Valtavassa konserttisalissa, tuhansien ihmisten innokkaan yleisön edessä, Masatoshi Nei kokee teknisen häiriön.

Biologi on juuri saanut Japanin arvostetun Kioton perustieteiden palkinnon, joka on kunnianosoitus hänen uraauurtavasta tutkimuksestaan evoluutiosta molekyylitasolla. Kansainvälisten tiedotusvälineiden, diplomaattien ja arvohenkilöiden, mukaan lukien Japanin prinsessa Takamado, silmät ja korvat ovat kiinnittyneet 82-vuotiaaseen, joka pitää kiitospuheensa.Tai yrittää. Hänen yläpuolellaan olevalla massiivisella valkokankaalla diaesitys etenee ja vetäytyy sattumanvaraisesti, kun Nei yrittää esitellä tekniikoita, jotka ovat mullistaneet hänen alansa – ja teorioita, jotka kyseenalaistavat joitakin sen syvimpiin juuriin juurtuneita ajatuksia.

”Olen niin pahoillani”, Nei sanoo kuulijoilleen herttaisen naurahduksen kera. ”Tavoittelen aina teoriaa, en käytännöllistä.”

Käytännöllisyys on kuitenkin ollut Nein koko uran ohjaava voima, aina hänen varhaisesta maataloustutkimuksestaan vuosikymmeniä kestäneeseen pyrkimykseensä siirtää evoluutiobiologia pois subjektiivisista kenttähavainnoista objektiiviseen, matematiikkaan perustuvaan analyysiin molekyylitasolla. Vuonna 1972 hän kehitti nykyään laajalti käytetyn kaavan, Nein geneettisen standardietäisyyden, jossa verrataan eri populaatioiden keskeisiä geenejä ja arvioidaan, kuinka kauan sitten ryhmät erosivat toisistaan. 90-luvun alussa Nei oli mukana kehittämässä vapaata ohjelmistoa, joka luo evoluutiopuita geneettisten tietojen perusteella. Kaksi vuosikymmentä myöhemmin Molecular Evolutionary Genetics Analysis eli MEGA on edelleen yksi biologian laajimmin käytetyistä ja siteeratuista tietokoneohjelmista.

Masatoshi Nei laajentaa evoluutiota kumoavaa teoriaansa vuonna 2013 ilmestyneessä kirjassaan Mutation-Driven Evolution. (Luotto: Michael Ray)

Mutta juuri luonnonvalinnan kumoavaa teoriaansa, jonka Nei kehitti 80-luvulla ja jota hän laajensi vuonna 2013 ilmestyneessä kirjassaan Mutation-Driven Evolution, tutkija haluaa, että se omaksutaan, siteerataan ja opetetaan kouluissa.

Muutama päivä sen jälkeen, kun hänen esityksensä diat vihdoin suostuivat yhteistyöhön, Nei, joka on Pennsylvanian valtionyliopiston molekyylievoluutiogenetiikan instituutin johtaja, puhui Discoverin kanssa siitä, missä Darwin hänen mielestään erehtyi.

Discover: Aloitit akateemisen urasi Japanissa 50-luvulla maataloustieteen apulaisprofessorina. Miten sinusta kehittyi Darwinia vastustava molekyylibiologi?

Masatoshi Nei: Halusin tehdä populaatiogenetiikasta hyödyllistä ja käytännöllistä, joten siirryin kasvinjalostukseen. Mutta aloin kysyä, miksi fenotyyppistä evoluutiota tapahtuu? Olin kiinnostunut siitä geneettisellä tasolla. Charles Darwin sanoi, että evoluutio tapahtuu luonnonvalinnan avulla jatkuvan vaihtelun vallitessa, mutta hän ei koskaan todistanut luonnonvalinnan esiintymistä luonnossa. Hän väitti niin, mutta hän ei esittänyt vahvoja todisteita.

Mutta evoluution parissa työskentelevistä ihmisistä suurin osa uskoo edelleen luonnonvalinnan olevan liikkeellepaneva voima.

Jos sanotaan, että evoluutio tapahtuu luonnonvalinnan kautta, se näyttää tieteelliseltä verrattuna siihen, että sanotaan Jumalan luoneen kaiken. Nyt sanotaan, että luonnonvalinta loi kaiken, mutta ei selitetä miten. Jos se on tiedettä, sinun on selitettävä jokainen vaihe. Siksi olin tyytymätön. Pelkkä Jumalan korvaaminen luonnonvalinnalla ei muuta juuri mitään. Sinun on selitettävä, miten.”

Nei puhuu mutaatiovetoisen evoluution puolesta vuoden 2013 Kioto-palkinnon jakotilaisuudessa. (Credit: The Inamori Foundation)

Q: OK, joten selitä miten.

A: Kehomme jokaista osaa ohjaavat molekyylit, joten sinun on selitettävä molekyylitasolla. Se on evoluution todellinen mekanismi, miten molekyylit muuttuvat. Ne muuttuvat mutaation kautta. Mutaatio tarkoittaa muutosta DNA:ssa esimerkiksi substituution tai insertion kautta. Ensin on tapahduttava muutos, ja sitten luonnonvalinta voi toimia tai olla toimimatta. Sanon, että mutaatio on evoluution tärkein, liikkeellepaneva voima. Luonnonvalintaa tapahtuu tietysti joskus, koska tietyntyyppiset muunnokset ovat parempia kuin toiset, mutta mutaatio loi eri tyypit. Luonnonvalinta on toissijaista.

K: Joku ulkopuolinen, joka katsoo tätä keskustelua, saattaa sanoa, että sinä ja muut tutkijat halkovat hiuksia, että sekä mutaatio että luonnonvalinta ohjaavat evoluutiota. Miten vastaat?

A: En tutki luonnetta tai toimintaa, vaan geeniä, joka sitä ohjaa. Kantani on, että mutaatio luo variaatiota, sitten luonnonvalinta voi toimia tai olla toimimatta, se voi valita tai olla valitsematta hyvän variaation ja poistaa huonon, mutta luonnonvalinta ei ole liikkeellepaneva voima.

Uusi-darwinismissa evoluutio on prosessi, jossa kunto kasvaa . Mutaatiovetoisessa evoluutioteoriassa evoluutio on prosessi, jossa organismin monimutkaisuus lisääntyy tai vähenee. Meillä on tapana uskoa, että luonnonvalinta valitsee yhden tyypin. Mutta tyyppejä on monia, ja silti ne ovat kunnossa. Ne voivat selvitä hengissä, ei mitään ongelmaa.

Jos esimerkiksi siniset silmät ovat jostain syystä paremmat Skandinaviassa, kyseisellä mutaatiolla on valikoitunut etu, ja silloin tuota etua esiintyy tietysti enemmän kyseisessä populaatiossa. Mutta ensin pitää olla se mutaatio. Eikä luonnonvalinta itsessään ole niin selkeää. Tietyissä tapauksissa se on, mutta ei aina. Sinisilmäisyyden geenifrekvenssi on voinut lisääntyä myös sattumalta eikä luonnonvalinnan seurauksena. Sininen silmien väri voi olla yhtä hyvä kuin vihreä. Molemmat näkevät.

Q: Vuonna 1968 ystäväsi ja mentorisi Motoo Kimura esitti neutraalin molekyylievoluutioteorian, jonka mukaan useimmilla esiintyvillä mutaatioilla ei ole organismin kannalta edullisia eikä haitallisia seurauksia. Miten veit neutraalin teorian askeleen pidemmälle mutaatioihin perustuvassa evoluutioteoriassa?

A: Kimura uskoi, että morfologia kehittyy luonnonvalinnan kautta. Hän sovelsi neutraalia teoriaa vain molekyylitasolla. Sanon, että se voi määrittää myös morfologiset ominaisuudet, koska DNA määrittää kaiken, mutta tämän todistaminen ei ole ollut niin helppoa. Neljäkymmentä tai 50 vuotta myöhemmin yritän yhä todistaa sen.

Q: Yksi merkittävimmistä panoksistasi alalle on Nein geneettinen standardietäisyys, kaava, joka määrittää, milloin eri populaatiot erosivat toisistaan niiden genomien matemaattisen analyysin perusteella. Mutta tämä kaava olettaa geneettisen muutoksen nopeuden olevan vakio. Uskotko, että ihmisen toiminta – ylikalastuksesta fossiilisten polttoaineiden polttamiseen ja kaupunkiemme ja valtateidemme valaisemiseen keinovalolla – voisi nopeuttaa mutaationopeutta?

A: Uskon, että ihmisen toiminnassa on mutageeninen elementti, mutta todisteita on vaikea kerätä. Sitä on esiintynyt vasta vaikkapa viimeisten 10 000 vuoden aikana, enkä tiedä, muuttaako se mutaationopeutta. Voidaan tunnistaa, kuinka monta erilaista mutaatiota tapahtui, mutta ei aina sitä, miten.

Q: Olet puhunut mutaatiovetoisesta evoluutiosta yli kolmen vuosikymmenen ajan. Miksi luulet, että suurin osa evoluutiobiologeista on edelleen luonnonvalinnan leirissä?

A: Ilmaisin tämän yksinkertaisen näkemyksen ensin vuonna 1975 kirjassani Molecular Population Genetics and Evolution ja vuonna 1987 eräässä luvussa toisessa kirjassa, mutta kukaan ei muuttanut näkemyksiään tai oppikirjojaan. Siihen aikaan molekyylibiologia ei tietenkään ollut vielä kehittynyt kovin pitkälle, ja perinteinen evoluutiobiologia tarkasteli vain morfologiaa, ei sitä, miten variaatio tapahtui.

Tietyillä linnuilla on esimerkiksi hemoglobiinivariantti, jonka ansiosta ne pystyvät lentämään Himalajan yllä, hyvin korkealla. Joillakin alligaattoreilla on erilainen hemoglobiinivariantti, jonka ansiosta ne voivat pysyä veden alla hyvin pitkään. Tämä on ollut tiedossa jo jonkin aikaa, ja kaikki olivat sitä mieltä, että no, populaatioissa on variaatiota, mutta tarvittava ehto on varmaan vain luonnonvalinta.

Naapuriliitosmenetelmän avulla tutkijat voivat molekyylitason eroja analysoimalla laskea, milloin eri lajit tai lajin sisällä olevat variaatiot ovat eronneet toisistaan. Tämä vuonna 2002 tehtyyn tutkimukseen perustuva kuva kartoittaa 18 ihmispopulaation välisiä suhteita käyttämällä naapuriyhdistämismenetelmää geneettiseen dataan perustuvan evoluutiopuun luomiseksi. (Credit: Alison Mackey/Discover after Jason Spatola/Wikimedia Commons)

Q: Vuonna 1987 kirjoitit yhdessä Naruya Saitoun kanssa artikkelin, jossa kuvailtiin naapuriyhdistelymenetelmää, uutta algoritmia evoluutiopuiden luomiseksi taaksepäin sukulaislajien keskeisten geneettisten eroavaisuuksien perusteella; ajatuksena on, että mitä tuoreemmin laji on eronnut toisesta lajista, sitä samankaltaisempaa niiden DNA:t ovat. Sitä on siteerattu vuosien varrella yli 34 000 kertaa, ja siitä on tullut molekyylievoluutiobiologian tutkimuksen kulmakivi. Miksi se oli mielestäsi niin vaikutusvaltainen?

A: Se on yksinkertainen. Olin kehittänyt geneettisen etäisyysteorian, koska halusin tehdä fylogeneettisen puun, ja etäisyyttä voidaan käyttää puiden tekemiseen. Mutta olin myös kiinnostunut tilastoista. Niinpä yhdistin nämä kaksi menetelmää. Testataksemme sitä teimme ensin tietokonesimulaatioita: Loimme DNA-sekvenssin evoluutiopuulle, jossa tiesimme jo, missä puu haarautui. Sitten käytimme tilastoja, naapuriliitosmenetelmää, rekonstruoidaksemme puun ja testataksemme, muistuttaako se todellista fylogeneettistä puuta. Näin oli, ja siitä tiesimme, että tämä menetelmä antoi melko hyvän käsityksen siitä, miten lajit kehittyivät ja erosivat toisistaan.

Aluksi muut biologit olivat fanaattisia pitäytyäkseen aiemmissa menetelmissä, joilla oli laskettu lajien välisiä suhteita. Oli paljon typeriä riitoja 80-luvulla, mutta minä vaadin, että se toimisi. Jos käytämme vaikkapa 100 geneettistä sekvenssiä, voimme tehdä naapuriliitospuun muutamassa sekunnissa. Tavallisella menetelmällä se veisi kuukausia. Ja kuukausien työskentelyn jälkeen tulos oli lähes aina sama kuin naapuriyhdistämismenetelmällä.

Q: Olet todennut useaan otteeseen, että olet valmis ottamaan vastaan paljon kritiikkiä viimeisimmästä kirjastasi, vuonna 2013 ilmestyneestä Mutation-Driven Evolutionista. Miksi?

A: Esitin tällaisia näkemyksiä vuonna 1987 ilmestyneessä kirjassani Molecular Evolutionary Genetics, mutta ihmiset eivät kiinnittäneet niihin huomiota. Evoluution oppikirjat eivät ole muuttuneet: niissä sanotaan edelleen, että luonnonvalinta aiheuttaa evoluution. Näkemykseni jätettiin täysin huomiotta. Tuossa kirjassa käsittelin monia tilastollisia tekniikoita, ja vasta viimeisessä luvussa käsittelin ongelmaa, että luonnonvalintaa ei voida todistaa. Luulen, että luku ei vakuuttanut monia ihmisiä, koska heillä oli jo ennakkokäsitys siitä, että luonnonvalinnan on oltava liikkeellepaneva voima, koska Darwin sanoi niin. Darwin on evoluution jumala, joten Darwinia ei voi kritisoida. Jos tekee niin, leimataan ylimieliseksi.

Mutta aina kun tieteellistä teoriaa kohdellaan kuin dogmaa, se on kyseenalaistettava. Luonnonvalinnan dogma on ollut olemassa jo pitkään. Useimmat ihmiset eivät ole kyseenalaistaneet sitä. Useimmat oppikirjat toteavat sen edelleen olevan niin. Useimmat opiskelijat kouluttautuvat näiden kirjojen avulla.

On kyseenalaistettava dogma. Käytä tervettä järkeä. Teidän on ajateltava itse, ilman ennakkoluuloja. Se on tärkeää tieteessä.

Tämä artikkeli on alun perin ilmestynyt painettuna nimellä ”We Are All Mutants.”