Kirjoitukset avainsanalla evoluutio

Koiraslaakasittiäinen. Kuva: Eduardo Zattara / USDA.
 

Blogini alkuaikoina kirjoitin tekstin siitä, kuinka emme koskaan ole olleet yksilöitä: ihmiset muodostuvat isosta määrästä muita lajeja, kuten bakteereista, suolistomadoista ja ulkoloisista, jotka kaikki vaikuttavat toimintaamme ja kehitykseemme. Nyt yhdysvaltalaisen Indianan yliopiston tutkijat ovat todistaneet lantakuoriaisilla, miten eläinlajit eivät ole saaria ja miten menestyäkseen kuoriaiset tarvitsevat yllättäviä ystäviä.

Lantakuoriaisen, tässä tapauksessa Onthophagus tauruksen (joka kuuluu laakasittiäisten sukuun, mutta joka ei esiinny Suomessa, ja jolla ei ole suomenkielistä nimeä), sukuelimissä asuu sukkulamatoja, jotka voivat siirtyä kuoriaiselta toiselle parittelun aikana. Kun naaraslantakuoriaiset munivat, toukat siirtyvät munien mukana lantapalleroon.

Sukkulamatolaji, Diplogastrellus monhysteroides, vaikuttaa sopeutuneen oivasti lantakuoriaisen elinkiertoon. Ne odottavat lepomuodossaan dauer-toukkana lantakuoriaisen munimista, kunnes lantaan päästyään ne etenevät seuraavaan toukkavaiheeseen ja lopulta jatkavat lisääntymistä. Kun lantakuoriaisen toukka koteloituu ja aikuistuu, sukkulamadot siirtyvät taas lepovaiheeseen ja lähtevät vastakuoriutuneen lantakuoriaisen mukana maailmalle.

Laakasittiäinen ei ole tässä yhteiselossa pelkkä hyväksikäytettävä, sillä se hyötyy huomattavasti sukkulamadoista. Kun tutkijat vertailivat lantapalleroita, joissa oli kyseistä sukkulamatolajia, lantapalleroihin ilman sukkulamatolajia, he huomasivat, että sukkulamatojen läsnäolo johtaa isommaksi kasvaviin lantakuoriaisiin. Etu oli merkittävä, jopa 20 prosentin luokkaa.

Tämä on yllättävää, koska yleensä sukkulamatojen ja hyönteisten välillä on melko yksipuolinen vuorovaikutus: sukkulamadot ovat usein eri lajien loisia tai yleensä korkeintaan ei-haitallisia, kun ne matkaavat hyönteisten mukana paikasta toiseen.

Tutkijat vertailivat sukkulamadottomien ja sukkulamatoisten lantapalleroiden lajistoa ja huomasivat, että sukkulamadot vaikuttavat sekä palleroiden lajistoon että sienten ja bakteerien suhteellisen osuuteen. Tutkijat eivät tiedä miten tämä tapahtuu. Sukkulamadot syövät sieniä ja bakteereita, joten ne ovat voineet muokata lajistoa syömällä, mutta ne voivat myös esimerkiksi erittää aineita, jotka vaikuttavat lantapalleron mikrobiyhteisön muutokseen, tai sitten kantaa omassa suolistossaan bakteereita lantapalleroihin.

Tutkijat eivät myöskään vielä tiedä miksi sukkulamatojen muokkaama mikrobiyhteisö on parempi lantakuoriaisen toukalle. Vaihtoehtoja on monia: muokattu yhteisö voi olla parempaa ravintoa toukalle tai sitten muokatussa yhteisössä on enemmän lajeja, jotka hajottavat lannan ainesosia niin, että toukan helpompi käyttää niitä hyödyksi. Muokattu yhteisö voi myös olla vähemmän vaarallinen toukille esimerkiksi myrkyllisten aineiden tuotannon tai tartuntatautien suhteen.

Lyhyesti muotoiltuna: lantakuoriaiset levittävät sukuelimissään sukkulamatoja, jotka muokkaavat lantapalleroiden mikrobiyhteisöä niin, että lantakuoriaisten toukat kasvavat paremmin.

Lantakuoriaiset eivät ole eläinkunnan ainoita vanhempia, jotka varustavat jälkikasvunsa hyödyllisillä kanssaeläjillä. Nähtävästi monet pistiäislajit kuljettavat mukanaan sukkulamatoja, jotka auttavat tuhoamaan kasvisolukkoa, jossa pistiäisten toukat kasvavat. Sukkulamadot puolestaan usein käyttävät omia symbionttisia bakteereitaan isäntäeläintensä tappamiseen. Ihmisilläkin vauvat saavat ensimmäiset tärkeät bakteerinsa äidiltään synnytyksen aikana ja heti sen jälkeen.

Lantakuoriaiset sukkulamatoineen alleviivaavat sitä, miten eliölajit toimivat yhdessä, eikä yksikään yksilö oikeastaan ole yksilö, vaan kokoelma erilaisia lajeja. Biologit käyttävät nykyään käsitettä holobiontti alleviivaamaan eri lajien kokonaisuutta, joka muovaa yhden yksilön. 

Aiemmin olen myös kirjoittanut siitä, kuinka loisintaa on vaikea määritellä. Lantapallo ja sitä hyödyntävä sukkulamato ja lantakuoriainen kuulostaa ympäristöltä, jossa yhteistyö ei ole välttämättä erityisen pysyvää. Mitä jos sukkulamadolle olisikin hyödyllisempää syödä jotain sellaisia lajeja, jotka olisivat myös lantakuoriaiselle hyödyllisiä? Mitä jos sukkulamadolle oliskin hyödyllisempää alkaa hyödyntämään itse lantakuoriaista? Molemminpuolinen hyöty voi helposti kiepsahtaa loisimiseksi.

Kommentit (0)

Australialaisäidit jonottavat vuonna 1947 hinkuyskärokotetta Brisbanessa. Kuva: John Oxley -kirjasto / Wikimedia Commons

Hinkuyskä on epämiellyttävä tauti. Siihen kuuluu useita viikkoja kestävä puuskittainen yskä. Tauti on erityisen vaarallinen alle puolivuotiailla vauvoilla, joilla se ei aiheuta yskää, vaan jopa pitkäaikaisia hengityskatkoksia. Tämän takia hinkuyskärokote annetaan mahdollisimman aikaisin.

Tätä aiemmin rokotteita ei oikeastaan voi antaa, koska nuorilla vauvoilla ei synny vielä kunnollista immuunivastetta. Hinkuyskän tapauksessa on pohdittu äitien rokottamista, jolloin äidin vasta-aineet voivat suojata vastasyntyneitä.

 

Kun hinkuyskää vastaan kehitettiin rokote 1920-luvulla, tauti alkoi vähitellen harvinaistua. Viimeisen parinkymmenen vuoden aikana se on kuitenkin alkanut uudestaan yleistyä. Hinkuyskän rokotuskattavuus ei ole juuri laskenut, joten syyt hinkuyskän yleistymiseen löytyvät muualta. (Joskin joillain alueilla, kuten Pohjanmaalla, rokotuskattavuudellakin on väliä.)

Lisäksi hinkuyskä on ollut aiemmin lapsuuden tauti, mutta se on muuttunut nykyään kaikkia ikäluokkia koskevaksi. Tästä on debattia – onko kyseessä taudinaiheuttajan dynamiikan muutoksesta vai vain vaillinnaisesta diagnosoinnista aikuisilla.

Sen sijaan itse hinkuyskän yleistymiselle ei ole selkeää syytä. Kyseessä voi olla hinkuyskää aiheuttavan Bordetella pertussis –bakteeri nopea evoluutio, rokotteen heikko toimintakyky, rokotusten puutteellinen kyky estää tartunnan leviäminen, se että rokotussarja otetaan kokonaan entistä harvemmin, rokotteen vaikutuskyvyn heikentyminen ihmisen eliniän aikana tai historiallisen rokottamattajättämisen seurauksena kasvanut tartunta-alttiiden ihmisten määrän kasvu.

Tämä on komea lista erilaisista ekologisista ja evolutiivisista ongelmista, joita rokottaja voi kohdata.

Hinkuyskäbakteeri nähtävästi kehittyy nopeasti: kuten influenssa mutta paljon hitaammin, hinkuyskäbakteeri muuttuu vuodesta toiseen, niin että vanha rokote tuottaa enää osittaisen suojan sitä vastaan uusilla rokotettavilla. Toisaalta, samalla siitä seuraa se, että rokotteen aiemmin ottaneiden suoja heikentyy samaa vauhtia. Jos tämä on syynä, hinkuyskää vastaan voidaan kisata vain kehittämällä jatkuvasti uusia rokotteita. Bordetella vaikuttaa evolvoituvan sitä nopeammin, mitä korkeampi rokotekattavuus on.

Hinkuyskärokotteessa siirryttiin viimeisten parinkymmenen vuoden aikana rokotteesta, joka sisältää kokonaisia soluja, rokotteeseen, joka sisältää vain osia bordetella-bakteerista. Tämän rokotteen on epäilty pystyvän estämään taudin kehittymisen, mutta ei bordetellan tarttumista ihmiseen ja ihmisestä eteenpäin. Tällöin taudin määrä voi lisääntyä, koska laumasuoja ei suojaa yhtä hyvin tartuttamattomia. Tällöin rokote suojaa tehokkaasti ihmisiä, mutta taudinaiheuttajasta itsestä ei päästä koskaan eroon.

Mielenkiintoisin, näin ekologin näkökulmasta, on teoria siitä, että hinkuyskän lisääntyminen on luonnollinen reaktio siihen, että rokotuskattavuus on pitkän aikaa ollut hieman liian matala. Koska rokotus ei toimi täydellisesti, nykypäivänä elää suhteellisesti paljon enemmän taudinaiheuttajalle altiita teinejä ja aikuisia kuin aiemmin. Yleisen rokotuksen aloittaessa suurin osa aikuisista ja teineistä oli sairastanut taudin ja heillä oli vähintään osittainen suoja uutta tartuntaa kohden. Sitä mukaa kun nuoremmista ikäluokista lähtien yleistyi rokotuksen antama suoja, taudin sairastaminen antama suoja väheni.

Kuten biologiassa yleensäkin käy, kun monet teoriat kilpailevat keskenään, kaikki niistä ovat todennäköisesti jossain määrin oikeassa. Lisätutkimusta tosin tarvitaan siihen, kuinka merkittävä kukin syy on. Kansanterveyden edistäminen vaatii sitä, että tiedämme, miten taudinaiheuttajien ekologia ja evoluutio vaikuttaa rokotusten toimintatehoon. 

Kommentit (0)

Vasemmalla olevalla pihapunavarpusella on Mycoplasma gallisepticum -tartunnan oireita. Kuva: Paul Hurtado / Flickr.

Pihapunavarpuset ovat Pohjois-Amerikan yleisimpiä pikkulintuja. 1900-luvun aikana ne levisiviät Meksikosta ja Lounais-Yhdysvalloista yli koko maan aina Kanadaan asti. 90-luvulla itäisten populaatioiden kannat kuitenkin romahtivat tartuntataudin takia.  

Pihapunavarpusille tarttui Mycoplasma gallisepticum, kanalintujen yleinen taudinaiheuttaja, joka aiheuttaa tartuntoja myös kanaloissa ja kalkkunatiloilla. M. gallisepticum on suomalaisessa siipikarjassa harvinainen, mutta Euroopassa yleisempi.

Tauti ei tapa suoraan pihapunavarpusia: jos laboratoriossa lintuja tartutetaan viruksella, ne saavat sidekalvontulehduksen, joka kuitenkin paranee. Luonnossa tilanne on toisin: sidekalvontulehduksen saaneilta linnuilta käytännössä katoaa näkökyky, jolloin ne joutuvat helposti saalistajien uhreiksi tai eivät pysty löytämään ruokaa.

Taudista kiertää erilaisia kantoja, jotka ovat eri tavoin vaarallisia. Jos suhteellisen lievä kanta aiheuttaa taudin, linnut selviävät siitä hengissä. Tauti voi kuitenkin aina tarttua uudestaan linnuille. Moniin tauteihin syntyy pysyvä vastustuskyky – kuten ihmisillä tuhkarokkoon. Mycoplasma gallisepticumin tapauksessa vastustuskyky on osittainen: taudit kyllä tarttuvat, mutta niiden oireet ovat vähemmän vahingollisia. Linnut pystyvät siis selviämään lievän kannan sairastamisen jälkeen vahvemmistakin kannoista.

Lopputuloksena on, että evoluution ansiosta taudinaiheuttajasta tulee jatkuvasti virulentimpi, eli vakavamman taudin aiheuttava. Lievät kannat kiertävät, koska populaatiossa syntyy aina uusia yksilöitä. Samalla kuitenkin kehittyy yhä pahempia kantoja. Koska osittainen vastutuskyky mahdollistaa sen, että linnut pystyvät kärsimään virulentimman kannan, taudinaiheuttaja myös kehittyy tähän suuntaan.

Mutta entä sitten? Miten pihapunavarpusen tauti olisi kiinnostava? Koska pihapunavarpunen antaa tärkeän oppitunnin lääketieteelle.

2000-luvun alussa matemaattiset biologit pohtivat kysymystä, että mitä käy, jos ihmisille annettava rokote antaa epätäydellisen suojan taudilta. Epätäydellinen rokote on rokote, joka ei täysin estä tautia, mutta tekee siitä vähemmän haitallisen ja mahdollistaa taudin leviämisen eteenpäin – se siis toimii kuten heikko Mycoplasma–kanta pihapunavarpusilla. Tällöin simulaatiot osoittivat, että epätäydellinen rokote johtaisi ihmisen taudinaiheuttajan virulenssin kasvuun.

Tämä tulos oli aikanaan hyvin kiistelty. Käytännössä tulos tarkoittaisi, että joissain tapauksissa ihmisten rokotteet voivat johtaa entistä vaarallisempien tautien kehittymiseen.

Pelko tällä hetkellä lienee turha: Ihmisille annettavat rokotteet käytännössä aina estävät taudin leviämisen eteenpäin. Näin ollen ne eivät johda taudinaiheuttajien evoluutioon kohti voimakkaampaa tautia. Sen sijaan eläimille annetaan joskus epätäydellisiä rokotteita. Marekin tauti on broileritilojen tauti, jota aiheuttaa herpesvirus, joka on kehittynyt jatkuvasti tuhoisammaksi. On ehkä mahdodonta selvittää, onko tautikantojen ärhäköityminen rokotteiden syytä, mutta tutkimuksen perusteella rokote ainakin mahdollistaa taudin pidemmän leviämisajan. Kahden muunkin eläinten taudinaiheuttajan, kissan kalikiviruksen ja gumborotautia aiheuttavan birnaviruksen, uskotaan tulleen virulentimmiksi epätäydellisen rokotteen takia.

Luonnossa lisäksi kanien myksoomavirus on esimerkki samantyyppisestä evoluutiosta. Taudin epäillään tulleen yhä vaarallisemmaksi, koska kaniinit ovat omasta puolestaan kehittyneet paremmin vastustuskykyisiksi tautia kohtaan. Koska kaniinien parempi vastustuskyky mahdollistaa taudin kehittymisen vaarallisemmaksi, tämä myös tekee niin.

Mitä epätäydellinen suoja sitten tarkoittaa käytännössä? Pitäisikö rokotteet lopettaa, jos ne aiheuttavat taudinaiheuttajien kehittymistä vaarallisemmiksi?

Ei tietenkään. Marekin tautia vastaan rokottaminen on vähentänyt rutkasti kanankasvattajien tappioita ja taudin esiintyminen on vähentynyt huomattavasti. Kun lasketaan hyödyt ja haitat yhteen, Marekin tautia vastaan rokottaminen kannattaa.

Tautien ärhäköityminen muistuttaa, että evoluutio pitää ottaa huomioon aina, kun suunnitellaan ihmisten tai eläinten terveyteen liittyviä ehkäisy- ja hoitotoimenpiteitä.

Kommentit (1)

Pine
Liittynyt5.3.2012
Viestejä249

Kun puhutaan mikrobitaudinaiheuttajien evoluutiosta, olisi hyvä muistaa, että ei ole ollenkaan itsestäänselvää mihin suuntaan kulloinkin mikrobin virulenssi kehittyy. Korkea virulenssi ei ole välttämättä edullista mikrobille itselleen. Vakavan taudin heikentämä isäntä tai jopa isännän kuolema estävät tehokkaasti mikrobin leviämistä ja ohjaavat mikrobin evoluutiota kohti lievempää virulenssia. Jos ympäröivät kuitenkin olosuhteet muuttuvat sellaisiksi, että esimerkiksi saman lajin yksilöitä on pakkautuneena paljon pieneen tilaan, missä taudinaiheuttajan tarttuminen on huomattavasti todennäköisempää eikä taudin ärhäköityminen enää estä taudinaiheuttajan leviämistä, on korkeamman virulenssin kehittyminen mahdollista.   

Isännän tehostunut immuunipuolustus pakottaa taudinaiheuttajan muuttumaan, mutta se ei ohjaa sitä mihin suuntaan taudinaiheuttajan virulenssi kehittyy.

Isorotta etsimässä jyviä ja siemeniä. Kuva: tobí / Wikimedia Commons.
 

Pari viikkoa sitten kirjoitin pelon maisemasta: siitä miten saalistajien pelko vaikuttaa siihen, miten saaliseläimet käyttäytyvät ja liikkuvat luonnossa.

Pelon maisemalle (landscape of fear) on muotoutumassa sisarkäsite, ällötyksen maisema (landscape of disgust). Ajatus on jälleen yksinkertainen: eläimet yrittävät välttää sellaisia alueita, joissa niillä on riski saada loistartunta. Niinpä eläinten kokemukset riskialttiista alueista muokkaa siten, miten ne keräävät ravintoa tai muuten käyttävät hyödyksi elinalueitaan.

Ällöttävän alueen käsite jos mikä on helposti ymmärrettävissä. Ihmisillä on hyvin vahvat ällötyksen maisemat, joihin kuuluvat niin likaiset julkiset vessat kuin sotkuiset roskakatokset.

Mitä merkitystä sitten sillä on, että jotkut alueet ällöttävät eläimiä ja toiset eivät? Aivan kuten saalistajien pelko rajoittaa saaliseläinten toimintaa ja aktiivisuutta, samoin loisten pelko voi rajoittaa eläinten toimintaa. Evoluutiobiologisin termein sanottuna loisten pelko siis aiheuttaa eläimille kustannuksia: ne eivät voi aina valita helpointa ravintoa, pesäpaikkaa tai lepopaikkaa, koska ne voivat altistaa loisille.

Eläinten pitää tasapainottaa riskejä. Ravinnonhankinnan ja loistartunnan välillä voi olla ristiriesa (trade-off): mitä suurempi loisriski, sitä enemmän sitä pitää välttää. Tai: mitä enemmän ruokaa on helposti saatavilla, sitä suuremman loisriskin voi sietää.

Jos tätä haluaa soveltaa ihmisen elämään, vessa on jälleen hyvä esimerkki. Joskus likaisenoloisessakin vessassa on käytävä, jos vessassa on juuri silloin käytävä.

 

Yhdysvaltalaiset tutkijat tutkivat ällötyksen maisemaa Santa Barbaran lähellä. He etsivät supien, eli pesukarhujen, käymälät. Supien ulosteissa löytyy sulamattomia siemeniä ja jyviä, joita muut eläimet voivat syödä. Toisaalta, supien ulosteessa on myöskin supisuolinkaisen, supien yleisen suolistoloisen, munia, jotka voivat tarttua jyviä syöviin eläimiin. Tutkijat kuvasivat riistakameralla supikoirien käymälöitä ja sitä mitkä eläimet käyvät syömässä jyviä.

Tutkijoiden ennuste oli, että lajit, joille loistartunta on mahdollisesti tappava, välttävät käymälöitä. Rotat eivät yleensä kuole supisuolinkaisen tartuntaan, mutta syövät paljon jyviä, joten ne voivat puolestaan hakeutua käymälöihin.

Lopputulos: tismalleen ennusteen mukainen. Eniten käymälöitä välttivät kaniinit, joille supisuolinkainen on tappava, ja jotka eivät edes syö jyviä. Rotat sen sijaan suorastaan viihtyivät supien käymälöissä.

Ällötyksen maiseman vaikutus tietenkin jatkuu edemmäs: jos paikalliset siemenensyöjät eivät halua syödä supien ulosteiden pilaamia siemeniä, kasveilla on kissanpäivät. Niiden siemenet päätyvät lannoitteen kanssa sopiviin paikkoihin.

 

Ulosteisiin liittyvä ällötys on helppo ymmärtää. Muut tutkitut ällötyksen kohteet ovat myös yhtä loogisia: esimerkiksi petoeläimet välttävät petoeläinten raatoja. Kannibalismi on harvinaista petoeläimillä, koska tartuntariski on niin korkea.

Mandrillit, eli afrikkalaiset häntäapinat, varovat lajikumppaneitaan, jotka ovat loisittuja. Nähtävästi ulosteet, joissa on loisia, tuoksuvat erilaiselta ja tämä varoittaa muita ryhmän apinoita varomaan näitä yksilöitä. Jos mandrilli saa tutkijoilta matokuurin, loisten häädön jälkeen muut mandrillit sukivat parantunutta yksilöä huomattavasti innokkaammin. Ällötys voi siis vaikuttaa sosiaalisiin verkostoihinkin.

 

Ällötyksen maisemasta nousee omaan mieleeni kaksi keskeistä seurausta.

Ensinnäkin, ällötyksen maisema toimii luultavasti jotenkin yhdessä elinympäristöjen pirstoutumisen kanssa. Kun elinympäristöt pirstoutuvat ja lajien liikkumatila vähenee sopivan elinympäristön tuhoutuessa, ällötyksen maisema tulee muuttumaan. Tällöin on mahdollista, että eläimet joutuvat yhä enemmän liikkumaan alueilla, joilla ne eivät normaalisti liikkuisi, koska niiden tautiriski on liian korkea.  Elinympäristöjen pirstoutuminen voi siis nostaa lajien loismääriä, koska ne eivät voi yhtä tehokkaasti välttää loisia.

Toiseksi, ällötys on sopeutuma. Se parantaa eläinten kelpoisuutta, koska ne osaavat paremmin välttää loisia. Toisaalta, loisten ja loisten isäntien välillä on jatkuva kilpajuoksu. Jos ällötys on yksi tapa välttää loisia, loisten pitäisi puolestaan pyrkiä muuntumaan mahdollisimman vähän ällöttäviksi.

Supikäymälöiden tutkijat ehdottivat, että ällötyksen pitäisi johtaa siihen, että ulosteiden välityksellä leviävien loisten pitäisi sopeutua kestämään ympäristössä kauemmin kuin ällötyksen aiheuttajien. Käytännössä loisen pitäisi siis pysyä maassa tartuttamiskykyisenä pidempään kuin ulosteen säilyä maassa.

Paras loinen on sellainen, jota ei tunnista, koska sitä ei voi välttää.

Kommentit (1)

Arvorealisti

Nopsaan toimi pohjoisessa se lehtikin joka tarvitsi päätoimittajaa. Kuinkas siinä kävikään? Aika lailla Porissa sama tilanne. Kukin eläköön tavallaan, mutta mielipiteen vapaus on perustuslaissa turvattu. Sananvapauden kanssa on jo bähän niin ja näin.

Seuraa 

Kaiken takana on loinen

Tuomas Aivelo on ekologian ja evoluutiobiologian tutkijatohtori Helsingin yliopistossa. Hän karkaa arjestaan tutkimaan Helsingin viemärirottia, punkkeja ja metsämyyriä Alpeille, pohtimaan biologian oppimista tai ihan vain ihastelemaan loisia.

Teemat

Blogiarkisto

2017
Heinäkuu
2016
2015
2014