Lentomuurahainen on sisäsiittoinen ja surkea lentäjä

Lentomuurahainen. Kuva: Lotta Sundström
Lentomuurahainen. Kuva: Lotta Sundström
Toimitus

Lentomuurahainen osaa lentää, mutta tuoreen tutkimuksen mukaan se ei ole mitenkään hyvä lentäjä: etenkin muurahaiskuningattaren lentomatka saattaa jäädä 60 metriin, jolloin sen puolisoksi voi osua lähisukulainen.

Sukusiittoisuuden riskiä lisää, että yhden pesän tuhannet muurahaiset ovat kaikki yhden kuningattaren ja sen edesmenneen puolison jälkeläisiä.

Useimmilla muurahaislajeilla siivekkäät kuningattaret ja koiraat lentävät synnyinpesästään pois paritellakseen muista pesistä tulevien yksilöiden kanssa. Näin vältetään lähisukulaisten kanssa pariutumista ja sukusiitoksen mukanaan tuomia haittoja, jotka voivat johtaa populaation vähittäiseen pienenemiseen ja lopulta sukupuuttoon.

Helsingin yliopiston Tvärminnen eläintieteellisen aseman lähisaarten loviniskamuurahaisilla sukusiitoksen havaittiin kuitenkin olevan yleistä häälennoista huolimatta. Yhtenä syynä siihen näyttää olevan, että vastoin vakiintunutta käsitystä, lentomuurahaiset eivät lähdekään kovin kauas kotipesästään.

"Muurahaiskuningatarten keskimääräinen lentomatka oli vaivaiset 60 metriä kotipesästä", kertoo tutkimuksensa Helsingin yliopistossa tehnyt, nykyisin Exeterin yliopistossa työskentelevä tutkijatohtori Emma Vitikainen.

"Koiraat kevyempinä ja ketterämpinä taittoivat pitempiä matkoja, mutta niidenkin keskimääräinen etäisyys kotipesään oli vain 140 metriä."

Loviniskamuurahaisella on sama strategia sukusiitoksen välttämiseen kuin monilla muillakin eläimillä: kun toinen sukupuoli leviää pitemmän matkan syntymäseudultaan, todennäköisyys sukulaisten kohtaamiseen vähenee.  Sukupuolten välinen ero leviämisetäisyyksissä ei kuitenkaan riitä estämään sukusiitosta, jos lentomatka jää lyhyeksi. 

Kun leviäminen uusille alueille on rajallista, lähiympäristön muurahaispesät koostuvat lähisukuisista yksilöistä. Uusien kuningatarten potentiaaliset parittelukumppanitkin ovat kuningattarille sukua, vaikka eivät olisikaan samasta pesästä lähtöisin. 

Muurahaiskuningattaren parittelukäyttäytymisellä onkin kauaskantoiset seuraukset. 

"Useimmilla muurahaislajeilla yhden pesän tuhannet jälkeläiset edustavat geneettisesti hyvin pientä yksilömäärää, sillä ne ovat yhden kuningattaren ja sen ainoan, edesmenneen puolison jälkeläisiä", jatkaa Emma Vitikainen.

"Koiraan siittiöt säilyvät elinkelpoisina kuningattaren sisällä koko sen eliniän ajan, eikä kuningatar koskaan parittele uudestaan jopa 30-vuotisen elämänsä aikana."

Helsingin yliopiston tutkijat seurasivat loviniskamuurahaisten häälentoja ja keräsivät vastaparitelleita kuningattaria. Geneettisten menetelmien avulla tutkijat pystyivät paikantamaan, mistä pesistä kuningattaret ja niiden parittelukumppanit olivat lähtöisin.

Emma Vitikaisen, Cathy Haag-Liautardin ja Liselotte Sundströmin tutkimus Natal dispersal, mating patterns, and inbreeding in the ant Formica exsecta ilmestyi juuri American Naturalist -julkaisussa.

Teksti perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen.

Kuvassa loviniskamuurahaisen työläinen hoitamassa kirvakarjaa. Kuva: Lotta Sundström.

Muurahaiset opettavat juristeja

Toimitus

Nykyisin käytössä oleva sopimusjärjestelmä perustuu pitkälti 1800-luvulla luotuun lakiin, ja se kaipaisi nykyaikaistamista.

Tähän päätyivät tutkijat Turun yliopiston oikeustieteellinen tiedekunnassa. Sen sijaan että he olisivat ottaneet käteensä lakikirjat ja ryhtyneet muovaamaan lakeja uusiksi, he saivat aivan omituisen ajatuksen: entäpä jos uudistamisessa voisi käyttää hyväksi parvitutkimusta? Niinpä nämä muun muassa Olkiluoto 3:n rakennustyömaan sopimusprosesseihin perehtyneet tutkijat ottivat yhteyttä oman yliopiston biologeihin. He puolestaan toivat esiin muurahaiset, joiden toiminta soljuu eteenpäin harmonisesti ilman sopimuksia. Yksi joukko hoitaa munia, toinen hakee ruokaa, kolmas rakennustarvikkeita, neljäs suojelee yhdyskuntaa.

Ja niin juristit alkoivat muurahaisten oppilaiksi.

"Moni ajattelee, että itsekkyys on sopimisen keskeinen inhimillinen piirre", kertoo oikeustieteellisen tohtorikoulutettava Jaakko Salminen. "Näin tulee jatkossakin olemaan, mutta entä jos löytäisimme luonnosta tavan, jossa parviälyä hyödyntäen voitaisiin tasoittaa pahimpia itsekkyyshuippuja. Sopimisen tavan, jossa ymmärretään, että oman edun kannalta välillä parasta on joustaa".

Juristien lisäksi biologit innostuivat poikkitieteellisestä tutkimuksesta. Nyt takana on kaksi vuotta yhteistyötä, jossa ovat mukana myös Vaasan yliopiston johtamisen laitoksen sekä teknologian tutkimuskeskus VTT:n tutkijoita. Seminaareissa on ruodittu toimintamalleja, keinoja oppia ja toimia. Uudenlaisen sopimisen mallin siemeniä on jo kylvetty.

Pois yhden johtajan mallista

Mitä siis voisi pieni muurahainen opettaa ihmiselle? Eläinmuseon hoitaja Ilari E. Sääksjärvi kertoo esimerkkinä lehdenleikkaajamuurahaisista. Ne nousevat maan pinnalle, leikkaavat tietyn puun lehdestä palasen, jauhavat sen massaksi ja kuljettavat maan alle kammioihin. Siellä elävä sienirihmasto saa ravintonsa lehtimassasta ja näin muurahaisilla on loppumattomat ruokavarat. Siitä riittää ravintoa niin parven toukkia ja sienirihmastoa hoitaville kuin sotilaillekin.
 
Lehdenleikkaajamuurahaisen pahimpia vihollisia ovat ryhäkärpäset. Kun muurahaisen leuat on varattu lehdenkantoon, ryhäkärpänen yrittää munia näihin. Jos se onnistuu, toukat syövät muurahaisen pään sisältäpäin ja isäntä kuolee. Omin voimin ei saalistaan kantavalla lehdenleikkaajamuurahaisella ole mahdollisuutta puolustautua, joten sen vierellä kulkeekin aina pieni sotilasmuurahainen.

"Muurahaisyhteisössä otetaan huomioon myös eri yksilöiden elämäntilanne. Kun lehdenleikkaajan leuat tylsyvät, se siirtyy toisiin tehtäviin, esimerkiksi hoitamaan toukkia, eläkeläiseksi", Sääksjärvi sanoo.
 
Kun projektitutkija Kari Kaunisto lisää, että tämä kaikki toimii ilman, että yhteisössä on ulkoista johtoa tai sisäistä valvontaa, ovat oikeustieteilijätkin kiinnostuneita. Jaakko Salmisen mukaan yrityselämän yksi keskeisistä ongelmista on ratkaista, kuka hommaa johtaa. Tyypillisesti kaikki toiminnot kerätään yhden johdon alle, muurahaisilla riittää ryhmän toimintamalli.
 
"Voisimmeko löytää orgaanisemman mallin, jossa toimittaisiin parven pelisäännöin ilman selkeää johtajaa", kysyy Salminen.

Oikeustieteilijä Jaakko Salminen sekä biologit Kari Kaunisto, Kalle Rainio ja  Ilari E. Sääksjärvi,
miettivät mitä ihminen voisi oppia parven yhteistyöstä hyötyviltä eläimiltä.

Irti 1800-luvun sopimuskulttuurista

Jaakko Salmisen mukaan sopimusjuridiikkaan on löydettävä uudenaikaisia tapoja hahmottaa useista sopimuksista koostuvia monimutkaisia kokonaisuuksia. Nykyiset syntyivät 1800-luvulla tilanteessa, jossa sopijapuolia oli tyypillisesti vain kaksi.

Nyky-yhteiskunnassa se ei välttämättä riitä. Yritykset pilkkovat toimintojaan yhä pienempiin kokonaisuuksiin, kilpailuttavat ja ulkoistavat ne. Loppuvaiheessa kaikkien pitäisi kuitenkin pelata yhteen.

"Kun kaksi osapuolta tekee sopimusta, on välillä vaikea ottaa huomioon ympärillä olevia asioita, kuten muita sopimukseen vaikuttavia toimijoita ja näiden kanssa tehtyjä toisia sopimuksia", jatkaa Salminen. "Kuitenkin jousto suhteessa kokonaisuuteen on joissakin tilanteissa jokaisen toimijan kannalta paras vaihtoehto".

Hän lähestyy asiaa autotehdasesimerkin kautta.

"Jos joku alihankkija ei sopimuksesta huolimatta pysty toimittamaan autoon tiettyä osaa, saattaa olla järkevämpää, että kaikki joustavat. Jos kaikki pitävät tiukasti kiinni sopimuksistaan, tilanne saattaisi pahimmillaan johtaa koko tuotantoketjun kaatumiseen."

Esimerkki ei ole kaukaa haettu. Salminen näkee, että amerikkalaisen autoteollisuuden ahdingon takana oli  osin juuri perinteinen sopimusjuridiikka, joka ei tarjonnut systemaattista joustovaraa.

"Meidän pitäisi löytää malli, jolla määritellään joustamisen rajat", miettii Salminen. "Sopimusten tarve ei häviä, mutta sopimusoikeudessa tulisi selkeämmin huomioida erilaisten vastoinkäymisten vaikutus, ei vain yksittäisen sopimuksen vaan myös useista sopimuksista koostuvien kokonaisuuksien, sopimusparvien tasolla".

Jutun on kirjoittanut Erja Hyytiäinen ja se on Turun yliopiston tiedotuksen toimittama. Tutkijoiden ryhmäkuvan on ottanut Hanna Oksanen, muurahaiskuva on Flick-palvelusta.

Parvi-hankkeesta voi lukea lisää Aurora-lehdestä.

Darwinin muurahaiset

Markus Hotakainen

Filosofian maisteri Jonna Kulmunin väitöstyössä selvitettiin lajien syntymiseen liittyviä mekanismeja muurahaisella. Työssä havaittiin erikoinen ilmiö kahden muurahaislajin risteymän välillä: koiraiden ja naaraiden perimät eroavat toisistaan huomattavasti. Tämä rikkoo periytymisen perussääntöjä ja on hyvin harvinaista suvullisesti lisääntyvien lajien joukossa.

Eri-ikäisten koiraiden ja naaraiden vertailu osoitti sukupuolten välisten erojen syyksi sen, että luonnonvalinta toimii eri tavoin eri sukupuolissa. Naaraissa edulliset geenimuodot ovat haitallisia koiraissa. Tämä ainutlaatuinen ilmiö saa alkunsa kahden kekomuurahaislajin risteytymisestä.

Tällaiset muurahaiset ovat muutakin kuin luonnon kummallisuus. Ne kertovat myös geneettisistä eroista, jotka pitävät lajit erillään. Tutkimuksessa havaittiin, että lisääntymisesteenä toimivia perimän alueita on paljon niinkin läheisten lajien kuin tupsukekomuurahaisen ja kaljukekomuurahaisen välillä: ne ovat lajeina eronneet toisistaan noin 500 000 vuotta sitten.

Lajit pystyvät yhä risteytymään ja joissakin tapauksissa se voi jopa pysäyttää alkavan lajiutumisen. Toinen vaihtoehto on, että lajien välinen risteytyminen johtaa uuden lajin syntymiseen. Tämän ilmiön on viime aikoina huomattu synnyttäneen suuren osan nykyisistä lajeista.

Väitöstyössä tutkittiin myös geeniperheitä ja uusien geenien syntymistä. Geeniperheet ovat joukko samankaltaisia geenejä, joilla on yhteinen alkumuoto. Tutkimuksessa etsittiin hajuviestintään liittyviä geenejä seitsemän eri muurahaislajin perimästä.

Geenien havaittiin kahdentuneen ja niiden määrän kasvaneen useissa muurahaislajeissa. Luonnonvalinta on todennäköisesti suosinut hajuviestintään liittyvien geenien määrän kasvua muurahaisella. Geenimäärä kasvaa keskimäärin 45 prosenttia 100 miljoonassa vuodessa.

Proteiinimallien avulla havaittiin, että luonnonvalinta on erityisesti suosinut hajuaineita sitovien proteiinien varausvaihtelua. Pinnan varausvaihtelulla on todennäköisesti suora yhteys proteiinien toimintaan. Proteiinimallien käyttäminen evolutiivisissa tutkimuksissa on vielä vähäistä, mutta ilmeisen hyödyllistä, sillä sen avulla voidaan tunnistaa luonnonvalinnan kohteena olleet proteiinin ominaisuudet.

Filosofian maisteri Jonna Kulmunin väitöskirja Lajien väliset geneettiset erot ja näiden merkitys adaptaatiossa ja lajiutumisessa muurahaisella tarkastettiin Oulun yliopiston luonnontieteellisessä tiedekunnassa 10.5.2013.

Tilaa aihepiirin muurahaiset RSS-syöte