Mehiläiset – näyttäkää niille punkeille!

17.3.2013

2-heptanonin arvoitus

Mehiläisten leukaperien rauhasista erittyvä 2-heptanoni on tutkijoille vanha tuttu. Aineen käyttötarkoituksesta on ollut kaksikin hyvää hypoteesia, joissa ei oikeastaan ole muuta vikaa kuin, että kumpikaan ei ole totta.

Uusi tutkimus (Papachristoforou ym. 2012) ratkaisee 2-heptanonin lähes viisikymmentä vuotta vanhan arvoituksen: se ei toimi hälytyskemikaalina, eikä sillä merkitä kukkia, joissa mehiläinen on vieraillut; sen sijaan 2-heptanonilla olisi mahdollista tuhota punkkeja ja muita mehiläisten vihollisia.

Varroa destructor

Varroa destructor. Kuva: Wikipedia.

Mehiläisten monet konstit

Isoja pesiensä uhkaajia, kuten ihmisiä, mehiläiset tietenkin pistävät. Jos tunkeilija on liian pieni pistettäväksi, mehiläiset purevat. Papachristoforou ym. (2012) havaitsivat, että mehiläiset pystyvät puremaan isovahakoisan (Galleria mellonella) toukkia ja ruiskuttamaan niihin 2-heptanonia, jonka ansiosta koisantoukat halvaantuivat muutamiksi minuuteiksi. Mehiläiset saavat ehkä heivattua tuholaiset ulos pesästä sinä aikana, kun ne ovat 2-heptanonin lamaannuttamia.

Varroapunkit ovat niin pieniä, etteivät mehiläiset saa niihin purtua reikää. Tämä ei haittaa, koska 2-heptanoni toimii tutkijoiden mukaan varroaan myös ulkoisesti. Tarvittava aineen määrä on kymmenkertainen koisantoukan halvaannuttamiseen verrattuna, mutta pieni silti: 0,06 mikrolitraa riittää. Toisin kuin koisantoukat, punkit ilmeisesti eivät toivu 2-heptanonimyrkytyksestään, vaan lopulta kuolevat.

Mehiläisen leuka ja sen purujälki perhostoukan ihossa
Mehiläisen leuka ja sen purujälki koisantoukan ihossa. Kuva: Papachristoforou ym. (2012).

Mehiläiset vastaan varroapunkki

Mehiläisillä leuoissa on siis tehokasta punkintorjunta-ainetta, mutta käytäntö on osoittanut, että mehiläiset eivät saa punkkeja kuriin. Varroapunkit ovat iso ongelma mehiläishoidolle. Punkit ovat levinneet käytännössä kaikkiin Suomenkin mehiläispesiin ja ilman säännöllistä torjuntaa kutakuinkin kaikki mehiläispesät tuhoutuisivat muutamassa vuodessa. Tarkkaan ottaen mehiläiset eivät kuole suoraan punkkeihin, vaan virussairauksiin, joille punkkien vaivaamat pesät altistuvat.

Miksi mehiläiset eivät osaa torjua punkkeja? Perussyy on se, että varroapunkit (Varroa destructor) ovat mehiläiselle (Apis mellifera) uusi ongelma. Punkit ovat loikanneet kesymehiläiseen intianmehiläisestä (Apis cerana). Intianmehiläisellä ja varroapunkilla on takanaan pitkä yhteisevoluutio, mutta mehiläistä evoluutio ei ole valmistanut kohtaamaan näitä loisia. Epäilemättä luonnonvalinta suosii mehiläisen kehittymistä pärjäämään paremmin punkkien kanssa. Samalla valinta suosii punkin kehittymistä harmittomammaksi uudelle emäntälajilleen, koska loisenkaan etu ei ole olla liian tuhoisa. Kaikkeen tähän kehitykseen menee kuitenkin aikaa.

Apis cerana. Kuva: foter.com.

Intianmehiläinen on sinut varroapunkin kanssa (kuvan intianmehiläisen jaloissa ei ole jättipunkkeja, vaan siitepölyä:) Kuva: foter.com.

Punkinkestävien mehiläisten jalostus

Mehiläishoitajille luontaisen evoluution odottelu on liian hidasta ja käy kalliiksi. Halutun ominaisuuden evoluutiota voi nopeuttaa jalostuksella. Taiten tehtynä* mehiläisiä voi jalostaa punkinkestäviksi ilman, että samalla menetetään mehiläisen muuta perinnöllistä muuntelua tai jo saavutettuja hyviä ominaisuuksia kuten rauhallista luonnetta.

Mehiläisten oma tapa lisääntyä on parveilu. Mehiläiskoiraita lentää parveilupaikalle kilometrien säteellä. Parveilun ansiosta mehiläiskuningattaret (hoitajakielellä emot) saavat jälkeläisilleen monipuolisia geenejä. Samalla parveilu tekee mehiläisen jalostamisesta muita kotieläimiä vaikeampaa, koska puolet seuraavan sukupolven kuningatarten geeneistä tulee vierailta kuhnureilta, joiden ominaisuudet ovat kasvattajalle tuntemattomia.

Käytännössä mehiläisten jalostuksessa tarvitaan keinosiemennystä tai ainakin paritustarhoja, joiden lähimaastossa ei ole sellaisia pesiä, joista hoitajat torjuvat punkkeja. Jos ostaa omiin pesiinsä punkkeja kestävät kuningattaret, naapuritarhaajat olisi saatava samaan juoneen mukaan.

Laajamittainen jalostus on myös siitä hyödyllistä, että silloin voidaan hyödyntää eri punkinkestävien kantojen risteytystä, jolloin ainakin ensimmäisessä jälkeläispolvessa voi olla melkoisia supermehiläisiä. Samalla voi yhdistyä useita erilaisia keinoja torjua punkkeja, 2-heptanoni ole mehiläisten ainoa konsti, ne voivat esimerkiksi tunnistaa punkkien pahiten vaivaamat kotelot (hoitajakielellä sikiöt) ja tuhota ne.

Periytyvyys täytyy myös tarkistaa eri olosuhteissa. Suomessa sataprosenttisesti punkinkestävät mehiläiset eivät välttämättä olekaan sitä Keski-Euroopassa ja päinvastoin. Suomessa Juhani Lundén on saanut vuosien työn jälkeen lupaavia tuloksia punkinkestävien mehiläisten jalostuksessa.

* Jos jalostusta ei tehdä taiten, voi käydä yhtä huonosti kuin yksitotiseksi monokulttuuriksi jalostetulle rypsille, jota pitää huljuttaa pölyttäjähyönteisiä tappavilla neonikotidi-myrkyillä, etteivät kirpat söisi.

Hyvää ja hyödyllistä perustutkimusta

Tämän jutun lähdeartikkelia (Papchristoforou ym. 2013) voi lukea malliesimerkkinä hyvin tehdystä tieteellisestä työstä. Sen lisäksi, että tutkijat antoivat mehiläisten yrittää purra ja lamata tuholaisia, he ruiskuttivat 2-heptanonia niihin myös itse (positiivinen kontrolli) ja ruiskuttivat koisantoukkiin tislattua vettä, varmistaakseen, ettei pelkkä pistäminen lamaannuta niitä (negatiivinen kontrolli).

Vanhalla kunnon menetelmällä, katsomalla mikroskoopilla, vahvistettiin hypoteesia, että 2-heptanonia ei erity automaattisesti jokaiseen mehiläisen puremaan, vaan se käyttää arvokasta ainetta vain tarpeen vaatiessa.

Bonuksena artikkelissa tuodaan esille 2-heptanonille toinenkin mahdollisen sovellus mehiläisten loisten torjunnan lisäksi. Alustavat kokeet 2-heptanonin vaikutuksesta rottien hermosoluihin viittaavat siihen, että 2-heptanoni saattaisi ihmisten ja muiden nisäkkäiden iholle siveltynä tai pistettynä toimia mainiona paikallispuudutteena, ehkä suositun lidokaiinin veroisena, mutta vähemmän myrkyllisenä.

Paljon on hienoa asiaa yhdessä artikkelissa, 2-heptanonin lääketieteellisistä sovelluksista olisi kyllä voinut hyvällä omallatunnolla tehdä ihan erillisenkin jutun.

Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com

Viite: Papachristoforou, A., Kagiava, A., Papaefthimiou, C., Termentzi, A., Fokialakis, N., Skaltsounis, A.-L., Watkins, M., Arnold, G. ja Theophilides, G. 2012: The bite of the honeybee: 2-heptanone secreted from honeybee mandibles during a bite acts as a local anaesthetic in insects and mammals. PLoS One 7: e47432. 


Musta se on kontukimalainen

30.4.2009

Työpäivä tiedekeskus Heurekan oppaiden työhuoneessa keskeytyi äänekkääseen pörinään. Ikkunassa tömpsähteli vaikuttavan kokoinen mustanpuhuva kimalainen. Mustaa väriä korostivat vielä tumma kullanhohtoinen vyö ja puhtaan valkoinen takaosa.

Melanistinen kontukimalainen Bombus terrestris

Heurekan hyönteistuntijat olivat ihmeissään. Kuningatar kimalainen oli ilman muuta, koska oli niin iso, mutta minkä lajin? Suomessa elää yli kolmekymmentä kimalaislajia, mutta tämän yksilön väritys ei täsmännyt oikein mihinkään niistä. Heräsi epäilys, että kyse oli poikkeuksellisesta tummasta värimuunnoksesta. Lajinmääritys muuttui entistä kiperämmäksi, kun normaaleihin värituntomerkkeihin ei ollut luottamista.

Nimen saamista odotellessa kimalainen eleli Heurekassa äreänoloisena lemmikkinä. Juomaksi kuningatar kelpuutti hunajaveden. Aivan ymmärrettävästi kimalainen hermostui ennen pitkää jatkuvaan huomion kohteena olemiseen ja karkasi piiloon sisäkaton rakenteisiin. Parin tunnin kuluttua seikkailija saatiin napattua onneksi taas kiinni.

Määrityskirjallisuutta seuraamalla, kimalaiskokoelmiin vertaamalla, hyönteisharrastajien ja Helsingin yliopiston pistiäistutkijan ystävällisellä avustuksella määrityspulma lopulta ratkesi: kontukimalainen.

Kontukimalainen on hyvä pölyttäjä kasvihuoneissa ja marjamättäillä; lajin pesiä saa ostaakin. Luonnonvaraisena kontukimalainen on Suomessa melkoinen harvinaisuus. Tummaa värimuotoa kontukimalaisesta ei ole tiettävästi aiemmin maassamme havaittu.

Musta kuningatar päästettiin vapaaksi Heurekan pihan loppukesän kukkaloistoon.

Melanistinen kontukimalainen Bombus terrestris face

Kiitokset: Hyönteisfoorumi ja Ilkka Teräs

(C) luotiset.wordpress.com – Kolkkala, M. 2009. Kimalainen seikkaili Vantaalla elokuussa 2007.


Suuri kimalaispuu

17.8.2007

Kuka kukin on ja mitä missä milloin? Uunituore julkaisu kertoo kaiken tämän, kimalaisista. Suuresta kimalaisten sukupuusta voi tutkia paitsi kuka on sukua kenellekin, myös mitä kimalaisten kehityshistoriassa on tapahtunut, missä päin maailmaa kimalaiset ovat parhaiten edustettuina ja milloin mikäkin kimalainen on lajiutunut erilleen muista. Edustettuna sukupuussa ovat melkein kaikki maailman kimalaiset, yli kaksisataa lajia.

Sukupuu perustuu dna-vertailuihin. Vahvistusta dna-puulle saatiin myös kimalaisten ulkoisten piirteiden vertailusta. Tutkijat onnistuivat lukemaan koko kimalaisjoukolta viiden geenialueen sisällön. Neljä geenialuetta oli suhteellisen hitaasti muuttuvia solun tuman geenejä, joihin on kirjautunut luotettavasti vanhojenkin kimalaissukujen historiaa, viides, solun mitokondrion geeni taas on riittävän nopea selvittämään läheisten sukulaislajien suhteita. Dna-tiedot asetettiin riviin ja järjestykseen ja syötettiin lopuksi supertietokoneelle, joka urakoi esiin perinnöllisen aineksen kanssa yhteensopivan sukupuun.

Sammalkimalainen (kuva Wikipedia)

Sukupuu paljastaa, että kimalaisten väritys ei aina kerro kimalaisten sukulaisuudesta mitään. Esimerkiksi merenrantaniittyjen sympaattinen sammalkimalainen on lämpimän oranssinruskea. Sammalkimalaisen sukulaisista peltokimalainen ja juhannuskimalainen puvuissa on samat värisävyt  kuin sammalkimalaisella. Sammalkimalaisen muut sukulaiset ovat monenkirjavia: hevoskimalainen on tyylikkään harmaa  ja mustakimalaisen mustuutta korostaa räikeän oranssi takaruumis – kivikkokimalaisella on samat oranssimustat kuviot kuin mustakimalaisella, mutta se kuuluu ihan eri alasukuun.  

Samalla kimalaislajillakin voi olla useita värimuotoja, esimerkiksi hevoskimalaisissa ja sorokimalaisissa on mustanpuhuvia melanistisia muotoja. Kaikki loiskimalaiset ovat sukua keskenään, mutta muistuttavat usein omaa emäntälajiaan, todennäköisesti hämäystarkoituksessa. Sukupuu tarjoaa myös maantieteellisiä pohdittavaa: miksi sammalkimalaisen lähin sukulaislaji elääkin Kiinassa?

Väritystä paremmin kimalaisten sukulaisuus voi selvitä katsomalla niitä kasvoista kasvoihin. Melkein kaikki jakautuvat sukupuussa kahteen suurryhmään: pitkä- ja lyhytnaamaisiin kimalaisiin. Kasvonpiirteet liittyvät kimalaisten erilaistumiseen kukkien mukaan, kuinka syvältä kukan torvesta mesi on ongittava. Yllätyksen tarjoaa pieni ja tavanomaisen näköinen sorokimalainen. Se ei suostu kuulumaan kumpaankaan suurryhmään, vaan edustaa yksin ihan omaa vanhaa evoluutiolinjaansa.

Suomessa kimalaisten kirjo on parhammillaan, meiltä tunnetaan yli kolmekymmentä lajia ja ne edustavat melkein kaikkia kimalaisten suuria alasukuja. Lapin karuimmilla paljakoillakin käy kesällä melkoinen hyörinä, kun pohjoisiin oloihin erikoistuneet kimalaiset keräävät kukista meden ja siitepölyn talteen. Kimalaisten taktiikkaan kuuluu perustaa pesä joka kevät uudelleen. Varhain keväällä kaikki kimalaiset ovat suuria, koska ne ovat kaikki kuningattaria, jotka ovat liikkeellä etsimässä ruokaa ja pesäpaikkaa. Työläiset ovat kuningattaria pienempiä ja elävät vain yhden kesän. Loppukesästä kukilla alkaa partioida tavallistakin värikkäämpiä ja pörröisempiä kimalaisia – koiraita. Koiraiden (kuhnurien) elämäntehtävä on vain parittelu. Jos koiraan ottaa käteensä huomaa, että se ei pistä (oletko nyt ihan varma, että se on koiras…:) Syksyllä kaikki koiraat työläisten tapaan kuolevat pois.

Kommenteissa suomalaisten kimalaisten kuka kukin on

Lähde: Cameron, S. A., Hines, H. M. ja Williams, P. H. 2007: A comprehensive phylogeny of the bumble bees (Bombus). Biol. J. Linn. Soc. 91: 161-188.

(C) Kolkkala, M. – luotiset.wordpress.com