Yhteiselämän mestareiksi kiitetyillä muurahaisilla on myös toinen luonto, tietävät pesiä penkovat myrmekologit. Ne taistelevat vallasta, kapinoivat ja turvautuvat jopa murhiin, kun pitää turvata omien geenien tehokas levitys.



Sisältö jatkuu mainoksen alla

TEKSTI:Jani Kaaro

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Yhteiselämän mestareiksi kiitetyillä muurahaisilla on myös toinen luonto,
tietävät pesiä penkovat myrmekologit. Ne taistelevat vallasta, kapinoivat ja
turvautuvat jopa murhiin, kun pitää turvata omien geenien tehokas levitys.

Julkaistu Tiede-lehdessä

6/2000

Lappohjalaisen hakkuuaukean laidalla palokärki kuikuttaa ja aavistelee pahinta, kun dosentti Lotta Sundströmin tutkimusryhmä kävelee kantojen välissä ämpäreiden ja puutarhalapioiden kanssa. Ihmiset ovat tulleet palokärjen apajille.

- Hei, täällä on! huudahtaa Minttu Hannonen. - Täällä on duunareita!

Hannonen ja Sundström käyvät kontalleen ja ihastelevat säpisevää mustamuurahaisten pesää. He kahmaloivat muurahaisia ja pesän kariketta vateihinsa. Mustamuurahaiset eivät rakenna kekoja vaan pesivät kivien ja kantojen alla. Pesä on myllättävä perusteellisesti auki, ennen kuin kuningattaret saadaan esiin.

- Oho, tuossa on kuningatar. Oi, mikä ihana mamma, oikea läskiperse, Hannonen hyräilee tyytyväisenä. Läskiperseitä kuningattaret todella ovat, sillä munivien yksilöiden takaruumis pullistuu voimakkaasti.

Sundströmin ryhmä avaa pesiä ja kerää näytteitä selvittääkseen entistä tarkemmin, miten muurahaisten yhteiskunnat toimivat. Tänä kesänä vastauksia saavat tarjota musta- ja kantomuurahaiset.

Työnjako syntyi jo liitukaudella

Evoluutioteorian isää Charles Darwinia askarrutti, miten luonnonvalinnan kannattaa tuottaa lisääntymiskyvyttömiä muurahaistyöläisiä. Nehän ovat evoluution kannalta umpikuja, koska ne eivät voi siirtää geenejään eteenpäin.

Nykyään tähän pähkinään osataan jo vastata. Koska lähisukulaiset, kuten äidit ja lapset sekä sisarukset, ovat geneettisesti hyvin samankaltaisia, geenejään voi siirtää myös auttamalla lähisukulaistaan lisääntymään.

- Näin muurahaisyhteiskunnat alun perin syntyivät liitukaudella noin kahdeksankymmentä miljoonaa vuotta sitten. Tyttäret jäivät auttamaan äitiään tai sisarukset kerääntyivät yhteen, Sundström sanoo.

Aikaa myöten osa naaraista luopui lisääntymisestä kokonaan ja alkoi elää yhteiskunnan pikku apureina. Se, mitä me nyt näemme, on 80 vuosimiljoonan aikana syntynyttä hienosäätöä.

Sundströmin ryhmä keskittyy selvittämään hienosäädön yksityiskohtia. Vaikka muurahaisyhteiskunnat ovat jalostaneet yhteistyön pitkälle, niissä esiintyy voimakkaita eturistiriitoja.

Vieras monarkki mestataan

Tutkimuksia varten tarvitaan paljon muurahaisia. Työläiset erotellaan omiin vateihinsa ja kuningattaret omiinsa Tvärminnen eläintieteellisen aseman tunnelmallisessa Vihreässä talossa. Mustat muurahaiset kipittävät pitkin pöytää, kun pesät hajoavat verkalleen biologien käsissä.

- Hei, karmeaa, täällä on päätön hevosmuurahaiskuningatar, Hannonen ilmoittaa.

Seurue kumartuu katsomaan mustamuurahaisten tappamaa kuningatarta.

- Mustamuurahaisten pesistä löytyy usein jonkin toisen lajin kuningattaria kuolleina, Sundström sanoo. - Vieraat kuningattaret tunkeutuvat mustamuurahaisen pesään ja perustavat oman yhteiskuntansa.

Hevosmuurahaisen kohtalo osoittaa, miten traagisesti oman kolonian luominen useimmiten päättyy. Kuolema ei korjaa vain niitä kuningattaria, jotka tuppautuvat naapureiden reviirille, vaan myös niitä, jotka koettavat rakentaa ikioman pesän. Ulkomaailma on vaaroja täynnä ja valtaosa kuningattarista kuolee ennen kuin oman pesän perustukset on saatu kaivetuksi.

Tästä syystä monilla lajeilla osa kuningattarista jää lisääntymään emonsa pesään. Mustamuurahaisten pesissä on usein vähintään kaksi lisääntyvää kuningatarta, monien muiden kymmeniä, satoja ja jopa tuhansia.

Kuninkaalliset konfliktit yleisiä

Ongelmatonta elämä ei ole kotipesässäkään, sillä kuningattaret joutuvat taistelemaan rajallisista resursseista. Muniminen vaatii paljon energiaa, joten työläisten on jatkuvasti kannettava kuningattarille ruokaa. Sen vuoksi kuninkaallinen konflikti tiivistyy kilpailuksi työläisten suosiosta.

Hannonen on rakentanut muniville mustamuurahaiskuningattarille ja niitä avustaville työläisille pieniä tekopesiä, joiden avulla hän on selvittänyt kuningattarien välistä hierarkiaa.

- En ole havainnut, että tämän lajin kuningattaret olisivat aggressiivisia toisiaan kohtaan, mutta henkien taistelua pesässä käydään, Hannonen sanoo.

- Toiset kuningattaret ovat selvästi suositumpia kuin toiset. Työläiset ruokkivat "matriarkkaa" paremmin ja suurin osa kerääntyy sen ympärille.

Vielä ei tiedetä, mikä tekee kuningattaresta suositun, tai säilyttääkö sama kuningatar matriarkan suosikkiaseman läpi elämänsä?

- Olemme olettaneet, että paras munija saa eniten huomiota, mutta ainakaan laboratoriossa se ei aina ole suosituin, Hannonen sanoo.

Kapinallinen munii salaa

Mustamuurahainen on tutkimukselle tärkeä laji, sillä sen työläiset eivät aina muista olevansa vain raakaa työvoimaa. Ne poikkeavat joskus kuningattaren työmaalle.

- Keräsimme viime vuonna mustamuurahaisen munia ja teimme niille dna-analyysin. Huomasimme, että työläiset olivat luikauttaneet omia muniaan kuningattaren munien joukkoon, Sundström kertoo.

Pystyvätkö työläiset siis lisääntymään?

- Lähes kaikkien lajien työläiset kykenevät munimaan hedelmöitymättömiä munia, mutta mustamuurahaisia lukuun ottamatta useimmat muut eivät edes yritä lisääntyä. Ongelmana on selvittää, miksi mustamuurahaistyöläiset kapinoivat, Sundström sanoo.

- Maanalainen työväenliike, joku ehdottaa.

Kurinpalautus toimii

Sundström kertoo, että mustamuurahaisten ekologia on erilainen kuin kekomuurahaisten. Kun kekomuurahaisten kuningattaret elävät pitkään, sinnikkäimmät jopa 30 vuotta, ja koloniat voivat olla tätäkin vanhempia, mustamuurahaiskuningattaret kuolevat muutaman vuoden iässä ja myös lajin yhteiskunnat ovat lyhytikäisiä.

- Mustamuurahaisten kannalta saattaa olla tarkoituksenmukaista, että työläiset voivat levittää geenejään eteenpäin, jos kuningatar menehtyy, Sundström arvelee. Yhteiskuntaa jatkamaan työläiset eivät kuitenkaan yksin pysty, sillä niiden munista syntyy vain koiraita ja ne itse kuolevat noin vuoden ikäisinä.

Salakavalat lisääntymisyritykset päättyvät yleensä tuloksettomina, sillä muurahaisyhteiskunnassa toimii kurinpalautusjärjestelmä.

  munat olivat kadonneet. Toiset työläiset siis munivat, toiset tulevat jäljessä ja syövät munat pois, Sundström sanoo.

Sisaret palauttavat ruotuun

Sundströmin oppilaista Heikki Helanterä on syventynyt muurahaisyhteiskunnan kurinpitoon. - Miten sisäinen kuri rakentuu, tarkentaa Helanterä aihettaan.

Tutkimusta varten Helanterä jakoi avohakkuulta kerätyt mustamuurahaiset kahteen ryhmään: toiset pidettiin kuningattaren seurassa, toiset erossa siitä. Kuningattaren seurassa olleiden työläisten munasarjojen kehittyminen hidastui ja niiden lisääntymishalut vähenivät. Syynä oli ilmeisesti kuningattaren erittämä feromoni. Kuningattaresta erossa pidettyjen työläisten munasarjat sen sijaan kehittyivät täyteen mittaansa.

Helanterä on kuvannut videokameralla, miten "kuningattaren nuhteessa" olleet muurahaiset käyttäytyvät, kun lisääntymishaluinen kapinatyöläinen pannaan niiden joukkoon.

- Maailman tylsimmän luontovideon katselun maailmanennätys, hän vitsailee tutkimuksestaan. Takana on 60 tuntia videonauhaa, loputonta pausea, eteen- ja taaksepäin kelaamista sekä muistiinpanojen tekemistä. Muurahaistutkijan kevätpäivät hurahtivat tv:tä katsellen.

- Alustavien tulosten perusteella näyttää siltä, että lisääntymishaluinen työläinen saa tylyn vastaanoton, Helanterä toteaa.

  nahistelevaa muurahaisparia. - Retuuttavat jalasta. Sitä saattaa kestää jopa puoli tuntia. Mutta eivät ne tuon aggressiivisemmiksi käy. Kaipa se jonkinasteista kurinpalautusta on, hän arvelee.



Kullakin roolinsa

Muurahaisyhteiskunnassa on kolmenlaisia jäse-niä: kuningattaria, työläisiä ja koiraita.

- Kuningattaria kasvaa naaraista, joita ruokitaan poikkeuksellisen hyvin. Ne ovat yhteiskunnan munimiskoneita, jotka takaavat pesän jatkuvuuden.

  hedelmöittää, syntyy naaraita, hedelmöittämättömistä tulee koiraita. Tavallisesti kuningatar munii yhtä paljon molempia.

Kuningattaret ovat kolonian pitkäikäisimpiä yksi-löitä. Useilla lajeilla ne elävät vuosia, joillakin jopa 30 vuotta. Yhdessä pesässä on yleensä useita kuningattaria, sillä osa kunkin munapolven kuningattarista jää lisääntymään kotipesään.

- Työläiset ovat naaraita, joita on ruokittu huo-nommin kuin kuningattariksi kasvatettuja yksilöitä. Niitä kipittää pesässä tuhansista satoihin-tuhansiin.

Työläiset pitävät huolta kuningattarien hyvin-voinnista, kunnostavat ja vartioivat pesää, hoitavat jätteet ja huolehtivat munista ja toukista. Työläiset elävät noin vuoden

- Koiraat ovat yhteiskunnan lyhytikäisimpiä jäse-niä. Ne elävät yleensä vain muutamia viikkoja ja kuolevat hoidettuaan tehtävänsä, pariteltuaan nuorten, häälennolleen lähteneiden kuningattarien kanssa.

Jani Kaaro


Automaali auttaa ynnäämään

Sundströmin ryhmän toinen työmaa on Tvärminnen eläintieteellisen aseman edustalla sijaitsevissa saarissa. Niissä kohteena on kantomuurahainen. Saarissa myös tehdään jotain, mihin harva suomalainen suostuisi vapaaehtoisesti: lasketaan muurahaisia.

Pienen kävelyretken jälkeen saavutaan matalalle kallioseinämälle, jonka päällä luikertaa kantomuurahaisen matala, nauhamainen pesä. Sundström jakaa vateja ja kumihansikkaita työryhmälleen. Jokainen rouhaisee osan muurahaispesästä. Sundström istahtaa vatinsa kanssa sivummalle ja käy laskemaan.

- Istumatyötähän tämä on, hän sanoo vaatimattomasti.

Meditoiva hiljaisuus laskeutuu muurahaispesälle. Vain rantaviivalla kirkuva tiira halkoo hiljaisuutta. Puolen tunnin kuluttua Sundström on valmis.

- Paljonko teillä on? hän kysyy.


- Kakssataaviiskyt, sanoo Mikko Putkonen.


- Kolmesataa, huutaa Helanterä


- Minulla on viisisataa, sanoo Sundström.


- Mulla on kolmesataakahdeksankymmentäyhdeksän, ilmoittaa Katja Bargum.


- No, ota vielä yksi, niin on helpompi ynnätä, Sundström kehottaa.

Muurahaisten päälle suihkutetaan ohut kerros automaalia, ja paikalle tullaan uudelleen parin päivän päästä. Silloin otetaan uudet näytteet ja lasketaan, mikä on värjättyjen ja värjäämättömien muurahaisten osuus. Yksinkertaisella kaavalla saadaan selville kolonian koko hyvinkin tarkkaan. Sundström arvelee, että tässä pienessä pesässä on noin 10 000 yksilöä.

Saarissa odotti mysteeri

Tvärminnen edustan saarissa on kerätty tutkimusaineistoa yli kymmenen vuoden ajan. Parhaiten tunnetaan kantomuurahaisten elämää. Niiden pesät ovat melko pieniä ja useimmissa on vain yksi kuningatar, joten niitä on suhteellisen helppo tutkia.

- Kun aloitimme täällä, törmäsimme mysteeriin. Osa pesistä tuotti pelkästään koiraita, osa vain kuningattaria, Sundström muistelee. - Syypää ei voinut olla kuningatar, sillä se munii aina yhtä suuren määrän koiraita ja naaraita.

Sundströmistä näytti siltä, että työläiset päättivät, mitä pesässä kasvatetaan. Ilmiö oli kiinnostava, koska työläisiä oli totuttu pitämään lähinnä yhteiskunnan työvoimana. Asia piti selvittää.

Vastaus löytyi monen vuoden tutkimuksen jälkeen. Kävi ilmi, että pesissä, joiden kuningatar oli paritellut vain yhden koiraan kanssa, tuotettiin vain uusia kuningattaria. Sen sijaan pesissä, joiden kuningattarella oli ollut useampia kumppaneita, keskityttiin koiraiden kasvattamiseen.

Omat geenit etusijalla

- Vinouma selittyy epäsymmetrisillä sukulaisuussuhteilla, jotka johtuvat muurahaisten omintakeisesta lisääntymisjärjestelmästä, Sundström tiivistää. Muurahaiskoiraat syntyvät hedelmöitymättömistä munista, joten ne perivät vain äitinsä geenit. Naaraat taas syntyvät hedelmöitetyistä munista ja saavat sekä isän että äidin geenit.

- Kun kuningatar on paritellut vain kerran, kaikki sen munimat naaraat ovat sisaria, koska kaikilla on sama isä. Tällaisessa pesässä työläisten kannattaa keskittyä kasvattamaan kuningattaria, omia siskojaan, jotka ovat selvästi läheisempää sukua kuin veljet. Näin ne siirtävät geeninsä tehokkaimmin eteenpäin.

- Keväällä kuningatar munii koiraita ja naaraita yhtä paljon, mutta jo alkukesällä koirastoukat syötetään tuleville kuningattarille. Koiraita lihotetaan ruoaksi vähän niin kuin Hannussa ja Kertussa, Sundström maalailee.


 





Suomen muurahaiset

Suomessa pesii 40-50 muurahaislajia, jotka kuuluvat kahteen alaheimoon:

- Formicinae-alaheimoon kuuluvat muun muassa isot ja tummat hevosmuurahaiset (Camponotus-suku), mustan- ja ruskeankirjavat kekomuurahaiset ja nimensä väriset mustamuurahaiset (Formica-suku) sekä niin ikään nimensä mukaiset keltiäiset ja pienet, mustat mauriaiset (Lasius-suku). Viimeksimainitut ovat tuttuja asuntoihin tunkeilevia "sokerimuurahaisia".

- Myrmicinae-alaheimon jäseniä ovat puolestaan pienet, punaiset viholaiset (Myrmica-suku), jotka pistävät kirvelevästi, ja hyvin pienet liekomuurahaiset (Leptothorax-suku), jotka voivat pesiä vaikkapa oksan palassa tai pähkinässä.

Lentomuurahaiset eivät ole omia lajejaan vaan pariutumisaikaan siivet saaneita eri lajien koiraita ja kuningattaria.

Petri Riikonen


Kuningattaren etu olisi maksimoida geeniensä leviäminen tuottamalla sekä naaraita että koiraita, mutta työläiset ajavat omaa etuaan ja määräävät uusien jälkeläisten kastin sen mukaiseksi.

Pesissä, joissa kuningatar on paritellut kahdesti tai useammin, työläiset eivät enää ole siskoja vaan sisarpuolia, ja kynnys kasvattaa koiraita madaltuu. - Näiden työläisten intressissä on korjata populaation sukupuolijakaumaa, jonka "kuningatartehtaat" kallistavat naarasvoittoiseksi. Ne jättävät uudet naaraat kehittymään pelkiksi työläisiksi ja panostavat koiraisiin. Koiraiden avulla työläisten geenit pääsevät teholevitykseen, kun naapurista valmistuu valtavasti parittelukumppaneita, Sundström sanoo.

 Isä toimii kuolleenakin

Hiljattain saarista paljastui toinenkin mysteeri. Tämä arvoitus liittyy aikoja sitten kuolleisiin koiraisiin, jotka kuitenkin elävät siittiöinä kuningattaren spermasäiliössä. Kuningatar parittelee vain kerran elämässään, häälennollaan. Tuolloin sen "spermapankkiin" kerääntyneet siittiöt riittävät hedelmöittämään jälkeläisiä koko eliniän.

Siittiöillä on vain yksi motiivi: ne ajavat isän intressejä. Koska koiraat syntyvät hedelmöitymättömistä munista, isän geenit siirtyvät eteenpäin ainoastaan uusien kuningattarien kautta. Siksi siittiöillä on iso ongelma pesissä, joissa yritetään kasvattaa vain koiraita ja työläisiä.

 - Tutkimusteni perusteella koiraisiin panostavissa pesissä siittiöt yrittävät kontrolloida tilannetta ja kääntää tuotantoa kuningattariin, Sundström sanoo.

Siis kuka tekee mitä? Sperma? - Kyllä, Sundström toteaa huvittuneesti.

- Olemme juuri saaneet valmiiksi kymmenen vuoden aineiston. Se osoittaa, että paljon koiraita tuottavissa pesissä kuningattaren spermasäiliössä mestaroi vuorovuosin eri koiras. Mitä voimakkaampaa tämä vuorottelu on, sitä enemmän pesät tuottavat kuningattaria.

Sundströmin mukaan mehiläisillä on aiemmin havaittu samanlaista koiraiden vuorottelua, mutta ilmiön merkitys on ollut epäselvä. Sundströmin tutkimus on ensimmäinen laaja, monivuotinen työ, joka osoittaa, että koiraat voivat vaikuttaa geeniensä kohtaloon vielä kuolemansa jälkeen. Tulokset julkaistaan arvostetussa Proceedings of the Royal Society -julkaisussa, joten tieteellinen keskustelu aiheesta on vasta alkamassa.

Sundströmin mukaan pesän elämä on kuin köydenvetoa. Työläiset vinouttavat sukupuolijakauman itselleen edulliseksi tuottamalla koiraita. Siittiöt vetävät toiseen suuntaan ja yrittävät tuottaa kuningattaria. - Tässä tiivistyy hyvin se, mistä muurahaisten elämässä on kysymys, Sundström sanoo. - Yksilöt pyrkivät aina ajamaan omia etujaan. Jopa haudan takaa!

Jani Kaaro on vapaa tiedetoimittaja. Haastateltu LOTTA SUNDSTRÖM on Suomen Akatemian vanhempi tutkija, jota kiinnostavat mm. sosiaalisuuden evoluutio, muurahaisten genetiikka ja luonnonsuojelu.

Sisältö jatkuu mainoksen alla