Toivottomat hirviöt.

Evoluutiossa tulee yleensä ensin mieleen kahdenlaiset aineistot. Ne pitää ikään kuin aina liittää siihen, ainakin jos kadunmieheltä kysytään:
1: Ensinnäkin on fossiiliaineisto, joka selvittää eliökunnan rakenteen muutosten vauhtia, tasaisuutta ja muita vastaavia ilmiöitä. (Ja fossiilit tuntuu vakuuttavilta koska ne ovat konkreettisia.)
2: Toinen on genetiikka ja sen muutokset. (Jotka taas tuntuvat vakuuttavilta koska ne ovat niin "scienceyh".) Rakenteet ovat tarkkailussa keskiössä, koska evoluutioon liittyy olennaisesti jonkinlainen vaikutus. Koska luonnonvalinta koskee juuri hengissä selviämistä, kelpoisia ovat vain geenit ja rakenteet jotka vaikuttavat tähän jotenkin. Tässä arkikäsityjsessä on tietysti jotain järkeä.

Rakennetutkimus.

Kun tarkastellaan rakenteita, on yleensä tavoitteena rakentaa analyysi siten että homologiset ja analogiset piirteet toisistaan jotenkin. Hiiren ja ihmisen raajoissa on samankaltaisia piirteitä. Ne ovat homologisia, koska niillä on samanlaiset rakenteet. Vaikka niillä on hieman erilaisia toimintoja. Tälläisistä erilaisista raajoista saadaan homologiasarjoja. Tietysti yksi sarja ei sano paljoa, ne yhdistetään toisiinsa. Tätä kautta voidaan esimerkiksi ottaa kylkiluiden, hampaiden ja raajojen homologiasarjoja ja katsoa ovatko ne samanlaisia.

Iso osa tutkimuksesta onkin sitä että muutosten määrää, laatua ja sijaintia tarkkaillaan. Tässä fossiilisto on arvokas tietolähde. Nämä rakenteet eivät ole perusluonteeltaan satunnaisia: Samuel Willistonin mukaan nimetty Willistonin laki sanookin että evoluution kuluessa "osien määrällä on taipumus vähentyä ja nämä harvemmat osat ovat toiminnaltaan erikoistuneempia." Varhaisilla lajeilla onkin tyypillisesti jonkinlainen kaavamainen, toistuva, rakenne. Myöhemmin näistä osista osa erikoistuu:
1: Jos aiheena olisivat jalat, "varhaiset otukset" olisivat tuhatjalkaisen kaltaisia: Niissä on samanlaisia jaokkeita joissa on samanlaisia jalkoja, ja näitä on "niin maan perkeleesti". Sen sijaan hummeri on "myöhäisempää perua", jonka antennit, sakset, kävelyraajat ja muut raajat ovat muotoutumia "perusraajasta". Yksi osa kasvaa toista kauemmin, kääntyy, on paksumpi. Ja näin toisella kävellään, yhdellä saksitaan osia ja kolmannet osoittelevat ja heiluvat ympäriinsä jotta niiden kautta saadaan tuntoaistiin perustuvaa tietoa ympäristöstä ja sen tapahtumista.

Tämä ei ole mikään "rikkomaton laki", sillä monet muutokset voivat lisätä rakenteiden määrää. Kuitenkin on hyvä sanoa että perusrakenteet ovat ensin syntyneet, sitten monistuneet, ja tämän jälkeen niille on kehittynyt erikoistuneita toimintoja. Ja samalla on vähemmän toistumia. Mutta se on silti hyvä sääntö, se kattaa alleen paljon.

Rakenteen muutokset ja evoluutio tuovat heti mieleen "X -menit". Ylimääräisiä raajapiikkejä, regeneraatiota. Tällaisen skenaarion nimi olisi "Hopeful Monster", ja sitä kannattavaa, historian pyörteisiin jäänyttä ja tallattua, evoluution kuvaa, kutsutaan saltationismiksi.

Ehkä lähimpänä saltationismia ovat polydaktylia, jossa henkilöllä on ylimääräisiä sormia. Minulla taas on (ollut) ylimääräisiä hampaita (jotka on tietysti revitty hammaslääkärissä irtipois). Tälläisiä muutoksia tunnetaan yllättävän paljon. Osa niistä on tietysti muusta kuin geeneistä : Talidomi, jota käytettiin raskauspahoinvointilääkkeenä, aikaansai epämuodostumia, ympäristötekijänä.

"Mutantit" ovat arki -ihmisen mielessäkin helposti sellaisia että niillä on vaikka ylimääräinen raaja. Bateson itse asiassa listasi valtavan määrän tälläisiä luonnonoikkuja "Material for the study of Variation" -tutkimukseensa. Hirviöt eivät olleet "satunnaisia", vaan niillä oli tietynlaisia eroja. Kuten hyönteisiä joilla yhden tai molempien tuntosarvien tilalla oli jalka. Rakenteita, kuvioita tai muita saattoi olla enemmän tai vähemmän kuin normaaleilla. Ja jokin rakenne saattoi olla korvannut toisen raajan paikan. Bateson itse luokitteli kahteen osaan:
1: Homeoottiset muutokset, joissa yksi ruumiinosa muuttui jonkin toisen raajan kaltaiseksi.
2: Osien lukumäärä muuttui.

Tämä ei tietenkään kerro paljoakaan "toiveikkaista hirviöistä" tai muista vastaavista, koska nämä erot ovat yleensä haitallisia. Gould olikin aiheesta sitä mieltä että nämä olivat yksilöinä toivottomia, mutta tiedollisesti avuksi. Toisin sanoen evoluutio ei hypi saltaatioteorian olettamalla tavalla isoissa hypyissä.

Genetiikan tutkimus.

Muutokset johtuvat tietysti geeneistä. Kivettyneistä ja mineralisoituneista fossiileista ei ole DNA -lähteeksi tutkimuksiin. Siksi on yleistettävä siitä mitä nähdään siihen mitä ei nähdä. (induktio) Geenien vaikutuksia voidaan tutkia geenejä ja alkionkehitystä sekä lopullista eläinten rakennetta tutkimalla. (deduktiivisesti) Tätä kautta tehdään tutkimusta jossa katsotaan että kun geeni muuttuu jollain tavalla, tästä on tiettyjä vaikutuksia lopulliseen otukseen. Ja muutos on tietysti jonkinlainen muutos siinä miten eliö rakentuu. (Asiaa voidaan tietysti tarkistaa jonkin verran vertailemalla geeneistä rakennettuja evoluutiopuita: Geenit, alkiot ja historia nivotaan tätä kautta eräällä tavalla sivutestillä yhteen.)

Kun tiedetään että rakenteet ohjautuvat DNA:n kautta, voidaan siirtyä HOX -geeneihin. Ne ovat geenejä, jotka vaikuttavat toisten solujen kehittymiseen, asettumiseen ja erikoistumiseen. HOX -geeneistä on saatu tietoa tuottamalla erilaisia luonnonoikkuja. Muutoksen ei tarvitse olla hyödyllinen, koska ne tutkivat sitä miten ne vaikuttavat.

Ne yksinkertaisesti pistävät rakenteet kasvamaan tiettyihin paikkoihin. Ne ovat vahvasti yhdistävä piirre vaikkapa kärpästen ja nisäkkäiden välillä. Rakenteet muutoin eroavat huimasti, mutta näiden perusrakenteessa on vähemmän. Mielenkiintoista on tietysti se, että kun silmän kasvuun ohjaava geeni estetään, silmää ei kasva. Mutta jos se siirretään jänikseltä kärpäselle, ei synny jäniksen silmää vaan kärpäsen silmä. Kuitenkin samanlaiset muutokset aikaansaavat samankaltaisia muutoksia.

Eroja on tietysti vähän, koska muutos tässä on merkittävä. Iso muutos tarkoittaa myös sitä, että mitä sopeutuneempi yksilö on, sitä helpommin muutos on myös helposti tuhoisampi.
1: Tätä voi kuvitella siten että yritämme tarkentaa tai sumentaa kuvaa kaukoputkella: Jos tarkennamme sellaisella tarkentimella, jossa polttopiste ja muut ominaisuudet muuttuvat paljon, päästään tietysti nopeasti tiettyyn rajaan asti. Pienemmällä tarvitaan enemmän veivaamista. Mutta jos halutaan saada oikein erityisen tarkka, on selvä että jonkin rajan jälkeen isosti muuttava saadaan tositarkaksi vain tuurilla. Sen sijaan pienemmät muutokset ovat tässä hyviä.

Toisaalta elimetkin rakennetaan samoilla geeneillä. Esimerkiksi silmä kehittyy Pax-6 -geenin kautta. Walter Gehringin tutkimuksissa esimerkiksi kärpäsen silmän ohjaukseen liittyvään geenin virhe oli tuttu ihmisilläkin. Ihmisillä silmän iiris puuttui. Ja kun "silmägeenejä" laitettiin aktivoitumaan muualla ruumiissa, saatiin silmiä syntymään esimerkiksi siipiin tai jalkoihin. (Geenit ohjaavat toisia geenejä, niillä on sekä funktio että konteksti.)

Tietenkin sihen liittyy muutakin genetiikkaa. Valtaosa muutoksista syntyy siten että jonkin geenin toiminta aktivoidaan tai suljetaan jossain yhteydessä. Samoin signaalireitit, jossa solut sekä lähettävät että vastaanottavat erilaisia proteiineja, jotka vaikuttavat asioihin, voivat muuttua ja aikaansaada rakenteisiin muutosta. (Ideani ei ole kertoa kaikista, en edes osaisi. Eikä varmasti kaikki tiedä kaikkea. Ideani on tuoda esiin taustalla oleva "perusajatus".)

Evoluution kannalta tämä on tärkeää, koska symmetria, samanlaisten rakenteiden toistumat sekä polaarisuus ovat kahta asiaa (1) Ne ovat yleisiä eläinkunnassa. (2) Ne ovat toistorakenteita. Rakenteen monistuminen, karsiutuminen ja olemassa olevan yhden tai useamman raajan muodon muotoilu päästävät pitkälle. Tiedämme tämän, koska näin eläimet rakentuvat niin. Samalla tiedetään siitä millä tavalla evoluution on toimittava. Kun tajutaan, miten tietyissä paikoissa olevat erot vaikuttavat, ymmärretään miten eliöillä on samanaikaisesti erilaisia rakenteita mutta samankaltainen rakenteiden kehitystä ohjaava joukko.

Tätä kautta evoluution ideana ei tietenkään ole pelkästään tuottaa uusia raajoja, erilaistuminen tapahtuu useassa vaiheessa. Darwin ei osannut kuvitella miten silmä syntyy, koska puolikas silmä olisi ollut rikki. Evoluutio ei kuitenkaan tapahdu pelkästään kokonaisien rakenteiden kautta, jossa osat ilmestyvät lopullisessa muodossaan ja niiden lukumäärä vain lisääntyy. Siksi "ilmenemisen" lisäksi tarvitaan myös erikoistumista. Kun evoluutio voi koskea mitä tahansa osaa, olisi hassua vaatia että jokin osa olisi muuttumattomana alusta loppuun asti ilman että niiden yksityiskohdat muuttuvat. Evoluutiossa onkin hyvä muistaa myös monitoimisuus ja päällekkäisyys: Esimerkiksi esirapu on voinut käyttää eturaajaansa sekä tarttumisvälineenä että kävelyssä apuna, jolloin tarttumaedun ei tarvitse aluksi olla lopullisen tehoista (eli sen ei tarvitse kattaa hintaa, joka syntyy siitä että kävelyominaisuudesta luovutaan, koska siitä ei tarvitse luopua.)