Päiväaktiivisten yöperhosten suuremmat kuuloelimet kyseenalaistavat olettamukset niiden evoluutiosta

Kansainvälinen tutkimusryhmä selvitti, onko päiväaktiivisilla yöperhosilla – joita kaikuluotausta käyttävät lepakot eivät uhkaa – yöaktiivisia lajeja pienemmät kuuloelimet. Näiden erikoistuneiden kuuloelintensä avulla yöperhoset havaitsevat korkeataajuuksiset äänet, joilla lepakot paikantavat saalista öisin. Kun tutkijat vertasivat päiväaktiivisia yöperhosia niiden yöaktiivisiin lähisukulaisiin, he odottivat, että ensin mainittujen kuuloelimet olisivat pienempiä tai puuttuisivat kokonaan. Yllättävää kyllä, tilanne oli päinvastainen.

– Tulokset olivat odottamattomia, sillä lepakot eivät saalista päiväaktiivisia yöperhosia. Siksi oletimme, että niiden kuuloelimet olisivat toiminnallisesti tarpeettomia tai pienentyneitä, mutta näin ei ollutkaan, sanoo Luonnontieteellisessä keskusmuseossa tutkijana vieraillut tutkimusartikkelin pääkirjoittaja Pritha Dey Intian kansallisesta biotieteiden keskuksesta Bangaloresta.

Lepakot pyydystävät hyönteisiä kaikuluotaamalla niitä pimeässä ultraäänten avulla. Monille yöperhosille onkin kehittynyt tympanaalielimiksi kutsutut tarkat kuuloelimet lepakoiden ultraäänten havainnointiin. Lepakkojen ääniä kuullessaan yöperhoset pakenevat usein mutkittelemalla tai pudottautumalla alemmas. 

Jotkin yöaktiiviset yöperhoset ovat puolestaan kehittyneet päiväaktiivisiksi. Tämä käyttäytymisen muutos kiinnostaa tutkijoita ja tarjoaa heille ainutlaatuisen mahdollisuuden tutkia tympanaalielinten evoluutiota: mitä näille rakenteille tapahtuu, kun lepakoiden saalistus ei ole enää luonnonvalintaan vaikuttava tekijä?

Huippuluokan röntgenmikrotomografiaa ja kolmiulotteista geometrista morfometriaa 

Tutkimuksen kohteena olleissa mittariperhosissa tympanaalielimet sijaitsevat takaruumiin tyvessä. Näitä pieniä ja hauraita elimiä on vaikea tutkia perinteisillä morfologisilla menetelmillä. Haasteen selättämiseksi tutkijat tarkastelivat 19 mittariperhoslajin herkkien rakenteiden sisäistä anatomiaa ennennäkemättömän tarkasti kolmiulotteisella kuvantamismenetelmällä, joka ei vahingoita näytteitä. Tutkimuksessa käytetyt yksilöt olivat peräisin museoista eri mantereilta.

Tutkijat vertasivat päivä- ja yöaktiivisia yöperhoslajeja selvittääkseen niiden sukulaisuussuhteita molekyyliaineiston avulla. He tarkastelivat kuuloelinten kokoa ja muotoa, sekä mittariperhosilla esiintyvää pitkulaista kuuloelinten rakennetta, käyttäen kolmiulotteisia kuvia ja geometrista 3D-morfometriaa. Yllättäen päiväaktiivisilla lajeilla oli suuremmat kuuloelimet kuin niiden yöaktiivisilla esivanhemmilla, eikä ero liittynyt selvästi perhosen kokoon.

– Osoitimme uuden tavan hyödyntää vanhoja museoyksilöitä nykyaikaisessa tutkimuksessa, toteaa Max Söderholm Helsingin yliopiston Luonnontieteellisestä keskusmuseosta Luomuksesta. Hän toteutti tympanaalielinten kuvantamisen ja kolmiulotteisen mallinnuksen.

Tutkijoiden mukaan löydökset viittaavat siihen, että päiväaktiiviset yöperhoset saattavat havaita lintujen tai matelijoiden tuottamat matalataajuuksiset äänet verrattain suurten korviensa avulla. Tämä puolestaan viittaa tympanaalielinten mahdolliseen uuteen käyttötarkoitukseen ja kuuloaistin laajempaan rooliin petoeläinten havaitsemisessa eri ympäristöissä. 

– Röntgenmikrotomografinen kuvantaminen ja kolmiulotteinen morfometria avaavat uusia mahdollisuuksia tutkia toiminnallista morfologiaa evoluution yhteydessä. Luonnontieteellisen keskusmuseon omaan kuvantamisosaamiseen yhdistettynä näillä työkaluilla voidaan tarkastella epäselväksi jääneitä evoluutioon liittyviä kysymyksiä, sanoo tutkimuksen johtava kirjoittaja Pasi Sihvonen Luonnontieteellisestä keskusmuseosta.

Alkuperäinen julkaisu

• Diurnal moths have larger hearing organs: evidence from comparative 3D morphometric study on geometrid moths