06.09.2011

Kilpikonna näyttää kilpensä

Professori Scott Gilbert on viime vuosina uppoutunut tarmolla kilpikonnan kehityksen ja evoluution tutkimukseen. 

Tuloksena on ollut runsaasti uutta tietoa muun muassa kilpikonnan kilven kehitystä säätelevistä mekanismeista ja kehitysbiologian lainalaisuuksista yleensä. Scott Gilbert työskentelee parhaillaan FiDiPro-professorina Helsingin yliopiston Viikin kampuksella. Scott Gilbert työskentelee parhaillaan FiDiPro-professorina Helsingin yliopiston Viikin kampuksella.

Swarthmore Collegessa Yhdysvalloissa työskentelevälle Gilbertille Suomi on tuttu maa. Ensimmäisen kerran hän teki tutkimusta Suomessa jo vuosina 1990-91 professori Lauri Saxénin laboratoriossa Helsingin yliopistossa. "Oli suuri kunnia saada työskennellä Lauri Saxénin kanssa. Saxén ja Sulo Toivonen olivat 1950-luvulta lähtien kehitysbiologian tutkimuksen kansainvälisiä uranuurtajia. He loivat alan tutkimukselle perustan, jota muut tutkijat maailmalla lähtivät seuraamaan. Suomessa heidän työtään on sittemmin menestyksellä jatkanut muun muassa Irma Thesleff, Hannu Sariola  ja Jukka Jernvall, jonka laboratoriossa toimin nyt FiDiPro-professorina", Gilbert kertoo.  Suomi ja suomalaisuus kiinnostaa Gilbertiä myös perhesyistä, sillä hänen vaimonsa sukujuuret ovat Suomessa.

"Suomalainen kehitysbiologian tutkimus on perinteisesti ollut erittäin korkeatasoista ja eteenpäin katsovaa eikä sille ole ominaista itsetyytyväisyys - päinvastoin. Alan tutkijat tuovat tutkimukseen koko ajan uutta eivätkä tyydy olemassa oleviin ratkaisuihin ja toimintatapoihin. Jukka Jernvall on tästä hyvä esimerkki. Hän on tuonut kehitysbiologian tutkimukseen uusia näkökulmia niin paleontologiasta kuin matemaattisesta mallintamisestakin. Tämä saattaa avata kokonaan uuden tavan tarkastella kehitysbiologian kysymyksiä."

Evoluution ja kehityksen suhde kiinnostava

Scott Gilbert oli itse ensimmäisten tutkijoiden joukossa luomassa uutta tieteenalaa, joka nyt tunnetaan evolutiivisena kehitysbiologiana. Uuden tieteenalan synnyn mahdollisti kehitysgenetiikan tutkimuksen edistyminen ja sitä kautta evoluutiotutkimuksen ja kehitysbiologian yhdistyminen.

Gilbertin kiinnostuksen kohteena on erityisesti kilpikonnan kilven kehitystä säätelevät mekanismit.  Kilpikonnia hän on tutkinut koko 2000-luvun. "Tutkin aiemmin munuaisten ja keuhkojen kehitystä. Mutta kun useat isot laboratoriot alkoivat kiinnostua samasta aihepiiristä totesin, että voisi olla sopiva aika vaihtaa tutkimuskohdetta. Olin jo tuolloin kirjoittanut evoluution ja kehityksen välisestä suhteesta ja ajattelin, että siinä olisi paljon mielenkiintoista tutkittavaa. Kuten se, miten tulikärpänen saa valonsa tai miten kilpikonnalle muodostuu kilpi."

Tutkimuskohteeksi valikoitui kilpikonnan kilven muodostus ja tuloksia tuli nopeasti. "Oli kuin olisimme menneet puutarhaan, jossa kukaan ei ollut käynyt sataan vuoteen. Hedelmät roikkuivat hyvin alhaalla puissa - saimme nopeasti tuloksia julkaistavaksi", Scott Gilbert kuvailee. "Nyt hedelmät ovat taas korkeammalla ja se on yksi syy, miksi olen Suomessa. Tarvitsen tutkimukseen hyvin koulutettua henkilöstöä ja tekniikkaa, jota täällä on."

Luovaa sääntöjen rikkomista

Scott Gilbertin tutkimuksessa selvitetään missä määrin kilpikonnan kilven kehitystä säätelevät mekanismit muistuttavat muiden selkärankaisten elinten kehitystä sekä sitä, löytyykö kilpikonnan kilpien vaihtelun taustalta samanlaisia kehitysgeneettisiä mekanismeja kuin karvojen, suomujen ja hampaiden kehityksessä. Tutkimustulosten odotetaan myös valottavan luiden ja epiteliaalisten elinten sairauksien ja uusiutumisen mekanismeja.  Kilpikonnasta onkin tullut yksi evolutiivisen kehitysbiologian keskeisistä mallieläimistä. 

Gilbertin tutkimusten mukaan kilpikonnan kehitysbiologia on hyvin erilainen verrattuna muiden eläinten kehitykseen. "Tiedämme jo, että kilven selkä- ja vatsapuoli kehittyvät täysin eri tavoin. Selkäpuoli muodostuu kylkiluista ja ihosta, joka muuttuu luuksi. Vatsapuoli syntyy soluista, joista yleensä eliöillä muodostuu hermosto ja pigmentti. Yllättävää on, että kilven vatsapuolen luut ovat hyvin samankaltaisia kuin yleensä kallon ja kasvojen luut."  

"Vartalon hermostopienan soluista muodostuu puolestaan kilpikonnan luuranko - tätä ei tapahdu millään muulla lajilla.  Näyttää siis siltä, että kilpikonna on löytänyt luovan tavan rikkoa niitä kehitysbiologian sääntöjä, joiden mukaan muiden selkärankaisten on toimittava."

Gilbertin mielestä ilmiössä saattaa olla kyse siitä, että kilpikonnalla hermostopienan solut ovat saaneet ikään kuin uuden identiteetin, joka näkyy kilpikonnan poikkeuksellisina kehityspiirteinä. "Kilpikonnan jossakin kehitysvaiheessa on ollut mutaatio, joka on vaikuttanut geenien toimintaan. Kyseessä on luultavimmin jonkin säätelygeenin mutaatio."

Voiko kilpikonna kertoa ikääntymisestä?

Parhaillaan Scott Gilbert tutkii tarkemmin sitä, onko kilpikonnan kilven kudos todella samankaltaista kuin kallon. Toisessa projektissa perehdytään kilpikonnan suomuihin ja niiden vedenpitävyyteen. "Kilpikonnan suomut ovat hyvin erilaisia verrattuna muiden eläinten suomuihin. Ne eivät kasva ylöspäin eivätkä limittäin, vaan pikemminkin sivusuuntaan, kilpeä myöten, samalla koordinoiden kasvuaan alla olevan rangan mukaisesti. Kyseessä on hieno esimerkki kasvun koordinoinnista, joka näkyy sekä kokonaisuuden että osien kasvun yhteensovittamisena - kauniiden kuusikulmioiden kasvuna kilven päällä."

Kilpikonna kiehtoo Scott Gilbertiä myös pitkäikäisyytensä takia. Pisimpään elävät lajit voivat elää jopa 150-vuotiaiksi. "Kilpikonnan kantasolujen täytyy olla niiden pitkäikäisyyden takia hyvin vanhoja, joten olisi hyvin mielenkiintoista tutkia ikääntymistä kilpikonnilla. Ne eivät itse asiassa vanhene ja kuole vanhuuteen, vaan pääsääntöisesti niiden elämä päättyy infektiosairauden, loukkaantumisen tai ruoan puutteen takia."

FiDiPro-ohjelmaan ja Suomessa työskentelyyn Gilbert on hyvin tyytyväinen. "Suomalaisessa tutkimusmaailmassa kaikki ovat poikkeuksellisen hyvin koulutettuja ja työetiikka on hienoa. Suomalaiset arvostavat pätevyyttä, mikä näkyy esimerkiksi niin, että täällä halutaan osata tehdä asiat itse - olipa kyseessä vaikkapa tietokoneohjelmat. Tällainen asenne sopii hyvin tieteen tekoon ja sillä saadaan aikaan menestystä", Scott Gilbert sanoo.

Teksti: Riitta Tirronen
Kuvat: Olli Häkämies

Tulosta