Lõvilõua lõuad pajatavad keha kasvamise loo
Austria munk Gregor Johann Mendel ühines Püha Toomase Augustinuse kloostriga Moraavia pealinnas Brnos 1843. aastal. Ta ei pühendunud mitte ainult jumala teenimisele, vaid ka õpetas kloostris füüsikat ja kasvatas katseaias üles 29 000 hernetaime. Herneid ei kasvatanud Mendel söögi, vaid õite pärast. Ta uuris, kuidas taime omadused ristamisel järglastele üle kanduvad. Omadused, mida ta silmas pidas, avaldusid õite värvuses. Umbes samal ajal kasvatas ateist Charles Darwin oma Londonis asuva kodu aias lõvilõugu.
Lõvilõug on ilus lill ja Eestis on neid kasvatatud kaua, kuid ma ei osanud eales aimata, et kohtan neid lilli Londonis kuningliku ühingu väärika peamaja soliidses raamatukogus.
Lilled ei uhkeldanud akadeemia majas ilu pärast, vaid moodustasid ühe osa kuningliku ühingu tavapärasest suvisest teadusnäitusest, mis toimus juuli esimesel nädalal. „Uurime sel aastal saja-aastaseks saavas John Innesi keskuses Norwichis taimede, sealhulgas ka lõvilõugade kasvu määravaid geene,” ütles keskuse teadlane ja pressiesindaja Siân Astley.
Nii nagu oma ajastu teisedki bioloogid, teadis ka Darwin, et organismid ja nende keskkond on eriomases vastavuses. Seda vastavust seletas ta loodusliku valiku teooriaga, mille käigus sõelutakse päritavaid variatsioone, kui organismid võistlevad põlvest põlve üksteisega ellujäämise nimel.
Pärilikkuse statistika
Lõvilõua õiel on kuju, mis vastab nende tolmeldajate mesilaste kujule. Mesilane maandub lille alumisele huulele, avab õie ning saab sealt kätte nektari. Samal ajal peab ta õies olema nii kaua, et määrib korralikult õietolmu emakale. Darwin uskus, et selline õiekuju tekkis loodusliku valiku käigus, ning seetõttu huvitasid teda lõvilõua mitmesugused mutandid. Mõned neist on ebaharilikud. Juba kuulus rootsi botaanik ja taimede süstematiseerija Carl von Linné tundis neid mutante ja nimetas kreekakeelse sõnaga pelorus, mis tähendab monstrumit. Kui üldlevinud lõvilõua õis on peegelsümmeetriline nagu inimese nägugi, siis peloorilise lille õiel on palju sümmeetriatasandeid nagu näiteks karikakral või jalgratta rattal. Sellised õied ei suuda avaneda ega sulguda ega soodusta ka mesilastel nende tolmutamist.
Et sellise veidra omaduse tekkimist mõista, ristas Darwin lõvi-lõua hariliku ja kõrgsümmeetrilise vormi ning leidis, et kõik hübriidid olid harilikud ja kõrgsümmeetria kadunud. Kui ta aga neid hübriide tolmutas, siis ilmus igal neljandal järeltulijal jälle sümmeetriline vorm. Darwin järeldas, et lille kuju on päritav, kuid pärilik omadus ei pruugi alati kohe välja ilmuda. Ent pärilikkuse täpsete reegliteni ta ei jõudnud.
Gregor Mendel täheldas sama omadust oma herneõitel, ent avastas pika ja visa töö järel statistilised reeglid, mille kohaselt päritavad omadused välja ilmuvad. Iga indiviid pärib kaks pärilikkuse ühikut, mida me nüüd geenideks nimetame, kummaltki vanemalt ühe. Ristandite esimeses põlvkonnas võib ühe vanema geen varjutada teise vanema geeni. Kuid järgmistes põlvkondades ilmub see neljandikul isenditel välja. Mendeli tulemusi temaaegsed teadlased ei tunnustanud, ja nõnda ei teadnud neist ka Darwin.
Meie teame nüüd, et geenid vastavad pika DNA molekuli osadele. Mõned geenidest juhivad lõvilõua õite kasvamist. Need geenid, mis lülitatakse sisse õiepunga ülemistes rakkudes, sunnivadki lõvilõua ülemisi kroonlehti kasvama alumistest erinevaks. Kui aga mõne mutatsiooni tõttu need geenid sisse ei lülitu, kasvab õis pelooriliseks ehk kõrgsümmeetriliseks. Nii et Darwin uuris oma aias lõvilõua mutante, milles mõned kasvugeenid olid pärsitud.
Kuid kuidas kasvab tammetõrust tamm ja munarakust inimene? Nüüdseks on teadlased kindlaks teinud palju geene, mis taimede ja loomade kuju kontrollivad. Kuid täpseid reegleid, mille kohaselt olendi kehakuju kasvades teiseneb, ei teata. „Uurides taimi, võime nende kasvamise kohta palju teada saada,” ütleb Astley. „Meie uurimisrühm on välja arendanud meetodid, mis võimaldavad kolmemõõtmeliselt kuvada taimestruktuuride kasvu ja jäljendada lille sümmeetriageenide mõju õie kasvule ja kujule.” Nii suudetakse võrrelda tavaliste ja kõrgsümmeetriliste lõvilõugade kasvumustreid ja kuju muutumist ning jälgida, millal nad erinevaks muutuvad. Luuakse ka kasvava lille arvutimudeleid, mis arvestavad kõike, mida on lõvilõua kohta teada saadud John Innesi keskuse saja-aastase ajaloo vältel. Mudelid aitavad ennustada geenide võimaliku muutumise mõju evolutsiooni käigus.
Tulemus on omamoodi jaapani pabervoltimise origami bioloogiline vorm, kus rakkude kihid kasvavad ja moonduvad geenide töö tulemusel, kuni saavutavad neile omase kuju.
„Lõvilõug annab olulisi vihjeid selle kohta, kuidas geenid toimivad,” ütleb John Innesi keskuse professor Enrico Coen. „Geenid juhivad õie kuju moodustumist ja annavad lõvilõuale tema lummava sümmeetria.” Nõnda annab lõvilõug meile teada ka seda, kuidas meie enda keha on tekkinud.
