Sivut

torstai 21. elokuuta 2014

Varis ja nokivaris, samaa vai eri lajia?

Päätellen siitä, kuinka innokkaasti lintuharrastajat laskevat näkemiään lajeja, tiedossa on yleisesti, mikä ”laji” on.  Pinnarallien purkutilaisuuksissa ei ole pienintäkään epäselvyyttä siitä, että pikku- ja isokäpylintu tai kurki ja hippiäinen ovat eri lajia. Lintujen (ja selkärankaisten eläinten yleensäkin) erottaminen ulkonäön ja äänten perusteella onkin (elinikäisen harjoittelun jälkeen) siedettävän helppoa. Arkielämässä eri lajit näyttävät tai kuulostavat eriltä; näin on lajeja aina tunnisteltu.

Biologia-tieteessä lajiasiat ovat monimutkaisempia, eikä kaikille eliöryhmille joka tilanteessa sopivaa lajin määritelmää ole. Biologinen lajin käsite (BLK, BSC, biological species concept) perustuu lisääntymiseen, ja sen voi yksinkertaistaa näin. Joukko sellaisia populaatioita, joiden jäsenet luonnossa tuottavat tai voivat tuottaa keskenään hedelmällisiä jälkeläisiä, on samaa lajia (Hailuodon ja Siikajoen jänikset). Kääntäen tähän sisältyy risteytymättömyys toisten samalla alueella elävien populaatioiden yksilöiden kanssa; tällöin populaatiojoukkojen välillä vallitsee lisääntymiseristys eli –isolaatio (Helsingin jänikset ja kanit, eri lajia). BLK ei tietenkään sovi vaikkapa kahtiajakautumalla lisääntyviin bakteereihin saati fossiileina säilyneisiin eliöihin, joiden lisääntymiskyvyn testaaminen on hankalahkoa. Niihin sopivista lajimääritelmistä ei tässä kuitenkaan sen enempää.

Ihminen on visuaalinen laji, ja niinpä lintuja on luokiteltu lajeiksi ja alalajeiksi niiden ulkonäön perusteella, esimerkkinä vaikkapa suosirrin nimirotu (Calidris alpina alpina) ja etelänsuosirri (C. a. schinzii). Toinen maantieteellisten rotujen pari on meikäläinen varis (josta käytän edempänä nimeä harmaavaris) ja sen lähisukulainen kokomusta nokivaris. Nokivaris pesii Länsi-Euroopassa sekä Itä-Aasiassa. Näiden alueiden välissä pesii harmaavariksia. Vanhemmissa lintukirjoissa harmaavaris on omaa alalajiaan Corvus corone cornix, nokivaris omaansa Corvus corone corone. Näin on harmaavariksen laita myös Birdlifen Suomen lajiluettelossa  Monessa tämän vuosituhannen kirjoissa kumpikin on kuitenkin omaa lajiaan, Corvus cornix ja Corvus corone, vaikka halki Euroopan luikertelee kapea  vyöhyke (kartta alempana), jolla harmaa- ja nokivaris risteytyvät eli saavat jälkeläisiä, jotka ovat höyhenykseltään emojen välimuotoja sekä lisääntymiskykyisiä.  Risteytymisvyöhyke on kuitenkin pysynyt kapeana, eikä Eurooppa vilise oudon täplikkäitä hybridivariksia. Tämä johtunee siitä, että erilaiset varikset pariutuvat mieluiten omanlaistensa kanssa ja että risteymien lisääntymiskyky on ”puhtaita” pariskuntia kehnompi.


Etualalla harmaavaris (cornix), taempana nokivaris (corone)

Varisten risteytymisvyöhyke mutkittelee Länsi-Euroopan halki.
Irlannissa pesii harmaavariksia.
Nykyisen tilanteen taustalla ovat arvatenkin historiassa toistuneet jääkaudet. Mannerjäätikön levitessä Keski-Eurooppaan myös kasvillisuusvyöhykkeet eläimistöineen siirtyivät sen tieltä, ja esivaristen levinneisyysalue pilkkoutui. Läntiset populaatiot siirtyivät lounaaseen, itäisemmät itään-kaakkoon. Pitkään kestäneen maantieteellisen eristyksen/isolaation aikana syntyivät noki- ja harmaavaristen erot. Jäätikköjen sulaessa eliöstö variksineen palasi pohjoista kohti, ja pitkään erossa toisistaan olleet vaakut kohtasivat (tarkoitan tässä tätä läntistä kohtaamisvyöhykettä; itäaasialaisten varisten historiaan en ole tutustunut). Mutta ei tässä vielä kaikki!

Ruotsalais-saksalais-espanjalainen tutkimusryhmä nimittäin selvitti hiljattain perusteellisesti Euroopan varisten genetiikkaa lajiutumisen näkökulmasta. He sekvensoivat (eli määrittivät DNA:n emäsjärjestyksen) miltei kokonaan sekä vertasivat geenien toiminnan eroja noki- ja harmaavaristen välillä. Näytteitä he ottivat kahdesta nokivarispopulaatiosta (Espanja ja Saksa) ja kahdesta harmaavarispopulaatiosta (Puola ja Ruotsi). DNA:ta oli miljardin nukleotidin verran; geenejä löytyi vähän yli 20000, eli suunnilleen sama määrä kuin mitä ihmisellä on, mutta kiinnostavimmat tulokset liittyvät varisten geneettisiin eroihin, tai pikemminkin niiden puuttumiseen miltei täysin.

Miljoonista tutkituista nukleotideista vain 83 on sellaisia, joiden perusteella noki- ja harmaavariksen voi varmasti erottaa toisistaan. Toisin sanoen ne ovat melkein samanlaisia. Myös geenien toiminta on miltei samanlaista; aktiivisuudeltaan erilaisten geenien osuus vaihtelee eri kudoksissa 0,03%:n ja 0,4 %:n välillä. Eroja on höyhenyksen väriin liittyvissä geeneissä, jotka siis harmaavariksella toimivat harmaita höyheniä ja sulkia tuottavissa rakenteissa heikosti. Mainituista 83 varis(ala)lajeja erottavasta nukleotidista 81 on lähekkäin kromosomissa 18 alueella, jossa sijaitsee höyhenyksen pigmenttien muodostumista ja näköaistia sääteleviä geenejä. Näköaistigeenit taas liittyvät koko kuvioon siten, että varikset tuppaavat valitsemaan puolisonsa värin perusteella. Tutkijoiden mukaan tällä kromosomialueella on ilmeisesti ns. inversio/kääntymä; jos esimerkiksi toisella (ala)lajilla geenit ovat järjestyksessä 123456789, ne ovat toisella 123459876, jossa geenit 6—9 ovat näitä väri-näköaistigeenejä ja periytyvät yhtenä pakettina. Lisäksi risteymävariksella on kummankinlainen kromosomi (inversion kera ja ilman), mikä voi vaikeuttaa sukusolujen valmistumista ja näin vähentää hedelmällisyyttä.

Vaikka eri varikset siis ovat hyvin samanlaisia, Espanjan ja Saksan nokivariksilla on sellainen ero, että espanjalaiset ovat ”puhtaimpia” nokivariksia, kun taas saksalaiset muistuttavat paljon enemmän harmaavariksia (kun siis tarkastellaan niiden koko perimää). Itse asiassa näin tarkasteltuna Saksan nokivarikset ovat geneettisesti harmaavariksia, jotka vain näyttävät nokivariksilta…. Keski-Euroopassa geenivirta käy tai on käynyt etupäässä harmaista nokivaristen suuntaan; espanjalaiset nokivarikset sen sijaan ovat muhineet vain keskenään, vailla kontakteja harmaisiin.

Joka tapauksessa harmaa- ja nokivariksen silminnähtävät erot (jotka ovat tärkeitä variksille itselleenkin) johtuvat pääosin vain yhdessä kromosomissa olevista vähäisistä eroista. Emme voi kuitenkaan tietää, tuleeko Euroopan variksista koskaan keskenään risteytymättömiä, siis "puhtaita", biologisen lajin käsitteen mukaisia lajeja. Jos jääkautinen maantieteellinen isolaatio olisi kestänyt pidempään, olisiko meillä siinä tapauksessa kaksi selvää varislajia?

Miksi  linnut (ja monet muut eliöt) eivät voi olla kiltisti omassa lajikarsinassaan?  Vastaus on niissä tapahtumissa, jotka liittyvät uusien lajien (à la BLK) syntyyn vähitellen aikaisemmista. Luontohan on täynnä tapauksia ikään kuin lajiutumisen eri vaiheissa. Maailman tunturipöllöt – geenivirtaa kautta pohjoisen pallonpuoliskon, kaikki samaa porukkaa, ei maantieteellisiä rotuja. Harmaa- ja nokivaris – risteytymistä joidenkin populaatioiden välillä, risteymät huonompia lisääntyjiä kuin puhtaat parit. Idänuunilinnun alalajien ketju Tiibetin ylängön ympärillä – ketjun ääripäät Siperiassa risteytyvät vain harvoin – yksi laji vai kaksi lajia? Kurki ja hippiäinen…

Biologista lajikäsitettä pitää oikeastaan tarkentaa näin: mitä vähemmän populaatiojoukkojen välillä on geenivirtaa, sitä oikeutetumpaa on puhua eri lajeista. Mitään yleisesti sovittua rajaa, kuinka paljon vielä saa geenivirtaa olla, jotta voitaisiin puhua eri lajeista, ei kuitenkaan ole.

Jos minulta kysytte, nokivaris ja harmaavaris ovat lajin ”varis” kaksi maantieteellistä rotua, joille sopii antaa alalajin asema luokittelujärjestelmässä, eivät siis kaksi lajia. Paitsi jos näen nokivariksen linturallissa. 

Tämä juttu perustuu artikkeliin
Poelstra, J.W ym. 2014: The genomic landscape underlying phenotypic integrity in the face of gene flow in crows. - Science 344: 1410-1414.
ja lajiutumistutkija J. Coynen blogikirjoitukseen (jossa myös lisää kuvia).

P.S. Uusimmassa Luonnon Tutkijassa on artikkeli Suomen vihersammakoista. Ette varmana tienneet, että syötävä sammakko (tunnettu myös tieteellisellä nimellä Rana esculenta) on mölysammakon (Pelophylax ridibundus) ja lessonansammakon (Pelophylax lessonae) hybridogeneettinen risteymä!


1 kommentti: