Sisäsiitos muuttaa isäntäkasvin ja hyönteisen vuorovaikutusta (Väitös: FM Aino Kalske, 12.6.2015, biologia)
Keskeisessä osassa missä tahansa evolutiivisessa muutoksessa on perinnöllinen muuntelu. FM Aino Kalskeen väitöstutkimus osoittaa, että perinnöllistä muuntelua vähentävä sisäsiitos voi muuttaa lajienvälistä vuorovaikutusta sekä vaikuttaa niiden väliseen evolutiiviseen kehitykseen.
Turun yliopiston tiedote 8.6.2015
Kasvien ja kasvinsyöjähyönteisten suhde on yksi maailman merkittävimmistä biologisista vuorovaikutussuhteista. Näiden ryhmien lajirikkaus on seurausta vuorovaikutteisesta evolutiivisesta kehityksestä, eli koevoluutiosta. FM Aino Kalskeen väitöskirjassa otetaan ensimmäistä kertaa huomioon, millaisia seurauksia kahden lajin samanaikaisella sisäsiitoksella on tähän suhteeseen.
Väitöstutkimuksessa selvitettiin Turun saaristossa kasvavan käärmeenpistoyrtin (Vincetoxicum hirundinaria) ja sitä ravinnokseen käyttävän harmosuomuyökkösen (Abrostola asclepiadis) välistä vuorovaikutusta. Tutkimuksissa selvisi että perinnöllisen muuntelun puute ja sisäsiitos voivat oleellisesti muuttaa tätä vuorovaikutusta.
– Perinnöllisen muuntelun määrä minkä tahansa elinvoimaisen lajin sisällä on usein suuri. Tämän muuntelun säilymistä edesauttaa, että saman lajin eri populaatiot elävät erilaisissa ympäristöissä, jolloin ne erilaistuvat ja eriytyvät toisistaan. Erilaistuminen tapahtuu helpommin, jos populaatiot ovat maantieteellisesti erillään, Kalske kertoo.
Toisaalta populaatioiden ajautuminen erilleen voi heikentää yksittäisten populaatioiden elinvoimaisuutta jos lisääntymiskykyisten yksilöiden määrä käy liian pieneksi.
– Kun kaksi toisilleen läheistä sukua olevaa yksilöä lisääntyy keskenään, on kyse sisäsiitoksesta. Sisäsiitos johtaa tyypillisesti aina sisäsiitosheikkouteen, jolloin jälkeläiset ovat heikompikuntoisia normaalin ristisiitoksen kautta tuotettuihin jälkeläisiin verrattuna, Kalske selittää.
Sisäsiitos on luonnossa usein seurausta pienestä populaatiokoosta. Kun lajit ovat toisistaan riippuvaisia, yhden lajin populaatiokoko voi määrittää myös toisen lajin populaatiokokoa. Näin on esimerkiksi useiden kasvien ja hyönteisten kohdalla, sillä usein hyönteiset ovat erikoistuneet syömään vain yhtä tai muutamaa kasvilajia. Tällöin pienestä populaatiokoosta johtuva sisäsiitos yhdessä lajissa voi johtaa sisäsiitokseen myös toisessa lajissa, Kalske sanoo.
Sisäsiitos heikensi kasvin puolustusta
Kahden lajin välisen koevolutiivisen vuorovaikutuksen todentaminen ei ole aivan yksinkertaista. Yksi tapa perehtyä tähän on tutkia, eroavatko hyönteispopulaatiot siinä miten hyvin ne kasvavat eri populaatioista peräisin olevilla kasveilla.
Tutkimuksessa havaittiin että harmosuomuyökköset kasvoivat suurimmiksi oman kotisaarensa käärmeenpitoyrteillä, ne olivat niin sanotusti paikallissopeutuneita.
– Tämä on todiste siitä että kasvi on aiheuttanut valintaa hyönteisissä: sellaiset hyönteisgenotyypit, jotka parhaiten pystyvät hyödyntämään niiden kanssa samalla paikalla kasvavia kasveja, ovat yleistyneet, Kalske sanoo.
Kun näitä kasveja ja hyönteisiä kokeellisesti sisäsiitettiin, niiden välinen vuorovaikutus muuttui. Sisäsiitoksen seurauksena kasvin kemiallinen puolustus heikkeni ja hyönteiset kasvoivat hitaammin.
– Kasveilla sisäsiitosheikkouden voimakkuus pieneni jos sitä syövä hyönteinen oli itsekin sisäsiitetty. Hyönteisellä puolestaan sisäsiitosheikkous oli voimakkaampaa jos toukat kasvoivat sisäsiitetyllä kasvilla. Sisäsiitos vaikutti myös hyönteisen munia saalistaviin petohyönteisiin, Kalske kertoo.
***
Perjantaina 12. kesäkuuta 2015 kello 12 esitetään Turun yliopistossa (Fennicum, luentosali XXV, Henrikinkatu 3, Turku) julkisesti tarkastettavaksi FM Aino Kalskeen väitöskirja Plant-herbivore interaction in a fragmented landscape: local adaptation and inbreeding (Kasvin ja kasvinsyöjähyönteisen välinen vuorovaikutus pirstoutuneessa elinympäristössä: paikallissopeutuminen ja sisäsiitos). Virallisena vastaväittäjänä toimii professori André Kessler Cornellin yliopistosta Yhdysvalloista ja kustoksena professori Veijo Jormalainen Turun yliopistosta.
FM Aino Kalske on syntynyt vuonna 1985 ja kirjoittanut ylioppilaaksi 2005 Luostarivuoren lukiosta Turusta. Filosofian maisteriksi Kalske valmistui 2011 Turun yliopistosta, jossa hän parhaillaan toimii tohtorikoulutettavana. Väitös kuuluu biologian alaan.
Väitöskirjan myynti: Turun yliopiston verkkokauppa UTUshop, https://utushop.utu.fi/c/2-annales-universitatis-turkuensis/