15.9.2023 Luonnon salainen asevarustelu (Ottocento)

Ihmisinä havaitsemme ympäröivän maailman hyvin visuaalisesti. Suuri osa siitä, mikä meitä kiehtoo, perustuu näköaistiimme. Koska kykymme havaita ja kokea kemiallisia ärsykkeitä samalla tavalla kuin monet muut eliöt ovat rajalliset, kemiallisen viestinnän merkitystä on vaikea täysin ymmärtää. Kemialliset puolustusmekanismit ovat keskeinen osa saalistajien ja niiden saaliseläinten välistä viestintää, mutta niiden valtava lajin sisäinen ja lajien välinen vaihtelu on pitkään askarruttanut evoluutiobiologeja. Jos kemiallinen puolustus on tärkeä saaliin kelpoisuuden kannalta, valinnan pitäisi pienentää variaatiota ja suosia puolustusstrategioita, jotka ovat mahdollisimman tehokkaita. Vaihtelua kuitenkin esiintyy niin tuotettujen yhdisteiden määrissä kuin yhdisteiden koostumuksissa

Variaatiot kemiallisessa puolustuskyvyssä

Cristina Ottocento tutki väitöskirjassaan täpläsiilikkään, Arctia plantaginis, kemiallista puolustusta ja testasi, miten siinä esiintyvä muuntelu yksilöiden välillä vaikuttaa saalistajien käyttäytymiseen. Nämä perhoset tuottavat kahta voimakkaasti haisevaa yhdistettä, SBMP:tä (2-sek-butyyli-3-metoksityyratsiini) ja IBMP:tä (2-isobutyyli-3-metoksityyratsiini). Ne myös varoittavat petoja tästä ominaisuudestaan varoitusvärein .

- Linnut pitävät näitä yhdisteitä vastenmielisinä ja hylkäävät usein perhosen sen hajun vuoksi, Ottocento selittää.

Perhoset, jotka olivat peräisin korkean saalistuspaineen populaatioista, olivat vastenmielisempiä linnuille kuin perhosia, jotka olivat peräisin populaatioista, joissa lintujen saalistus on vähäistä. Nämä tulokset viittaavat saalistajien paineen ja saaliin puolustuskyvyn väliseen evolutiiviseen kilpavarusteluun. Yllättäen tässä tutkimuksessa havaittiin myös, että linnuille vastemielisimmät perhoset eivät olleet niitä, jotka tuottivat eniten pyratsiineja, vaan pyratsiiniyhdisteiden suhteellisilla määrillä oli enemmän merkitystä. Näin ollen kahden metoksipyratsiinin (SBMP ja IBMP) teho ei ole puhtaasti additiivinen eikä niiden osien summa. Tämä tulos korostaa, että on tärkeää käyttää luonnollisia saalistajia, kuten lintuja, saaliin puolustuksen tehokkuuden arvioinnissa sen sijaan, että tukeudutaan vain mittaamaan yhdisteiden määriä.

Puolustuksella on hinta

Puolustuksella on hintansa ja Ottocenton väitöskirjatyössä todettiin, että kasvuympäristön ravinteet ovat avainasemassa puolustuksen muotoutumisessa.

- Manipuloimalla proteiinien saatavuutta ravinnossa pystyin tutkimaan, miten resurssit allokoidaan kasvun, kemiallisen puolustuksen ja väripigmentoinnin välillä, ja joutuuko perhonen tekemään näiden ominaisuuksien välillä kompromisseja, jos ravinteista on pulaa, Ottocento kertoo.

Tutkimuksessa havaittiin, että runsaasti resursseja sisältävällä ruokavaliolla kasvatetuilla perhosilla oli tehokkaammat puolustusnesteet kuin vähäresurssisella ruokavaliolla kasvatetuilla perhosilla. Varoitussignaalien pigmenttikomponentteihin ravinteiden saatavuus vaikutti vain vähän, mutta tutkimuksessa havaittiin positiivinen korrelaatio visuaalisten varoitussignaalien voimakkuuden ja tehokkaan kemiallisen puolustuksen välillä. Tämä ilmiö, joka tunnetaan nimellä ”rehellinen signaali (honest signal)", viittaa strategiaan, jossa puolustuksen kustannukset takaavat signaalien rehellisyyden.

Uusi selitys vanhaan kysymykseen

Ottocenton tutkimukset osoittavat, että kemiallisen puolustuksen tutkimista voi vaikeuttaa puolustuksen kemiallisten komponenttien väliset ei-additiiviset vuorovaikutukset ja pedon kokemus saaliin puolustukemikaaleista, joka ei välttämättä vastaa yhdisteiden mitattuja määriä. Lisäksi tässä tutkimuksessa havaittiin, että kasvuympäristön käytettävissä olevilla resursseilla on tärkeä rooli kemiallisen puolustuksen tehokkuudelle , kun taas väreihin perustuvat varoitussignaalit eivät juuri muuntele ympäristön mukana. Molemmat havainnot tarjoavat uusia selityksiä vanhaan kysymykseen: “Miksi kemialliset puolustusmekanismit ovat niin vaihtelevia?”.

M.Sc. Cristina Ottocenton väitöskirjan "The evolution and ecological drivers of variation in chemical defences in the Wood Tiger Moth (Arctia plantaginis)” tarkastustilaisuus järjestetään 15.9. klo 12 Ylistönrinteellä salissa YAA303. Vastaväittäjänä toimii professori Mike Speed (University of Liverpool, Iso-Britannia) ja kustoksena dosentti Ossi Nokelainen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Julkaisutiedot

Väitöskirja "The evolution and ecological drivers of variation in chemical defences in the Wood Tiger Moth (Arctia plantaginis)” on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/88637