Dna on valtava historiankirja. Siitä löytyvät ihmiskunnan kaikki vaiheet – kunhan on lukuvälineet. Nyt tutkijoilla on.
 

Mutaatiot kuulostavat vaarallisilta, mutta niiden ansiosta lajimme onnistui asuttamaan lähes jokaisen maapallon kolkan.

 

Sen jälkeen kun nykyihmiset noin 60 000 vuotta sitten vaelsivat ulos Afrikasta, he joutuivat sopeutumaan oloihin, joita eivät olleet koskaan kokeneet. Yhtä lailla uusia oloja kohtasi jokainen muuttajapolvi, joka pyrki esivanhempiaan pidemmälle – ja lopulta meitä oli kaikkialla, aavikoilta napaseuduille ja laaksoista vuoristoihin.

Levittäytyminen onnistui, koska lajillamme oli käytössään salainen ase: pienet, hyödylliset muutokset geenien toiminnassa. Ne auttoivat sopeutumaan mitä moninaisimpiin ympäristöihin.

 

Pimeys vaalensi ihon

 

 

Tummuutta torjuu ennen kaikkea kaksi geeniä: slc24a5 ja slc45a2.

Geneettisistä sopeumista näkyvin on varmasti ihonväri. Afrikasta lähteneet kantavanhempamme olivat hyvin tummia, mutta mitä pohjoisemmaksi he asettuivat, sitä vaaleammaksi heidän ihonsa muuttui. Vaaleneminen johtui tarpeesta turvata D-vitamiinin saanti. Vaalea iho valmistaa D-vitamiinia auringon ultraviolettisäteilystä tehokkaammin kuin tumma.

Ihmisen ihonväri muodostuu käytännössä yhdestä väriaineesta, jota kuitenkin esiintyy kahdessa muodossa: tummana eumelaniinina ja vaaleana feomelaniinina. Ihonväri määräytyy pitkälti sen mukaan, kuinka paljon ihosoluissa on melaniinia ja mikä on eumelaniinin ja feomelaniinin keskinäinen suhde. Jos melaniinia muodostuu vähän tai jos se on enimmäkseen feomelaniinia, ihosta tulee vaalea, kun taas runsas tuotanto ja eumelaniini johtavat tummaan ihoon.

Melaniinin muodostusta ja sijoittumista säätelevät lukuisat geenit, jotka toimivat tiiviissä vuorovaikutuksessa. Jos yksi geeni prosessissa muuntuu, muutoksia tapahtuu muissakin geeneissä. Siksi ihonvärin vaaleneminenkaan ei voi johtua vain yhdessä geenissä tapahtuneesta mutaatiosta.

Niinpä eurooppalaisten vaalean ihon taustalta on löytynyt useita geenejä, mutta tärkeimmät ovat slc24a5 ja slc45a2. Kumpikin niistä osallistuu melaniinin muodostukseen. Mustaihoisella väestöllä on näistä geeneistä muunnos, joka toimii tehokkaasti ja tummentaa ihoa voimakkaasti. Eurooppalaisilla on puolestaan muunnos, joka hillitsee geenien toimintaa ja vähentää pigmentin muodostusta.

Skandinaavit etunenässä

Pigmenttigeeneissä tapahtuneet mutaatiot ovat tuoneet mielenkiintoista tietoa myös Euroopan asuttajien muuntumisvauhdista. Fossiilitutkimukset osoittavat, että vielä 8 000 vuotta sitten Etelä-Euroopan väki oli hyvin tummaa, kun taas Skandinavian metsästäjä-keräilijät olivat jo vaaleita. Samoihin aikoihin Eurooppaan levittäytyi Lähi-idästä viljelijöitä, joiden ihonväri asettui välimaastoon.

Britteinsaarilla, missä auringonvaloa on tunnetusti vähän, ihmisten iho vaaleni vielä enemmän kuin muualla Euroopassa. Tämänkin vaalenemisen taustalla lienee useita geenejä, mutta tärkeimpänä pidetään mc1r:ää. Kun tämä geeni toimii ”oikein”, se muuntaa feomelaniinia melaniiniksi, ja mitä tehokkaammin geeni toimii, sitä tummempi ihosta tulee.

Britteinsaarilla tavataan yleisesti muunnosta, joka vaimentaa geenin toimintaa. Silloin suuri osa feomelaniinista jää feomelaniiniksi ja ihminen saa ihon, joka on hyvin vaalea ja palaa helposti auringossa. Usein vaaleutta säestää punertava ihokarvoitus.

 

Rasva piti tummana

 

 

Merellinen ruokavalio muutti inuitien fads-aineenvaihdunnan.

Ihon vaaleneminen pohjoista kohti ei päde ihan kaikkiin Euroopan väestöihin. Kun mennään tarpeeksi pohjoiseen, kohtaamme poikkeuksen: inuitit eli eskimot. Heidän ihonvärinsä on huomattavasti tummempi kuin muiden pohjoiseurooppalaisten. Syy löytyy ruokavaliosta.

Inuitit ovat koko historiansa syöneet lähes yksinomaan kalaa ja merinisäkkäitä, joiden rasva sisältää erittäin paljon D-vitamiinia. Koska he saivat riittävästi D:tä ravinnosta, heille ei kehittynyt tarvetta tankata sitä ihon kautta, ja iho säilyi tummempana kuin meillä muilla napapiiriläisillä.

Ihmisen kaltaiselle sekasyöjälle arktinen ruokavalio asetti kuitenkin omanlaisensa haasteen, johon inuitien perimä on vastannut mutaatioilla. Kalifornian Berkeleyn yliopiston tutkijat havaitsivat vuonna 2015, että inuiteilla on rasva-aineenvaihduntaa säätelevissä fads-geeneissä muunnoksia, joita ei löydy muilta kansoilta. Näiden muunnosten ansiosta inuitit voivat syödä valtavia määriä rasvaa ilman, että pahan ldl-kolesterolin määrä nousee. Muunnokset hillitsevät myös lihomista ja vähentävät diabeteksen riskiä – niin kauan kuin ruokavalio pysyy perinteisen rasvaisena ja lihavoittoisena.

Löydön tehneet tutkijat muistuttavat, että käsityksemme kalanrasvan terveellisyydestä perustuu alun perin juuri inuiteilla tehtyihin havaintoihin. Koska meillä länsimaalaisilla ei ole samanlaisia muunnoksia rasvageeneissämme, on epäselvää, hyödymmekö me kalasta yhtä paljon kuin tähän asti on oletettu.

 

Maito näytti tärkeytensä

 

 

Maito maistuu koko elämän, sillä mcm6 estää laktoosientsyymin sammumisen.

Suomalaisille tutuimpia geneettisiä muunnoksia on varmasti laktaasipersistenssi. Se on laktoosi-intoleranssin vastakohta ja tarkoittaa aikuisikään asti säilyvää kykyä hajottaa laktoosia eli maitosokeria. Sen ansiosta me voimme syödä ravitsevia maitotuotteita läpi elämän, mistä on epäilemättä ollut hyötyä pohjoisen ankarissa oloissa.

Laktoosin hajoaminen perustuu laktaasientsyymiin. Tämä entsyymi on aktiivinen lähes kaikilla lapsuudessa. Juuri siksi vauva kuin vauva voi juoda äidinmaitoa. Valtaosalla maailman ihmisistä entsyymin toiminta kuitenkin hiipuu lapsuusvuosien jälkeen, eivätkä he enää siedä laktoosia vaan saavat maitotuotteista pahoja vatsavaivoja. Laktoosi-intoleranssi on siis ihmiskunnan enemmistölle normaali tila.

Laktoosin siedon yleisyys suomalaisilla ja monilla muilla pohjoisilla kansoilla perustuu geneettiseen mutaatioon. Moni suomalainen kantaa laktaasientsyymin aktiivisuutta säätelevästä mcm6-geenistä muunnosta, joka estää entsyymin sammumisen. Osuvasti mutaation jäljillekin päästiin meillä. Sen löysivät suomalaistutkijat vuonna 2002.

Pohjoiset kansat eivät kuitenkaan ole ainoita, jotka hyötyvät laktaasipersistenssistä. Monilla Afrikan paimentolaisheimoilla on samaisessa mcm6-geenissä oma sietoa ylläpitävä muunnoksensa. Se sijaitsee eri kohdassa geeniä kuin pohjoisilla kansoilla, joten mutaatio on syntynyt itsenäisesti. Tämä kertonee paljon siitä, miten tärkeää osaa maito on näiden alkuperäiskansojen selviämisessä näytellyt.

 

Malariaa vastaan oikea arsenaali

 

 

Malarialoisio lisääntyy punasoluissa, ja niihin mutaatiot koettavat sen pysäyttää.

 

Malaria on laajan esiintymisalueensa ja aiheuttamansa suuren kuolleisuuden vuoksi maailman pahimpia infektiotauteja. Se on aiheuttanut ihmiskunnalle niin voimakkaan valintapaineen, että kaikilla malaria-alueilla ihmiset ovat joutuneet sopeutumaan siihen geneettisesti tavalla tai toisella. Osa sopeumista on tunnettu vuosikymmeniä, ja niistä on tullut oppikirjaesimerkkejä ihmisen kyvystä mukautua sairauksiin. Uusia mekanismeja kuitenkin löytyy sitä mukaa kuin geenitieto lisääntyy.

Solut syövät loision

Malarialoisio lisääntyy veren punasoluissa, ja niihin ihmisen evoluutio onkin koettanut loisen pysäyttää muokkaamalla punasolujen kuljettamaa hemoglobiiniproteiinia. Proteiini koostuu kahdesta ketjusta – alfa- ja beetaglobiinista – ja pienet muutokset näissä ketjuissa muuttavat koko proteiinin rakennetta siten, että loision elämä vaikeutuu. Sen kiusaaminen ei saa kuitenkaan haitata punasolujen päätehtävää, hapen kuljettamista.

Tätä tasapainoa kuvaa erinomaisesti muunnos hbbs. Geeni, jossa muutos on tapahtunut, koodaa beetaglobiinia, ja s nimessä tarkoittaa, että kyseessä on proteiinin lyhyt eli short-muunnos. Jos malarialoisio koettaa tunkeutua hbbs-mutaatiota kantaviin punasoluihin, solut muuttuvat pyöreistä sirppimäisiksi. Tällöin immuunisolut syövät sirppisolut nopeasti, ja loinenkin tuhoutuu.

Tällä geneettisellä suojalla on kuitenkin hintansa. Suoja toimii, jos kantaja on saanut mutaation vain toiselta vanhemmaltaan. Silloin normaalisti toimiva geeni varmistaa, että hemoglobiiniproteiini selviää edelleen vanhoista tehtävistään. Jos kantaja saa mutaation molemmilta vanhemmiltaan, hänen kaikki punasolunsa ovat luonnostaan sirppimäisiä. Ne eivät kykene kuljettamaan happea normaalisti, ja usein kantaja kuolee sairauteen, jota kutsutaan sirppisoluanemiaksi. Tätä muunnosta tavataan erityisesti Saharan eteläpuolisessa Afrikassa ja tietyillä alueilla Lähi-idässä.

Myös kaksi muuta hbb-geenin muunnosta suojaa malarialta. Hbbc:tä tavataan Länsi-Afrikassa, kun taas hbbe rajoittuu Kaakkois-Aasiaan. Yhteinen piirre näille on, että molemmilta vanhemmilta peritty mutaatio ei juuri haittaa elämää. Pahimmillaan kantaja saa lievän anemian.

Sairaus torjuu tartuntaa

On olemassa myös toinen ryhmä malarialta suojaavia hemoglobiinimuunnoksia. Niissä mutaatio on tapahtunut joko alfa- tai beetaglobiiniketjussa tai toisinaan molemmissa.

Tässäkin tapauksessa geneettinen suoja toimii silloin, kun kantaja perii mutaation vain toiselta vanhemmaltaan. Jos mutaatio tulee kummaltakin, kantaja sairastuu talassemiaan. Tautia aiheuttavia mutaatioita tunnetaan useita, ja sen vakavuus vaihtelee mutaation mukaan. Pahimmillaan tauti tappaa.

Beetatalassemiaa tavataan lähinnä Välimeren maissa, alfamuotoa taas Afrikassa ja Aasiassa.

Talassemian suojaava vaikutus näkyy hyvin Nepalin trooppisilla alueilla elävässä tharu-kansassa. Sen jäsenillä esiintyy paljon alfatalassemiaan johtavia mutaatioita, mutta toisaalta niiden ansiosta malarian riski on seitsemän kertaa pienempi kuin ympäröivien alueiden väestöillä.

Solu hajottaa itsensä

Kokonaan oma tarinansa malarialta suojaavien mutaatioiden maailmassa on g6pd-entsyymi. Se on tärkeä hiilihydraattien hajottamisessa, mutta myös punasoluissa. Entsyymi suojaa punasolua happiradikaalien aiheuttamalta stressiltä ja estää sen ennenaikaisen hajoamisen.

Malaria-alueilla g6pd:stä esiintyy muunnoksia, jotka toimivat vaimeasti. Tästä on etua taudin torjunnassa: kun malarialoisio tunkeutuu punasoluun, solu hajoaa, eikä loinen pääse lisääntymään. Haittapuolena on se, että mikä tahansa punasoluja stressaava tekijä, vaikkapa ohimenevä infektio, lääkkeet tai härkäpapujen syöminen, voi hajottaa punasolut ja sairastuttaa mutaation kantajan anemiaan.

Malarialoisiolle g6pd on ilmiselvästi tärkeä. Sen on jopa itsensä havaittu tuottavan entsyymiä, jotta se saisi pidetyksi isäntänsä punasolut koossa.

Sisään pääsy estyy

Malarialoisio ei tunkeudu punasoluihin väkivalloin, vaan se huijaa itsensä sisään solukalvon proteiinien avulla. Evoluutiolle tämä on avannut mahdollisuuden pysäyttää tauti jo ennen kuin loisio pääsee soluun.

Tärkeitä reittejä punasoluun ovat niin sanotut glykoforiinireseptorit, joita tunnetaan kolme erilaista: gypa, gypb ja gypc.

Kaikista niitä koodaavista geeneistä on löytynyt mutaatioita, jotka parantavat vastustuskykyä malariaa vastaan. Gypa-mutaatiot ovat yleisiä Afrikassa, gypb:t Amazonian intiaaneilla ja gypc:t Papua-Uuden-Guinean alkuperäiskansoilla.

Kaakkois-Aasiassa taas on syntynyt sao-mutaatio, joka pyrkii pysäyttämään malarian solukalvolle toisenlaisella strategialla. Tämän mutaation kohde on geeni, joka koodaa nauha 3 -proteiinia.

Proteiini toimii vuorovaikutuksessa glykoforiinireseptoreiden kanssa. Sao tekee solukalvosta niin kireän, ettei nauha-3 kykene muodostamaan ehjää reseptoria, ja loisen tie katkeaa solukalvolle.

Tälläkin torjujalla on haittansa. Jos saon kantaja saa mutaation molemmilta vanhemmiltaan, seurauksena on kuolema jo varhaislapsuudessa.

 

Kolerasta selviää hengissä

 

 

Kolerabakteerilta suojautuu yli 300 geeniä.

 

Kolerabakteerin aiheuttama kolera on malarian lailla maailman pahimpia infektiotauteja. Sen uskotaan olevan peräisin Gangesjoen laaksosta. Sieltä alkoi ensimmäinen pandemia 1817, ja sen jälkeen tauti on aiheuttanut kuusi muuta pandemiaa ja tappanut miljoonia ihmisiä.

Kolera synnyttää edelleen suuria epidemioita. Näin kävi vuonna 2010 maanjäristyksen runtelemassa Haitissa, jossa 700 000 ihmistä sairastui ja yli 8 000 kuoli. Samana vuonna Nigeriassa sairastui 400 000 ja kuoli ainakin 1 500.

Hiljattain on havaittu, että kolera on jättänyt jälkensä myös ihmisen genomiin. Harvardin yliopiston tutkimuksen mukaan näin on tapahtunut Bangladeshissa, jossa ihmiset ovat eläneet kolerabakteerin kanssa todennäköisesti tuhansia vuosia. Sikäläisellä väestöllä on mutaatioita noin 300 geenissä, jotka säätelevät muun muassa nesteen poistumista elimistöstä. Tämä ei ole mitenkään yllättävää, sillä kolerapotilas kuolee usein nimenomaisesti rajun ripulin aiheuttamaan elimistön kuivumiseen.

 

Myrkkyjen kuningas kuriin

 

 

Andeilla juodaan arseenivettä as3mt:n ansiosta.

 

Arseenia eli vanhalta nimeltään arsenikkia on kutsuttu myrkkyjen kuninkaaksi. Se on väritön, hajuton ja mauton, joten sitä on ollut helppo sujauttaa pahaa-aavistamattoman uhrin juomaan tai ruokaan. Sillä on tapettu hallitsijoita ja muita merkkihenkilöitä ainakin keskiajalta lähtien, ja se on dekkareiden ja muiden murhamysteerien suosikkimyrkkyjä.

Arseenin myrkyllisyyteen nähden on melko yllättävää kuulla, että pohjavedessä voi olla tätä alkuainetta. Suuressa osassa maailmaa pitoisuudet ovat niin pieniä, ettei niistä koidu vaaraa ihmisille. Tietyillä seuduilla pitoisuudet voivat kuitenkin nousta huomattavan suuriksi.

Yksi tällainen arseenitasku löytyy Punasta Argentiinasta. Tämä Andien vuoristoseutu on hyvin kuivaa eikä siellä ole raskasta teollisuutta, mutta arseenia löytyy juomavedestä kaksikymmentä kertaa riskirajoja enemmän. Hämmästyttävää on, että paikalliset asukkaat voivat juoda vettä saamatta myrkytysoireita.

Vuonna 2015 Ruotsin Karoliinisen instituutin geneetikot ilmoittivat löytäneensä selityksen Punan asukkaiden arseeninsietoon. He vertasivat punalaisten geenejä perulaisten ja kolumbialaisten geeneihin ja havaitsivat, että Punan asukkailla on oma versionsa as3mt-geenistä. Tämä nimenomainen geeni hajottaa arseenia, ja mutaation ansiosta se toimii punalaisilla erittäin tehokkaasti. Paikalliset ovat siis vuosituhansien kuluessa sopeutuneet elämään myrkkynsä kanssa.

Kaikkialla asiat eivät ole yhtä onnellisesti. Bangladeshissa alkoivat arseeniongelmat 1960-luvulla, kun maassa käynnistyi valtava kaivojen rakennuskampanja. Kukaan ei voinut aavistaa, että mataliin lähdekaivoihin kertyisi vaarallisia määriä arseenia. Näin kuitenkin kävi, ja sen takia kymmenet miljoonat ihmiset altistuvat nykyäänkin arseenin haitoille. Ongelma on niin tuore, etteivät ihmiset ole mitenkään ehtineet sopeutua siihen geneettisesti. Bangladeshin tilannetta onkin kutsuttu maailman suurimmaksi joukkomyrkytykseksi.

 

Vuorten valtiailla riittää happi

 

 

Maailman katolla pärjää, kun kantaa epas1:n korkean paikan muotoa.

 

Vuoriston korkeaan ja vähähappiseen ilmanalaan sopeutuminen on ollut ihmisille valtava haaste. Kun elimistö ei saa riittävästi happea, oireet ovat dramaattiset. Ensin tulevat päänsärky, pahoinvointi, ruokahaluttomuus, sekavuus ja tukehtumisen tunne. Jos hapenpuute jatkuu, tila päätyy keuhkojen ja aivojen turpoamiseen ja kuolemaan.

Vähähappisessa ympäristössä elimistö koettaa korvata hapenpuutetta tuottamalla enemmän punasoluja. Tämä tehostaa hapenottoa, mutta samalla altistaa verisuonitukoksille. Myös lisääntyminen on riskialtista vähähappisessa ympäristössä. Lapsikuolleisuus on suurta, ja lapset syntyvät hyvin pienikokoisina.

Eri puolilla maailmaa ihmiset ovat kuitenkin sopeutuneet elämään näissäkin oloissa.

Kullakin omat muotonsa

Korkealla eläminen on vaatinut muutoksia kymmenissä, ellei sadoissa geeneissä. Tiibetin, Etiopian ja Andien vuoristokansojen vertailut ovat osoittaneet, etteivät muutokset ole samanlaisia.

Merkittävin sopeutumista ajava geeni on epas1. Se kuuluu geeneihin, jotka valvovat hapen määrän vaihtelua veressä ja reagoivat vähenemiseen lisäämällä punasolujen tuotantoa. Näin geeni toimii Andeilla ja Etiopian ylängöillä. Tiibetissä tilanne on mielenkiintoisesti päinvastainen.

Tiibetiläisten muunnos vähentää punasolujen tuotantoa. Sen täytyy siis joko vähentää hapentarvetta tai tehostaa hapen hyödyntämistä, mutta miten se sen tekee, ei vielä tiedetä.

Tiibetiläiset näyttävät perineen muuntuneen geenin sukupuuttoon kuolleelta denisovanihmiseltä, sillä sen genomista on tunnistettu täsmälleen sama muunnos. Ympäröivistä kansoista muunnosta kantaa alle kymmenen prosenttia.