18.11. 2003 

 Akatemian kannustuspalkinto Johanna Mappesille

Uusi tutkimusmenetelmä toi uutta tietoa eliöiden varoitusväreistä

Suomen Akatemian kannustuspalkinnolla palkittu akatemiatutkija Johanna Mappes tutkii klassisia evoluutioekologian ilmiöitä: eliöiden varoitussignaaleja ja matkimista. Miksi saaliseläin tekee itsensä ehdoin tahdoin pedoille näkyväksi esimerkiksi varoitusvärein ja miten tämä ominaisuus on aikojen kuluessa kehittynyt? Samaa kysymystä pohti aikoinaan jo Charles Darwin.

Syötäväksi kelpaamattomat, myrkylliset hyönteiset ja eläimet ovat usein väriltään oranssi-, puna- tai keltamustia, mistä luonnossa on useita esimerkkejä tutuista ampiaisesta ja koloradonkuoriaisesta eksoottisiin korallikäärmeeseen ja myrkkynuolisammakkoon.

"
Varoitusvärit olivat tutkijoiden mielenkiinnon kohteena evoluutioteoriasta vielä kiisteltäessä yli sata vuotta sitten. Mimikryä eli matkimista, jossa syötäväksi kelpaamattomat eri lajit matkivat toistensa varoitusvärejä tai syötäväksi kelpaavat lajit huijaavat saalistajaa käyttämällä pedoille tutuiksi tulleita varoitusvärejä itse asiassa käytettiin tuolloin todisteena evoluutioteorian paikkansapitävyydestä", Johanna Mappes kuvailee.

 

Varoitussignaalillaan eliö varoittaa saalistajaa hyökkäämästä, sillä saaliin kirkas väritys merkitsee pahaa makua tai jopa myrkyllisyyttä. Kyse on myös saaliin ja saalistajan välisestä vuorovaikutuksesta, jossa saalistajien ominaisuudet, kuten värinäkö, ovat osaltaan vaikuttaneet varoitussignaalien kehitykseen. Tutkijan kannalta ongelma on se, että saalistajat oppivat varsin nopeasti välttämään pahanmakuisia ja myrkyllisiä eliölajeja ja pedoilla voi olla myös synnynnäisiä taipumuksia välttää tietynnäköisiä saaliseläimiä. Miten siis tutkia kokeellisesti alkuperäisiä valintapaineita ilman, että saalistajan ja saaliin keskinäinen sopeutuminen ja pedon oppiminen vaikuttaa tutkimustulokseen?

Tähän tutkimusongelmaan Johanna Mappes on tutkimusryhmineen onnistunut kehittämään ratkaisun. He ovat kehittäneet uuden lähestymistavan, keinomaailman, jossa saalistava koe-eläin joutuu kohtaamaan signaaleja ja saaliita, joita se ei ole aiemmin kohdannut. Näin voidaan poistaa saaliista tieto, jonka saalistaja olisi voinut saada joko oppimisen tai geneettisen perimän kautta. Tutkimusmenetelmä on saanut runsaasti kansainvälistäkin tunnustusta evoluutiotutkimuksessa.

"Meidän kiinnostuksen kohteenamme on ollut selvittää nimenomaan sitä, miten ensimmäiset varoitussignaalin omaavat yksilöt saattoivat säilyä populaatiossa, jossa valtaosa yksilöistä oli vielä kryptisiä eli taustaansa sulautuvia. Aluksihan huomiota herättävyyteen liittyy lisääntynyt havaittavuusriski, jolloin saalistajat tappavat tai vahingoittavat juuri näitä varoittavia yksilöitä enemmän kuin maastoonsa sulautuvia yksilöitä".

Keinomaailmassa (novel world) Mappes ryhmineen on pystynyt testaamaan hypoteeseja, joita tämän aiheen ympärillä on esitetty. Mappesin tutkimuksissa on mm. selvitetty klassista sukulaisvalintateoriaa, jonka mukaan alkuvaiheessa sukulaisvalinta olisi välttämätön varoittavan genotyypin yleistymiseksi. Siten esimerkiksi pahanmakuisen perhosen ryhmänä elävät jälkeläiset itse asiassa voisivatkin hyötyä signaalista: saalistaja söisi vain pienen osan pahanmakuisista toukista ja jättäisi loput rauhaan. Samalla se oppisi, että niitä ei jatkossa kannata syödä. Osa toukista ikään kuin siis uhrautuisi muun ryhmän eduksi.

"Menetelmä antaa mahdollisuuden testata valintapaineita, joita ensimmäiset varoitusväriset lajit ehkä kokivat. Tulostemme mukaan saaliiden ryhmittyminen olisi ollut oleellista, kun signaali oli vielä uusi. Se ei kuitenkaan edellytä varsinaista sukulaisvalintaa, koska oleellista on saaliiden ryhmittyminen", Johanna Mappes kertoo.

Mappesin mukaan näyttääkin siltä, että kun signaali on tuttu saalistajille, ryhmittymisestä ei enää ole vastaavaa hyötyä, vaan saaliit saattavat menestyä jopa paremmin itsekseen. Päinvastoin, ryhmittymisestä voi olla jopa haittaa, se voi mm. lisätä kilpailua ravinnosta tai houkutella loisia.

"Varoitussignaalien tehokkuus selviytymisstrategiana perustuu petojen perittyyn välttelytaipumukseen ja toisaalta oppimiseen ja yleistämiseen. Petojen saalistuspsykologisia taipumuksia käyttävät hyväkseen paitsi itse varoitusväriset eläimet myös niiden matkijat. Matkiminen ja sen evoluutiodynamiikka on tällä hetkellä suurimman mielenkiintoni kohteena."

 

Evoluutioekologin tutkimuksille käyttöä esimerkiksi maanviljelyssä

Mappes korostaa, että evoluutioteoria ei ole olemassa vain biologian oppikirjoissa. Se on teoria, johon perustuu nykyinen ymmärryksemme elävästä luonnosta. Evoluutio on prosessi, joka on meneillään koko ajan ympärillämme. Usein muutos on vain hidas, ettei tutkijan elinikä riitä sen havaitsemiseen. Ei ole sattumaa, että evoluutioekologi on kiinnostunut juuri väreistä: ne ovat ominaisuuksia, joilla on yksinkertainen geneettinen tausta ja valtava merkitys yksilön kelpoisuuteen. Muutokset eläin- tai kasvipopulaatiossa voivat olla hyvinkin nopeita.

Evoluutioekologien tutkimuksille voi olla käyttöä myös käytännön elämässä, esimerkiksi maanviljelyssä. Tutkimusta on tehty mm. kasvinsuojeluaineille vastustuskykyisistä tuhohyönteisistä. Johanna Mappes on tutkinut myös koloradonkuoriaista.

"Maailmanlaajuinen ongelma on kasvinsuojeluaineille vastustuskykyisten hyönteiskantojen yleistyminen. Kyse on siitä, että joissakin eliökannoissa on tietty määrä eliöitä, jotka ovat perinnöllisesti vastustuskykyisiä tietyille kasvinsuojeluaineille. Kun sitten viljelyssä käytetään näitä aineita, tuhotaan ne yksilöt, jotka eivät ole vastustuskykyisiä. Jäljelle jäävät yksilöt siirtävät vastustuskykynsä jälkeläisilleen ja tuloksena on yhä vastustuskykyisempi hyönteiskanta."

Koloradonkuoriaisen yleistymisen taustalla on se, että se on torjunta-aineille erittäin vastustuskykyinen ja lisäksi varoitusvärillinen ja myrkyllinen hyönteinen, jota pystyy syömään vain harva peto. Evoluutioekologien näkökulmasta kyse on nopeasta evoluutioprosessista, jonka pysäyttämiseen tarvitaan perusevoluutioekologian taitoja.

"Kun tiedämme hyönteispopulaation resistenttiysasteen, voimme auttaa viranomaisia päätöksenteossa hyvinkin konkreettisissa asioissa, kuten siinä, mitä torjunta-ainetta ei ehdottomasti kannata käyttää, jotta emme saisi riesaksemme entistä vastustuskykyisempää hyönteiskantaa."

Lisätietoja:
Akatemiatutkija, FT Johanna Mappes, Jyväskylän yliopisto, Bio- ja ympäristötieteiden laitos, p. (014) 260 2317, mappes@bytl.jyu.fi

Johanna Mappesin kuva saatavilla sähköisessä muodossa pyynnöstä Suomen Akatemia, Marjo Aaltomaa, p. (09) 774 88346 tai marjo.aaltomaa@aka.fi . 

Suomen Akatemian viestintä
Tiedottaja Riitta Tirronen
PL 77, 00501 Helsinki
p. (09) 774 88369
fax (09) 774 88372
riitta.tirronen@aka.fi

Viimeksi muokattu 20.9.2007