Kasvien vaikutusta täpläverkkoperhosen toukkien kehitykseen ja suolen mikrobiotan koostumukseen

Lammin Ympäristötutkimuksen Säätiö myönsi vuonna 2013 stipendin Pro Graduani varten Helsingin yliopistossa, aiheenani ravintokasvin vaikutus täpläverkkoperhosen (Melitaea cinxia) toukan kehitykseen ja suolen mikrobiotan koostumukseen. Pro gradu – työni oli osa Helsingin yliopiston Metapopulaatiobiologian tutkimuskeskuksen jo parikymmenvuotista täpläverkkoperhostutkimusta.

Työni tarkoituksena oli selvittää kahden eri ravintokasvin, heinäratamon (Plantago lanceolata) ja tähkätädykkeen (Veronica spicata) vaikutusta täpläverkkoperhosen toukkien kehitykseen ja suolen mikrobiotan koostumukseen. Tutkin sekä diapaussia edeltävän ravintokasvin että diapaussin jälkeisen ravintokasvin vaikutusta toukkien kasvuun kokeella, missä isot täyssisaruksista koostuvat toukkaryhmät jaettiin useisiin eri käsittelyihin. Kasvatuskokeet suoritin Lammin biologisen aseman perhoshallilla.

Aiemmin täpläverkkoperhosta tavattiin myös Manner-Suomessa, josta laji hävisi 1970-luvulla. Nykyisin lajia tavataan enää Ahvenanmaan pääsaarella ja muutamilla suuremmilla lähisaarilla. Ravintokasvit rajaavat kasvupaikoillaan täpläverkkoperhosen esiintymisen selkeärajaisille elinympäristölaikuille, kedoille ja niityille.              

                                                                                                                           

Aikuiset perhoset lentävät kesäkuun alkupuolelta heinäkuun alkupuolelle. Naaraat munivat keskimäärin 160 munan ryhmiä jommallekummalle toukkien ravintokasveista. Munaryhmien koko pienenee munintakertojen lisääntyessä ja naaraan vanhetessa. Kahden -kolmen viikon kuluttua muninnasta toukat kuoriutuvat ja kutovat suojakseen seittiverkon. Ne viettävät koko toukka-aikansa tiiviinä perheryhmänä pääosan ajasta seittipesän suojissa, missä ne ovat turvassa huonoilta sääoloilta ja rauhassa nahanluontien ajan. Ensimmäisenä kesänä toukat luovat nahkansa neljä kertaa, ja ne ovat valmiita talvehtimaan viidennessä toukkavaiheessa syyskuun alussa. Diapaussia varten ne kutovat tiiviin, paperimaisen seittipussin. Toukat aloittavat ruokailunsa keväällä maalis-huhtikuun taitteessa, heti isäntäkasvien kasvukauden alettua. Kehityksen edetessä toukat hajaantuvat pienempiin osaryhmiin, viimeisessä toukkavaiheessaan ne ovat liikkuvampia ja viettävät enemmän aikaa yhä pienemmissä ryhmissä. Yleensä täpläverkkoperhosella on seitsemän toukkavaihetta, mutta tietyissä oloissa niitä voi olla kahdeksan. Viimeisen toukkavaiheensa päätteeksi ne koteloituvat toukokuussa kiinnittyneinä kasviin lähelle maan pintaa. Kotelovaiheen kesto on kahdesta kolmeen viikkoa, koiraat kuoriutuvat hieman naaraita aiemmin.   

                                                                                               

Kokeessa käyttämieni toukkien vanhemmat oli kerätty Ahvenanmaalta elo-syyskuussa 2011. Diapaussitoukat talvehtivat syyskuusta huhtikuun loppupuolelle Lammin biologisella asemalla olosuhdekaapissa. Keväällä 2012 toukat kasvatettiin aikuisiksi. Aikuiset perhoset vapautettiin kuoriutumisen jälkeen 1800 m² ulkohäkkiin. Häkkiin vapautettiin noin kaksisataa naarasta ja kaksisataa koirasta, joiden käyttäytymistä, paritteluja ja munintoja seurattiin päivittäin. Jokaiselta naaraalta kerättiin kaksi munaryhmää, jotka kasvatettiin viidenteen toukkavaiheeseen, minkä jälkeen ne laitettiin diapaussiin. Toinen toukkaryhmistä ruokittiin tähkätädykkeellä ja toinen heinäratamolla. Toukkien kehitysnopeus kuoriutumisesta diapaussiin mitattiin ja toukkaperheen kokonaispaino punnittiin, minkä perusteella laskettiin keskimääräinen toukkapaino. Toukat talvehtivat diapaussissa olosuhdekaapissa. Näistä toukista valittiin koetoukat minun Pro Gradu- tutkimukseen.

Kokeeseen valittiin kuusisataa toukkaa kymmeneltä naaraalta, joista viisi oli lähtöisin heinäratamoalueelta ja viisi tähkätädykealueelta. Jokaiselta naaraalta valittiin toukkia kahdesta eri toukkaryhmästä, joista toinen oli kasvatettu ennen diapaussia heinäratamolla ja toinen tähkätädykkeellä. Tässä vaiheessa erilaisia ryhmiä oli siten neljä.               

Diapaussin jälkeen ryhmät jaettiin edelleen kahteen ryhmään, joista toista kasvatettiin heinäratamolla ja toista tähkätädykkeellä. Erilaisia ravintokasviryhmiä on molemmille alkuperäryhmille neljä, eli yhteensä kokeessa oli kahdeksan erilaista ryhmää.  Jokaisen naaraan jälkeläisiä oli tutkimuksessa mukana kahdesta perheestä, eli yhteensä kuusikymmentä toukkaa. Näillä kuudellakymmenellä toukalla voi olla syntymässä saatu sama mikrobikanta. Toukkia kasvatettiin neljällä erilaisella ravintokasviyhdistelmällä. Jokaisen naaraan jokaisen ravintoryhmän jälkeläisistä valittiin yksi seitsemännen toukkavaiheen toukka mikrobiotatutkimukseen, eli neljä toukkaa jokaiselta naaraalta, kaksi kummastakin perheestä.   

        

Toukat herätettiin diapaussista maaliskuun 2013 puolivälissä. Toukat kasvatettiin standardiolosuhteissa yksitellen omissa kasvatuspurkeissaan. Toukat ruokittiin ja sumutettiin päivittäin ja ruokinnan yhteydessä toukkavaihe tarkastettiin ja toukat punnittiin aina niiden siirryttyä seuraavaan toukkavaiheeseen. Perhosten kuoriuduttua ne merkittiin yksilöllisesti tunnistamista varten. Jokaisesta kahdeksasta erilaisesta toukkaryhmästä valittiin viisi seitsemännen toukkavaiheen toukkaa, yhteensä neljäkymmentä yksilöä, mikrobiota tutkimukseen.  Toukkien siirryttyä seitsemänteen toukkavaiheeseen niitä ruokittiin ravintoryhmänsä mukaisella ravintokasvilla nahanluontia seuraava vuorokausi, minkä jälkeen niiltä otettiin oksennusnäyte. Oksennusnäytteen ottamisen jälkeen toukkien kasvatusta jatkettiin kaksi vuorokautta, minkä jälkeen toukkien suoli preparoitiin ja pakastettiin suolensisällön sekvensointia varten. Mikrobiotanäytteet sekvensointiin Biotekniikan Instituutin DNS Sequencing and Genomics laboratoriossa.      

                                                                                  

Analysoin toukkavaiheiden lukumäärään, toukkapainoon, toukan kehityksen kestoon ja kasvunopeuteen tekijöitä kaksisuuntaisilla varianssianalyyseillä. Mikrobiotanäytteiden analysoinnin puolestaan suoritti dosentti Lasse Ruokolainen.  

                                                                                                      

Sukupuolella, diapaussin jälkeisellä ravintokasvilla, toukkavaiheiden lukumäärällä ja toukan kehitysvaiheella oli tilastollisesti merkitsevät vaikutukset toukkien painoon, kasvunopeuteen ja kehitysaikaan. Diapaussia edeltävällä ravintokasvilla oli vaikutus toukkien painoon, ja yhteisvaikutuksia muiden tekijöiden kanssa myös toukkien kasvunopeuteen. Ravintokasvi vaikutti myös suolen mikrobiotaan ja toukkavaiheiden lukumäärään, joilla molemmilla puolestaan vaikutuksia toukkien kasvuun ja kehitykseen.

Henna Makkonen