Nisäkkään kolme kuuloluuta ovat kehittyneet alaleuan luista. Kuuloluut parantavat kuuloaistia kiinnittymällä ketjussa tärykalvon ja kuuloelimen väliin. Ne välittävät ja tehostavat ilman väreilynä saapuvaa ääniaaltoa, joka saa kuuloelimen nesteen väreilemään ja kuulohermon välittämään aistimuksen aivoille. Kolmen kuuloluun muodostamaa ketjua voidaan pitää avainsopeumana.

Kuuloluiden kehitys tunnetaan fossiiliaineistosta hyvin. Ensimmäisenä alkumuotona voidaan pitää jurakaudella elänyttä Morganucodon-sukua, jolla oli kummallakin puolella kalloa kaksi rinnakkaista niveltä. Ne koostuivat Meckelin rustosta, alaleuanluusta ja kahdesta luusta, articulare ja quadrate, joista kehittyi myöhemmille nisäkäille kuuloluita, vasara (malleus) ja alasin (incus).

Morganucodonin hampaiden kulumasta on voitu päätellä, että eläin pureskeli ruokaansa myös jauhamalla sivusuunnassa. Kaksoisleukanivel salli sivusuuntaiset liikkeet ja uudenlaiset hampaat auttoivat eläintä käyttämään ravintoaan tehokkaammin hyväkseen, ja se mahdollisti todennäköisesti aivan uusien ravintolähteiden käytön (Anthwal ym. 2012).

Morganucodonin kaksoisnivelisestä leuasta kehittyi seuraavassa vaiheessa muoto, jossa kaikki alaleuanluut kiinnittyivät vielä kalloon rustolla, mutta uloimmat alaleuanluut eivät enää osallistuneet nivelen liikkeisiin. Viimeisessä vaiheessa kalloon kehittyi nykynisäkkäille tyypillinen luulokero (bulla auditiva), jonka sisälle kuuloluut ja kuuloelin sulkeutuivat.

Tällaisen rakenteen ensimmäiset tunnetut edustajat kuuluivat Hadrocodium-sukuun. Ne olivat yhä mesotsooisella kaudella eläneitä alkunisäkkäitä (Mammaliformes), joilla oli myös varhaisiin sukulaisiinsa nähden suuret aivot.

Uudenlainen leukanivel, jossa niveltyi vain yhdestä luusta koostuva alaleuka ja kallon pohjassa sijaitseva nivelkuoppa, antoi tilaa suuremmalle aivokopalle. Suuret aivot ovat myös yksi nisäkkäiden avainsopeumia (Meng ym. 2018).

Yhden luun muodostama alaleuka oli myös vahva, ja siihen mahtui nisäkkäälle tyypilliset erikoistuneet hampaat. Rakenne mahdollisti myös vahvojen puremalihasten kehityksen. Kuuloluiden ketjun avulla nisäkkäiden kuulo on erityisen hyvä.

Kuuloluiden kehitykseen liittyvät säätelygeenit tunnetaan jo melko hyvin, joten muutoksiin vaadittava geneettinen muutos ja yksilön kehityksen muokkaus ymmärretään. Mutaatiot ja kehityshäiriöt näissä geeneissä aiheuttavat ongelmia kuulossa ja kehityshäiriöitä korvan alueen luurakenteissa (Ankamreddy ym 2020).

Avainsopeumaa seuraa uusien lajien ja uudenlaisten muotojen synty, sopeutumislevittäytyminen eli adaptiivinen radiaatio. Uudenlaisen purukaluston sekä tarkemman kuulon ja suurempien aivojen ansiosta nisäkkäille avautui uusia mahdollisuuksia sopeutua erilaisiin ympäristöihin ja ekologisiin rooleihin.

Kallon rakenteiden muutosten lisäksi esinisäkkäille kehittyi muitakin sopeumia, jotka takasivat menestyksen. Esimerkiksi erityislaatuinen rasvakudos oli selkeä valintaetu, joka turvasi hengissä säilymistä ja lisääntymistä vaihtelevissa olosuhteissa. Rasvakudos mahdollisti myös maitorauhasen kehityksen ja imettämisen jälkeläisten ruokintakeinona.

Rasvakudos oli yksi avainsopeuma. Rasva on eläimille tärkeä keino varastoida energiaa. Monilla eläimille sitä on vain tietyissä elimissä, kuten maksassa tai hännässä. Nisäkkäiden lisäksi vain linnuilla rasvaa on jakautuneena ympäri kehon. Erityisesti nisäkkäiden ruskearasva auttaa lämmönsäätelyä kylmissä ja ankarissa olosuhteissa yhdessä karvapeitteen kanssa (Pond 1992).

Dinosaurusten kuoltua sukupuuttoon liitukauden lopulla nisäkkäistä tuli nopeasti sekä lajirunsas että monimuotoinen ryhmä (esimerkiksi Halliday ja Goswami 2016).

Suurikokoisuus oli yksi nisäkkäiden monimuotoisuutta lisännyt seikka. Ruumiinkooltaan suuret nisäkkäät rikastuivat nopeasti, koska kilpailua muiden selkärankaisryhmien edustajien kanssa ei ollut. Varsinkin isot kasvinsyöjät ovat olleet harvinaisia. Dinosaurukset hallitsivat tässä ryhmässä ennen nisäkkäitä (Sanisidro ym. 2023).

Suuria kasvinsyöjänisäkkäitä kehittyi erilaisten avainsopeumien avulla. Kasviravintoa on vaikeaa sulattaa, sillä kasvisolut koostuvat suurelta osin selluloosasta, jota eläinten omat ruuansulatuskanavan entsyymit eivät pysty hajottamaan. Kasvinsyöjät kohdistavatkin syömisensä yleensä kasvin proteiinirikkaisiin siemeniin ja niihin liittyviin sokeripitoisiin elimiin, kuten hedelmiin ja marjoihin (Duchesne ja Larson 1989).

Suurikokoiset eläimet tarvitsevat paljon ravintoa, ja niiden on siksi syötävä myös selluloosapitoisia kasvinosia. Se onnistuu suoliston selluloosaa pilkkovan mikrobifaunan avulla. Isojen nisäkäskasvinsyöjien myötä kehittyi myös isokokoisia nisäkäspetoja.

Märehtijöille kehittyi avainsopeumana mikrobirikas neljän mahan elin, jossa pilkkoutuu sekä selluloosa että typpiyhdisteet. Kavioeläimet ja norsueläimet sen sijaan hajottavat selluloosan paksusuolensa alkuosassa, umpisuolessa. Ratkaisut poikkeavat toisistaan: märehtijät pilkkovat ravinnon jo ennen sen joutumista ohutsuoleen, jossa tapahtuu jo paljon imeytymistä, kun taas kavioeläimillä ja norsuilla selluloosa kulkee läpi ohutsuolen sulamattomana (Janis 1976).

Lisäksi märehtijöiden selluloosan pilkkominen on tehokkaampaa kuin esimerkiksi hevoseläinten ruuansulatus. Toisaalta hevoseläin voi syödä suuremmat määrät karkeaa selluloosapitoista ravintoa, kuten ruohoa. Märehtijät tarvitsevat siis parempilaatuista ravintoa, kun umpisuolessa sulattavat voivat syödä enemmän ja huonompilaatuista ravintoa.

Geologisessa ajassa sekä kavioeläinten että sorkkaeläinten monimuotoisuus on vaihdellut, mutta erilainen ravinnonkäyttö mahdollistaa niiden yhteiselon. Nykyään märehtijät ovat selkeästi monimuotoisempi ja runsaslajisempi ryhmä kuin kavioeläimet (Janis 1993).

Merienkin suurten eläinten yhteisö koostuu nisäkkäistä. Siihen on tarvittu omat alkumuotonsa ja avainsopeumansa. Yksi niistä on kaikuluotaus, jonka avulla hammasvalaat (Odontoceti) suunnistavat ja etsivät ravintoa. Vaikka kaikuluotaus on käyttäytymispiirre, se näkyy fossiiliaineistossa.

Kaikuluotaukseen tuotettu ääni syntyy kallon sisällä, sillä valailta puuttuvat äänihuulet. Muille nisäkkäille tyypilliset äänijänteitä tukevat kurkunpään rustot ovat kaikuluotaavalla valaalla nenäontelossa, joka päättyy yhteen ilma-aukkoon, jota ympäröivät huulet tuottavat äänet. Nämä foneettiset huulet tuottavat kaikuluotauksen korkeataajuisia äänisignaaleja.

Valaiden erilainen äänen tuotto näkyy kallon epäsymmetriana, ja yläleuan rakenteissa. Varhaisin tyypillinen kaikuluotaavan valaan fossiilinen kallo tunnetaan Pohjois-Amerikasta noin 30 miljoonan vuoden takaa. Tämä Cotylocara-suku on lähellä nykyisten hammasvalaiden alkumuotoa. Näihin aikoihin alkoi nykyisin meriä hallitsevien hammasvalaiden sopeutumislevittäytyminen (Geisler ym 2014).

Ihminen ja sen lähisukulaiset, suuret ihmisapinat, ovat nykyään harvalajinen joukko. Silti ihminen on yksilömäärältään mitattuna maapallon menestyksekkäin nisäkäslaji.

Myös ihmisen alkumuotoa voidaan hakea avainsopeumien avulla. Avainsopeumia ihmisen menestykseen ovat ainakin kahdella jalalla liikkuminen neljän sijaan, aivojen koon kasvu ja näppärä käsi. Nämä ominaisuudet perustuvat osin luiden muotoihin ja ovat siis tulkittavissa fossiiliaineistosta.

Ihmisen avainsopeumina voidaan myös pitää sosiaalisuutta ja kommunikointikykyä oman lajin kesken. Lisäksi ihmisen menestykselle on ollut avainasemassa muiden lajien käyttäytymisen tulkinta ja niiden kanssa kommunikaatio. Tämä kyky on johtanut muun muassa kotieläinten pitämiseen.

Kaksijalkaisuus kehittyi 5–7 miljoonaa vuotta sitten. Etelänapinat (Australopithecinae) olivat ensimmäisiä kahdella jalalla matkaa taittavia apinaihmisiä, ja ne sopeutuivat moniin rooleihin.

Etelänapinat olivat sekä lajimäärältään että ekologisesti monimuotoisia. Jopa samoilla alueilla saattoi elää useita etelänapinalajeja, joka kertoo alkumuodon menestyksestä. Etelänapinoiden rinnalle syntyi kehityshaara, ihmisen Homo-suku, johon siihenkin syntyi useita lajeja.

Jääkauden loppupuolella nykyihmisen kannat vahvistuivat ja lajin leviämisalue kasvoi. Samaan aikaan kaikki muut kaksijalkaiset ihmisapinat hävisivät sukupuuttoon.

Ihmisen kehityshaarassa avainsopeumana ja alkumuotona voidaan pitää kättä. Käden anatomiasta on ollut eri muunnelmia ihmisen evoluution aikana. Fossiiliaineistosta löytyy erilaisia mittasuhteita ja anatomisia rakenteita. Pinsettiote on nykyiselle ihmiselle ainutlaatuinen sopeuma (esimerkiksi Marzke ja Marzke 2000).

Pinsettiotteen avulla saamme tarkan mutta vahvan otteen esimerkiksi kynästä tai tikusta. Tähän vaaditaan muihin sormiin nähden pitkä peukalo, jossa on liikkuva mutta vahvasti tuettu tyvinivel kämmenluiden ja sormiluun välissä (esimerkiksi Feix ym 2015).

Kokonaisuutena ihmisen yläraaja on melko tyypillinen kädellisen yläraaja. Siinä on liikettä salliva ja vahvojen lihaksien tukema olkanivel ja liikkuva ranne, joka mahdollistaa kyynärnivelestä lähtevät kiertoliikkeet.

Tänä päivänä nisäkkäiden monimuotoisuus on ainutlaatuinen ja erikoinen. Tämä kolmella kuuloluulla ja isoilla aivoilla varustettu ryhmä hallitsee sekä maa- että meriselkärankaisina.

Lajien ja sopeumien monimuotoisuus on kuitenkin uhattuna. Yksittäinen nisäkäslaji, ihminen, on yksilömäärältään hirvittävän runsas. Toisaalta ihmisen lähisukulaiset ovat joko kuolleet sukupuuttoon tai erittäin uhanalaisia. Tämä evolutiivinen haara ei siksi ole menestys lajirunsauden tai ekologisen monimuotoisuuden näkökulmasta.

Ihmisen lisäksi ihmisen seuralaislajit, lemmikit ja kotieläimet, ovat yksilömääriltään hyvin runsaita. Kesyeläimet vastaavat suurimmasta osasta koko maapallon nisäkäslajiston yhteispainosta eli biomassasta. Ihminen itsekin on niin yleinen, että suhteellisen pienestä ruumiinpainostaan huolimatta ihmiset vastaavat noin 40 prosenttia maapallon tämänhetkisestä nisäkäslajiston biomassasta. Villieläinten biomassan osuus jää noin yhteen prosenttiin. (Greenspoon ym. 2023.)

Monet kotieläinten sukulaislajit ovat vaarassa hävitä, joten niidenkin haarojen monimuotoisuus on uhattuna. Esimerkiksi aikoinaan menestyi monimuotoinen hevoseläinten ryhmä, jonka umpisuoli oli kehittynyt sulattamaan karkeaa selluloosapitoista ravintoa. Ryhmän villeistä edustajista vain aasialainen kiangi ja aroseepra ovat kannoiltaan elinvoimaisia, ja niidenkin esiintymisalueet ovat pienentyneet. Merien nisäkkäiden monimuotoisuus on sekin uhattuna, sillä suuri osa valaslajeista on uhanalaisia. (equids.org; iucn-csg.org.)

Evolutiivisessa ajassa kehityskulku on luonnollinen. Alkumuodosta kehittyy yhä erikoistuneempia lajeja, jotka ovat entistä alttiimpia sukupuutolle (Raia ym. 2016). Katastrofien jälkeen syntyy kuitenkin uusia alkumuotoja.

•

Artikkeli perustuu Tieteen päivien luentoon, jonka Suvi Viranta piti 13.1.2023 Helsingin yliopistolla.

•

Artikkelin pääkuva: Morgannucodon eli satoja miljoonia vuotta sitten dinosaurusten keskellä. Nykytiedon mukaan kaikki nisäkäslajit polveutuvat siitä. Kuvan lähde: Alamy.

•

Päivitetty 8.8.2023. Täsmennetty kohtaa, joka kertoo ihmisten yhteispainon osuudesta nisäkäslajiston biomassasta. Alun perin tekstissä luki, että ihmisten osuus on noin 40 prosenttia maapallon tämänhetkisestä biomassasta. Osuus ei ole koko biomassasta vaan nisäkäslajiston biomassasta.

•

Lue myös:

Kestävyysnarratiivi on opeteltava uudelleen

Opasretkellä luonnon monimuotoisuuden muutoksessa – "Kun viimeinenkin populaatio kuolee, niin sukupuutto on lopullinen"

Voiko luonto kadota?