Muurahaistutkimusta voi hyödyntää
tutkittaessa ihmisen ikääntymistä
07.04.2009
Mitä ihmeen hyötyä muurahaistutkimuksesta voi olla ihmiselle? Paljonkin, osoittaa evoluutiobiologian professori Lotta Sundström, joka on 80-luvulta lähtien tutkinut muurahaisia. Muurahaisten avulla voidaan ehkä jopa selvittää ihmisen ikääntymisen mekanismeja.
Ihmistä on aina askarruttanut ikääntyminen ja kuolema. Muurahaisilla kuningattarien ja työläisten elinajat ovat hyvin eripituisia, vaikka ne olisivatkin sisaruksia. Miksi toinen yksilö ikääntyy vasta 30-vuotiaana ja sen sisar jo kaksivuotiaana? Muurahaisten kuningattarien ja työläisten geenien ilmentymistä vertailemalla voidaan paljastaa ikääntymiseen vaikuttavia geenejä.
Sundströmin tavoitteena on tutkia, mitkä geenit vaikuttavat vapaiden happiradikaalien ja niitä neutraloivien antioksidanttien syntyyn. Happiradikaalien epäillään aiheuttavan DNA-vaurioita ja ennenaikaista vanhenemista. Näitä epäedullisia vaikutuksia antioksidantit jarruttavat. Kuningattarien pitkän eliniän taustalla saattaa olla alhaisempi happiradikaalien tuotto tai korkeampi antioksidanttien määrä soluissa. Tämä tutkimus on vasta alussa mutta voi vielä tuottaa mielenkiintoisia tuloksia – ihmisenkin kannalta.
Työläiset päättävät pesän asioista
|
Muurahaiset käyttävät kirvoja lypsykarjana. Samalla ne kuljettavat ravinteita puusta maahan säädellen näin metsän ravintovirtoja. |
Lotta Sundström tutkii muurahaisten genetiikkaa ja populaatioiden erilaistumista. Tutkimus lähti kansainvälisesti merkittäville urille jo 90-luvun alussa väitöskirjasta, jossa hän selvitti, miten muurahaisyhdyskunta toimii ja miten yhdyskunnan jäsenten väliset evolutiiviset ristiriidat ratkaistaan. Esimerkiksi työläisten ja kuningattaren välillä vallitsee ristiriita siitä, kuinka paljon tuotetaan uusia naaraita eli tulevia kuningattaria ja kuinka paljon koiraita. |
Työläisille on edullisempaa tuottaa ylen määrin naaraita, mutta kuningattarelle sopisi paremmin yhtä paljon koiraita ja naaraita.
Sundströmin tulokset osoittavat, että työläiset vievät voiton tässä tilanteessa. Niinpä työläiset vastoin yleistä käsitystä päättävät pesän asioista ja kuningatar on lähinnä niiden muniva orja. Työläiset siirtävät tehokkaammin geenejään seuraavaan sukupolveen ja saavat ainakin osittaisen korvauksen siitä, etteivät ne itse lisäänny vaan auttavat kuningatarta lisääntymään.
Tutkimukset tehdään Tvärminnen eläintieteellisellä asemalla Hangossa. Koska liikutaan luonnonsuojelualueella, muurahaisia pyritään tutkimaan niin, että pesän rauhaa häiritään mahdollisimman vähän. Työläisiä tuodaan laboratorioon niiden käyttäytymisen tutkimista varten. Tämän jälkeen tutkitaan vielä koeyksilöiden perimää Helsingin yliopiston Viikin biokeskuksessa.
Tutkimusta hyödynnetty robotiikassa
Muurahaistutkimus on tuottanut myös taloudellisesti hyödynnettäviä keksintöjä: yksi esimerkki on robottien kehittäminen. Muurahaisten kyky organisoida työnsä on toiminut mallina tilanteissa, joissa usean robotin yhteistoimintaa on haluttu tehostaa. Ihmisen päätöksenteko perustuu hierarkiaan, jossa johtaja jakaa työtehtäviä, kun taas muurahaisten päätöksenteko on hajautettua, eli jokainen yksilö päättää itse mitä tekee.
”Kun ihminen rakentaa robotin, hänellä on mielikuva päässään, kuinka johtaa robottia tekemään tehtävänsä. Ongelmia syntyy, kun useiden robottien tehtävänjakoa pitäisi koordinoida tai robottien pitäisi valita useasta mahdollisesta tehtävästä yksi. Tässä muurahaiset ovat eksperttejä, sillä ne organisoivat tehtävänsä vailla tietoa siitä, mitä muualla pesässä tapahtuu. Kuten muurahaiset, robotti vastaa siihen, mitä sen ympäristössä tapahtuu. Jos esimerkiksi tietyssä paikassa on liian vähän robotteja siirtämässä tavaroita paikasta toiseen, sinne hakeutuu muita robotteja. Muurahaisia on käytetty mallina etsittäessä parasta päätöksentekoprosessia”, kertoo Lotta Sundström.
Myös British Telecom on hyödyntänyt muurahaisten järjestelmää signaalien kuljettamisessa puhelinverkossa.
Metsien pirstoutuminen on kekomuurahaisten pahin uhka.
Muurahaiset keskeisiä metsän ekosysteemissä
Muurahaiset ovat keskeisiä toimijoita metsien ekosysteemeissä. Pohjoisessa ne muodostavat 10 prosenttia eläinten biomassasta ja tropiikissa 30 prosenttia. Näin mittava ryhmä eliöitä myös muokkaa metsän ekosysteemiä.
Muurahaiset muokkaavat maata ja luovat elinympäristöjä useille muille eliöille. Lisäksi ne vaikuttavat merkittävästi metsän typen ja hiilen kierrossa, koska ne kuljettavat kirvahunajaa, saalishyönteisiä ja muuta materiaalia kekoon. Muurahaiset ovat petoja, ja ne pitävät tässä ominaisuudessa tuhohyönteisiä kurissa.
Metsien pirstoutuminen on muurahaisten suurin uhka. Kekomuurahaiset ovat huonoja leviämään eivätkä siksi helposti valtaa uusia alueita vanhojen elinalueiden käytyä niille käyttökelvottomiksi. Elintila vähenee ja sopivat metsälaikut ovat yhä etäämmällä toisistaan, joten ne eivät pääse rakentamaan uusia yhdyskuntia tyhjille alueille.
Ekologit ennustivat talouden globaalin romahduksen
”Ekologista ja evoluutiobiologista tutkimustietoa voi hyödyntää ihmisyhteiskunnassa. Ihmiset voisivat miettiä, onko olemassa muita päätöksentekojärjestelmiä, jotka toimisivat paremmin kuin nykyiset. Luonnonvalinnan periaatetta ei kuitenkaan tule pitää eettisenä ohjenuorana, mutta ihmisen moraali ja etiikka ovat luonnonvalinnan tuotteita. Ihmisille on kehittynyt ainutlaatuinen kyky suunnitella tulevaa ja siten vastuu luonnon hyvinvoinnista. Tähän tarvitaan luotettavaa tietoa luonnon toiminnasta”, korostaa Lotta Sundström.
Antibioottien vastustuskyky on lääketieteen suurimpia haasteita. Lehdenleikkaajamuurahaiset kasvattavat sieniä ravinnokseen ja niiden tiedetään tuottavan antibiootteja, joilla ne taltuttavat sienirihmastoja vaivaavia bakteereja. Samoja antibiootteja on luultavasti käytetty jo kymmeniä miljoonia vuosia. Silti bakteerit eivät ole tulleet vastustuskykyisiksi näille antibiooteille. Tämän tutkimisesta voi olla hyötyä kehitettäessä uusia antibiootteja. Nyt onkin nousemassa uusi lääketieteen suunta: evoluutiolääketiede, jossa hyödynnetään evoluutiotieteen tuloksia.
Ekologisista malleista voi löytyä sovelluksia myös taloustieteeseen, kuten akatemiaprofessori Ilkka Hanski on esittänyt.
”Kun populaatiot toimivat itsenäisinä yksikköinä, kukin kasvaa ja romahtaa omassa aikataulussaan, ja kun kasvu ja romahdus tapahtuvat eri paikoissa eri aikaan, niin globaalisti systeemi pysyy tasapainossa. Kun populaatiot yhdistetään, niiden kasvu ja romahtaminen nopeasti synkronisoituvat ja ne alkavat kasvaa sekä romahtaa yhtä aikaa. Silloin koko globaali systeemi romahtaa. Tämä on täsmälleen sitä, mitä me näemme tämän päivän talouselämässä. Tämä ennuste kumpuaa suoraan ekologisista malleista”, vakuuttaa Sundström.
Teksti: Leena Vähäkylä
Kuvat: Lotta Sundström
