Sigimise ökoloogiline hinnapoliitika

Marek Strandberg

Elusloodus avab järjest uusi aspekte evolutsiooni ja ökoloogiliste koostoime mehhanismide kohta. Looduses olemine pole lust ja lillepidu, vaid kõige eest tuleb siiski lõivu maksta ja seda lõivu nõutakse igal võimalikul hetkel. Tihastel näiteks nõrgendab järglaste meisterdamine nende immuunsüsteemi ja teeb tublidest elulevitajatest ka haiguste ning muude ohtude nõrgendatud sihtmärgid. Indiviidide immuunsuse ja ökoloogiliste seoste uurimine on bioloogias uus valdkond ning Peeter Hõraku, 2013. aasta riikliku teaduspreemia saaja roll selle uue valdkonna avamisel on olnud tähelepanuväärne. Sirp päris Peeter Hõraku ja tema kolleegide tööde tähenduse ja tagamaade kohta. Immuunökoloogia … Mis valdkonnaga on tegemist, ehk avad veidi? Miks see sulle huvi pakub? Peeter Hõrak: Ökoloogia uurimisobjektiks on organismide suhted keskkonnaga, mille hulka kuuluvad ka parasiidid ja patogeenid. Evolutsioonilised ökoloogid otsivad muu hulgas vastuseid küsimustele, miks kõik olendid ei sigi maksimaalse kiirusega, kuidas makstakse sigimise hinda, miks toimub vananemine, miks jäädakse haigeks ning mis on ilu. Vastused neile küsimustele võivad paljuski peituda immuunsüsteemi toimemehhanismide tundmises. Immuunsüsteemid on tekkinud peremeeste ja parasiitide evolutsioonilise võidurelvastumise käigus. 1990ndate teisel poolel hakkas loomaökoloogide hulgas kinnistuma arusaamine, et kuna immuunsüsteem on niivõrd komplitseeritud ja muude organismi funktsioonidega ülitugevalt seotud, peab tema omamine ja kasutamine olema kulukas. Igasugune kulukas funktsioon, tunnus või omadus pakub evolutsioonilistele ökoloogidele huvi seepärast, et nad eeldavad, et selliste kulukate asjade omamine konkureerib ühise ressursi pärast muude organismi funktsioonidega. Teisisõnu, lähtuvalt optimaalsusparadigmast eeldavad evolutsioonilised ökoloogid, et nii isendi, populatsiooni kui ka kõrgemate taksonite tasandil eksisteerivad lõivsuhted (trade-off) immuunfunktsiooni ning sigimisse, enesesäilitamisse ja signaaltunnustesse tehtud investeeringute vahel. Selline lähenemisviis (millel on teatav sarnasus mikroökonoomikas kasutatavaga) eristab ökolooge immunoloogidest, immunogeneetikutest ja füsioloogidest, kelle huviorbiidis on reeglina konkreetsete immuunsüsteemi komponentide vahetute talitluse ja regulatsiooni mehhanismide väljaselgitamine.

Minu huvi immuunfunktsiooniga seonduva vastu tekkis konkreetse ökoloogilise probleemi lahendamise käigus. Koos tollase juhendatava ja hilisema kolleegi Indrek Otsaga püüdsime välja selgitada kas, kuidas ja mis asjaoludel maksavad meie toonased uurimisobjektid – rasvatihased – sigimise hinda. Sigimise hinnaga seonduv probleemistik on üks elukäikude evolutsiooni teooria peamisi uurimisvaldkondi. Küsimus on selles, kuidas jaotavad organismid oma investeeringuid sigimise ja enesesäilitamise vahel nii, et suurendada oma elu jooksul toodetud järglaste hulka. Neid investeeringuid oli vaja mõõta. Appi tuli meile Indreku ema, kes töötas TÜ kliinikumi hematoloogialaboratooriumis ning oli põhjalikult tuttav kliiniliste vereanalüüside metoodikaga. Edasi läks kõik libedalt. 1996. aastal (s.t ajal, mil immuunökoloogia oli just tekkimas) avaldasime Londoni Kuningliku Seltsi toimetistes esimese artikli, kus näitasime, et intensiivne sigimispingutus põhjustab rasvatihasel tõepoolest immuunsuppressiooni. Üle tosina aasta kestnud koostöö Indrekuga (kes osutus, erinevalt minust, ka äärmiselt võimekaks laboribioloogiks) võimaldas meil immuunökoloogia varasel arenguetapil suhteliselt edukalt kaasa rääkida.

Mis on oksüdatiivne stress ja kuidas on see seotud immuunsüsteemiga? Enamgi veel – evolutsiooniga?

Organismid genereerivad ainevahetuse käigus reaktiivseid hapniku ja lämmastiku osakesi. Vähestes, reguleeritavates ja kontrollitavates kogustes on need osakesed elutegevuseks hädavajalikud, kuid nende ülemäärane ja kontrollimatu moodustumine – oksüdatiivne stress – võib elutähtsaid biomolekule kahjustada. Kestev sügav oksüdatiivne stress võib põhjustada või süvendada mitmesuguseid haigusi. Organismid kaitsevad ennast oksüdatsioonireaktsioonide kahjulike tagajärgede vastu toidust saadavate ja enda poolt sünteesitavate antioksüdantide abil.

Arusaamine sellest, kuidas organismid antioksüdantkaitset oksüdatiivse stressi leevendamiseks rakendavad, on oluline mitme evolutsioonilise ökoloogia valdkonna jaoks. Kuna reaktiivsete osakeste produktsioon suureneb füüsilise koormuse kasvades, siis võiks sigimispingutusega kaasnev oksüdatiivne stress olla üheks sigimise hinna maksmise füsioloogiliseks mehhanismiks. Usutakse, et oksüdatiivsel stressil on suur osa vananemisega kaasnevates protsessides. Samuti võib antioksüdantkaitse varieeruvus eri organismirühmades seletada ainevahetuse kiiruse evolutsiooni mustreid. Paljud loomade pigmendid on antioksüdantsete omadustega ning seetõttu võiksid nad olla kasutusel oksüdatiivse stressi talumise indikaatorina.

Oksüdatiivse stressi kontseptsioon on oluline ka peremehe-parasiidi koevolutsiooni protsesside mõistmiseks, kuna immuunvastuse käigus vallanduvad reaktiivsed osakesed on ühest küljest vajalikud patogeenide hävitamiseks, kuid teisest küljest võivad need kahjustada ka peremehe enda kudesid. Seega võib arvata, et oksüdatiivne stress moodustab ühe komponendi immuunvastuse hinnast.

Organismid on siis ökosüsteemis nagu arvutimängu tegelased, kus iga komistus ja iga teise tegelase rünnak vähendab eluiga või vähemalt vanandab. Kas nii? Kas siis vähem sigivad organismid vananevad aeglasemalt?

Eks ta üldiselt kipu nii olema jah. Evolutsioonilise loomaökoloogia traditsioonilisteks uurimisobjektideks on enamasti lühiealised värvulised linnud, pisiimetajad, kalad ja putukad, kellest enamik ei elagi sigimiseani ja kellest väga vähestel õnnestub sigimisega tegeleda rohkem kui kord elus. Usutakse, et sellised organismid ongi evolutsioneerunud sigimise eest elu ja tervisega maksma. Kui selline loom saab väliskeskkonnast signaali, et tema tulevik on tumedapoolne, s.t et tõenäosus järgmise sigimiskorrani elada on väike (kas siis parasiitide, kiskjate, toidupuuduse või muude ebasoodsate keskkonnamõjutuste tõttu), siis ei ole tal mingit kasu ressursside kokkuhoidmisest ellujäämise nimel. Sellises situatsioonis saavad isendid kohasust maksimeerida, s.t suurendada oma geneetilist esindatust järgnevates põlvkondades vaid sigimisse investeerides. Sealjuures on otstarbekas sigimisse investeerida needki ressursid, mida saaks kasutada ka järgmise sigimisvõimaluseni elamiseks. Pikaealistel liikidel on otstarbekas olla oma sigimisotsustes valivam ja sigimiseks oodata kõige soodsamate asjaolude kokkulangemist. Eks sellega kaasne paratamatult suuremad investeeringud eluspüsimisse, s.t tervisesse, sealhulgas ka immuunsüsteemi ja antioksüdantkaitsesse ja erinevatesse parandusmehhanismidesse. Tulemuseks on ootuspäraselt aeglasem vananemine.

Missugune mõju on sel oksüdatiivsel stressil näiteks organismide pärilikkusainele? Otsene või kaudne? Kui muidugi üldse on. Pean silmas seda, et kas selline, kuidas nüüd öelda, tegutsemine kokkupuutes teiste elusorganismidega, on üheks selgeks geneetilise muutlikkuse põhjuseks.

Selles, et reaktiivsed osakesed pärilikkusainet otseselt kahjustada võivad, ei ole vähimatki kahtlust. Sellekohast informatsiooni võib muuhulgas lugeda sigaretipakkide pealt. Igaüks on ilmselt kuulnud sellestki, et radioaktiivset kiirgust kasutatakse mutatsioonide tekitamiseks, sh ka sordiaretuses. Küsimus, kas normaalse immuunvastuse käigus genereeritud reaktiivsed osakesed või ekstreemsest füüsilisest koormusest tingitud oksüdatiivne stress tavaolukorras mutageneesi suurendavad, ja seeläbi evolutsiooni mõjutavad, on palju keerukam. Nendele küsimustele vastamiseks ei ole aeg veel küps, kuid kindlasti on mõttekas selliseid küsimusi esitada.

Mis on sinu meelest hea teadus?

Üldaktsepteeritud seisukoha järgi peab hea teadus püstitama falsifitseeritavaid hüpoteese ning testima neid katsetes, mida on võimalik reprodutseerida. Tegelikult annab ökoloogiliste uurimisobjektide puhul katsete reprodutseerimine suhteliselt harva täpselt korratavaid tulemusi; neid kontrollimatuid parameetreid on ikka niipalju rohkem, kui lihtsasse plokkskeemi või mudelisse mahub. Bioloogias on seetõttu hädavajalik oma uurimisobjekti põhjalik tundmine. Muu hulgas on see vajalik selleks, et aru saada, missugustele küsimustele on käesolevas uurimismudelis üldse võimalik vastuseid saada ja millal on mõistlik mingi mudel üldse kõrvale heita. Usun, et mingil hetkel on suur osa biolooge taibanud, et nad püüavad oma uurimisprobleeme lahendada vale objekti abil. Eks juhtunud samasugune õnnetus kunagi ka Gregor Mendeliga. Pärast seda, kui Mendel oli avastanud pärilikkuse seadused selleks sobival liigil, mattis ta autoriteetse kolleegi soovitusel märkimisväärse hulga aega ja tervist tema probleemi seisukohast sobimatu liigiga töötamisse.

Oma erialal puutun ma kokku nii ökoloogide kui ka füsioloogidega, kes lähenevad sarnastele uurimisobjektidele üsnagi erinevalt. Ökoloogide ideed on sageli pööraselt huvitavad ja lennukad ning nende püstitatud hüpoteesid on mõeldud lahendama üldarusaadavaid ja igipõnevaid küsimusi. Paraku peavad nad kasutama oma hüpoteeside testimiseks füsioloogide, biokeemikute ja molekulaarbioloogide metoodikaid, kusjuures sageli puudub neil ettekujutus mehhanismide kohta, kuidas need meetodid toimivad. Füsioloogid seevastu teavad väga täpselt, mis mehhanisme nad uurivad ning mismoodi nende toimimist mõõta. Nende esitatud küsimused kõlavad paraku äärmiselt spetsiifiliselt ja tavakodanikule arusaamatult. Minu kitsamal erialal on hea teadus selline, mis püüab ökoloogide lennukat soovmõtlemist füsioloogide realistliku asjatundlikkusega ühendada. Tartus, kus loomaökoloog võib oma probleemidega pöörduda Biomeedikumi või tehnoloogiainstituudi tippteadlaste poole, on sellise teadusega tegelemiseks suurepärased võimalused. See on võib-olla väikeses kohas töötamise üks põhilisi eeliseid. Olen rääkinud neist asjadest kolleegidega lääne tippülikoolidest. Seal tegutsevad eri valdkondade teadlased palju isoleeritumalt ning neil on oluliselt raskem selliseid kontakte saavutada kui Eestis, kus kõik paratamatult üksteist kuigivõrd tunnevad.

Kas Eesti teaduskorralduse ja kõrgharidusega on kõik hästi või võiks korraldus teistsugune olla?

Võrdlus meie kahe lõunanaabriga näitab, et 1990ndate alguses korraldatud teadusstruktuuri reform osutus äärmiselt õigeks ja vajalikuks. Praeguse jätkureformi eesmärgid ja oodatav kasutegur jäävad mulle suurelt jaolt arusaamatuks. Teadlased ja taotluste hindajad olid just raha küsimise ja jaotamise reeglid kenasti selgeks saanud ja süsteem töötas sujuvalt. Tean isiklikest kontaktidest, et ETFi personaalsete uurimistoetuste kadumine on paljudele suureks probleemiks. Seda, mis hakkab ülikoolides toimuma, saame näha tuleval aastal. Nagu paljudele, on ka mulle arusaamatu, miks on vaja eraisikute raha ülikoolidest eemale tõrjuda. Minule on näiteks avatud ülikoolis psühholoogiat õppivad inimesed jätnud äärmiselt intelligentse mulje. Nüüd siis nimetatakse selliseid oma raha eest end ülikooli sisse ostnuteks. Kindlasti ei maksa eeltoodud arvamusi tõlgendada eksperdihinnanguna, kuna püsimatu iseloomu tõttu puudub mul igasugune soodumus teaduspoliitika arendamises osalemiseks.