perjantai 14. kesäkuuta 2013

Kemiallisen sodankäynnin kustannukset ja muita tutkittuja juttuja

Pieni kaalinsukuinen lituruoho (Arabidopsis thaliana) toimii mallilajina monessa kasvitutkimuksessa, varsinkin genetiikkaa ja metaboliaa tutkittaessa. Lituruoho kasvaa myös Suomen luonnossa (kuva Alberto Salguero, Wikimedia Commons).

Ja jälleen on aika Viidakkokirjeiden uusien tiedeuutisten! Tai oikeastaan niiden aika olisi ollut jo toukokuun loppupuolella, mutta erinäisten kiireiden ja työvastoinkäymisten takia uutiset pääsevät julkaistaviksi vasta nyt. Tällä kertaa tarkastellaan hieman kasvien suhteita eläimiin, kun tarkastelun kohteena ovat kasvien ja pölyttäjien väliset vuorovaikutukset, kasvien yhteistyö hyönteisten kanssa sekä kasvien kemiallinen sodankäynti ja siitä aiheutuvat kustannukset. 

Katoavat pölyttäjät asettavat kasveille uusia haasteita

Maailmanlaajuinen pölyttäjähyönteisten, etenkin ampiaisten, mehiläisten ja kimalaisten, vähentyminen aiheuttaa ongelmia myös kasveille. Pölyttäjähyönteisten vierailuihin luottavat kasvit saavat pölyttäjien vähetessä yhä vähemmän siitepölyä siirrettyä kasvista toiseen. Michel Thomann tutkimusryhmineen tarkasteli monen eri tutkimuksen tuloksia meta-artikkelissaan. Ryhmä esitti aiempiin tutkimustuloksiin perustuen näkemyksensä kahdesta vaihtoehtoisesta tavasta, jolla kasvit voivat reagoida pölyttäjien vähenemiseen.

Monet kasvit muodostavat kiinteän suhteen pölyttäjiensä
kanssa ja kasvin sekä pölyttäjien evoluutio kulkee käsi kädessä.

Ensimmäinen vaihtoehdoista on se, että ennen pölyttäjistä riippuvaiset kasvit kehittyvät itsepölytteisiksi ja täten pystyvät lisääntymään siitä huolimatta, että pölyttäjät vähenevät. Itsepölytys kuitenkin lisää myös kasvien sisäsiittoisuutta ja voi heikentää niiden elinvoimaisuutta. Monet kasvit kuitenkin ovat todella joustavia itsepölytyksen suhteen, eivätkä näytä kärsivän siitä läheskään samalla tavalla, kuin esimerkiksi nisäkkäät tai linnut. Itsepölytyksen lisääminen voikin toimia monella kasvilajilla suuremmitta ongelmitta.

Toisessa tulevaisuuskuvassa kasvit taas kehittävät pölyttäjäsuhdettaan uusiin suuntiin esimerkiksi muuttamalla kukkiensa rakennetta tai muita fysiologisia ominaisuuksia, kukkimalla eri aikaan tai pyrkimällä houkuttelemaan yhä useampi hyönteislajeja siitepölynsä kuljettajiksi. Nämä kasvit joko muuttuisivat vähemmän valikoiviksi ja käyttäisivät useita eri lajeja pölyttäjinään tai muodostaisivat entistäkin tiiviimpiä ja monimutkaisia suhteita yhden tai muutaman eri pölyttäjälajin kanssa.

Monet viikunalajit ovat pölytyksessään riippuvaisia viikunapistiäisistä Pistiäisten ja viikunapuiden yhteiselon on arvioitu alkaneen vähintään 80 miljoonaa vuotta sitten.

Molemmissa kehityspoluissa on omat riskinsä: itsepölytteisyys voi paitsi kasvattaa sisäsiittoisuudesta aiheutuvia ongelmia, varsinkin jo ennestään harvassa kasvaville lajeille. Pölyttäjähyönteisten nopea väheneminen taas voi aiheuttaa sen, että kasvien muutosvauhti ei pysy perässä, jolloin ne eivät ehdi kehittyä tarvittavaan suuntaan, ennen kuin pölyttäjien harvinaistuminen rajoittaa niiden lisääntymistä. Nähtäväksi jääkin, kuinka kasvit lopulta reagoivat muuttuvaan tilanteeseen ja mihin suuntaan mitkäkin kasvilajit lähtevät kehittymään.

(Alkuperäinen tutkimus: M. Thomann, E. Imbert, C. Devaux & P-O. Cheptou 2013: Flowering plants under global pollinator decline. Trends in Plant Science)


Koti kannussa

Kansainvälinen tutkimusryhmä on tutkinut borneolaisen Nepenthes bicalcarata lihansyöjäkannukasvin ja sen kannuissa viihtyvän Camponotus schmitzi -hevosmuurahaisten välistä suhdetta. Kannukasvit saalistavat ravinteita, etenkin typpeä, hajottamalla kannuihinsa hukkuneita hyönteisiä. Kannut toimivat kuitenkin myös vesisäiliöinä monien hyönteislajien kotina, ja esimerkiksi monien kärpästen ja sääskien toukat kehittyvät kannujen miedossa nesteessä aikuisiksi. Nämä 'karkaavat ravinteet' eivät hyödytä kannukasvia itseään millään tavoin, päin vastoin. Se joutuu elättämään kehittyviä toukkia kannuihisa kertyneellä ravinnolla ja sen jälkeen aikuistuneet hyönteiset jättävät kannun antamatta mitään vastineeksi. 

Nepenthes bicalcarata -lihansyöjäkasvin kannut
toimivat muurahaisyhdyskunnan kotina. Kuva
David Sucianto Wikimedia Commons.

Tässä kohtaa kuvioon astuvat mukaan hevosmuurahaiset. C. schmitzi -lajin muurahaiset asuttavat kasvin onttoja, turpeita kärhöjä. Ne pystyvät kävelemään kannujen liukkaalla reunalla sekä uimaan ja sukeltelemaan kannujen nesteessä vahingoittumatta. Muurahaiset syövät kannujen tuottamaa mettä ja saalistavat kannuista hyönteisiä. Eikö sitten tästä saalistuksesta ole kannukasville päin vastoin haittaa? Mathias Scharmann sekä muut tutkimusryhmän jäsenet ovat osoittaneet tutkimuksessaan, että kannukasvien ja hevosmuurahaisten välinen suhde on mutualistinen: molemmat osapuolet siis hyötyvät yhteiselosta. Muurahaiset saavat kannukasvista kodin ja ravintoa. Vastineeksi täydestä ylläpidosta ne puolestaan pyydystävät muita kannuja ryösteleviä hyönteisiä, pitävät kannujen pyydystyspinnat puhtaina ja pyyntikuntoisina sekä syövät kannuissa aikuistuvia hyönteisiä. Tutkimusryhmä onnistui myös kuvaamaan kannuissa saalista sukeltelevia muurahaisia: 



Kannukasvit puolestaan hyötyvät muurahaisista siten, että niiden ansioista suurempi osuus kannujen hyönteisistä päätyy kasvin ravinnoksi. Näin molemmat osapuolet hyötyvät toisistaan: ne kannukasvit, joilla ei ollut omaa muurahaisyhdyskuntaa, olivat hyvinvoivampia kuin sellaiset, joilla ei asunut muurahaisia. Ei kuitenkaan ole varmaa, onko kasvin hyvinvointi syy vai seuraus yhteiselolle muurahaisten kanssa: voihan olla, että muurahaiset valitsevat kukoistavimmat kasvit asutettavakseen. Sivumennen sanottuna muuten tutkimusmenetelmiin kuului myös vakaiden isotooppien avulla tapahtuvaa analyysi, joka on sama tutkimusmenetelmä, jolla itse tutkin kalojen ravitsemusta jatko-opinnoissani. Onkin inspiroivaa huomata, miten monipuolisesti tätä analyysimenetelmää voi käyttää biologian tutkimuksissa!

(Alkuperäinen tutkimus: M. Scharmann, D.G. Thornhan, T.U. Grafe & W Federle 2013: A Novel Type of Nutritional Ant–Plant Interaction: Ant Partners of Carnivorous Pitcher Plants Prevent Nutrient Export by Dipteran Pitcher Infauna. PLOS ONE)


Kemiallinen sodankäynti - ylimääräisiä kustannuksia kasville?

Elizabeth Neilsonin johdolla ryhmä tutkijoita esittää oman näkemyksensä siitä, miksi ja miten kasvit pystyvät käymään kemiallista sotaa vastustajiaan vastaan. Tätä artikkelia varten ei niinkään ole tehty kokeellista tutkimusta, vaan tutkijat esittävät oman, toki aiempaan tieteelliseen tutkimustietoon pohjautuvan mielipiteensä asiasta.

Figure II. The tomato Lycopersicon esculentum (a) and the structure of α-tomatine (b).
Artikkelin kuvituksesta napattu kuva, jossa on (a) tomaatti sekä  (b) tomaatista löytyvä glykoalkaloidi α-tomatiini, jolla on kasvin vastustuskykyä lisääviä ominaisuuksia.

Tyypillisesti on ajateltu, että kasvien aineenvaihduntaan ja kasvuun tarvitsemat toiminnot kilpailevat kasvien kemiallisen puolustuksen kanssa: jos kasvi kasvaa nopeammin tai lisääntyy kuin lajitoverinsa, sillä vastaavasti on vähemmän resursseja muodostaa hyönteissyöjiä karkoittavia yhdisteitä kudoksiinsa. Asia ei kuitenkaan välttämättä ole näin yksinkertainen. Useampia kasvin puolustustarkoituksiin käyttämiä yhdisteitä, kuten glykosideja ja parkkihappoja, on tutkittu viime vuosina yhä tarkemmin ja osalla on havaittu olevan useampia tehtäviä kasveissa. Sama yhdiste tai sen johdannainen voi toimia kasveissa sekä perusaineenvaihdunnassa että kemiallisessa puolustuksessa. Kemialliset yhdisteet voivat toimia joko useammassa eri tehtävässä samaan aikaan tai niiden rooli voi vaihdella kasvin kehityksen aikana. Näin kasvit voisivatkin olla sekä elinvoimaisia että tehokkaita puolustautumisessa ilman, että nämä kaksi asiaa kilpailisivat keskenään kasveissa.

Tutkimusryhmä esittääkin mielipiteenään, että kasvien kemiallisesta puolustautumisesta ei välttämättä koidu kasveille niin suuressa määrin ylimääräisiä kustannuksia, kuin on ajateltu. Päin vastoin, kasvit tuottavat yhdisteitä, jotka toimivat sekä perusaineenvaihdunnassa, lisääntymisessä ja kasvussa, sekä myös puolustautumisessa. Näin monet yhdisteet, jotka leimattiin aiemmin yksioikoisesti kasvien kemiallisen puolustuksen käytössä oleviksi, hyödyttävätkin itse asiassa kasvia kokonaisvaltaisesti, eivätkä täten välttämättä aiheuta juurikaan ylimääräisiä kustannuksia kasville. Kukoistava kasvi voikin siis olla samalla myös tehokas kemiallinen puolustautuja kasvinsyöjiä vastaan. 

(Alkuperäinen tutkimus: E. H. Neilson, J. Q.D. Goodger, I. E. Woodrow, B. Lindberg Møller 2013: Plant chemical defense: at what cost? Trends in Plant Science)

Tässä Viidakkokirjeiden kootut tiedeuutiset tältä erää, seuraavaksi tiedossa onkin jälleen toisenlaisia kasviartikkeleita. 

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...