DNA-viivakoodit muuttavat käsitystämme luonnon rakenteesta

Lähestymistapa vaikuttaa löydöksiin

Ymmärtääkseen miten ravintoverkot rakentuvat, suomalaiset ja kanadalaiset tutkijat päättivät keskittyä yhteen maailman yksinkertaisimmista yhteisöistä. Kohteeksi valittiin Koillis-Grönlannin perhoset sekä niihin erikoistuneet pedot: loispistiäiset ja -kärpäset. Loiset elävät toukkina perhosisännissään ja tappavat ne lopulta.

- Löytömme tässä yksinkertaisessa järjestelmässä ovat hämmästyttäviä, kertoo Helena Wirta, tutkimusraportin pääkirjoittaja.

- Perinteisesti tällaiset ravintoverkot selvitetään kasvattamalla isäntätoukkia kunnes niistä kuoriutuu aikuinen perhonen tai loishyönteinen. Jälkimmäisessä tapauksessa tiedämme ainakin minkä se söi. Kun otimme rinnalle modernit molekyylitekniikat, ravintoverkon rakenne muuttui kaikilla mittareilla mitattuna. Löysimme kolme kertaa niin paljon yhteyksiä lajien välillä kuin aiemmin. Useimmat saalistajalajit osoittautuivat oletettua vähemmän erikoistuneiksi, ja useampi saalistaja hyödynsi monia isäntälajeja kuin mitä olimme odottaneet. Koko ravintoverkko oli paljon tiiviimmin kudottu kuin aluksi otaksuimme, hän jatkaa.

- Halusimme selvittää, missä määrin käytetty menetelmä vaikuttaa ravintoverkon rakenteesta syntyvään vaikutelmaan. Siksi vertasimme vaihtelua eri menetelmillä saaduissa tuloksissa vaihteluun eri puolilta maailmaa kuvattujen ravintoverkkojen välillä, selvittää tutkimushankkeen alkujaan perustanut Tomas Roslin.

- Grönlantilaisen verkkomme rakenne vaihteli enemmän eri menetelmiä käytettäessä kuin ravintoverkot vaihtelevat maapallon eri osien välillä Isosta-Britanniasta Japaniin. Mitä luulemme tietävämme maailman ravintoverkkojen rakenteesta saattaa siten olla paljolti sen sanelemaa, miten olemme etsineet, hän pohtii.

Ötökän sisukset paljastavat

DNA-viivakoodien käyttö toi uutta tarkkuutta ravintoverkkojen tarkasteluun.

- Viivakoodeilla laji tunnistetaan tietyn geenin muuntelun avulla. Kohdistimme menetelmän geenialueisiin, joilla saalistaja ja saalis eroavat toisistaan. Pystyimme täten löytämään perhostoukkien sisältä loisen ja aikuisen loisen mahasta sen toukkana syömän isännän jäännökset. Vertasimme DNA-sekvenssejä tietokantaamme, jossa on kaikki alueen lajien DNA-viivakoodit. Tällöin pystyimme selvittämään tarkalleen kuka oli syönyt kenet, sanoo kanadalainen Sean Prosser, joka vietti kuukausia laboratoriossa tarkentaakseen menetelmää.

- Lähestymistapa sallii meidän jäljittää eräiden hyvinkin piilossa olevien lajien elinkiertoja, toteaa Gergely Várkonyi, projektin kansainvälinen loispistiäisasiantuntija.

-Melkein kaikissa ravintoverkoissa jotkin saalistajat ovat vaikeasti löydettävissä. Jotkin kohdesaalistajistamme hyökkäävät jo toukkina saaliiseen tämän ollessa vielä piilossa maan alla tai kasvillisuuden seassa. Siksi ihmiset eivät niitä koskaan löydä. Etsimällä saaliin jäämiä aikuisten saalistajien sisuksista, pystyimme määrittämään tämän vuorovaikutuksen merkityksen ravintoverkon kokonaisrakenteessa.

Huippututkimusta jääkarhujen keskeltä

Tomas Roslin ja Gergely Várkonyi ovat olleet jo viisi vuotta löytöretkellä napa-alueen hyönteisravintoverkostoissa. Tuore julkaisu on projektin huipentuma.

- Halusimme työskennellä arktisilla alueilla, joilla homma voitiin pitää suhteellisen yksinkertaisena. Jos haluaa pysyä vuorovaikutusten jäljillä, on huomattava, että kokonaisuus karkaa helposti käsistä lajirunsauden kasvaessa. Kun seurattavana on vain kourallinen lajeja, selviää, mitä todella tapahtuu, Roslin sanoo.

-Toki Grönlantiin meidät vetää myös maiseman kauneus – ja se jännitys joka syntyy siitä, että työskentelemme eräällä maailman suurimmista asumattomista alueista. Jääkarhut ovat kaataneet pyydyksiämme ja myskihärät jahdanneet meitä. Sellaiset kohtaamiset pitävät tutkijat virkeänä, Várkonyi vitsailee.

Uuden alku?

Nyt julkaistun tutkimuksen tulokset avaavat aivan uusia näköaloja.

- Tähän mennessä olemme soveltaneet menetelmiämme vasta erääseen maailman yksinkertaisimmista ravintoverkoista. Sekin muutti täysin käsityksemme ravintoverkon rakenteesta. Voitte kuvitella mitä tapahtuu, kun sovellamme tätä lähestymistapaa muissa ympäristöissä. Meillä ei vielä ole aavistustakaan siitä, mitkä aiemmin havaitut rakenteet pitävät edelleen paikkansa, kun tarkastelemme niitä tämän tarkemman sihdin läpi, Helena Wirta selittää.

Paul Hebert esitti vuosikymmen sitten DNA-viivakoodin käsitteen. Nyt hän on eräs raportin kirjoittajista. Herbert näkee viivakoodia sovellettavan yhä useampiin kysymyksiin luonnossa ja on valmis ulottamaan tulevaisuudennäkymät askelta pidemmälle.

- Uskon, että tässä luodut tekniikat mullistavat koko luonnon toiminnan ymmärtämisen, hän sanoo.

- Kehitys voi jo muutaman vuoden päästä johtaa siihen, että voimme napata minkä tahansa ötökän ja saada siitä DNA-sekvenssit niille eliöille, joihin se on elämänsä aikana koskenut. Ötökän koko vuorovaikutushistorian selvittäminen sallii meidän määrittää ekologisten vuorovaikutusten rakenteita ennen näkemättömällä tarkkuudella!

Alkuperäinen viite: Wirta, H.K., Hebert, P.D.N., Kaartinen, R., Prosser, S.W., Várkonyi, G., ja Roslin, T. 2014. Complementary molecular information changes our perception of food web structure. PNAS, Early Edition, doi: 10.1073/pnas.1316990111.

Kuvat

Kuva 1. Maisema Zackenbergin laaksosta, Koillis-Grönlannista. Kuva Gergely Várkonyi.

Kuva 2. DNA-viivakoodit kahdelle arktisessa ravintoverkossa vuorovaikuttavalle lajille. Kuva Gergely Várkonyi.