Klassinen symbioosi? Ei aivan, jäkälät ovat pieniä ekosysteemejä
Jäkälistä puhuttaessa monet tietävät, että ne ovat puhtaan ilman indikaattoreita ja porojen ruokaa. Jotkut muistavat jäkälät klassisena oppikirjaesimerkkinä kotelosienen ja yhteyttävän levän ja/tai sinibakteerin symbioosista. Harvemmat kuitenkaan tietävät, että jäkälien monimuotoisuus on suurta ja pelkästään Suomesta tunnetaan yli 2000 jäkälälajia, määrän kasvaessa vuosittain jopa kymmenellä lajilla.
Toisinaan jäkälien elintavat yllättävät myös ammattilaiset. Vuonna 2016 tiedeyhteisöä kohahdutti arvovaltaisessa Science tiedelehdessä julkaistu tutkimus, jossa osoitettiin, että klassinen esimerkki symbioosista onkin luultua monimutkaisempi.
Edes 150 vuotta jäkälien aktiivista tutkimusta ja mikroskopointia ei ollut nimittäin paljastanut niiden pintakerroksessa piilottelevia yksisoluisia Cyphobasidium-ryhmään kuuluvia kantasieniä. Tutkimuksessa niiden merkitys koko jäkäläsymbioosille osoittautui mullistavaksi. Kyseisiä kantasieniä ei tunneta tällä hetkellä muualta kuin jäkälistä, ja niiden arvellaankin kehittyneen yhdessä suurten jäkälälinjojen kanssa. Löydön vaikutukset ovat tieteellisesti merkittäviä ja se laittanee biologian oppikirjatkin uusiksi.
Kyseinen löytö on oiva esimerkki tutkimustyön yllätyksellisyydestä ja uusien menetelmien avaamista mahdollisuuksista. Ensilöytö kirvoitti paljon uusia tutkimuskysymyksiä, ja johti tieteenalan sisällä syvälliseen ajattelutavan muutokseen. Tutkijat pohtivat heti kuinka laajasta ilmiöstä todella on kyse ja minkälainen rooli löydetyllä kantasienellä jäkälissä on. Jo ensimmäinen tutkimus osoitti, että ilmiö koskee vähintäänkin useita jäkäläsukuja eri puolilla maailmaa. On myös mahdollista, että löydetyt kantasienet vaikuttavat jäkälien sekundaarikemiaan. Jäkälien lukuisat sekundaarikemialliset yhdisteet toimivat esimerkiksi puolustuskeinona taudinaiheuttajia, kilpailijoita ja jäkäliä syöviä eläimiä vastaan, sekä UV-suojana. Löytö herätti myös uusia evoluutiohistoriallisia kysymyksiä symbioosin eri osakkaista yhdessä ja erikseen. Kuten kuinka kauan osakkaat ovat eläneet yhteiselossa ja minkälaisia evolutiivisia etuja Cyphobasidium-sienet voivat antaa jäkälälle.
Tutkijat ihmettelivät myös miksi kukaan ei ollut löytänyt Cyphobasidium-sieniä jo aikaisemmin? Tämä johtuu viime vuosina harppauksin kehittyneistä DNA-menetelmistä, ja toisaalta löydön tehneen tutkimusryhmän kehittämistä uusista alukkeista, joilla uuden sienen DNA onnistuttiin monistamaan ja sekvensoimaan. Uusi osakas on löydettävissä myös mikroskoopilla, ainakin jos tietää mitä etsii. Alkuperäisessä tutkimuksessa juuri tämä osoittautui haasteeksi. Useiden yritysten epäonnistuttua tutkimusryhmässä päädyttiin varsin luovaan ratkaisuun: he puhdistivat jäkälärakenteita varovasti pyykinpesuaineella, ja kiinnittivät eri osakkaisiin hohtavia väriaineita, jolloin tiiviiden sokerirakenteiden takaa paljastui hartaasti etsitty yksisoluinen kantasieni. Mutta mikä on uuden löydön merkitys?
Ainakin yksi asia on jo varmaa: jäkäliä ei pitäisi niinkään tarkastella kahden tai kolmen osakkaan symbioosina, vaan monimuotoisina mikroekosysteemeinä.
Evoluutiohistorialliset tutkimukset ovat osoittaneet, että jäkälien tarina on luultua yhä vivahteikkaampi. Nykyään tiedämme nimittäin, että ne ovat kehittyneet useita kertoja itsenäisesti satojen miljoonien vuosien aikana (Gargas & ym. 1995. Science 268, 1492–1495.). Sienten ja yhteyttävien organismien muodostama symbioosi (tai mikroekosysteemi) on siis niin onnistunut ratkaisu, että se on kehittynyt luonnossa uudelleen ja uudelleen. Joskus pyörä todella kannattaa keksiä monta kertaa. Tästä syystä eri jäkälät voivatkin rakentua erilaisista osakkaista.
Jäkälät haastavat tutkijaansa ymmärtämään maailmaa jatkuvasti uudesta näkökulmasta ja toisaalta myös esittämään aivan uudenlaisia kysymyksiä elämästä ja sen reunaehdoista. Jäkälätutkijoilla ja innokkailla harrastajilla riittääkin yhä uurastettavaa, ja eittämättä edessä on lisää yllätyksiä.
Basidiomycete yeasts in the cortex of ascomycete macrolichens. 2016. T. Spribille, V. Tuovinen, P. Resl, D. Vanderpool, H. Wolinski, M. C. Aime, K. Schneider, E. Stabentheiner, M. Toome-Heller, G. Thor, H. Mayrhofer, H. Johannesson, J. P. McCutcheon. Science, Vol 353, Issue 6298, pp. 488-492, 29 July 2016.
Koulukirjat uusiksi: jäkälän sisältä paljastui kolmas pyörä. Tuomas Aivelon tiedeblogi Kaiken takana on loinen.
Multiple origins of lichen symbioses in fungi suggested by SSU rDNA phylogeny. 1995. A. Gargas, P. T. DePriest, M. Grube, A. Tehler. Science 268, 1492–1495. doi:10.1126/science.7770775pmid:7770775
The Overlooked Organisms That Keep Challenging Our Assumptions About Life. E. Yong. The Atlantic 17.1.2019.