Kollased ja punased saladused

See on lugu ühe teadusliku teooria arengust. Lugu vastustest, mis tekitavad uusi küsimusi, ja saladustest, mis ootavad lahendamist. Lugu lindude karotenoidsetel pigmentidel põhinevast sulestikuvärvusest.

Lindude värvikirevus on meelirõõmustav ja südantsoojendav. Kollase rinnaesisega tihased, küpsete õuntena punased leevikesed, samblarohelised kollase tiivatriibuga rohevindid ja sinise pealaega sinitihased toovad värvi ka meie mustvalgesse talvemaastikku.

Kuidas saavad lindude suled värviliseks? Sule struktuurseks põhivärvuseks on valge, ja värvuse andmiseks tuleb sulgedesse kasvamise ajal lisada pigmente. Kust lind pigmente saab? Osa pigmente (eelkõige pruunikad ja mustad toonid) suudab lind ise toota. Osa pigmente tuleb aga saada toidust. Viimasesse rühma kuuluvad karotenoidsed pigmendid, mis annavad linnule punakad ja kollakad värvitoonid.

Miks on linnul vaja suled värviliseks teha? Sellele küsimusele on mitmeid võimalikke vastuseid, kuid kõige olulisem neist on lihtne: selleks, et olla ilus. Ilus peab lind olema teistele lindudele mulje avaldamiseks. Kõige ilusamad linnud saavad parimad pesakohad ning sigimispartnerid.

Miks ei võiks kõik linnud ennast ilusaks teha? Ilul on hind. Ilu maksab valu, ütleb vanasõna. Seda hinda saavad endale lubada vaid need linnud, kes on piisavalt tugevad, terved ja osavad. Haige lind ei ole niisama värvikirev ja ilus kui tugev ja terve lind. Seda nimetatakse bioloogias signaali ausust tagavaks mehhanismiks.

Värvuse hind sõltub pigmendi tüübist. Kuna karotenoidseid pigmente saavad linnud toidust, on nendel pigmentidel põhineva värvuse hinnaks senini peetud peamiselt vaeva, mis kulub toidu otsingutele. Kes tahab ilus ja kollane/punane olla, peab olema valmis otsima välja kõige kvaliteetsemad ja pigmendirikkamad toiduobjektid.

Lisaks pakuti välja teooria, mille kohaselt karotenoide saab lisaks sulgede värvimiseks kehas kasutada ka muudel otstarvetel. Kes meist ei teaks, et porgand, klassikaline karotenoidne toiduobjekt, on tervisele kasulik! Karotenoide peetakse antioksüdantideks, ja lisaks on karotenoidid immuunsüsteemi töös olulise vitamiin A eellasmolekulideks.

Siit kasvas välja teooria: karotenoide saavad sulgedesse panna vaid need linnud, kellel ei ole neid vaja oksüdantide või haiguste vastu võitlemiseks! Nimetame seda jagatud ressursside hüpoteesiks – sama ressurssi tuleb jagada mitme füsioloogilise funktsiooni vahel. Lihtne ja loogiline teooria, mida peetakse kehtivaks tänapäevani. Järgnes rida uurimistöid, mis näitasid, et karotenoidsed ornamendid on tõepoolest seotud lindude tervise ja kvaliteediga. Saladus lahendatud? Või siiski mitte?

Karotenoidsete signaalide uurimise üks teerajajaid, Auburni ülikooli professor Geoff Hill hakkas aastate jooksul selles teoorias üha enam ja enam kahtlema. „Probleem on selles,“ seletas ta mulle 2012. aastal Lundis toimunud konverentsil, „et karotenoidid ei tundu organismis olema limiteeritud ressurss.“ Ehk kui lind tahaks, võiks ta vabalt neid korraga panna nii antioksüdantkaitsesse, immuunsüsteemi kui ka sulgedesse, ja jääks veel ülegi.

Kuidas siis ikkagi on tagatud signaali ausus? Kui karotenoide jagub küll ja veel, ei näita värvilised suled ju toiduotsimisosavust ega head tervist. Hill pakkus välja uue teooria: karotenoidsed ornamendid näitavad, kui hästi meie rakud töötavad.

Nimelt ei pane kõik linnud sulgedesse neid samu karotenoide, mis nad toidust saavad. Nad muundavad neid oma rakkudes, et saavutada õige molekuli „kuju“ või sobivaim värvus. Kui sisse süüakse peamiselt kollaseid karotenoide – luteiini ja zeaksantiini, siis sulgedesse pannakse lisaks neile molekulidele veel näiteks punast astaksantiini või ehhinenooni, või siis kollaseid kanaariksantofülle.

Karotenoidide muundamine on seotud rakkude „energiajaamade“ mitokondrite tööga. Hill pakkus välja, et mida tõhusamalt mitokondrid töötavad, seda paremini lind karotenoide ümber töödelda suudab. Samas, mida paremini mitokondrid töötavad, seda parema tervise juures on lind.

Selle teooria kehtimiseks ei ole sugugi vaja, et karotenoidid organismis limiteeritud oleksid. Piisab sellest, et linnu kvaliteet ja tervis oleksid vahendatud sama protsessi (rakuhingamise) tõhususe poolt kui värvuse tootmine. Hill nimetas selle hüpoteesi jagatud teeradade (shared pathways) hüpoteesiks – nii sulevärvi tootmine kui tervis sõltuvad samadest rakusisestest energiatootmisradadest.

Teooria oli välja pakutud, kas järgnes ka selle tõestamine? Siiani paraku mitte. Mitokondrite efektiivsuse uurimine nõuab mikrobioloogilisi ja geneetilisi uuringuid, mille disainimine võtab aega ja oskusi ning läbiviimine väga palju raha. Võimalik, et tänapäeval saadavalolevad meetodid ei võimaldagi seda hüpoteesi veel tõestada.

Hiljuti aga avaldas Geoff Hilli töörühm ajakirjas Nature Communications artikli, mis põnevale teooriale kaudse tõestuse pakub. Autorid uurisid läbi kõik avaldatud artiklid karotenoidse sulestikuvärvuse ja lindude tervise seostest (needsamad artiklid, mis varem tundusid tõestavat jagatud ressursside hüpoteesi) ning jagasid artiklites uuritud karotenoidse sulestikuvärviga linnud kahte rühma.

Esimeses rühmas olid linnud, kes sulgedesse panid otse toidust saadud karotenoidid. Teise rühma kuulusid aga linnud, kes karotenoide enne sulgedesse panemist mitokondrite abil muundasid.

Tulemused olid põnevad: tervemate lindude suled olid värvilisemad, aga ainult neil lindudel, kes kasutasid ümbertöödeldud karotenoide. Töötlemata karotenoide kasutavatel lindudel oli sulevärvi seos tervisega väga nõrk. Tulemus toetab selgelt Hilli teooriat, mille kohaselt karotenoidsete signaalide aususe tagavad „jagatud teerajad“ ehk rakusiseste protsesside efektiivsus.

Huvitaval kombel oli sulestikuvärvusel kõige tugevam seos lindude parasiidiresistentsuse ja vanemhoolde kvaliteediga. Seos oksüdatiivse stressi taseme ja immuunsüsteemiga oli nõrk. Säh sulle antioksüdante ja immuunmodulaatoreid!

Linnu-uurijatele tekitab see tulemus kahtlemata palju uusi küsimusi. Miks just need seosed? Ja kuidas on signaali ausus tagatud lindudel, kes kasutavad ümbertöötlemata pigmente? Kuidas need rakulised protsessid täpselt toimuvad ja mis geenid on nendega seotud? Kas samad seosed kehtivad ka siis, kui vaadata nokkade ja jalgade värvust? Kas see teooria kehtib ka putukatel ja kaladel? Võib arvata, et lugu karotenoidse värvuse bioloogiast pole veel sugugi lõpuni räägitud.

Kuna töötan praegu Geoff Hilli õpilase ja maailma hinnatuma karotenoidiuurija Kevin McGraw töörühmas, on mul põnev olnud lähedalt kõrvalt vaadata ühe teooria arenemist, vanade hüpoteeside ümberlükkamist ja uute esilekerkimist, ning jälgida arutelusid, mida see protsess tekitab. Ka Eesti teadlased (ja linnud) on selle teema arengusse panustanud, eesotsas Peeter Hõraku töörühma rohevintide uuringutega.

Loo lõppu seega moraal: oluline pole mitte niivõrd see, mida elu sulle annab, vaid mida sa antuga peale oskad hakata.