Mitä, missä ja milloin – Kellot ja kalenterit luonnon hyönteispopulaatioissa

Kutsumattomat vieraat

Sukulaisia oli kylässä ja olimme valmistaneet ruokaa. Koska keittiömme oli aika pieni ja sää lämmin, ajattelimme hyödyntää terassin tuomaa lisätilaa ja ruokailla ulkona. Kun lähdin viemään salaattikulhoa terassille, huomasin että vieraita olikin satoja enemmän kuin osasin odottaa. Mauriaiset (Lasius niger) olivat alkaneet kosiolentonsa ja terassi suorastaan kuhisi siivekkäitä muurahaisia. Vielä hetki aiemmin terassilla ei näkynyt yhtään ainoaa muurahaista.

Päätimme suosiolla luovuttaa terassin mauriaisten kosiotouhuille ja syödä sisällä. Ruokailun jälkeen kävin vielä kävelyllä lähiseudulla ja lennoille oli selkeästi lähdetty useista tienoon pesistä samanaikaisesti. Ilma suorastaan kuhisi mauriaisia ja myös niitä saalistavia ruskoukonkorentoja.

Ajoitus on kaikki kaikessa

Se, että useista saman alueen mauriaispesistä lähdetään parveilemaan samanaikaisesti, ei ole sattumaa. Yhtäaikainen parveilu parantaa merkittävästi mahdollisuuksia löytää sopiva parittelukumppani. Mauriainen ei ole tässä lainkaan ainutlaatuinen tapaus, vaan vastaavaa esiintyy mm. surviaissääskillä.

Näyttävät ja synkronoidut kosiomenot ovat kuitenkin vain yksi osoitus siitä, että luonnossa ajoitus on kaikki kaikessa. Etenkin meillä pohjoisella pallonpuoliskolla kasvukausi ja suotuisten olosuhteiden aikaikkuna on lyhyt eikä hetkeäkään ole hukattavaksi. Hyönteisillä ja muillakin ötököillä elinkierron keskeiset vaiheet, kuten kasvu ja lisääntyminen, on ajoitettava vuodenaikaan, jolloin on tarjolla riittävästi lämpöä ja resursseja.

Toisaalta suotuisat olosuhteet saattavat muuttua äkillisesti jopa hengenvaarallisiksi. Myös alkavaan talvikauteen kannattaa varautua hyvissä ajoin. Luonnossa tasapainoillaankin jatkuvasti hyvien olosuhteiden tehokkaan hyödyntämisen ja epäsuotuisiin olosuhteisiin varautumisen välillä.

Kavereilla sama kalenteri

Ajoitus ei ole tärkeää pelkästään elottomien ympäristöolosuhteiden vuoksi, vaan se liittyy läheisesti myös vuorovaikutuksiin toisten lajien kanssa. Esimerkiksi monille kasvinsyöjähyönteisille voi olla kohtalokasta päättää talvehtiminen ennen kuin ravintokasvi on aloittanut kasvunsa. Eri lajien epätahtisuudella voi myös olla seurauksia koko eliöyhteisön tai jopa ekosysteemin kannalta. Esimerkiksi kasvien pölytys saattaa epäonnistua, mikäli niiden kukinta alkaa ennen kuin valtaosa pölyttäjistä on päättänyt talvehtimisen.

Muiden lajien kalenterien seuraaminen on erityisen tärkeää voimakkaasti erikoistuneilla lajeilla, kuten vaikkapa loispistiäisillä. Monet loispistiäislajit kykenevät loisimaan vain tietyn isäntälajin tiettyä elinkiertovaihetta ja siksi niiden täytyy pyrkiä synkronoimaan elinkiertonsa mahdollisimman hyvin isäntälajin kanssa. Monet loispistäiset ovatkin vieneet kalenteriensa sykronoinnin äärimilleen niin, että ne hyödyntävät suoraan isäntälajin hormoneja oman kehityksensä ja elinkiertonsa ajoittamisessa. Vaihtoehtoisesti ne voivat myös manipuloida isännän kehitystä mukailemaan loisen tarpeita.

Kolikon kääntöpuoli on se, että isäntälajin yksilöiden kannattaisi puolestaan pyrkiä epäsynkroniaan loispistiäisten kanssa, jotta ne eivät joutuisi loisten saalistuksen kohteeksi. Esimerkiksi täpläverkkoperhosen toukat voivat kiihdyttää kehitystään ja heikentää synkroniaa erikoistuneiden Cotesia melitaearum -loispistiäisten kanssa paistattelemalla auringossa.

Lämpömittareita ja aurinkokelloja

Tehokas tasapainoilu suotuisten ja epäsuotuisten olosuhteiden välillä edellyttää sitä, että lajien täytyy sekä reagoida vallitseviin olosuhteisiin että ennakoida tulevia olosuhteita. Vallitseviin olosuhteisiin reagoiminen on suhteellisen suoraviivaista: Sopivat olosuhteet käynnistävät välittömästi erilaisia fysiologisia prosesseja, jotka sitten näkyvät suoraan hyönteisten käytöksessä. Yksinkertaisin esimerkki tällaisesta tilanteesta on se, että vaihtolämpöisinä eläiminä hyönteiset ovat aktiivisimmillaan lämpimällä säällä. Mauriaistenkin tapauksessa parveilun tarkka hetki määräytyy lopulta mm. kyseisen päivän lämpötilan ja tuulisuuden perusteella.

Tulevien olosuhteiden ennakoiminen sen sijaan vaatii hyvin hienovaraisia mekanismeja, jotka usein hyödyntävät jonkinlaista sisäistä kelloa. Pohjoisella pallonpuoliskolla on tyypillistä, että hyönteiset tulkitsevat sisäisen kellonsa avulla päivän valojakson pituutta ja käyttävät sitä vuodenaikojen muutoksen ennustamiseen. Siinä missä muut ympäristösignaalit kuten lämpötila tai sadanta ovat huomattavasti epäluotettavampia merkkejä vuodenaikojen vaihtumisesta, voi päivän valojakson lyhenemisen luottaa merkitsevän lähestyvää syksyä ja sitä seuraavaa talvea. Lämpötila ja sadanta usein lähinnä vain hienosäätävät valojakson pituuden välittämää viestiä.

Esimerkiksi Suomessa enemmistö Drosophila montana mahlakärpäsnaaraista alkaa varautua lähestyvään syksyyn, kun päivässä on vielä 18-20 tuntia valoisaa aikaa. Tutkijat kutsuvat tätä talvehtimisen käynnistävää valojakson pituutta kriittiseksi päivän pituudeksi (critical daylength). D. montanan kriittinen päivän pituus on pidempi pohjoisessa (n. 19 tuntia) kuin eteläisessä (n. 18 tuntia) Suomessa.

Tästä erosta huolimatta – tai oikeastaan siitä johtuen – tulkitsevat pohjoisen ja eteläisen Suomen D. montana mahlakärpäset kalenteria hämmästyttävän samalla tavalla, sillä kaikkialla Suomessa talvehtimiseen valmistautuminen alkaa heinä-elokuun vaihteessa. Monilta lajeilta kuten esimerkin D. montana mahlakärpäsiltä, sekä joiltain hyttys- ja perhoslajeilta tunnetaan valojakson pituuden tulkintaan liittyviä mekanismeja jopa geenitasolle asti.

Kelloja täytyy kääntää ilmastonmuutoksen vuoksi

Vaikka meillä Suomessa päivän pituuden lyheneminen on luotettavampi merkki vuodenaikojen vaihtumisesta kuin vaikkapa jonkin tietyn hetken lämpötila, ei sekään ole hyönteisille täysin ongelmaton. Elämme aikakautta, jolloin vuodenaikojen ajoittuminen muuttuu nopeasti ihmisen aiheuttaman ilmastonmuutoksen myötä. Kesän jatkuessa aiempaa pidempään saattaa päivän pituus, joka on lajien evoluutiohistorian aikana luotettavasti viestinyt lähestyvästä syksystä, johtaakin liian aikaiseen talvehtimisen aloittamiseen. Liian aikainen talvehtiminen puolestaan saattaa olla kohtalokasta, sillä lämpimät olosuhteet talvehtimisen aikana saattavat johtaa energiavarastojen äkilliseen hupenemiseen.

Lajien täytyisi siis kyetä säätämään sisäistä kelloaan, joka ei enää täsmään ympäristöön. Tähän tarvitaan geneettistä muuntelua sisäisessä kellossa. D. montana mahlakärpäsillä vaikuttaa olevan geneettistä vaihtelua kriittisen päivän pituuden tulkinnassa sekä koko maan tasolla että pienemmällä paikallisella mittakaavalla. Niillä siis tuskin on suurta hätää tältä osin. Useimpien lajien kohdalla meillä ei kuitenkaan ole vastaavaa tietoa valojakson tai muiden ympäristösignaalien tulkinnasta tai niissä esiintyvästä vaihtelusta.

Vuodenaikoihin sopeutuminen on osa evoluution kiehtovuutta

Todistamme vuosittain vuodenaikojen vaihtelua ja saatamme pitää siihen liittyviä biologisia ilmiöitä helposti selviöinä. Tiedämme esimerkiksi, että jo maaliskuussa lepän siitepöly voi alkaa aiheuttaa allergisia oireita, että useiden lintujen laulu vähitellen lakkaa juhannuksen jälkeen ja että Lapissa ruskan huippuhetket ajoittuvat syyskuun ensimmäisille viikoille.

Harvoin tulee pohtineeksi, että useat vuodenaikoihin liittyvät biologiset ilmiöt ovat poikkeuksetta pitkäaikaisen evoluution tuottamia mitä uskomattomampia keinoja selviytyä ja menestyä luonnon olosuhteiden vaihdellessa. Juuri tämä miltei kaikkia lajeja koskettava vuodenaikaisvaihteluun sopeutuminen tekee meidän pohjoisesta luonnostamme kiehtovan ainutlaatuisen ja esimerkiksi mauriaisten parveilua kannattaa ihastella asiaan kuuluvalla arvokkuudella.

Kirjoittaja Aapo Kahilainen