Vähemmistö meistä oppi koulussa, että eläviä nisäkkäitä on kolmea erilaista lajia – sorkkaeläimiä, pussieläimiä ja yksijalkaisia – ja että niiden väliset selvimmät erot ovat siinä, miten ne lisääntyvät. Euterilaiset eli istukkanisäkkäät, kuten ihminen, muodostavat valtaosan nykypäivän nisäkkäiden monimuotoisuudesta. Kaikilla eutereilla on korioallantoinen istukka, merkittävä elin, joka muodostuu hedelmöittymisen jälkeen kohtaan, jossa alkio koskettaa äidin kohdun limakalvoa (Langer, 2008).
Marsupiaalit ja yksijalkaiset käsittelevät raskautta eri tavoin (Abbot ja Rokas, 2017; Renfree, 2010). Munia munivilla monotremeilla, kuten ankkalampikorennolla, on pieniä ”puggeja”, jotka kuoriutuvat nahkaisesta kuoresta. Marsupiaalit – kengurut, koalat, bandicootit, opossumit ja niin edelleen – synnyttävät elävänä, mutta niiden raskaudet ovat lyhyitä ja niiden pikkuruiset poikaset ovat kehityskyvyltään kypsymättömiä, eikä niillä näyttäisi olevan juurikaan tarvetta istukalle. Syntymän jälkeen poikaset jatkavat kehittymistään emonsa ruumiin ulkopuolella, usein emonsa vatsan poimuissa ja pussukoissa.
Vaahteraeläimillä emon synnytyksen jälkeen antama maito on keskeisessä asemassa jälkeläisten kehityksessä, ja toisin kuin sorkkaeläimillä, tämän maidon koostumus muuttuu dramaattisesti, kun poikaset kasvavat. Pohjimmiltaan pussieläinten maitorauhaset hoitavat monia sorkkaeläinten istukan tehtäviä (Renfree, 2010; Sharp ym., 2017; kuva 1). Ja kumotakseni vielä enemmän sen, mitä olet ehkä oppinut biologian tunnilla, pussieläimillä on sittenkin istukka, mutta se kehittyy raskauden loppuvaiheessa ja eri kudoksista kuin eutereilla. Ero eutherian nisäkkäiden ja pussieläinten välillä ei siis ole istukan olemassaolossa tai puuttumisessa, vaan pikemminkin siinä, miten paljon painotetaan istukkaa ja imetystä jälkeläisten kasvattamisessa.
Eutereiden nisäkkäiden ja pussieläinten erilaiset lisääntymisstrategiat.
Eutereilla emon panostama energia poikasen kasvattamiseen ennen syntymää (istukan kautta) ja syntymän jälkeen (laktaation kautta) on suurin piirtein yhtä suuri. Marsueläimillä tiineys on lyhyt, istukka muodostuu raskauden loppuvaiheessa ja imetys pitkittyy. Guernsey ym. osoittavat, että geneettiset piirteet, jotka säätelevät istukan kautta tapahtuvaa kehitystä eutereilla, ovat yhteisiä lyhytikäisen pussieläinten istukan kanssa (punaiset nuolet). He osoittavat myös, että jotkin geenit, jotka ovat istukan toimintojen taustalla eutereilla, ilmentyvät pussieläimillä laktaation aikana (siniset nuolet), mukaan luettuina erilaiset konservoituneet itse laktaation osat (musta nuoli; Lefèvre et al., 2010). Huomautus: aikaskaalat eivät ole absoluuttisia.
Nyt eLife-lehdessä Julie Baker Stanfordin yliopiston lääketieteellisestä tiedekunnasta, Marilyn Renfree Melbournen yliopistosta ja työtoverit – mukaan lukien Michael Guernsey Stanfordista ensimmäisenä kirjoittajana, Edward Chuong Utahin yliopistosta ja Guillaume Cornelis (Stanford) – raportoivat uusia yksityiskohtia istukan ja laktaation taustalla olevista molekyylimekanismeista eutheriaaleilla ja marsupiaaleilla (Guernsey et al., 2017). Tulokset saatiin käyttämällä muunneltua versiota tekniikasta nimeltä RNA-seq, jolla mitattiin, miten transkriptomi (solun tai solujoukon RNA-transkriptien kokonaisuus) vaihteli eri solutyyppien välillä kehityksen aikana (Rokas ja Abbot, 2009).
Guernsey ym. vertasivat geeniekspression muutoksia kahdessa solutyypissä tammar wallabyn, pienen australialaisen marsupiaalin, istukassa kehityksen aikana. He havaitsivat, että geeniekspressio erosi näiden kahden kudoksen välillä ja lisäksi se muuttui dynaamisesti ajan myötä, samaan tapaan kuin eutereilla. Lisäksi he löysivät transkriptioiden joukosta monia sellaisia, joilla oli kriittisiä toimintoja eutereiden istukoissa, mukaan lukien Ig7-signalointireittien jäsenet ja GCM1, transkriptiotekijä, joka on tärkeä istukan muodostumisessa ja kehityksessä. Eivätkä pelkästään geenit olleet konservoituneita, vaan wallabyn istukan geenien ilmentymismallit muistuttivat hiiren istukassa raskauden alkuvaiheessa havaittuja malleja. Tämä on juuri sitä, mitä voisimme odottaa näkevämme, jos istukka hoitaa wallabyn varhaisia kehitystehtäviä, ja myöhemmät tehtävät hoidetaan synnytyksen jälkeen. Tämä viittaa siihen, että olennainen ero pussieläinten ja nisäkkäiden välillä ei ole istukan varhaisissa toiminnoissa, vaan pikemminkin siinä, miten istukan toiminnot ovat lokeroituneet nisäkkäiden raskauden evoluution aikana.
Viimeiseksi Guernsey ym. luonnehtivat geeniekspressiomalleja tammarin ja useiden nisäkkäiden nisäkkäiden maitorauhasissa. Sekä hiirillä että wallabeilla oli samankaltaisia geeniekspressiomalleja, mikä korostaa toiminnallisen lokeroitumisen ja säilymisen teemaa molemmissa ryhmissä. Huomionarvoisinta oli kuitenkin se, että he tunnistivat useita tammarin maitorauhasissa ilmentyviä geenejä, joiden tiedetään olevan toiminnallisesti tärkeitä eutereiden istukassa (kuva 1). Näihin geeneihin kuului ravinteiden kuljetukseen osallistuvia geenejä ja useita geenejä, joiden tiedetään olevan välttämättömiä eutereiden istukan muodostumiselle (mukaan lukien GCM1). Tämä geeniekspression säilyminen viittaa siihen, että pussieläimillä istukka hoitaa sikiön varhaiskehitystä ja imetys sikiön myöhäiskehitystä käyttäen joitakin samoja geenejä ja molekulaarisia reittejä kuin eutereiden istukka.
Pussieläimiä tutkivat ovat jo pitkään väittäneet, että meidän on korjattava oppikirjojamme niin, että niissä tunnustetaan pussieläinten istukat ja niiden omaleimaisen mutkikas laktaatio (Renfree, 1983). Guernsey ym. vahvistavat asiaa osoittamalla, että sekä euteriat että marsupiaalit ilmentävät konservoitunutta geenien työkalupakkia, joka voi sijaita eri kudoksissa ja elimissä, mutta palvelee yhteisiä tarkoituksia sikiön kehityksessä. Tämä yllättävä säilyneisyys korostaa evoluution aikana tapahtuvien toiminnallisten muutosten taustalla olevien geenien tunnistamisen tärkeyttä (Rausher ja Delph, 2015).
Katsottaessa tulevaisuuteen on syytä huomata, että pussieläimet eroavat toisistaan valtavasti lisääntymisominaisuuksiltaan (Tyndale-Briscoe, 2005) ja että useampien lajien karakterisoiminen Guernseyn ym. tammar-wallabylle tekemällä tavalla antaa rikkaamman ymmärryksen pussieläinten raskauden evoluutiosta ja moninaisuudesta itsessään. Tarvitaan kuitenkin lisätyötä asianmukaisten tilastollisten menetelmien kehittämiseksi transkriptomiprofiilien säilymisen kvantifioimiseksi lajien välillä. Ja kun katsotaan nisäkkäiden ulkopuolelle, istukkamuotoja esiintyy kaikkialla liskoista merihevosiin ja hyönteisiin, ja alustavat tutkimukset viittaavat siihen, että monet asiaan liittyvät geenit tai piirteet ovat yhteisiä (Ostrovsky ym., 2016; Whittington ym., 2015). Tulee olemaan kiehtovaa oppia, kuinka syvälle voimme jäljittää raskauden työkalupakin alkuperää.