Kehitysbiologia

Historia

Mikroskopian puutteellisuuden vuoksi varhainen yksilönkehitys pysyi mysteerinä 1800-luvulle saakka. Keskeinen kysymys kuului: syntyykö yksilö kehityksen tuloksena (epigeneesi) vai kasvaako hän valmiista miniatyyristä (preformaatio-oppi). Keskiaikaisen tieteen auktoriteetti Aristoteles oli kannattanut epigeneesiä. Kun skolastinen luottamus Kreikan filosofeihin alkoi valistusajalla haihtua, kasvoi preformaatio-opin suosio. Tutkimusvälineistön puutteellisuuden vuoksi tutkijat joutuivat turvautumaan arvailuihin ja filosofiaan.
1800-luvun puolivälissä alettiin ymmärtää eliöiden koostuvan soluista, ja kehitysbiologian ongelmia voitiin lähteä ratkaisemaan uudesta näkökulmasta. Havaittiin, että munasolu on yksi ainoa suuri solu, jonka on jakauduttava muodostaakseen uuden yksilön. Näin ollen ainoastaan epigeneesiteoria saattoi olla oikeassa. Yhden tärkeimmistä huomioista teki saksalainen August Weissmann (1834–1914). Hänen mukaansa jälkeläinen ei saa vanhemmiltaan kuin sukusolun kumpaiseltakin, eikä vanhempien kehon muilla soluilla ole merkitystä jälkeläisen kannalta. Weissmann tuli näin luoneeksi eron somaattisten ja ituradan solujen välille. Soluteoria antoi siis tärkeän sysäyksen kehitysbiologiselle tutkimukselle.
Soluteoria ei kuitenkaan vielä selvittänyt sitä, minkä vuoksi jälkeläiset kasvavat muistuttamaan molempia vanhempiaan. Preformaatio-opin huippuvuosina oli ajateltu koko yksilön olevan valmiina siittiön sisällä. Vasta itävaltalaisen Gregor Mendelin (1822–1884) perinnöllisyysoppien tultua laajempaan tietoisuuteen ymmärrettiin, että jälkeläinen saa kehitykseensä vaikuttavia tekijöitä sekä äidin munasolusta että isän siittiöstä. Myöhemmin nämä tekijät nimettiin kromosomeiksi.
Nykyisin kehitysbiologista tutkimusta toteutetaan geeniteknisin ja biokemiallisin keinoin, käyttäen esimerkiksi transgeenisiä koe-eläimiä. Suuri kysymys on, mitkä geenit ja mitkä proteiinit vaikuttavat yksilönkehityksen eri vaiheissa. Moderni kehitysbiologinen tutkimus nojaa tiettyihin malliorganismeihin. Näistä parhaiten tunnettu on kynsisammakon (Xenopus) kehitys.

Malliorganismit

Kaikkein tunnetuin kehitysbiologian malliorganismi on afrikankynsisammakko (Xenopus laevis). Kehitysbiologisessa tutkimuksessa sammakon etuja ovat valtavan kokoiset munasolut, joita on runsaasti, sekä nopea kehitystahti. Hedelmöityneen munasolun kehitys nuijapääksi kestää uskomattomat neljä tuntia. Isoilla munasoluilla on ollut helppo tehdä kokeita, joissa palanen alkiota siirretään alkion toiselle puolelle. Näin on tuotettu esimerkiksi kaksipäisiä nuijapäitä ja opittu pään sekä muiden osien kehitystä ohjaavista tekijöistä.
Myös kana on ollut suosittu tutkimuskohde suuren munasolun vuoksi. Kanan alkiot kestävät kohtalaisen hyvin leikkelyitä ja kehittyvät jonkin aikaa munan ulkopuolellakin.
Nisäkkäistä tutkituin on hiiri. Hiiren prenataalinen kehitys lähentelee ihmisen vastaavaa, mutta tutkimukseen ei sisälly samoja eettisiä aspekteja kuin ihmisalkioiden tutkimukseen. Hiiren etuna on myös se, että sitä on käytetty malliorganismina muussakin, esimerkiksi perinnöllisyystieteen tutkimuksessa ja hiiren genomista tiedetään paljon. Myös hiiren raskausaika on lyhyt. Vaikeaksi tutkimuksen tekee tietenkin se, että hiiri kehittyy emonsa sisällä.
Uudeksi tulokkaaksi on nousemassa kaloista seeprakala (Danio rerio). Edut ovat pitkälti samat kuin sammakolla. Lisäksi seeprakala on noussut yhdeksi geneettisen tutkimuksen malliorganismeista.
Selkärangattomista yksilönkehityksen tutkimuksiin on valjastettu malliorganismien 'grand old man' Drosophila melanogaster eli banaanikärpänen. Banaanikärpäsestä on massiivisesti tutkimusdataa, sen genomi on sekvensoitu ja eliötä on helppo kasvattaa ja tutkia. Monet muilla eliöillä tehtävät tutkimukset pohjautuvat banaanikärpäsellä saatuihin tuloksiin. Yllättävän monet selkärangattomien geenit löytävät homologinsa myös selkärankaisilta. Toinen selkärangaton suosikki on sukkulamato Caenorhabditis elegans. C. elegansin kehossa on vain 959 solua, joten siitä on kasvanut tärkeä tutkimusobjekti.