'Evolutsiooni kolmandat teed veavad "esidaamid"' (avaldatud 2022. aasta 3. novembri Postimehes)

Link artiklile

• Geenidele omistatakse võrreldes teiste arengufaktoritega eriline staatus

• Lamarkism pole surnud, vaid evolutsioneerunud

• Epigeneetilise uurimistöö eestvedajad väärivad tutvustamist

Jäiga geneetilse determinismi paremad päevad teaduses on ammu ümber, argiteadvuses aga siiski mitte. Evolutsiooni kolmandat teed ja selle suurkujusid tutvustab Tartu Ülikooli teadusfilosoofia teadur Edit Talpsepp.

    Kui kõneldakse pärilikkusest, seostub see enamikul inimestel geenidega. Viimaseid nähakse seega põlvkondade lõikes edasi kanduva ning organismide tunnuseid programmeeriva päriliku informatsiooni kandjatena.

    Kui usume, et oleme millegi kas vanematelt või varasemateltki eelkäijatelt päranduseks saanud (vasakukäelisuse emalt, pruuni silmavärvi vaarisalt, «keskmise eestlasega» võrreldes pisut lühema süütenööri kaheksa inimpõlve tagasi puhast ugri verd lahjendanud eksootilisemat päritolu esivanemalt) – väidame tihti need tunnused meil «geenides» olevat. Geenidele omistatakse teiste arengufaktoritega võrreldes niisiis eriline staatus ning tihti nähakse neis justkui mingi olemusliku kaasasündinud potentsiaali kätkejaid, mis vankumatu paratamatusega määravad selle, milliseks nende kandja kujuneb. Vastandatuna keskkonna, kasvatuse jne poolt tingituteks peetavatele tunnustele eeldatakse tihti ka seda, et n-ö geneetiliselt kontrollitud tunnused on teatavas mõttes fikseeritud ja jäigad, st et neid on arengu ning hilisema elu jooksul keeruline, kui mitte võimatu mõjutada ja muuta.

Lamarkismi langus

    Charles Darwini (1809–1882) evolutsiooniteooria, mis hõlmas looduslikku valikut (natural selection), üheks eelkäijaks oli Jean-Baptiste Lamarcki (1744–1829) õpetus, mille kohaselt evolutsioon toimub elu jooksul omandatud tunnuste järgnevatele põlvkondadele edasi pärandamise teel. Pärast seda, kui 1859. aastal ilmus Darwini «Liikide tekkimine» (e. k. 2012), mida võib pidada teadusajaloo üheks suurimatest tähtteostest, hakkas tema teooria Lamarcki oma üle järjest enam võimust võtma, ent ka darvinismile polnud evolutsiooni toimumise täpsemad mehhanismid tollal veel selged.

    20. sajandi jooksul toimus mitu n-ö neodarvinistlikku «moodsat sünteesi», mille raames Darwini evolutsiooniteooria ühendati geneetikasaavutustega. Üksteisele järgnenud sünteeside sisu muutus ja arenes mõneti, ent neis kõigis oli kesksel kohal idee looduslikust valikust, mida võimaldab geneetilistest mutatsioonidest tulenev pärilik varieeruvus. Looduslikku valikut hakati käsitlema «pimedana», st millenagi, mis opereerib juhuslikkuse alusel sündinud variantide lõikes – geneetika darvinismiga integreerimine eemaldas evolutsioonist kavatsuslikkuse ning eesmärgipärasuse, mida oli eelnevalt omistatud jumalikule Loojale. Lamarkism aga muutus vääraks tunnistatud pseudoteadust tähistavaks sõimusõnaks.

Geenid kui saatus

    Nagu näha, omandasid geenid molekulaarbioloogia arengute valguses ka evolutsiooni mehhanismide selgituses keskse rolli – need muutusid agentideks, milles toimuvad mutatsioonid loodusliku valiku toimumise üleüldse võimalikuks tegid, ning ühtlasi organismide tunnuste ja seeläbi kaudselt ka saatuse ettemäärajateks.

    Evolutsioonibioloogi ja teaduskirjaniku Richard Dawkinsi «iseka geeni» teooria kohaselt on geenid kui ainsad tõelised replikeerujad ja päriliku info järjepidevuse kandjad ühtlasi ka ainsad loodusliku valiku tõelised ühikud. Ajalikud ja surelikud organismid aga on Dawkinsi väitel geenide jaoks pelgalt keskkonnaga vahetus vastastikmõjus olemise vahendid. Sarnases vaimus kõlab ka mõnede teiste autorite ettepanek taandada kõrgematel tasanditel (rakud, organismid, organismigrupid jne) toimuvad evolutsioonilised protsessid geenide tasandile ning väljendada neid populatsioonis leiduvate geenivariantide sageduse muutustena, koheldes seega geene justkui eri tasandite loodusliku valiku kirjeldamise ja seletamise ühise valuutana.

Piiride hägustumine

    Geneetilisel determinismil põhineva pärilikkuse- ja evolutsioonikäsitlusega on siiski seotud teatav hulk vääreeldusi. Näiteks pärilikkus ei iseloomusta tegelikult mitte seda, mil määral on tunnus tingitud geneetilistest põhjustest, vaid organismi tunnuste ennustatavust vanemorganismi samade tunnuste põhjal. Ühetaolisemas keskkonnas varieeruvad tunnused organismide lõikes (näiteks intelligentsusnäitajad sarnastes õpioludes) suuremal määral pärilikkuse tõttu, geneetilise ühetaolisuse tingimustes tunnuse pärilikkuse roll (näiteks puude eri kõrguse põhjustajana kloonorganisme tootvas puukoolis) aga hoopis väheneb. Ent seejuures ei saa öelda, et intelligentsusnäitaja oleneb vaid geneetilistest või puude kõrgus üksnes keskkondlikest teguritest.

    Mõned autorid aga väidavad, et geneetilisi faktoreid ning keskkonnategureid ei saagi üksteisest eristada ega neid üksteisele vastandada, kuna organismi tunnuste avaldumise ja arengu seisukohalt tähtis geeniekspressioon sõltub suuresti nii organismisisestest kui ka -välistest tingimustest – isegi selles ulatuses, et on kõlanud soovitusi need tingimused geeni määratlusse hõlmata. Ning lõpuks lükkab geneetilise determinismi ümber juba tõik, et lisaks geneetilisele pärandumisele saame rääkida ka viimasel ajal üha enam tähelepanu pälvinud epigeneetilisest pärandumisest.

Pärandumine küll, aga...

    Epigeneetilise pärandumise teel antakse järglastele edasi geeniekspressiooni mõjutavaid ning vähemalt osaliselt keskkonnast tingitud mittekodeerivaid molekulaarseid tegureid. Teisisõnu päranduvad sellisel teel organismi muutused, mis ei hõlma muutusi DNA järjestuses, ent mõjutavad geenide avaldumist.

    Epigeneetilisi muutusi võivad mõjutada sellised faktorid nagu toitumine ja füüsilise aktiivsuse tase, alkoholitarbimine ja suitsetamine, keskkonnareostus, psühholoogiline stress, une kogus jne. Näiteks ema rasedusaegne stress või nälgimine sõjaaja tingimustes ei pruugi mõjutada pelgalt tema sündivate laste, vaid ka lapselaste tervist, isegi kui lapselaste emal raseduse ajal toidupuudust või samu konkreetseid stressitegureid polnud – määrav pole sealjuures mitte DNA, vaid geeniregulatsioonimehhanismide pärandumine. Epigeneetilistest protsessidest teadlik olemine nõrgestab tõenäoliselt veendumusi geenide saatuslikust mõjust ning juhib tähelepanu ka eluviiside tähtsusele ja nende võimaliku mõju ulatusele veel meie mitme põlvkonna järglaste arengusse ning tunnuste avaldumisse.

Lamarkismi tagasitulek

    Muidugi mõjutab epigeneetilise pärandumise tunnistamine ka seda, kuidas me mõistame evolutsioonimehhanisme. Epigeneetika võidukäiku on iseloomustatud ka kui lamarkismi tagasitulekut muudetud kujul, kuna mõlemad käsitlevad keskkonna mõjul elu jooksul omandatud tunnuste edasikandumist järgnevatele põlvedele. Selles valguses ei saa me ka mõista evolutsioonigi kui miskit, mida pimesi juhib pelgalt juhuslike geenimutatsioonide loodud varieeruvusel põhinev looduslik valik.

    Sellise vaatekoha problemaatilisusele viitavad ka «evolutsiooni kolmanda tee» («esimeseks» ja «teiseks» teeks on siis vastavalt kreatsionism ja neodarvinism) autorid, kelle sõnutsi neodarvinism ignoreerib selliseid kiireid evolutsioonilisi protsesse nagu a) sümbiogenees ehk sümbiootiliste suhete tekkimine (selle nähtuse üks kuulsamaid uurijaid oli Lynn Margulis) vastandatuna pelgalt organismidevahelisele olelusvõitlusele, b) horisontaalne mitteseksuaalne DNA ülekanne ainu- või hulkraksete organismide genoomide vahel (vastandatuna vertikaalsele geeniülekandele, mis toimub vanem- ja järglasorganismide vahel), c) genoomis oma asukohta muuta suutva mobiilse DNA tegevus, ning d) juba viidatud epigeneetilised muutused.

Daamid esirinnas

    Eestis on evolutsiooni kolmandat vaadet tutvustanud, populariseerinud ja põhjendanud peamiselt Kalevi Kull ja Toivo Maimets. Rahvusvaheliselt on aga epigeneetika kõige olulisemateks uurijateks tihtipeale peetud hoopis teatavat gruppi naisteadlasi, kellele ingliskeelses kirjanduses on mõnikord viidatud hellitusnimega «Leading ladies in epigenetics research», mille eestikeelsest toortõlkest («epigeneetika esidaamid») lähtub ka antud kirjatüki pisut irooniline pealkiri. Irooniline seetõttu, et ehkki teadlaste soost elevusse sattumine on võrdõiguslikkuse väärtustega teatavas mõttes ehk isegi vastuolus, oleks siiski variserlik teha nägu, et naisterahvaste prevaleerimine mingis teadusharus üleüldse mingit tähelepanu ei ärata.

    Järgnevalt annangi ülevaate nelja iseloomuliku ja väljapaistva epigeneetiku – Eva Jablonka, Marion J. Lambi, Karolin Lugeri ja Joan A. Steitzi – töö põhiaspektidest, tutvustades seeläbi veel veidi ka epigeneetika vallas ning sellega seotult tehtud uurimistöö saavutusi.

Eva Jablonka ja Marion Lamb: mittegeneetilisest päritavusest oleneb ülipalju

    Nagu teisedki kolmanda tee koolkonna esindajad, kuuluvad ka Eva Jablonka (snd 1952 Iisraelis) ja Marion J. Lamb (snd 1939 Suurbritannias) «laiendatud evolutsioonilise sünteesi» (extended evolutionary synthesis) pooldajate hulka. Nimetatud vaatekoht hõlmab rohkem teoreetilisi mõisteid kui varasem neodarvinistlik «moodne süntees» (modern synthesis).

    2005. aastal ühiselt üllitatud teoses «Evolution in Four Dimensions» («Evolutsiooni neli dimensiooni») väidavad autorid, et põlvkondadevaheline pärilik varieeruvus ei hõlma üksnes geene, vaid võib esineda ka muudel tasanditel. Kokku on neid varieeruvuse tasandeid neli: 1) geneetika füüsiline tasand; 2) epigeneetiline tasand, mis hõlmab varieeruvusi selles osas, kuidas konkreetseid DNA-lõike arenguprotsesside käigus valkudeks transleeritakse, kusjuures viidatud varieeruvused antakse paljunemise käigus järglastele edasi ning need võivad koguni järglaste DNA-järjestuse muutusi esile kutsuda; 3) Jablonka erilise huvi all olnud käitumuslike traditsioonide edasikandumise tasand – nende traditsioonide hulka kuuluvad näiteks mitmetel liikidel sotsiaalse õppimise teel edasi antavad toitumiseelistused, mis stabiilsete tingimuste korral püsivad põlvkondade lõikes üsna muutumatuna; 4) sümbolilise pärilikkuse pärandumise tasand, mis on omane inimestele ning milles traditsioonid on edasi antud keele, kultuuri ja käitumist reguleerivate representatsioonide abil.

    Jablonka ja Lamb väidavad, et nimetatud nelja tasandi pidev omavaheline vastasmõju tähendab seda, et epigeneetiline, käitumuslik ja sümboliline pärilikkus võivad mõjutada ning esile kutsuda evolutsioonilisi muutusi organismide DNAs. Viimane väide on kooskõlas kolmanda tee teoreetikute väitega, mille kohaselt evolutsioon pole «pime» valik pelgalt juhuslikult tekkinud geenimutatsioonide vahel.

    Lisaks väitsid nad 2008. aastal avaldatud artiklis «Soft Inheritance: Challenging the Modern Synthesis» («Pehme pärilikkus kui väljakutse moodsale sünteesile»), et evolutsioon ei pruugi toimuda ainult tibatillukeste muutuste järkjärgulise kuhjumise teel, vaid epigeneetilised tegurid võivad epigenoomi (DNA avaldumist reguleerivad biokeemilised faktorid) ümberorganiseerimise teel esile kutsuda ka hüppelisi evolutsioonilisi muutusi.

Karolin Luger: kromatiini mõjurid vähiravi teenistusse

    Karolin Luger (snd 1963) on Austria-Ameerika biokeemik ja biofüüsik, kes on tuntud eelkõige kromatiini kolmemõõtmelise struktuuri avastajana.

    Kromatiin on eukarüootsetes ehk tuumaga rakkudes leiduv DNA ja valkude kompleks, mille peamine funktsioon on pikkade DNA-molekulide kompaktsemateks struktuurideks kokku pakkimine. See kaitseb DNA-ahelaid omavahel puntrasse takerdumise ja kahjustuste eest. Ja kuna DNA avaldumine sõltub muu hulgas selle struktuursest asetusest, reguleerib see kromatiin ka geeniekspressiooni ning DNA-replikatsiooni. Kromatiini tähtsus epigeneetilises uurimistöös seisnebki selles, et epigeneetilised muutused kromatiini peamistes valgulistes komponentides, histoonides, mõjutavad kromatiini struktuuri ja niisiis ka geenide avaldumist, omades seega mõju rakuliste tunnuste avaldumisele ja kujunemisele.

    Geeniregulatsioon toimub geenide aktiveerimise ja deaktiveerimise teel läbi teatavate biokeemiliste protsesside, mis mõjutavad muuhulgas seda, milliseid DNA osi RNAks transkribeeritakse (RNA transleeritakse omakorda organismi moodustavateks valkudeks). Kuna näiteks mõnede vähkide tekkepõhjused on seotud geenide normaalset regulatsiooni mõjutavate epigeneetiliste muutustega (mis võivad muuseas lisaks vähki põhjustavatele geneetilistele faktoritele olla pärilikud), on Luger oma uurimustulemusi kromatiini struktuuri ning seda mõjutavate ja muutvate biokeemiliste tegurite kohta üritanud rakendada ka oma panuses vähiravi väljaarendamisse.

Joan A. Steitz: ribonukleoproteiinide funktsiooni avastaja

    Joan A. Steitz (snd 1941) on Yale’i ülikooli molekulaarse biokeemia ja -füüsika professor, kes on tuntud eelkõige tänu RNAd ehk ribonukleiinhapet käsitlevatele teadustöödele. Valgusünteesi käigus transkribeeritakse DNA esmalt informatsiooni-RNAks (messenger-RNA), mis edasi transleeritakse valguks. (DNA võidakse transkribeerida ka mitte kodeerivat, vaid regulatiivset rolli omavateks ribosomaalseks ehk r-RNAks ja transport- ehk t-RNAks).

    Pärast DNA transkriptsiooni toimub esialgse informatsiooni-RNA ahela splaissimine (splicing), mille käigus osa sellest ahelast «visatakse välja» ning ülejäänust moodustub translatsiooni aluseks olev «küps informatsiooni-RNA». Sama DNA-lõigu alusel transkribeeritud informatsiooni-RNA splaissimine võib toimuda mitmel viisil ning selle tulemuseks on erinev küps informatsiooni-RNA ning seeläbi ka erineva struktuuri ja funktsiooniga valgud. Selline n-ö alternatiivne splaissimine mängib kriitilist rolli organismi arengus, haigustes ja kudede eristumises, olles ka kõrgemate eukarüootide kehavalkude mitmekesisuse peamine allikas.

    Steitzi peamine panus oli avastada väikeste ribonukleoproteiinide (snRNPS) funktsioon RNA splaissimises. Tema avastus heitis valgust seni müstika valdkonda kuulunud splaissimise mehhanismidele, aidates selgitada isegi immuunsüsteemi ning aju arengu aluseks olevaid keerulisi bioloogilisi protsesse. Steitzi uurimistöö on tihedalt seotud epigeneetikaga, kuna ka see, millisel viisil RNA splaissitakse (ja seega geenide avaldumine) sõltub muu hulgas kromatiini struktuuri mõjutavatest ja muudest epigeneetilistest muutustest.