early vertebrate proto-karyotype. Nature 431: 946–957.

-Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Gallup:

Mainokset

Purppurasuuhautoja ja sen sukulaiset

3.6.2011

Tarkkailin muutaman viikon akvaariossa purppurasuuhautojia (Pseudocrenilabrus nicholsi). Lyhyen tuttavuuden aikana ehdin hyvin muistaa miksi pidän kirjoahvenista; purppurasuuhautojat olivat heti ensi minuuteista alkaen eloisia, uteliaita ja rohkeita kaloja. Akvaarion lähelle ei voinut edes hiippailla, saati laittaa sinne jotain syötäväksi kelpaavaa, ilman että kalat olisivat huomanneet ja singahtaneet paikalle.

Sitten käärmekalat söivät meidän kivat pikkukalat*.

Isompia yksilöitä (tai uutta akvaariota) odotellessa on tyydyttävä purppurasuuhautojien osalta teoriaan…

Kirjoahvenkirjoa: purppurasuuhautojakoiraan värejä ovat keltainen ja violetti, aikuisena väritys voimistuu ja täydentyy kirkkaalla punaisella.

Luonnossa purppurasuuhautojia elää vain keskellä Afrikkaa Kongon eli entisen Zairen vesissä. Kalan kotiseuduille ei ole oikein voinut järjestää tutkimusretkiä sotien takia**. Luonnonvaraisista purppurasuuhautojista ei tiedetäkään oikein mitään ja laboratorioissa tutkittujen yksilöiden ”kotiseutu” on ollut akvaariokauppa (Katongo ym. 2005, Koblmüller ym. 2008). Kaikki purppurasuuhautojista kiinnostuneet tutkijat eivät ole löytäneet lajia edes kaupasta (Salzburger ym. 2005).

Purppurasuuhautojan läheisin sukulaislaji on kohtalaisen todennäköisesti (parin mitokondrio-dna -pätkän mukaan) akvaarioharrastajien vanha tuttu kirjosuuhautoja (Katongo ym. 2005, Koblmüller ym. 2008). Saman suvun kolmas laji messinkisuuhautoja on enemmän purppurasuuhautojan näköinen (Salzburger ym. 2005), mutta sille kaukaisempaa sukua. Muita läheisiä sukulaislajeja purppurasuuhautojalle ei ole vielä tieteellisesti kuvattu, mutta messinkisuuhautojan muotoja jaetaan jatkossa varmasti useampaan lajiin ja joukkoon lisätään luultavasti myös Haplochromis machadoi -niminen kala, joka dna:n perusteella kuuluu messinkisuuhautojien porukkaan (Koblmüller ym. 2008).

Purppurasuuhautoja on sukunsa ainoa laji Keski-Afrikassa; kirjosuuhautojan alueita ovat sekä Itä- että Pohjois-Afrikka ja messinkisuuhautojan aluetta Etelä-Afrikka.

Purppurasuuhautojan suvulle suhteellisen läheisiä, mutta selvästi erillisiä porukoitaan ovat Astatoreochromis-suvun kirjoahvenet ja toinen ryhmä, johon kuuluu tällä hetkellä Serranochromis ja pari muuta sukua. Suomenkielisiä nimiä näillä kaloilla ole eikä niiden tietellisiä nimiäkään kannata välttämättä opetella – ne muuttuvat luultavasti vielä moneen kertaan, kun kirjoahventen systematiikka tulee paremmin haltuun. Outojen kalojen tieteelliset nimet eivät sellaisenaan paljon kerro; onneksi internetti on keksitty niin, että voi katsoa miltä esimerkiksi Astatoreochromikset näyttävät.

Neljäs purppurasuuhautojien ja kumppanien sukulaisryhmä on syypää siihen, että tutkijat ovat niin kiinnostuneita näistä kaloista. Ryhmään kuuluu joukko Tanganjika-järven kirjoahvenia (Tropheus-suvun keisarit  ja muu Tropheini-sukukunta), kaikki Malawi- ja Viktoria-järvien kirjoahvenet ja joukko lajeja joista ja pienemmistä järvistä. Tässä ”superhaplo”-ryhmässä (”modern Haplochromines”; Salzburger ym. 2005) kiinnostavaa on – siis sen lisäksi, että ne ovat nättejä ja kivoja kaloja – se, että lajeja on tolkuttoman paljon***.

Kuvan sukupuussa on ”superhaplojen” kolme suurta suurten järvien ryhmää ja, ettei puu näyttäisi liian yksinkertaiselta, kaksi lajia suurten järvien lähiympäristöstä: Haplochromis squamipinnis elää Edward- ja George-järvissä Ugandassa ja sinisuuhautoja (Astatotilapia burtoni) Tanganjika-järven ympäristön joissa ja Kivu-järvessä ja on löytänyt tiensä soisille rannoille itse Tanganjika-järveenkin.

Syvää ja vanhaa rotkojärveä Tanganjikaa on arveltu kaikkien Itä-Afrikan kirjoahventen alkukodiksi (Salzburger ym. 2005). Tämä teoria on riippuvainen siitä onko sukupuut ajoitettu oikein, todellisuus saattaa olla monimutkaisempi (Genner ym. 2007, Schwarzer ym. 2009); pitäisikö ajoituksessa luottaa fossiileihin vai mannerlaattoihin – ovatko kirjoahvenet voineet ylittää suolaisia meriä?

Yksi pulma Itä-Afrikan kirjoahventen liikkeiden selvittämisessä on, että kukaan ei tarkkaan tiedä koska Afrikassa on ollut vettä ja missä. Afrikassa on syntynyt ja hävinnyt isojakin vesistöjä; muinaisjärvi Makgadikgadissa (luuliko joku, että kalojen tieteelliset nimet ovat vaikeita…?) on kenties ollut ihan yhtä hurja lajikirjo kuin tämän hetkisissä suurissa järvissä (Joyce ym. 2005). Edellä mainittu Serranochromis-porukka on luultavasti syntyjään Makgadikgadista. Nykyisin järven paikalla on Kalaharin suola-aavikkoa.

Viktoria-järven alue puolestaan on ollut joskus ihan hiljattain, ehkä vain 15 000 vuotta sitten, enemmän tai vähemmän kuivillaan. Nykyinen Viktoria on Belgian kokoinen järvi. Viktoria-järven nuoruus tekee sen sadoista kirjoahvenlajeista kiinnostavia, mutta samalla hankalia tutkittavia; lajit ovat niin läheisiä sukulaisia keskenään, että niistä on vaikea saada tolkkua dna:n perusteellakaan. Viktoria-järven kirjoahvenilla ei toistaiseksi ole suomenkielisiä nimiä ja tieteellistä kuvausta odotellessa monen lajin nimi on tyyliä Haplochromis ”sitä sun tätä”.


Kuvan sukupuussa on purppurasuuhautojan suvun (Pseudocrenilabrus), ”superhaplojen” ja lähiryhmien mahdollinen sukupuu. Puuta ei ole vielä luotettavasti ratkaistu, joten oikea haarautumisjärjestys voi olla jokin toinenkin. Yhteistä kaikille sukupuun kaloille on, että ne ovat (maternaalisia) suuhautojia. Mätimunat kehittyvät naaraan suussa ja äidin suu toimii turvapaikkana vielä poikasillekin. ”Superhaplot” ja Astatoreochromikset sopisivat sikäli hyvin toisilleen kaikkein läheisimmiksi sisarryhmiksi, että niiden molempien koirailla on mätimunia jäljittelevät – tai oikeastaan niitä liioittelevat – täplät peräevässä (Salzburger ym. 2005). Kalojen peräevien täplät eivät ehkä äkkiseltään kuulosta maailman merkittävimmältä asialta, mutta niin paljon näitä täpläeväisä kaloja arvostetaan, että niille on omistettu kokonainen lehti.

Tuhannen taalan kysymys on tietysti, miksi yhdessä puun sukuhaarassa on kaksituhatta lajia, kun muissa lajeja on vain muutama hassu. Suuhautominen ja ehkä munatäplätkin ovat voineet auttaa lajeja pärjäämään, mutta eivät riitä selitykseksi superlajiutumiselle. Monet muutkin kirjoahvenet, esimerkiksi Etelä-Amerikan tonkijat, ovat ihan itsenäisesti ”keksineet” suuhautomisen, mutta niiden lajimäärä ei ole räjähtänyt. Afrikan järvien mahtava koko ei sekään riitä yksinään selitykseksi hurjalle lajiutumiselle; järvissä on monia muitakin kalaryhmiä kuin kirjoahvenia, mutta niiden lajimäärät ovat ihan maltillisia. Todennäköisimmin superhaplojen lajiutumisessa on paljolti kyse kalojen ”muodista” (lue: sukupuolivalinnasta) – siitä minkä värisiä koiraat ovat ja voivat olla ja minkä värisistä koiraista naaraat synnynnäisesti tykkäävät.

Kirjoahvenlajeja on paljon, mutta ei ole mitenkään selvää millä mittareilla menestystä evoluutiossa pitäisi mitata. (Jos lajimäärä olisi ainoa mittari, esimerkiksi kovakuoriaiset ja parasitoidit pistiäiset olisivat enemmän ”maailman valtiaita” kuin dinosaurukset tai nisäkkäät ikinä.)

Kuvan puussa on yhdistetty kaikki tässä jutussa aiemmin käsitellyt puut ja lisätty vielä pari oksaa. Tanganjika-järven muihin kuin Tropheini-kirjoahveniin kuuluu useita akvaarioharrastajien suosikkisukukuntia (esimerkkilajeina vaikkapa kultakoruahven, nenäsulkahautoja, pilkkuturpa-ahven, linjavaljasahven ja pahkakirjoahven). Tanganjika-järven sukukuntien väleihin kuuluisi taas kerran erinäisiä heikosti tunnettuja jokien ja pienten järvien lajeja, ja yksi Tanganjika-järven kirjoahvenlaji ei sovi tähän puuhun ollenkaan, mutta ehkä ei niistä sen enempää, outoja kalalajeja on tullut tähän juttuun jo tarpeeksi…

Sukupuun uloin haara on kaikille tässä jutussa käsitellyille kaloille kaikkein läheisin sisarryhmä. Tätä kunniakasta paikkaa pitää todennäköisesti (sekä mitokondrion että tuman geenipätkien tukemana) hallussaan tilapiasuku nimeltä Tilapia (sensu stricto); muita kaloja, kuten ”avaruusahventa” ei oikein tilapioiksi sopisi kutsuakaan (Schwarzer ym. 2009).

Sukupuujuttua voisi tietysti jatkaa koko Afrikkaan – kuinka kaukana vastaan tulisivat esimerkiksi palettikalat ja timanttiahvenet – ja edelleen kaikkiin muihinkin kirjoahventen asuttamiin maanosiin ja muinaiseen Gondwana-mantereeseen asti. Ehkä kuitenkin säästän tarinan ihan kaikista kirjoahvenista johonkin toiseen kertaan.

* En ainakaan muuta selitystä keksi mihin purppurasuuhautojani katosivat. Tiesin kyllä että on riski laittaa pieniä kirjoahvenia samaan altaaseen käärmekalojen kanssa, vaikka nekin olivat pentuja vielä, mutta toiveajattelin, että purppurasuut kasvaisivat nopeasti suupalaa isommiksi. Purppurasuuhautojia ei alunperinkään ollut kuin kaksi, kun kaupassa ei ollut enempää jäljellä.

** Offtopic: Miten ihmisjoukot ovat niin pöljiä, vaikka ihmiset ovat yleensä ihan mukavia?

*** Olisi aika metkaa, jos Suomessa olisi yhdessä järvessä kaksi ja puolisataa lajia ahvenia, seuraavalla järvellä olisi kahdeksansataa lajia lisää (eikä yhtään samaa kuin edellisessä) ja kolmannessa järvessä olisi vielä viisisataa uutta lajia. Okei, epäreilua, pelkässä Tanganjikassa on 70 kertaa enemmän vettä kuin Suomen järvissä yhteensä (laskin), mutta on niitä kirjoahvenlajeja Itä-Afrikassa silti älyttömän paljon.

Viitteet:

Genner, M. J., Seehausen, O., Lunt, D. H., Joyce, D. A., Shaw, P. W., Carvalho, G. R. ja Turner, G. F. 2007: Age of cichlids: new dates for ancient lake fish radiations. Mol. Biol. Evol. 24: 1269-1282

Joyce, D. A., Lunt, D. H., Bills, R., Turner, G. F., Katongo, C., Duftner, N., Sturmbauer, C. ja Seehausen, O. 2005: An extant cichlid fish radiation emerged in an extinct Pleistocene lake. Nature 435: 90-95

Katongo, C., Koblmüller, S., Duftner, N., Makasa, L. ja Sturmbauer, C. 2005: Phylogeography and speciation in the Pseudocrenilabrus philander species  complex in Zambian rivers. Hydrobiol. 542: 221-233

Koblmüller, S., Schliewen, U. K., Duftner, N., Sefc. K. M., Katongo, C. ja Sturmbauer, C. 2008: Age and spread of the haplochromine cichlid fishes in Africa. Mol. Phylogenet. Evol. 49: 153-169

Salzburger, W., Mack, T., Verheyen, E. ja Meyer, A. 2005: Out of Tanganyika: Genesis, explosive speciation, key-innovations and phylogeography of the haplochromine cichlid fishes. BMC Evol. Biol. 5: 17

Schwarzer, J., Misof, B., Tautz, D. ja Schliewen, U. 2009: The root of the East African cichlid radiations. BMC Evol. Biol. 9: 186

(C) Kuvat: Afrikan kartta on artikkelista Salzburger ym. 2005, muut kuvat ovat omiani. Etsin sukupuiden piirtämiseen näppärää ohjelmaa ja löysinkin kivan: TreeGraph2.

(C) Teksti: Kolkkala, M.luotiset.wordpress.com



Niilinhauki lienee kala

23.12.2010

Uusi dna-tutkimus selvittää niilinhaukien sukupuuta.

Hauki on kala. Niilinhauki lienee myös kala. Niilinhaukien asemaa elämän sukupuussa on pähkäilty pitkään. Niillä vaikuttaa olevan sikin sokin eri eläinryhmien ominaisuuksia. Hämmennystä ovat aiheuttaneet esimerkiksi niilinhaukien varrelliset lihaksikkaat evät, joiden varassa ne usein pötköttävät laiskanpulskeina vedenpohjassa. Aivan viime vuosina on kerääntynyt varsin vakuuttavaa näyttöä sen puolesta, että niilinhauet ovat ihan kelpo luukaloja. Esimerkiksi hauista ne ovat silti todella kaukana, kauempana kuin mikään muu nykyinen kala. Hauen ja niilinhauen viimeistä yhteistä esi-isää saa etsiä dinosaurusten ja sammakoidenkin syntyä kauempaa, devonikaudelta 400 miljoonan vuoden takaa. Noihin aikoihin erosi toisistaan kaksi linjaa, joista toisessa, niilinhauissa, on tällä hetkellä elossa tusinan verran lajeja ja toisessa, muissa luukaloissa, reilut 26000 lajia.

Kaloiksi on tapana kutsua myös keuhkokaloja ja varsieväistä Latimeriaa. Ne ovat silti eläinten sukupuussa niilinhaukeakin kauempana luukaloista. Jos keuhkokalat ja varsieväiset lasketaan kaloiksi, pitää kaloiksi laskea myös esimerkiksi peippo ja kirahvi… Hait ja rauskut ovat sitten vielä ihan omaa porukkaansa, jotka ovat todella kaukana hauista, peipoista ja kirahveista. On pienempi virhe sanoa delfiinejä ja muita valaita kaloiksi kuin niputtaa hait ja rauskut yhteen (luu-)kalojen kanssa.

Niilinhauet on luokiteltu kahteentoista lajiin. Dna-tutkimus paljastaa kaksi todennäköistä uutta lajia lisää harmaa- ja satulaniilinhaukien alalajeina pidetyistä muodoista.

Käärmekala on erikoinen niilinhauki. Se lasketaan eri sukuun kuin muut niilinhauet. Dna-tutkimus vahvistaa käärmekalan ainutlaatuisuuden. Niilinhaukia on kaksi yhtä vanhaa luonnollista ryhmää, toisessa on kolmetoista Polypterus-lajia ja toisessa käärmekala Erpetoichthys calabaricus yksin.


Käärmekaloja. Kuvat (C) M. Kolkkala 2010

Käärmekala ei ole alkeellinen niilinhauki, eivätkä niilinhauet alkeellisia luukaloja, vaikka kiusaus voi olla suuri niin ajatella. ”Alkeellinen” tai ”primitiivinen” sanojen käytössä on oltava äärimmäisen varovainen. Kalojen uimarakko on kehittynyt keuhkoista – ovatko keuhkot siis alkeellinen ja uimarakko kehittynyt ominaisuus? Kyllähän ne keuhkotkin kuitenkin ovat aika hienot kapistukset… Niilinhauilla on sekä kidukset että keuhkoina toimiva uimarakko (tai uimarakkona toimivat keuhkot).

On helppo tulkita samasta kantamuodosta polveutuvista eliöryhmistä ”alkeellisemmaksi” se, joka on vähälajisempi, harvinaisempi tai muuten vaan huonommin tunnettu. Eliöiden jotkin piirteet voivat tietysti olla alkeellisia (vanhoja), mutta itse eliöt eivät. Jokaisella elävällä olennolla on takanaan tasan tarkkaan yhtä pitkä ketju jatkuvaa evoluutiota aina elämän synnystä asti. ”Eläviä fossiileja” ei ole olemassa*.

Nokkaeläimet ovat hyvä esimerkki eläimistä, joita edelleenkin jatkuvasti moititaan alkeellisiksi (nisäkäs joka ”vieläkin” munii, hyvänen aika?). Kuvitellaan tilanne, että nokkaeläimillä olisi syystä tai toisesta (tai vain paremmalla tuurilla) mennyt hyvin ja istukkanisäkkäillä huonosti. Istukkanisäkkäitä eläisi tällä hetkellä muutama laji ja vesinokkaeläimen kaltaisesta lajista polveutuneita nisäkkäitä tuhansia – ja nokkaeläinten kirjoon mahtuisi vielä yksi älykkölaji miettimään evoluutiota. Mitä luulette kumpaa ryhmää älykäs nokkaeläin pitäisi kehittyneempänä: nisäkkäiden suurta ja tuttua enemmistöä, joilla on esimerkiksi sähköaisti, myrkkykannukset  ja kymmenen sukupuolikromosomia, vai outoa vähemmistöä kummajaisia, joilla on sellaisia erikoisuuksia kuin nisät ja ilmeisen hankala ja raskas tapa kasvattaa poikasia emon ruumiin sisällä**?

Lisäys 5.6.2011: ”Nokkaeläimiä”? Aika kauaksi eksyin käärmekaloista… palaan aiheeseen. Käärmekalojen tapa saalistaa on aika erikoinen. Huomasin tämän, kun käärmekalat söivät meidän purppurasuuhautojamme – tai oikeastaan en huomannut, pienet kalat vain katosivat toinen ehkä kahden viikon ja toinen kuukauden kuluttua akvaarioomme saapumisesta. Koskaan en nähnyt käärmekalojen ajavan muita kaloja takaa; purppurasuuhautojia ne eivät näyttäneet huomaavankaan. Ensimmäinen varoitusmerkki oli, kun toiselta purppurasuuhautojalta oli yöllä siististi kadonnut pala pyrstöevää. Arvelin, että jos pienille kirjoahvenille kävisi huonosti, se tapahtuisi yöllä: käärmekala haistaisi pohjassa nukkuvan pikkukalan, hivuttautuisi lähelle ja hetken mietittyään haukkaisi pahaa aavistamattoman kalan suuhunsa. Molemmat purppurasuuhautojat kuitenkin katosivat päivällä vaikka aamulla ne oli nähty vielä täysissä voimissa, joten jäi hiukan mysteeriksi miten käärmekalat olivat ne saaneet kiinni.

Lähteitä:

Suzuki, D., Brandley, M. C. ja Tokita, M. 2010a: The mitochondrial phylogeny of an ancient lineage of ray-finned fishes (Polypteridae) with implications for the evolution of body elongation, pelvic fin loss, and craniofacial morphology in Osteichthyes. BMC Evol. Biol. 10: 21.

Suzuki, D., Brandley, M. C. ja Tokita, M. 2010b: BMC Evol. Biol. 10: 209 (korjauksia edelliseen).

* Muutos on jatkuvaa, mutta ”kehitys” voi edetä yhtä hyvin alamäkeen (vaippaeläimet ja aivot) kuin ylämäkeen – tai kiertää kehää.

** Nokkiksista lisää (kissanhäntä): Kolkkala, M. 2009: Vesinokkaeläin: ei alkeellinen vaan erilainen. Nisäkkäät luonnossa, osa 3, s. 28-29. WSOY.

(C) Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com


Hämmästyttää kummastuttaa

8.7.2009

Ei ihme, jos pieni kulkija hämmästelee ja kummastelee – maailmassa riittää ihmeteltäviä asioita loputtomasti. Harmi, jos suuremmat kulkijat eivät sitä aina muista.

1. Auringossa aina varjo seuraa kulkijaa.
Kun päivä painuu pilveen niin varjo katoaa.

Lucky Luken sanotaan ampuvan varjoaan nopeammin. Tarkkaan ajatellen siihen nyt pystyy kuka vaan! Ihan kaikki ovat varjoaan nopeampia. Aina. Ihan vähän, mutta kuitenkin. Varjo liikahtaa vasta, kun sen taustana oleva valo ehtii perille. Valo on nopeinta mitä on, mutta olemattoman hidas äärettömään verrattuna.

Lucky Luke on tietysti nopea vetäjä, mutta Luke’in luoti on ihan mahdottoman nopea – se ehtii perille ennen varjo on edes ehtinyt vetää asettaan esiin. Oikeasti valo – samoin kuin sen aiheuttama varjo – on aika tarkkaan miljoona kertaa luotia nopeampi ja samalla nopeinta mitä on. Mikään rakettikaan ei voi koskaan ohittaa valoa. Valo menee niin lujaa, että sen mielestä mihinkään ei ole yhtään matkaa eikä matkantekoon siksi kulu ollenkaan aikaakaan.

Tavalliset kulkijat ovat valoon verrattuna hitaita. Varjo seuraa heitä käytännössä saman tien. Varjo syntyy, kun valon hiukkaset eivät pääse läpi, vaan imeytyvät kulkijaan tai heijastuvat takaisin tai siroavat jonnekin ihan muualle. Jos kulkija on sininen sammakko, suuri siitä takaisin säteilevästä valosta on sellaista, joka näyttää siniseltä. Ikkuna päästää tavallista valoa hyvin läpi, mutta huonosti näkymätöntä ultraviolettia valoa; siksi ikkunan takana ei juuri rusketu.

Jos auringon tielle sattuu pilviä, pilvikin tekee varjon. Valoa pääsee läpi ohuestakin pilvestä niin vähän, ettei oma varjo juuri erotu pilven varjosta. Pilvi on vettä, mutta se ei silti ole läpinäkyvä, koska vesi on niin pieninä pisaroina tai jääkiteinä. Kun pisara on tarpeeksi pieni, lähentelee valoaaltojen kokoa, valo ei välttämättä pääsekään läpi, vaan siroilee vähän mihin sattuu.

2. Siilillä on piikit, linnulla on höyhenet
pupulla ja oravalla turkit pehmoiset.

Multa novit vulpes, verum echinus unum magnum on latinaa ja tarkoittaa, että ketulla on monta konstia, siilillä yksi, mutta hyvä. Siilille on kehittynyt hyvä puolustus, sen karvat ovat muuttuneet teräviksi piikeiksi ja se pystyy käpertymään tiiviiksi piikkipalloksi. Ketun on oltava nopea, että se ehtisi saada siilin saaliikseen.

Nykyään vain linnuilla on höyhenet. Ennen niitä oli dinosauruksillakin. Dinosaurukset kuolivat, mutta niiden jälkeläiset linnut jäivät. Höyhenistä on hyötyä lämmikkeenä erityisesti pienille eläimille, jotka jäähtyvät helposti. Höyhenet ja sulat ovat käteviä myös lentämisessä ja pingviineillä sukeltamisessa.

Nisäkkäille syntyi hiukan toiselainen suoja: karvapeite. Kylmällä ilmalla lämmittää hyvin – ilma! Jos se vain ei pääse karkuun. Jänisten ja oravien tuuheassa karvapeitteessä on paljon eristävää ilmaa. Ilmava turkki on pehmoinen.

3. Muurahaiset aina rakentaa ja rakentaa,
vaan eivätkö ne koskaan valmihiksi saa.

Kukapa omakotitaloakaan valmiiksi saisi. Aina tulee jotain korjattavaa, milloin pientä milloin suurta. Sotkua syntyy helpommin kuin järjestystä. Tavaroita on helpompi rikkoa kuin korjata. Muurahaiskeon neulaset eivät ole ikuisia, niitä on vaihdettava. Kekoa on tuuletettava kuumalla ilmalla ja kylmällä estettävä lämpöä karkaamasta. Keon alla pesä jatkuu syvälle maan uumeniin ja sisällä on aina nälkäisiä toukkia ja sisällä työskenteleviä muurahaisia, joille on etsittävä ruokaa.

On myös ”laiskoja” muurahaisia. Kaikki ahertavat työmuurahaiset ovat tyttöjä. Pojilla on siivet ja ne eivät tee pesän eteen mitään. Niitä kiiinnostaa vain häälento ja siivekkäät tyttömuurahaiset, joista voi tulla kuningattaria. Laiskimmilla muurahaislajeilla ei ole työmuurahaisia lainkaan, vaan ne elävät huijaamalla pesän ja lastenhoidon toisilta muurahaislajeilta.

4. Matkamies käy rantaan lammen vettä juodakseen,
niin peilikuva katsoo alta tyynen veen.

Auringon valo tulee matkamiehen kasvoihin, heijastuu siitä lammen pintaan ja takaisin silmiin. Tyynessä vedessä kuva on ehjä, tuulisella säällä se menee rikki. Tarpeeksi syvä vesi toimii peilinä, koska… (Huh, tämä on vaikea. Fyysikot apua, miten peili toimii? Lisäys: Feynman auttaa aina; lisäsin tämän blogin  kommenttiosastolle lainauksia kirjasta, jossa valosta ja peileistä kerrotaan hyvin.)

Fuskasin vähän tässä samoin kuin kohdassa 1. Selittelin mitä valo tekee, mutta en oikein kunnolla, että miksi. Syy on siinä, että oikeasti kukaan ei oikein ymmärrä miksi valo käyttäytyy niin kuin käyttäytyy. Tai mikä vaan oikein pieni. (Tai oikein suuri.) Meillä ei ole edellytyksiä tajuta kuin ”keskikokoisia asioita”. Suuret tai pienet asiat käyvät yli ymmärryksemme.

Kun valon näkee, on kuin silmään osuisi ja uppoaisi pienen pieni pallo. Mutta lammen pinnasta heijastuessaan valo aaltoilee. Aalto voi olla monessa paikassa yhtäaikaa eikä valosta voi arvata, mihin kohtaan se vaikka silmässä lopulta pompsahtaa. Vasta kun valoa on paljon, voidaan ennustaa mitä se tekee.

5. Mitenkähän lumpeet kelluu veden pinnalla,
ja yhtä kevyt korento on niiden rinnalla.

Lumpeenlehti voi painaa vedenpintaa koko painollaan, mutta se paino on liian pieni; lehti uppoaa vähän vaan, ei painu uppeluksiin. Varsi ja juuret ankkuroivat lumpeen pohjaan.

Korento on lumpeen tavoin vettä kevyempi.  Kastuisi korento silti vedenpinnalle laskeutuessaan, jos veden pinta ei kannattelisi sitä. Veden pinta on jännittynyt kelmu, jonka kovuuden huomaa kyllä, jos mätkähtää veteen mahalleen (saippuaveteen sukeltaminen ei sattuisi niin paljon). Veden pienimmät osat ovat sähköisiä, niiden plus- ja miinuspuolet vetävät toisiaan puoleensa. Pinnassa olevaa vesihiukkasta eivät muut vesihiukkaset kisko ylöspäin; ylhäällä kun ei ole vettä vaan ilmaa. Sen sijaan pinnassa olevia hiukkasia kiskotaan kyllä alaspäin ja alas kiskovien voimien takia veden pinta pakkaantuu niin tiiviiksi.

6. Kalat asuu vedessä ja kuu ja tähdet taivaalla,
mut lapset voivat purjehtia unilaivalla.

Kalat ovat asuneet vedessä  kauan ja siellä ne yhä pärjäävät – kuin  kalat vedessä. Kauan on myös siitä, kun osa kaloista alkoi sopeutua elämään kuivalla maalla. Aikojen saatossa ne ehtivät sitten muuttua siileiksi, ketuiksi, jäniksiksi, oraviksi, dinosauruksiksi, linnuiksi, sinisiksi sammakoiksi – ja lapsiksi, jotka lukevat blogista maailman ihmeellisiä asioita.

Kuu pysyy taivaalla, koska se putoaa koko ajan maahan – mutta putoaa ohi!  Kuulla on vauhtia, joka veisi sen suoraan avaruuteen, jos maa ei vetäisi sitä puoleensa. Kuu vetää maata yhtä lujaa kuin maa kuuta. Mutta koska maa on niin paljon isompi, se ei kuun voimasta paljon liikahda.

Kuu kiertää maata, niin voi hyvin sanoa, mutta ihan tarkkaan ottaen se ei ole oikein. Hirmu eri kokoiset pallot kiertävät avaruudessa kohtaa, joka on melkein – mutta ei ihan – keskellä isompaa palloa.

Tähdet ovat aurinkoja. Lähinkin tähti on niin kaukana, että näemme sen sellaisena kuin se oli nelisen vuotta sitten; niin kauan tähden valolta on kestänyt kulkea tänne. Yllättävän usein yksi tähti on oikeastaan kaksi aurinkoa, ne vain kiertävät toisiaan niin lähekkäin, että näyttävät täältä kaukaa katsoen yhdeltä.

Paljain silmin erottuu vain kotigalaksimme Linnunradan tähtiä ja niistäkin vain kirkasta eliittiä. Esimerkiksi taivaan kirkkain tähti on kiertoliikkeessä toisen tähden kanssa, joka ei näy. Siriuksen pari on romahtanut valkoiseksi kääpiötähdeksi, tiiviiksi vielä kuumana hehkuvaksi, mutta hiljalleen jäähtyväksi palloksi.

Miksi nukkua ja nähdä unia? Käännetään kysymys toisin päin? Miksi valvoa? Aina nukkumalla ei pitkälle pötkisi. Elämässä pärjääminen vaatii hereillä oloa. Unien näkemisen merkitys silti ihmetyttää. Ehkä aivot lepäävät ja järjestelevät kaikkia ihmeellisiä asioita, mitä ne ovat päivän aikana keränneet. Lisäys: nukkumisen evoluutio.

Mitä unilaivasta näkyy? Ehkä kaloja, jotka nukkuvat silmät auki. Tai delfiinejä, jotka ovat aina nukkuessaan vain puoliunessa; toinen puoli aivoista nukkuu ja toinen valvoo vuorotellen. Millaisiahan unia delfiinit näkevät?

Lähde: Pokela, M. ja Koskimies, P. 1983: Ihme ja kumma -laulu (”Maailmassa monta on ihmeellistä asiaa, se hämmästyttää kummastuttaa pientä kulkijaa…”)

(C) luotiset.wordpress.com – Kolkkala, M.


Avaruusahven

25.9.2007

Mitä tuumaa kala, kun se ei tiedä missä päin on alas ja missä ylös? Selkäuimarimonni tuntee olonsa kotoisaksi miten päin vaan, mutta parvi valkoleukatilapioita voi olla ihmeissään, kun kaverit uivat vastaan miten päin sattuu.

Vielä enemmän ihmeissään kalat voivat olla, kun ne palaavat tänään maan pinnalle. Tilapiaparvi on kellunut kaksitoista päivää painottomassa tilassa maata kiertävässä Sojuz-raketissa. Kalat lastasi rakettiin Euroopan avaruusjärjestö.

Kalat ovat poikasia, joiden kiihtyvyyttä ja painovoimaa tunteva korvan aisti on vielä kehittymässä. Tutkijat ennustavat, että painottomassa tilassa aisti herkistyy ja kuulokivielimet kasvavat erityisen suuriksi.

Ihmisellä huimausta ja tinnitusta aiheuttavan ménièren taudin otaksutaan johtuvan kuulokivielimen virheellisestä toiminnasta.

Avaruudessa seikkailevien kalojen hapensaannin turvaa erillinen pieni kasviakvaario. Tiukkaan tilaan suunniteltu biologinen suodatus pitää jätteet kurissa. Uintitilaa akvaarion melkein kolmellakymmenellä kalalla on vain kolme litraa. Valkoleukatilapia on valittu kokeeseen, koska se on sitkeä kala, joka selviää karuissakin oloissa.

Kirjoahven, poikastensa suuhautoja, suosittu ruokakala, koti-Afrikasta ympäri maailmaa levinnyt tulokaslaji; suursyömäri, pohjanmyllääjä, täystuho, mutta yhtäkaikki sympaattinen akvaariokala on ansainnut uuden arvonimen: avaruusahven.

Lähteet: Stafford, N. 2007: Fish in space help studies of balance disorders. Nature News 17.9. ja Euroopan avaruusjärjestö. European Space Agency, ESA: spaceflight.esa.int.

(C) luotiset.wordpress.com – Kolkkala, M.

(Valkoleukatilapia: Oreochromis mossambicus; Selkäuimari: Synodontis nigriventris)