Ilmakehän atomikokeet jättivät ihmisiin ajan merkit. Nyt niistä voidaan lukea esimerkiksi aivosolujen synnyinvuosi ja tsunamin uhrien ikä.


Nyt niistä voidaan lukea esimerkiksi aivosolujen
synnyinvuosi ja tsunamin uhrien ikä.

Sisältö jatkuu mainoksen alla


Ihmiselimistön osat uusivat solujaan eri tahtiin: jotkin nopsasti ja näkyvästi, toiset eivät juuri lainkaan. Osien eri-ikäisyyden takia olisikin melkein osuvampaa puhua vuosimallista kuin iästä.

Uusiutuminen perustuu siihen, että erilaiset kantasolut korjaavat kulumisen, sairauksien ja onnettomuuksien jälkiä. Biolääketieteen terävintä kärkeä on tutkimus, jossa näitä kantasolujen kykyjä yritetään valjastaa sairauksien ja vammojen parantamiseen (ks. Täällä kasvaa kantasoluja, Tiede 7/05, s. 24-29). Yksi kantasolututkimuksen pullonkauloista on ollut solujen iän mittaaminen suoraan elimistöstä. Ilman tätä tietoa on vaikea arvioida, miten tiuhaan kunkin alueen kantasolut tuottavat jälkikasvua.

Nyt professori Jonas Frisénin ryhmä Karoliinisessa instituutissa Tukholmassa on kehittänyt uudenlaisen solujen iänmääritysmenetelmän. Siinä soluja ei tarvitse häiritä lisäämällä niihin tutkimuksen ajaksi merkkimolekyylejä, kuten muissa menetelmissä. Kärsimättömien tutkijoiden iloksi uudella keinolla voidaan takautuvasti tutkia ihmisruumiin hitaita uusiutumisprosesseja jopa kymmenien vuosien ajalta.

Sisältö jatkuu mainoksen alla



Neurobiologien kehittämä menetelmä pohjautuu arkeologiassa käytettyyn hiili-14-iänmääritykseen. Se puolestaan perustuu siihen, että pieni osa kasvien ja eläinten hiilestä koostuu radioaktiivisesta 14C-isotoopista.
Radioaktiiviset isotoopit ovat peräisin ilman hiilidioksidista, johon niitä syntyy ilmakehän yläosissa avaruussäteilyn vaikutuksesta. Kun yhteyttävät kasvit sitovat hiilidioksidia, ne sitovat itseensä myös hiili-14:ää.
Kasvikunnasta hiiliatomit kulkeutuvat ravintoverkkojen sekä patojen ja kattiloiden kautta eläinkunnan jäseniin. Siksi kaikkien maan ja ilman eliöiden hiilessä on suhteessa yhtä paljon 14C-isotooppia kuin ilmakehässä.

Kun eliö päättää päivänsä, se muuttuu hiljalleen tikittäväksi atomikelloksi. Ajanlasku alkaa kuolinhetkestä, sillä viimeisen aterian jälkeen elimistöön ei enää tule uusia hiiliatomeja. Jos tutkittavasta näytteestä löytyy hiili-14-isotooppeja puolet tunnetusta alkuperäisestä määrästä, eliön kuolinhetkestä on kulunut yksi tämän isotoopin puoliintumisaika eli 5 370 vuotta.

Tässä onkin sitten pulma. Puoliintumisaika on niin pitkä, ettei atomikellon tarkkuus sellaisenaan riitä mittaamaan aivotutkijoita kiinnostavia vuosien ja vuosikymmenten jaksoja. Siksi neurobiologit ovat vimmaisesti hieroneet aivonystyröitään löytääkseen sopivan menetelmän.



Ratkaisun tarjosi ydinkokeiden historia. Vuosina 1955-1963 ilmakehässä räjäytetyt atomipommit nostattivat ennennäkemättömän hiili-14-isotooppipyryn. Sienipilviä kohosi niin Novaja Zemljassa ja Nevadan autiomaassa kuin Tyynenmeren atolleilla, ja hiili-isotoopit levisivät tuulten kierroissa koko ilmakehään yhtä tehokkaasti kuin bikinimuoti valtasi uimarannat.

Vuonna 1963 aikaansaadun rajoitetun ydinkoekiellon myötä ilman 14C-pitoisuus alkoi puoliintua yhdentoista vuoden jaksoissa, kun isotoopit laimentuivat valtameriin ja muualle biosfääriin. Tämä nopea mutta tasainen isotooppitason lasku antoi aivobiologeille kauan kaivatun kellon solujen synnyinvuoden määrittämiseen.



Arkeologien menetelmässä analysoidaan kaikkia eloperäisen näytteen sisältämiä hiiliatomeja. Sen sijaan uudessa solujen iänmääritysmenetelmässä analysoidaan pelkästään tuman dna-molekyyleihin sitoutuneita hiiliatomeja. Juuri ne paljastavat solun iän eli sen, kauanko on kulunut kyseisen solun synnystä solunjakautumisessa. Toisin kuin kaikki muut solun hiiltä sisältävät ainekset dna ei nimittäin uusiudu ennen saman solun seuraavaa jakautumista.





- kylkiluiden lihaksisto  noin 15 vuotta
- suoliston tukirakenteet  noin 16 vuotta
- aivojen takaraivolohkon kuorikerroksen hermosolut  yhtä vanhoja kuin ihminen.


- suoliston sisäpinta   viisi päivää
- ihon pinta   pari viikkoa.
punaiset verisolut   120 päivää
- maksasolut   300-500 päivää.






Professori Jonas Frisén sai idean menetelmästä jo muutamaa vuotta ennen kuin kukaan hänen ryhmänsä jäsenistä uskalsi satsata projektiin. Uudisajatteluun liittyvät urariskit pelottavat joskus nuoria tutkijoita.
Lopulta menetelmää lähti kehittämään post doc -projektinaan neurobiologi Kirsty Spalding, joka on kotoisin Australian Perthistä. Kirsty ei pelästy pienistä: hän on asunut muutaman kuukauden luolassa, surffannut suurilla aalloilla ja kauhonut kahden peninkulman avomeriuintikilpailun.

Tutkimus ei osoittautunut kaikkein tavanomaisimmaksi neurobiologiaksi, sillä ennen pitkää pään sisältöä alettiin verrata puutavaraan. Petäjistä löytyy hiiliatomien ohella menetelmän kalibrointiin tarvittavia vuosirenkaita.

Vaikka menetelmä on periaatteeltaan yksinkertainen, kehittäminen vaati usean vuoden rankan työn.

Aivosolujen iänmääritys alkoi luistaa vasta, kun Kirsty hoksasi kerätä hermosoluista pelkästään niiden dna:ta sisältävät tumat. Hän antaa ymmärtää, että viidentoista miljoonan monioksaisen hermosolun perkaaminen aivonäytteistä oli melkoista risusavottaa.

Puurtaminen kuitenkin kannatti, sillä tulokset julkaistiin viime vuonna arvostetussa Cell-lehdessä.
Kirstyn post doc -aika Tukholmassa päättyy pian, ja hän miettii parhaillaan eri vaihtoehtoja omaksi tutkimusohjelmakseen. Häntä kiehtoo masennuksen biologinen tausta - eräiden tutkimusten mukaan masentuneiden ihmisen aivojen uusiutumiskyky vähenee. Siinäpä Kirstylle uusi haaste, jonka hän tähänastisen näytön perusteella varmasti ratkaisee, vaikka hänen pitäisi uida Atlantin yli.



Edellä kerrottu on ollut kehitysbiologista perustutkimusta, mutta sen sivutuotteena löytyi myös yllättävä käytännön sovellus, jonka Kirsty ja kollegat julkaisivat viime syksynä Naturessa. He oivalsivat, että solujen iänmäärityksen tapaan voi laskea ihmisen synnyinvuoden hammaskiilteen hiiliatomeista. Kiille nimittäin kehittyy kuhunkin hampaaseen vain kerran, eivätkä kiilteen hiiliatomit sen jälkeen vaihdu.

Koska tiedetään, milloin kunkin hampaan kiille keskimäärin muodostuu, ihmisen ikä saadaan selville jopa 1,6 vuoden tarkkuudella. Yleensä menetelmä on sitä tarkempi, mitä useammantyyppisiä hampaita samasta yksilöstä on saatavilla. Tarkennus on huikea verrattuna aiempiin, luuston ja hampaiden kulumiseen perustuviin määritysmenetelmiin: niiden ikähaarukka on 5-10 vuoden luokkaa.

Menetelmä on riittävän helppokäyttöinen esimerkiksi katastrofitilanteisiin. Kun ensin määritetään hampaista uhrin ikä, lopulliseen tunnistamiseen tarvitaan vähemmän dna-analyysejä kuin ilman tätä esityötä. Menetelmällä onkin jo ehditty nopeuttaa Kaakkois-Aasian tsunamin uhrien tunnistamista.

Tälläkin menetelmällä on kuitenkin rajoituksensa. Kun vähennetään ilmakehän kokeiden alkamisvuodesta 1955 viisaudenhampaiden kiilteen keskimääräinen kehittymisikä eli 12 vuotta, nähdään, että menetelmä toimii vain vuoden 1944 jälkeen syntyneillä. Tätä vanhemmista voidaan todeta vain, että he ovat syntyneet ennen jatkosodan loppumista.

Ensimmäisessä koesarjassa analysoitiin parinkymmenen ruotsalaisen hampaita. Kasvuajan ruokavalio vaihtelee eri alueilla, ja tämä saattaa jättää omat jälkensä hammaskiilteeseen. Menetelmän tarkentamiseksi tehdään lisäkokeita yksilöillä, jotka ovat kasvaneet Riikin rajojen ulkopuolella, ilman laskiaispullia ja kallen kaviaaria.



 

Sisältö jatkuu mainoksen alla