Tutkijat selvittävät, miten käärmeet menettivät raajansa

Käärmeiden esi-isät olivat selkärankaisia, joilla oli neljä raajaa. Evoluution myötä käärmeet menettivät raajansa, ja samalla niille kehittyi poikkeuksellisen pitkä vartalo.

Turun yliopisto on mukana portugalilaisen Gulbenkian Institute for Molecular Medicine -tutkimusinstituutin (GIMM) johtamassa tutkimuksessa, jossa selvitetään, miten käärmeet menettivät raajansa.

Laskennallisen lääketieteen professori Laura Elo johtaa Turun yliopiston tutkimusryhmää, joka vastaa GIMM:n ja Floridan yliopiston tutkijoiden hiiristä ja matelijoista tuottamien laajojen mittausaineistojen bioinformatiikasta ja laskennallisesta analyysistä.

– Haasteena ei ole vain tunnistaa käärmeiden, liskojen ja hiirten välisiä geenieroja, vaan myös ymmärtää, miten solut toimivat, miten ne kommunikoivat keskenään ja miten nämä mekanismit ovat muuttuneet evoluution myötä, Elo kertoo.

Human Frontier Science -ohjelma on myöntänyt tutkimukselle 1,2 miljoonan Yhdysvaltain dollarin (noin 1,1 miljoonan euron) rahoituksen, josta Turun yliopiston osuus on 400 000 Yhdysvaltain dollaria (noin 351 000 euroa). Rahoitus myönnettiin kolmeksi vuodeksi.

Kyseessä on ainoa Human Frontier Science -ohjelman rahoituksen tänä vuonna saanut tutkimushanke, jossa on mukana suomalainen tutkimusryhmä. HFSP-rahoitus on erittäin kilpailtua kansainvälistä tutkimusrahoitusta: tänä vuonna vain kolme prosenttia aiehakemuksista sai rahoituksen.

Alkioiden kehityksen seuraaminen voi vastata tutkimuskysymyksiin

Tutkimusryhmä vertailee hankkeen aikana käärmeitä sekä raajallisiin ja raajattomiin liskoihin että hiiriin. He seuraavat etenkin kehityksen etenemistä alkioissa.

Alkion kasvaessa sen takaosassa sijaitsevat solut rakentavat vähitellen ensin vartalon ja sitten hännän. Tätä säätelevät tarkasti geeniverkostot, jotka määrittävät, millaisia ruumiinrakenteita alkiolle voi muodostua ja mihin kohtaan.

Tutkijat olettavat, että käärmeiden raajojen katoaminen ei johdu pelkästään siitä, että raajojen kehitystä ohjaavat geenit kytkeytyvät pois päältä. Sen sijaan ilmiö voi liittyä siihen, milloin ja missä kohtaa alkion vartalon muodostuminen päättyy ja hännän muodostuminen alkaa.

– Juuri tässä siirtymässä vartalon muodostumisesta hännän muodostumiseen syntyvät signaalit, jotka käynnistävät raajojen ja sukuelinten kehityksen, toteaa GIMM:n tutkimusryhmää johtava Moisés Mallo.

Tutkijoiden hypoteesin mukaan muutokset siirtymän ajoituksessa voivat häiritä signaaleja tai erottaa ne kudoksista, joiden pitäisi reagoida niihin ja käynnistää raajojen kehitys. Hypoteesia testatakseen he selvittävät, mitkä geenit ovat aktiivisia kehittyvissä alkioissa ja mitkä genomin alueet ovat geenien toimintaa säätelevän molekyylikoneiston saavutettavissa. Tutkijat vertaavat näitä piirteitä eri lajien välillä tunnistaakseen ne geenien säätelyyn liittyvät muutokset, jotka ovat yhteydessä pitkän ja raajattoman ruumiinrakenteen evoluutioon.