Kahden eri lajin risteytyminen on luultua yleisempää ja laajalle levinnyt ilmiö luonnossa. Risteytyminen siirtää geneettistä materiaalia lajien välillä ja voi sillä tavoin auttaa luonnonpopulaatioita sopeutumaan ilmaston lämpenemiseen ja muihin ympäristönmuutoksiin. Yksi risteytymisen avaintekijöistä on ennustettavuus: jos sama risteytymistapahtuma voidaan toistaa monta kertaa, kuinka monesti tulokset ovat samanlaisia?
Luonnonvalinnan takia populaatiot kehittyvät sekä nopeasti että ennustettavasti
Helsingin yliopiston tutkijat selvittivät risteytymisen seurauksia ja niiden ennustettavuutta Etelä-Suomessa tavattujen erillisten kekomuurahaispopulaatioiden avulla. Tutkijat havaitsivat, että kahden kekomuurahaislajin välisten risteytymistapahtumien jälkeen erilliset hybridipopulaatiot kehittyivät itsenäisesti samaan suuntaan. Nykyään ne ovat perimänsä koostumukselta hyvin samankaltaisia, mikä viittaa siihen, että risteytymisen tulokset ovat ennustettavissa. Tutkijat totesivat myös, että risteytyminen on tapahtunut alle 50 muurahaissukupolvea eli noin 125 vuotta sitten, mikä on suhteellisen nopeaa luonnossa tapahtuvan evoluution mittakaavassa.
– Risteytyminen on yleistä myös monilla muilla lajeilla kuin muurahaisilla, joten tulokset auttavat ymmärtämään risteytymisen seurauksia yleisemmin. Pitemmän päälle löydöksemme auttavat arvioimaan risteytymisen vaikutuksia luonnossa, ja sitä voiko geenivirta lajien välillä auttaa lajeja selviytymään muuttuvissa ympäristöissä, kertoo dosentti Jonna Kulmuni Helsingin yliopiston bio- ja ympäristötieteellisestä tiedekunnasta. Kulmuni on johtanut muurahaistutkimusta yliopistolla jo 15 vuoden ajan.
Pieni askel vai jättiloikka tietämyksessä?
– Vähän kumpaakin! Suomalaisten kekomuurahaisten avulla voidaan tarkastella useita hyvin viimeaikaisia risteytymistapahtumia. Populaatioiden nuoresta iästä huolimatta havaitsemamme ennustettavuus oli huomattavan suurta, mikä on aivan uutta. Samalla tutkimuksemme vahvistaa ihmisestä ja muutamasta muusta lajista aiemmin tehdyt havainnot, joiden perusteella risteytyminen auttaa pääsemään eroon lajeissa kertyneistä haitallisista mutaatioista, sanoo tutkija Pierre Nouhaud Helsingin yliopiston bio- ja ympäristötieteellisestä tiedekunnasta.
DNA sisältää tietoa populaatioiden kehityshistoriasta
Tutkimusta varten ryhmä keräsi risteymäyksilöitä kolmesta erillisestä risteymäpopulaatiosta läheltä Tvärminnen eläintieteellistä asemaa. Koska vanhempien jälkeläisilleen välittämään perimään kertyy mutaatioita, se sisältää tietoa populaatioiden evoluutiohistoriasta. Tämän historian selvittämiseksi tutkijoiden oli ensin kasattava ensimmäinen kekomuurahaisten referenssigenomi. Sen jälkeen tutkijat sekvensoivat ja analysoivat risteymägenomeja Tieteen tietotekniikan keskuksen (CSC) supertietokoneilla. Osa analyyseista tehtiin Edinburghin ja Lissabonin yliopiston tutkijoiden kanssa.
Evoluutiohistorian rekonstruointia tietokonesimulaatioilla
– Evoluution aikajänteellä puhutaan äskettäin, alle 50 muurahaissukupolvea sitten tapahtuneesta risteytymisestä, joten evoluutiolla on ollut hyvin vähän aikaa jättää jälkiä DNA-sekvensseihin. Siksi kilpailevien hypoteesien erottaminen toisistaan voi olla vaikeaa. Tämä epävarmuus huomioitiin ja tulosten paikkansapitävyys taattiin tekemällä tietokonesimulaatioita, joissa tarkasteltiin erilaisia evoluutioskenaarioita, Nouhaud toteaa.
Seuraavaksi muurahaistutkimusryhmä seuraa risteymäpopulaatioiden perimän koostumusta usean vuoden ajan tavoitteenaan löytää näyttöä sopeutumisesta ja selvittää, pystyvätkö risteymät elämään kummankin yksittäisen lajin lämpötila-alueilla, mikä saattaa auttaa kekomuurahaisia selviytymään ilmaston lämpenemisestä. Nouhaudin mukaan tämä voi olla varsin merkittävää, sillä kekomuurahaiset ovat keskeisiä boreaalisten metsien lajeja: ne muun muassa tarjoavat ravintoa monille lajeille, osallistuvat ravinnekiertoon ja pyydystävät monia muita hyönteisiä. Ilman niitä Suomen metsät näyttäisivät aivan toisenlaisilta.
Alkuperäinen artikkeli
Rapid and predictable genome evolution across three hybrid ant populations
Pierre Nouhaud ,Simon H. Martin,Beatriz Portinha,Vitor C. Sousa,Jonna Kulmuni
Published: December 20, 2022, https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001914
Yhteistyö ja rahoitus
Tutkimus tehtiin pääasiassa Helsingin yliopistossa ja Tvärminnen eläintieteellisellä asemalla yliopiston Helsinki Institute of Life Science (HiLIFE) -instituutin ja Suomen Akatemian rahoituksen turvin. Muurahaistutkimusryhmä teki yhteistyötä Lissabonin ja Edinburghin yliopiston tutkijoiden kanssa.
Perustutkimus
Tämä tutkimus on perustutkimusta, joka on kaiken yliopistossa tehtävän tieteellisen tutkimuksen perusta. Perustutkimus on ilmiöiden ja toiminnan tutkimusta, joka lisää aiheeseen liittyvää tieteellistä ymmärrystä. Perustutkimus ei tuota suoraan arkipäivän sovelluksia, mutta voi johtaa tieteellisiin läpimurtoihin.