Uusi tulkinta Punaisen kuningattaren hypoteesille: kyse on kukoistuskausista

Nature-lehdessä on äskettäin julkaistu artikkeli, jossa tietojenkäsittelytieteen apulaisprofessori Indrė Žliobaitė sekä evoluutiopaleontologian professori Mikael Fortelius Helsingin yliopistosta sekä Nils Christian Stenseth Oslon yliopistosta esittävät uuden tulkinnan Punaisen kuningattaren hypoteesista. Punaisen kuningattaren hypoteesi on klassinen evoluutioteorian hypoteesi, jonka Leight Van Valen esitteli vuonna 1973.

Liisa Ihmemaassa kohtasi Punaisen kuningattaren

Hakusana ’Red Queen’ antaa Google Scholar -palvelussa yli miljoona osumaa. Osumien määrä kuvaa, miten valtava vaikutus tällä ajatuksella on ollut tutkijoiden keskuudessa. Nimi viittaa Lewis Carrollin kirjaan Liisa Peilimaassa (Alice Through the Looking Glass), jossa Punainen kuningatar selittää, kuinka hänen valtakuntansa eroaa Liisan maasta. ”Täällä sinun pitää juosta niin nopeasti kuin pystyt, jotta pysyisit paikallasi. Jos haluat päästä johonkin muualle, sinun on juostava vähintään kaksi kertaa nopeammin kuin muut.”

Lajien puoliintumisaika

Leigh Van Valen ajatteli, että lajit vanhenevat: mitä pidempään laji on ollut olemassa, sitä todennäköisempää on sen häviäminen ja kuoleminen sukupuuttoon. Hän yritti testata hypoteesia fossiilidatan avulla, mutta joutui toteamaan, että näin ei käynyt. Kun hän vertaili samassa elinympäristössä eläviä lajeja, hän havaitsi, että sekä nuorilla että vanhoilla eliölajeilla oli yhtä suuri todennäköisyys kuolla sukupuuttoon. Tätä voidaan verrata radioaktiivisen aineen puoliintumiseen. Elinalueilla tai tarkemmin sanottuna elinalueiden olosuhteisiin sopeutuneilla lajeilla on niille luonteenomainen puoliintumisaika samaan tapaan kuin radioaktiivisilla aineilla.

Noin vuosikymmen sitten Jukka Jernvall ja Mikael Fortelius havaitsivat maanisäkkäiden fossiiliaineistoja tutkiessaan lainalaisuuden, jonka monet muut tutkijat ovat myöhemmin todentaneet. Hat Pattern -nimellä tunnettu havainto tarkoittaa sitä, että uusi eliölaji tai suku esiintyy aluksi harvakseltaan ja pienellä alueella, mutta aikaa myöten yleistyy ja leviää laajemmille alueille. Ennen pitkää lajin kukoistuskausi loppuu ja alkaa lajin käänteinen kehitys, joka lopulta päättyy lajin sukupuuttoon. Useimmiten lajilla on vain yksi huippu, ja yli kolme kukoistuskautta on hyvin harvinainen. Hat Patternin mukaan laji on matkalla kohti sukupuuttoa ohitettuaan huipun, ei niinkään sen perusteella, minkä ikäinen laji on. Tämä on vastakkainen käsitys jatkuvan sukupuuttoon kuolemisen teorialle, jonka mukaan lajin ikä ei vaikuta sen sukupuuton todennäköisyyteen.

Tie huipulta alas – Hat Pattern

Nyt julkaistussa tutkimuksessa Žliobaitė, Fortelius ja Stenseth esittävät uuden tulkinnan Jatkuvan sukupuuttoon kuolemisen teoriasta (Law of Constant Extinction). Tutkijat tarkastelevat ensisijaisesti sitä vaihetta, kun laji leviää ja kasvaa ja saavuttaa huippukohdan. He eivät niinkään tutki sitä mikä johtaa lopulliseen lajin häviämiseen. Fossiilianalyysiin ja fossiiliaineistosta tehtyihin simulaatioihin pohjautuen he perustelevat, että Jatkuvan sukupuuttoon kuolemisen teoria on ennemminkin Jatkuvien huippujen teoria ja että se on johdettavissa myös Punaisen kuningattaren hypoteesista.

Tutkijat Stenseth ja Fortelius toteavat, että heidän olisi pitänyt nähdä tämä jo aikaisemmin. He havaitsivat ensimmäisinä Hattusäännön, ja Stenseth on vuodesta 1970 lähtien tutkinut Punaisen kuningattaren hypoteesia. Vaikka Fortelius ei ole julkaissut aiemmin mitään Punaisesta kuningattaresta, on hypoteesi kiehtonut ja askarruttanut häntä. Hän osallistui pyöreän pöydän keskusteluun aiheesta vuonna 2008, mukana keskustelussa olivat myös Stenseth ja itse Leigh Van Valen. Viime vuosina Stenseth ja Fortelius ovat pohtineet asiaa uudestaan yhdessä, koska Fortelius on työskennellyt Oslossa.

Näiden kahden tutkijan yhteistyö ei tuottanut tulosta – tarvittiin ulkopuolinen tuore näkökulma, jotta palapelin osat loksahtivat vihdoin paikalleen kohdalleen. Tietojenkäsittelytieteilijä Indrė Žliobaitė oli työskennellyt yritysmaailmassa ja analysoinut yritysten luottotietoja. Hän tiesi, että yrityksen kasvun pysähtyminen ennakoi yrityksen tappion kierrettä, joka ennen pitkää useimmiten johtaa konkurssiin.

Žliobaitė tutustui tarkemmin lähes unohdettuun Van Valenin myöhäisempään tutkimukseen, jossa Van Valen korostaa kasvun merkitystä lajin menestymiselle. Tämän pohjalta lajin häviäminen näyttää välttämättömältä seuraukselta sille, että laji ei enää laajene. Žliobaitėn keskusteluun tuoma uusi näkökulma auttoi tutkijat uuden teorian jäljille.

Zliobaite:

Minulla ei ollut aavistustakaan, että Punaisen Kuningattaren hypoteesi on niin merkittävä. Kuvittelin, että se on vain yksi olettamus. Ehkä siksi pystyin tarkastelemaan sitä ennakkoluulottomasti.

Fortelius:

Työni Kristine Bonnevie professorina kolmen vuoden ajan Oslossa on liittynyt pitkälti Punaiseen Kuningattareen. Olenkin kertonut ihmisille, että työskentelen hänen kuninkaallisen korkeutensa salaisessa palvelussa.

Stenseth:

Punaisen kuningattaren hypoteesi on kiehtonut minua alusta lähtien, koska se on evoluutioteorian hypoteesi, joka käsittelee isoja lainalaisuuksia ja etsii selitystä luonnonvalinnalle.

Alkuperäinen artikkeli:

Indrė Žliobaitė, Mikael Fortelius and Nils Christian Stenseth: Reconciling taxon senescence with the Red Queen’s Hypothesis. DOI 10.1038/nature24656 www.nature.com

Lisätietoja:

Apulaisprofessori Indrė Žliobaitė, tietojenkäsittelytieteen laitos, Helsingin yliopisto
Sähköposti: indre.zliobaite@helsinki.fi, Puhelin: +358 50 4488566 (in English only)

Evoluutiopaleontologian professori Mikael Fortelius, geotieteiden ja maantieteen laitos, Helsingin yliopisto, Sähköposti: Mikael.Fortelius@helsinki.fi, Puhelin: +358 29 4150837