Esittely
Morfologia, yksi biotieteistä, tutkii organismin ulkoisia ominaisuuksia: sen anatomiaa, muotoa ja ulkonäköä. Yksi ensimmäisistä vaiheista organismin tunnistamisessa on näiden silmiinpistävien piirteiden tutkiminen; tämä auttaa erottamaan lajeja toisistaan ja tunnistamaan uusia lajeja tai alalajeja. Morfologiaa voidaan tutkia myös paljon pienemmässä mittakaavassa tutkimalla tiettyjä elimiä, kudoksia tai solutyyppejä.
Kyky verrata kahden organismin morfologiaa on tärkeä perustaito biotieteilijöille. Yksinkertainen, huolellinen havainnointi ja vertailu ovat johtaneet esimerkiksi suurimpaan osaan paleontologian alan löydöistä sekä siihen, että valaat ovat nisäkkäitä.
Historiallinen tausta ja tieteelliset perusteet
Antiikista aina renessanssiin asti lait ja kulttuuriset tabut estivät lääkäreitä paloittelemasta ihmisruumiita. Heidän anatominen tietämyksensä saatiin kirurgiasta, vakavien haavojen ja vammojen hoidosta sekä eläinten paloittelusta. Tietyssä mielessä useimmat ihmisen anatomian varhaiset tutkimukset olivat vertailevan morfologian harjoituksia. Koska suora tutkimus ei ollut mahdollista, lääkärit täydensivät tietämyksensä puutteita vertailemalla niitä eläinmalleihin.
Yksi heistä oli roomalainen lääkäri Galenus Pergamonilainen (129-216 jKr.), jota arvostettiin suuresti lääketieteestä ja anatomiasta kirjoittamiensa kirjoitusten vuoksi. Huolimatta monista virheistä, jotka johtuivat hänen kyvyttömyydestään tehdä ihmisleikkauksia, Galenos oli renessanssiin asti paras anatomisen tiedon lähde. Hän kannusti lääkäreitä olemaan uteliaita ja tutkimaan itse. Tästä kehotuksesta huolimatta hänen työnsä pysyi kuitenkin kiistattomana yli 1 000 vuotta.
Andreas van Wesel (1514-1564), joka tunnetaan yleisemmin latinankielisellä nimellä Vesalius, oli ensimmäisiä lääkäreitä, jotka kyseenalaistivat Galenin auktoriteetin. Hän syntyi 1500-luvun alussa merkittävään hollantilaiseen lääkärisukuun, joka oli pitkään palvellut Pyhän Rooman keisareita. Uransa alkuvaiheessa Vesalius alkoi tehdä ihmisleikkauksia ja haastoi niiden tuloksilla Galenin valta-aseman. Koska Galenus ei ollut koskaan leikellyt ihmisen ruumista, Vesalius julkaisi kirjoituksiinsa korjauksia, jotka osoittivat monia puutteita, jotka syntyivät ihmisten ja eläinten sokeasta vertailusta.
YHTEENVETO: ELÄINTUTKIMUKSET VAIKUTTAVAT VARHAISEEN LÄÄKETIETEELLISEEN AJATTELUUN
Keskiaikainen ymmärrys hermostosta rajoittui pohjimmiltaan havaintoihin, jotka koskivat eläinten anatomiaa, ja niitä lievensivät antiikista lähtien vallinneet filosofiat. Pergamon kreikkalaisen lääkärin Galenoksen (129-216 jKr.) vaikutus lääketieteelliseen teoriaan ja käytäntöön oli hallitseva Euroopassa koko keskiajan ja renessanssin ajan. Galenin mielestä parhaat lääkärit olivat myös filosofeja, ja filosofia edisti lääketiedettä. Galenisen perinteen mukaan sairaus johtui kehon nesteiden eli humorien epätasapainosta. Paloitellessaan vasikoita Galen huomasi vasikan aivojen tyvessä hermojen ja verisuonten verkoston, jonka hän erheellisesti oletti olevan olemassa myös ihmisillä. Galenus nimitti tätä aluetta rete mirabileksi ja totesi, että tämä oli paikka, jossa elintärkeät elämänhenget muuttuivat ihmisen eläinhengiksi. Kristinuskon tulon jälkeen nämä henget yhdistettiin kristillisen sielun käsitteeksi, ja lääkärit kiistelivät sielun juuripaikasta ihmiskehossa, oletettavasti joko sydämessä tai aivoissa.
Vaikutus muille tutkimusaloille
Yksi ensimmäisistä paleontologian löydöistä tehtiin mahdolliseksi vertailevan morfologian avulla. Vuonna 1666 italialaiset kalastajat saivat saaliiksi suuren hain. Se lähetettiin Niels Steensenille (1648-1686), joka tunnetaan paremmin italialaisella nimellään Nicolaus Steno, joka oli Firenzessä työskennellyt tanskalainen anatomi. Tutkiessaan hain hampaita Steno huomasi, että ne muistuttivat hyvin paljon niin sanottuja ”kielikiviä”, pieniä kolmionmuotoisia kiviä, joita oli jo pitkään löydetty maasta. Steno tajusi, että nämä kivet olivat fossiloituneita hain hampaita ja että elävä aines oli ajan myötä korvautunut kivellä.
Vertailevalla morfologialla oli suuri merkitys myös varhaisessa kasvi- ja eläinlajien luokittelussa. Ruotsalainen luonnontieteilijä Carl Linnaeus (1707-1778; tunnetaan myös nimellä Carolus Linnaeus tai Carl Linné) kehitti ensimmäisen yhtenäisen järjestelmän eliöiden, erityisesti kasvien, luokitteluun. Hänen järjestelmänsä perustui kasvien uros- ja naaraspuolisten sukupuolielinten ominaisuuksiin. Hän ryhmitteli ne tyypeittäin ja laati sitten laajempia ryhmiä yhteisten ominaisuuksien perusteella tukeutuen voimakkaasti vertailevaan morfologiaan. Linnaeuksen työn ansiosta valtava määrä kasveja ja eläimiä voitiin luokitella järjestelmällisesti, eikä keinotekoisten luokkien (kuten kotieläinten) vaan yhteisten piirteiden perusteella. Hänen työnsä muodosti modernin taksonomian perustan; hänen vertailevan morfologian menetelmänsä on edelleen luokittelun lähtökohta.
Modernit kulttuuriyhteydet
Vertailemalla yhden organismin piirteitä toiseen organismiin tutkijat voivat oppia molemmista. Vaikka logiikka määrää, että ne, joilla on samankaltaisin morfologia, ovat läheisimpiä sukulaisia, luonnonvalinta antaa joskus toisiinsa liittymättömille organismeille samankaltaisia muotoja.
Rakenteita, jotka kehittyvät samankaltaisesti, koska niillä on yhteinen alkuperä, kutsutaan homologisiksi. Useimpien nisäkkäiden etuläpät ovat hyvin laaja homologisen rakenteen tyyppi. Ne, jotka eivät ole syntyneet samanlaisesta alkuperästä, ovat analogisia rakenteita. Ne kehittyvät, kun samankaltainen ympäristö aiheuttaa samankaltaisia evolutiivisia paineita eri organismeille; esimerkkejä ovat delfiinien ja kalojen samankaltainen muoto tai lintujen ja lepakoiden siivet. Silmiinpistävä esimerkki evolutiivisesta homologiasta (konvergentista sopeutumisesta) on samankaltaisuus eri eläinsukujen eläinten, kuten nilviäisiin kuuluvien kalmarien ja mustekalojen, silmien ja selkärankaisten, kuten eläinten ja ihmisten, silmien välillä.
Vertaileva morfologia antaa myös tukea evoluutioteorialle. Tutkimalla sekä eläviä eliöitä että niiden sukupuuttoon kuolleiden esi-isien fossiileja eläintieteilijät ja paleontologit voivat tehdä päätelmiä niiden alkuperästä. Fossiileja tutkimalla tutkijat voivat nähdä, miten elefantit kehittyivät pienistä, rungottomista eläimistä tai miten valaat kehittyivät nelijalkaisista maalla elävistä nisäkkäistä, jotka menettivät takajalkansa sopeutuessaan elämään meressä.
Joitakin vahvimpia todisteita evoluutiosta saadaan vertailevista tutkimuksista, joissa verrataan eliöiden rakenteellisia samankaltaisuuksia, jotta voidaan määritellä niiden evolutiiviset suhteet. Organismien, joilla on samankaltaisia anatomisia piirteitä, oletetaan olevan evolutiivisesti suhteellisen läheisessä sukulaisuussuhteessa, ja niillä oletetaan olleen yhteinen esi-isä. Evoluutiosuhteiden tutkimisen tuloksena anatomiset samankaltaisuudet ja erot ovat tärkeitä tekijöitä organismien luokittelun määrittelyssä ja vahvistamisessa.
Joidenkin organismien anatomiset rakenteet ovat hyvin samankaltaisia alkionkehitykseltään ja muodoltaan, mutta toiminnaltaan hyvin erilaisia. Näitä kutsutaan homologisiksi rakenteiksi. Koska nämä rakenteet ovat niin samankaltaisia, ne viittaavat evolutiiviseen sukulaisuuteen ja niitä omaavien lajien yhteiseen esi-isään. Selkeä esimerkki homologisista rakenteista on nisäkkäiden eturaajat. Tarkkaan tarkasteltuna ihmisten, valaiden, koirien ja lepakoiden eturaajat ovat kaikki rakenteeltaan hyvin samankaltaisia. Jokaisella on sama määrä luita, jotka on järjestetty lähes samalla tavalla. Vaikka niillä on erilaiset ulkoiset piirteet ja ne toimivat eri tavoin, niiden embryologinen kehitys ja muodon anatomiset yhtäläisyydet ovat silmiinpistäviä. Vertailemalla näiden eliöiden anatomiaa tutkijat ovat todenneet, että niillä on yhteinen evolutiivinen esi-isä, ja evolutiivisessa mielessä ne ovat suhteellisen läheistä sukua.
Toisilla eliöillä on anatomisia rakenteita, jotka toimivat hyvin samankaltaisilla tavoilla, mutta ovat morfologisesti ja kehityksellisesti hyvin erilaisia. Näitä kutsutaan analogisiksi rakenteiksi. Koska nämä rakenteet ovat niin erilaisia, vaikka niillä on sama tehtävä, ne eivät viittaa evolutiiviseen sukulaisuuteen eivätkä siihen, että näillä kahdella lajilla olisi yhteinen esi-isä. Esimerkiksi linnun ja sudenkorennon siivillä on molemmilla sama tehtävä; ne auttavat organismia lentämään. Kun verrataan näiden siipien anatomiaa, ne ovat kuitenkin hyvin erilaiset. Linnun siiven sisällä on luita ja se on höyhenten peitossa, kun taas sudenkorennon siivestä puuttuvat molemmat rakenteet. Ne ovat analogisia rakenteita. Näin ollen tutkijat ovat näiden organismien anatomiaa vertailemalla todenneet, että linnuilla ja sudenkorennoilla ei ole yhteistä evolutiivista esi-isää tai että ne ovat evolutiivisessa mielessä läheistä sukua. Analogiset rakenteet ovat todiste siitä, että nämä organismit ovat kehittyneet erillisiä linjoja pitkin.
Vestigiaalirakenteet ovat anatomisia piirteitä, jotka ovat edelleen läsnä organismissa (vaikkakin usein pienentyneinä), vaikka ne eivät enää palvele mitään tehtävää. Kun verrataan kahden organismin anatomiaa, rakenteen esiintyminen toisessa ja siihen liittyvän, vaikkakin vestigiaalisen rakenteen esiintyminen toisessa on todiste siitä, että organismeilla on yhteinen evolutiivinen esi-isä ja että ne ovat evolutiivisessa mielessä suhteellisen läheistä sukua. Valaiden, jotka ovat kehittyneet maannisäkkäistä, kehossa on jäljellä olevia takajalkojen luita. Vaikka ne eivät enää käytä näitä luita meriympäristössään, ne osoittavat, että valailla on evolutiivinen sukulaisuussuhde maannisäkkäiden kanssa. Ihmisillä on kehossaan yli 100 vestigiaalirakennetta.
Vertaileva morfologia on tärkeä väline, joka auttaa määrittämään eliöiden välisiä evolutiivisia suhteita ja sitä, onko niillä yhteisiä esivanhempia vai ei. Se on kuitenkin myös tärkeä todiste evoluutiosta. Eliöiden väliset anatomiset samankaltaisuudet tukevat ajatusta, että nämä eliöt ovat kehittyneet yhteisestä esi-isästä. Niinpä se, että kaikilla selkärankaisilla on jossakin kehitysvaiheessa neljä raajaa ja kiduspussit, osoittaa, että evolutiivisia muutoksia on tapahtunut ajan kuluessa, mikä on johtanut nykyisin havaittavaan monimuotoisuuteen.
Katso myös Biologia: Kasvitieteet; Biologia: Luokittelujärjestelmät; Biology: Vertaileva morfologia: Studies of Structure and Function; Biology: Perinnöllisyys- ja muutoskäsitykset ennen evoluutioteorian syntyä; Biology: Evoluutioteoria; Biologia: Paleontologia; Biologia: Zoology.
bibliografia
Web Sites
California State University, Stanislaus. Biologian laitos. ”Johdatus evoluutioon: Comparative Anatomy.” http://arnica.csustan.edu/biol3020/anatomy/anatomy.htm (accessed January 26, 2008).
University of California, Berkley. ”Vertaileva anatomia: Andreas Vesalius.” Understanding Evolution for Teachers.http://evolution.berkeley.edu/evosite/history/compar_anat.shtml (accessed January 26, 2008).
University of California Museum of Paleontology. ”Carl Linnaeus.” 21. heinäkuuta 2000. http://www.ucmp.berkeley.edu/history/linnaeus.html (accessed January 26, 2008).
Wilson, Bronwen. ”Andreas Vesalius.” Boundaries of the Body and Scientific Illustration in Early Modern Europe.http://www.bronwenwilson.ca/physiognomy/pages/biographies.html# vesalius (accessed January 26, 2008).
Kenneth T. LaPensee