Vuoden 2023 aikana julkaistussa julkaisussaan Helsingin yliopiston tutkijat ovat osoittaneet, että Suomessa järvissä ja lähteissä elävällä äyriäisiin kuuluvaa katkalajilla on ainutlaatuinen evolutiivinen historia, joka auttaa selvittämään arvoituksia niiden morfologiasta.
Tämän kahden senttimetrin pituisen katkarapumaisen äyriäisen nimi okakatka (Pallaseopsis quadrispinosa) tulee sen selässä olevasta neljästä terävästä piikistä. Tutkijat havaitsivat, että lähteissä elävien populaatioiden piikit ovat pienentyneet tai jopa kokonaan hävinneet, kun taas järvipopulaatioiden piikit ovat kehittyneet suurikokoisiksi.
– Jo 1950-luvulla löydettiin lähteessä elävä populaatio, jolta piikit puuttuivat tyystin. Sen jälkeen on löydetty kolme muuta lähdettä, joissa elävillä katkoilla ei ole lainkaan piikkejä tai vain pienet piikit. Tämä oli jo sinällään todella jännittävä havainto, sillä kyse on käytännössä luonnollisessa ympäristössä tapahtuvasta kokeilusta, jossa luonto tarjoaa olosuhteet piikkien evoluution tutkimiseen. Halusimme kuitenkin varmistaa, että kyse todella on evoluutiosta, eikä vain jostakin perinnöllisyyteen liittymättömästä tekijästä, jonka taustalla on katkojen elinpiiri lähteessä, sanoo John Loehr Helsingin yliopiston Lammin biologiselta asemalta.
Tutkijat toteuttivat biologisella asemalla kokeen, jossa selvitettiin, periytyvätkö selkäpiikit tai niiden puuttuminen vanhemmilta jälkeläisille. Kun jälkeläisten oli annettu kasvaa laboratoriossa vuoden, lopputulos oli selvä: piikit periytyvät vanhemmilta. Luonnontieteellisen keskusmuseon tutkija Risto Väinölä selvitti DNA-analyysien avulla järvi- ja lähdepopulaatioiden syvällisempiä yhteyksiä varmistuakseen siitä, että kukin lähdepopulaatio oli menettänyt piikkinsä toisistaan riippumatta, sillä äyriäislaji saapui Suomeen viime jääkauden jälkeen, noin 12 000 vuotta sitten.
– Piikkien toistuva pieneneminen lähdepopulaatioissa viittaa siihen, että muutoksen taustalla on yhteinen evoluutiotekijä. Luonnonvalinta saattaa suosia piikittömiä katkoja, mutta vaikutus voi olla epäsuora. Piikit saattavat tarjota etulyöntiaseman tavallisissa järvipopulaatioissa, mutta eivät pienissä lähteissä. Sellaisessa ympäristössä, jossa piikkien kasvattaminen vaatii katkoilta paljon, muttei tarjoa mitään lisäetua, luonnonvalinta suosii piikkien katoamista, Väinölä toteaa.
Piikkien säilymisen ja katoamisen taustalla olevaa tarkkaa mekanismia ei vielä tunneta, mutta kenttätutkimuksessa arvoitukseen löydetty osaratkaisu auttoi ymmärtämään, miksi joissakin lähteissä elävillä yksilöillä on kehittyneemmät piikit.
– Havaitsimme, että kahdessa lähteistä on kaloja, ja näissä samoissa lähteissä katkojen piikit olivat pienentyneet, mutta eivät kokonaan hävinneet. Havainto oli erittäin onnekas, sillä se auttaa erottamaan kalojen saalistuksen vaikutuksen järvi- ja lähdeympäristöjen muista mahdollisista vaikutuksista. Piikit näyttävät todella olevan katkoille tärkeä puolustuskeino, jolla ne välttävät joutumasta kalojen suihin. Vastaavanlaisia luonnossa olevia koeasetelmia on havaittu muidenkin eliöiden kohdalla, kun jokin laji on asuttanut erilaisia elinympäristöjä, mutta en tiedä yhtään sellaista, joissa on jokin kalojen saalistustoiminnan kaltainen toinenkin merkittävä muuttuja. Se todella auttaa hahmottamaan kehitysopillista kokonaiskuvaa. Katkoista on vielä paljon opittavaa, mutta tämä tutkimus tarjoaa hyvän pohjan mielenkiintoisille jatkotutkimuksille, Loehr lisää.
Loehr, J., Sundell, J., Immonen, M., & Väinölä, R. (2023). Patterns in antipredator armature reduction and maintenance in isolated spring populations of an amphipod crustacean. Ecology and Evolution, 13(8), e10423.