Mäntypistiäiset tunnetaan parhaiten metsänomistajille aiheuttamistaan taloudellisista vahingoista. Samalla ne ovat kuitenkin myös erinomainen tutkimuslaji, jonka avulla voidaan tutkia, miten yhteistyö on kehittynyt ja miksi se auttaa eliöitä sopeutumaan muuttuvaan ympäristöön.
Mäntypistiäisten toukat elävät ryhmissä ja puolustautuvat yhteistuumin kohtaamiaan petoja vastaan. Uhattuna toukat taivuttavat itsensä U-kirjaimen muotoiselle kaarelle ja pusertavat suustaan petoja karkottavaa pihkaista ja pahanmakuista puolustusnestettä, joka näyttää isolta purkkapallolta.
Kaikki toukat eivät kuitenkaan panosta yhteiseen puolustukseen. Osa yksilöistä jättää työn muiden harteille ja hyötyy silti ryhmän suojasta.
– Ilmiö muistuttaa ihmisten yhteisöjen vapaamatkustajuutta, kuten vaikka pihatalkoista pois jättäytymistä. Isommassa mittakaavassa ilmaston muutoksen hidastaminen kärjistyy vapaamatkustajuuden ongelmaan – kaikki hyötyvät, jos maapallon lämpeneminen saadaan hidastumaan, mutta yksilöiden ja valtioiden tasolla ei kuitenkaan olla valmiita maksamaan siitä aiheutuvia kustannuksia. Samalla tavalla mäntypistiäisten toukat tekevät jatkuvaa kustannushyöty-analyysiä siitä, kuinka paljon yhteisen petopuolustuksen eteen huhkivat, sanoo hyönteisten käyttäytymistä ja sopeutumista tutkivan tutkimusryhmän johtaja, apulaisprofessori Carita Lindstedt-Kareksela Helsingin yliopistosta Metsätieteiden osastolta.
Helsingin yliopistossa tehdyt tutkimukset ruskomäntypistiäisellä (Neodiprion sertifer) osoittavat, että yhteistyöhön panostaminen kannattaisi, koska silloin yksilöt ja niiden samassa ryhmässä elävät sukulaiset selviävät paremmin saalistajia vastaan. Yhteistyöhön panostamisesta on myös enemmän hyötyä pienemmissä ryhmissä, kun taas isommissa ryhmissä vapaamatkustajuudesta seuraa vähemmän ongelmia ryhmän muille jäsenille.
Sisarukset saavat enemmän apua ja naaraat panostavat yhteistyöhön koiraita enemmän
Toukat tekevät enemmän yhteistyötä silloin, kun ryhmässä on paljon sukulaisia, koska silloin myös sukulaiset hyötyvät yhteistyön eduista. Yhteistyöhalukkuudessa on eroja myös naaraiden ja koiraiden välillä: naarastoukat panostavat puolustukseen huomattavasti enemmän kuin koirastoukat, joista suurempi osa jättäytyy vapaamatkustajaksi. Tämän vuoksi naaraspainotteinen ryhmä puolustautuu tehokkaammin.
Yhteistyökäyttäytymisen tutkimuksen haasteena on ollut tutkimussysteemien puute, joissa huijareiden ja yhteistyötä tekevien osuuksia pystytään manipuloimaan ja tutkimaan kokeellisesti.
Yhteistyön etujen tutkiminen kokeellisesti onnistuu kuitenkin mäntypistiäisten toukilla: tutkijat lypsivät osan toukista tyhjäksi puolustusnesteestä, jolloin nämä muuttuivat keinotekoisiksi "huijareiksi".
– Tämä avasi uusia mahdollisuuksia tutkia yhteistyöstä saatuja etuja erilaisissa ympäristöolosuhteissa ja sitä kautta tuottamaan kokeellisesti todistettua tietoa evoluutiobiologian keskeiseen kysymykseen siitä, miksi ja milloin yksilöt tekevät yhteistyötä lajitoveriensa kanssa, ja milloin ne ryhtyvät vapaamatkustajiksi, Lindstedt-Kareksela kuvailee.
Tutkimus lisää tietoa myös kollektiivisen käyttäytymisen merkityksestä taloudellista tuhoa aiheuttavilla hyönteisillä
Perustutkimuksella on sovelluksia myös käytännössä.
Monilla bakteereilla yhteistyö on keskeisessä roolissa niiden infektioiden ärhäkkyydessä tai vastustuskyvyssä antibiooteille. Tämän vuoksi ymmärryksestä yhteistyötä ylläpitävistä mekanismeista on seurannut monia sovelluksia bioteknologiassa ja lääketieteessä. Samoin monien taloudellista vahinkoa aiheuttavien hyönteisten menestys perustuu yhteistyöhön.
– Olen ollut aidosti yllättynyt siitä, miten suuri merkitys sosiaalisella ympäristöllä ja sen vaihtelulla eri joukkoesiintymäalueiden välillä on mäntypistiäistoukkien käyttäytymiseen. Kun ymmärrämme näiden lajien ekologiaa ja sosiaalista elämää, voimme ennustaa paremmin olosuhteita, joissa tuhoja aiheuttavilla hyönteisillä menee hyvin tai huonosti, ja mitkä olosuhteet voivat johtaa tuholaispopulaation nopeaan kasvuun, Lindstedt-Kareksela, kuvailee.
Tutkimukset on julkaistu arvostetuissa The Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) ja Ecology Letters julkaisusarjoissa.
Tutkimukset rahoitti Suomen Akatemia.
Lisätietoja mäntypistiäistutkimuksesta
(kuvat: Raphael Ritter ja Carita Lindstedt-Kareksela)
Alkuperäiset julkaisut
- PNAS:
- Ecology Letters:
Yhteistyö ja siinä tapahtuvat konfliktit ovat yksi tärkeimmistä eliöiden evoluutiota ja menestystä muovaavista tekijöistä. Esimerkiksi monisoluiset eliöt kuten kasvit, linnut tai ihmiset ovat esimerkkejä solujen välisen yhteistyön tuloksista. Monien eliöiden kohdalla yhteistyö perustuu ns. julkishyödykkeisiin (engl. public goods). Nämä ovat yksilölle kalliita tuottaa, mutta hyödyttävät kaikkia ryhmän jäseniä riippumatta kunkin yksilön panostuksesta. Tämä johtaa usein vapaamatkustajuuteen, joka voi pahimmillaan romuttaa yhteistyön kannattavuuden tai siitä saatavat edut.
Näin on myös mäntypistiäisten toukkien kohdalla. Mäntypistiäisten toukkien puolustautuminen petoja vastaan perustuu niiden yhteistyöhön petoja vastaan ja niiden tuottama kemiallisena puolustusmekanismina toimiva puolustusneste on ns. julkishyödyke. Mitä useampi yksilö ryhmässä osallistuu sen tuottamiseen, sen todennäköisemmin jokainen ryhmässä oleva yksilö selviää saalistajilta. Nämä edut voivat olla nopeita, jolloin saalistajan kuten kekomuurahaisen on vaikea napata pihkanestemuurin takana oleva yksittäinen toukka, tai hitaammin toteutuvia, kun pedot, kuten vaikkapa hyönteissyöjä linnut, oppivat välttämään pahalta maistuvia tahmeaa nestettä tuottavia toukkia ja välttävät niihin hyökkäämistä tulevaisuudessa.
Petopuolustusnesteen tuottaminen on kuitenkin mäntypistiäisyksilölle kallista hidastaen esimerkiksi paljon yhteistyötä tekevien kasvua. Tämän vuoksi myös mäntypistiäisillä ongelmana on vapaamatkustajuus eli yksilöt, jotka hyötyvät yhteisestä hyvästä panostamatta siihen kuitenkaan itse. Mäntypistiäisten kohdalla tämä tarkoittaa sitä, että ryhmän puolustamisen sijasta yksilöt jättävät puolustuksen toisten harteille ja panostavat rajalliset resurssinsa omaan kasvuun ja hyvinvointiin.
Millä menetelmillä yhteistyökäyttäytymistä voidaan tutkia?
Yhteistyön ja huijaamisen evoluutiota ja ekologiaa tutkivissa tutkimuksissa käytettiin ruskomäntypistiäistä (Neodiprion sertifer) tutkimuslajina. Tutkijat tekivät käyttäytymisekologisia kokeita ja analysoivat joukkoesiintymäalueilta kerättyjen ruskomäntypistiäistoukkien ominaisuuksia erilaisilla geneettisillä ja fenotyyppisillä mittausmenetelmillä. Tämän tutkimuslajin erityisenä etuna on, että yhteistyöstä ja huijaamisesta saatavia etuja voidaan tutkia kokeellisesti luontaisessa elinympäristössä, mikä on etuna esimerkiksi vastaaviin tutkimuksiin mikrobeilla.