Loisia munissa ja soluissa

Elokuussa alkanut teoreettisempi työ alkaa pikkuhiljaa päästä vauhtiin. Uusia projekteja on noin kolmisen kappaletta, joista tosin vasta kahta olen alkanut toteuttaa. Aktiivisimmin työn alla on mallinnusprojekti, jossa selvitämme mahdollisia syitä Wolbachia-bakteerin vakaaseen esiintymiseen Ahvenanmaalla eräässä pistiäislajissa. Tässä projektissa minun roolini on pyöritellä koodia, mutta taustalla on biologisia kysymyksiä kuten aina, ja tällä kertaa myös poikkeuksellisen kiinnostavaa biologiaa!

Tutkimuksemme keskiössä oleva laji on loispistiäinen, Hyposoter horticola, joka loisii kuuluisan täpläverkkoperhosen munissa. Täpläverkkoperhoset ovat kuuluisia, koska merkittävä suomalainen ekologi Ilkka Hanski tutki ja kehitti metapopulaatioteoriaa paljolti Ahvenanmaan täpläverkkoperhosiin perustuen. Metapopulaatiossa pienten elinympäristöjen muodostama verkosto tulkitaan yhdeksi suureksi populaatioksi. Pienet elinympäristöt ja niillä elävät pienet populaatiot ovat itsessään todella herkkiä sukupuutoille, mutta verkostossa, metapopulaatiossa, aina jotkin osapopulaatiot pysyvät hengissä ja voivat jälleen levitä tyhjentyneille alueille. Näin sukupuuttojen ja kolonisaatioden ketjusta muodostuu dynamiikka, jossa mikään elinympäristö ei ole välttämättä aina asutettu, mutta laji säilyy silti elinympäristöjen verkostossa.

Täpläverkkoperhosten tutkimuksen yhteydessä noita elinympäristöjä, pieniä niittyjä Ahvenanmaalla ja lähisaarilla, sekä niillä eläviä lajeja on kartoitettu pitkään ja perusteellisti. Tällainen pitkäaikaistutkimus mahdollistaa valtavan määrän jatkotutkimusta ja teorioiden luotettavaa vahvistamista datan avulla. Esimerkiksi Anna-Liisa Laineen tutkimusryhmä tekee kansainvälisesti erittäin arvostettua työtä villien kasvitautien tutkimisessa, keskeisenä lajina täpläverkkoperhosen ravintokasvi heinäratamo, sekä sillä esiintyvät taudit. Näin täpläverkkoperhoskartoitukset ovat laajentuneet myös heinäratamokartoituksiksi ja tuota dataa hyödynnetään täysimääräisesti.

Laajentumista tapahtuu toiseenkin suuntaan, ei vain täpläverkkoperhosen hyödyntämiin lajeihin vaan myös täpläverkkoperhosesta hyötyviin lajeihin. Suurella osalla hyönteisiä on nimittäin oma loispistiäinen (KATSO KUVAT & VIDEO), tai useampia, joiden elinkierto riippuu isäntälajista. Loispistiäinen, parasitoidi, pistää munansa isännän munan, toukan tai aikuisen sisään, missä pistiäistoukka sitten kasvaa ja syö lopulta isännän ravinnokseen. Loispistiäisillä on uskomattoman hienoja taitoja, esimerkiksi kyky pistää munanasettimensa puun kuoren läpi kuoren alla olevaan isäntätoukkaan. Näiden parasitoidien yleisyydestä johtuen suuri osa hyönteisistä onkin parasitoideja. Mutta kuten sanottu, suurella osalla hyönteisistä on oma loispistiäinen, ja tämä on totta jopa joidenkin loispistiäisten kohdalla! Hyperparasitoidit ovat parasitoidien parasitoideja. Kun H. horticola työntää munansa täpläverkkoperhosen munaan, loisen munasta kehittyy toukka, joka elää ja kasvaa hiljalleen perhosen toukasta kuoriutuneen toukan sisällä ja valtaa toukan vasta sen elämän loppupuolella ennen oletettua koteloitumista. Hyperparasitoidi Mesochorus stigmaticus kykenee kuitenkin tunnistamaan loisitun perhostoukan ja työntämään munansa perhostoukan sisällä elävään loistoukkaan. Hyperloistoukka sitten jälleen elelee hiljalleen loistoukan sisällä ja syö sen lopulta hengiltä kun loinen alkaa muodostaa koteloaan perhostoukan sisällä. Upea kerrokakku!

Tähän sopaan iskee sitten mausteensa Wolbachia-bakteeri, joka elää hyönteisten solujen sisällä! Wolbachia on upea eliö, jonka eri kehityslinjat elävät monien hyönteisten soluissa ja aiheuttavat mitä ihmeellisimpiä ilmiöitä. Soluelimen kaltaisena oliona Wolbachia leviää vain äidiltä jälkeläisille. Niinpä ne joissain tapauksissa aiheuttavat isäntälajin koiraiden kuolemiseen, mikä voi hyödyttää saman sisarussarjan naaraita, mikäli sisarukset kilpailevat esimerkiksi samasta ravinnosta. Näin Wolbachiaa kantavat naaraat hyötyvät ja bakteerin leviäminen tehostuu (kun muistetaan että koiraat eivät voi levittää bakteeria ja siten olla hyödyksi). Toinen vaihtoehto, joka esiintyy Ahvenanmaan loispistiäisissä, on että Wolbachia aiheuttaa sukusolujen epäyhteensopivuuden (cytoplasmic incompatibility), jonka seurauksena Wolbachia infektoimat koiraat eivät kuole, mutta voivat lisääntyä vain samaa Wolbachia-linjaa kantavien naaraiden kanssa. Tämä kuulostaa äkkiseltään haitalliselta bakteerille itsellee, mutta muistetaan jälleen että koiraat eivät muutenkaan voi levittää tuota bakteeria. Sen sijaan koiraiden rajoitettu lisääntymiskyky johtaa kierolla tavalla bakteeria kantavien naaraiden lisääntymismenestyksen nousuun. Nimittäin Wolbachiattomat naaraat saattavat hyväuskoisesti harrastaa seksiä infektoitujen koiraiden kanssa, ja sitten tuottaa näennäisen päteviä munia, jotka eivät bakteerin ansiosta kuitenkaan hedelmöity ja kehity kunnolla. Niinpä bakteerin kantaminen hyödyttää naaraita, jos populaatiossa on infektoituja koiraita, koska tällöin potentiaalisten lisääntymiskumppaneiden määrä on suurempi ja vaara epäonnistuneesta lisääntymisestä pienempi – lopputuloksena bakteeri leviää koko populaatioon. Aika upea tekniikka minun mielestäni!

Tätä hienoa hässäkkää nyt yritämme mallintaa aloittaen yksinkertaisesta ja lisäten mallin monimutkaisuutta vähitellen, jotta näemme mikä monimutkaisuustaso riittää selittämään minkäkinlaisia tuloksia. Mallinnusta parhaimmillaan!

2 Replies to “Loisia munissa ja soluissa”

  1. Erittäin mielenkiintoinen maailma! Ja mikä loisten ja bakteerien kombo saattaakaan liittyä ihmiseen, saati monien ihmisten sairauksien taustalle🤔? Toisinaan törmää ajatukseen, että ihmisissä ei ole nykyään loisia – ainakaan Suomessa😁. Epäilen, onko ne kuitenkaan niin kranttuja…

    1. Joo, loiset on kyllä upeita eliöitä 😀 Ja onhan noita loisia ihan tavallisiakin, esimerkiksi päätäit ja kihomadot on varmaan tuttuja lähes kaikissa lapsiperheissä… 😉

Vastaa