Pimeää diversiteettiä valaisemaan – Tutkijat tavoittelevat läpimurtoa uusien lajien kuvaamisessa

Vielä tuntemattomien lajien eli niin sanotun pimeän diversiteetin tutkimus aloitetaan viidakon hyönteislajeista, joilla ei ole nimeä, mutta joilla on jo dna-viivakoodi.

Nopeasti edistyneen molekyyliteknologian avulla dna:ta voidaan sekvensoida ja erotella nopeasti, ja tuottaa lajeille niiden tunnistamisen mahdollistava dna-lajitunniste eli dna-viivakoodi. Tuntemattomat lajit on kuitenkin myös nimettävä ja kuvattava, ja juuri tähän uusi tutkimushanke pyrkii tuomaan systemaattisuutta ja automatiikkaa ennennäkemättömässä mittakaavassa.

Aihe on inspiroinut alan tutkijoita eri puolilla maailmaa, ja syyskuussa 2024 käynnistyneessä, Suomen Akatemian rahoittamassa ”A Genomic Blueprint for the Description of Thousands of New Species” -hankkeessa on mukana tutkijoita Suomesta, Yhdysvalloista ja Kanadasta. Uusia tutkijoita rekrytoidaan parhaillaan. Suomen Akatemian rahoitusosuus Oulun yliopiston tutkimukselle on lähes puoli miljoonaa euroa neljälle vuodelle.

Lajien tunnistaminen on tärkeää luonnossa tapahtuvien muutosten selvittämisessä. Lajit ovat osa ekosysteemien toimivuutta, ja voivat tarjota ratkaisuja monenlaisiin ongelmiin, niistä voidaan esimerkiksi löytää lääkeaineiden lähteitä. Maapallon lajien määrää ei kuitenkaan tiedetä, ja arviot vaihtelevat kahdeksasta miljoonasta jopa 100 miljoonaan, eli suurin osa lajeista on tuntemattomia.

"Olemme uuden aikakauden kynnyksellä. Lajinmäärityksen perinteiset menetelmät ovat liian hitaita ratkaisemaan biodiversiteetin haasteita luontokadon edetessä nopeasti", toteaa Oulun yliopiston professori Marko Mutanen, joka johtaa kansainvälistä tutkimusprojektia.

Teknologisen murroksen mahdollistama radikaali lähestymistapa herättää myös kriittistä keskustelua tutkijoiden joukossa, kun tullaan alan peruskysymysten äärelle: Mitä lajinkuvauksen täytyy sisältää ja miten se tehdään?

Tuntemattomille lajeille helpompi rakentaa kuvauksia ja luokitteluja

Erityisesti hyönteiset sopivat hyvin malliksi uuden menetelmän kehittämiseen, sillä ne ovat yksi lajirikkaimmista eläinryhmistä, ja keskeisiä monissa ekosysteemeissä. Hyönteiset ovat jääneet suurelta osin tuntemattomiksi ja luokittelematta esimerkiksi lintuihin verrattuna. Suomesta esimerkiksi äkämäsääskilajeja (Cecidomyiidae) tunnetaan vajaat 400. Väitöskirjatutkija Niina Kiljunen löysi dna-viivakoodauksen avulla jo pro gradu -työssään arviolta 1000 Suomessa uutta äkämäsääskilajia. Niiden lajimäärä Suomessa voi olla huomattavasti suurempi, useita tuhansia. Suuri osa näistä on luultavasti tieteelle tuntemattomia.

Äkämäsääsket ovat pieniä hentoja sääskiä, joista osa aiheuttaa kasveihin äkämiä ja osa syö muun muassa lahoavaa kasviainesta, mutta ne eivät ime verta ihmisistä tai eläimistä.

Tutkimusryhmään kuuluvan professori Daniel H. Janzenin johdolla on luettu costaricalaisista äkämäsääskistä lähes miljoona dna-viivakoodia arviolta 40 000–50 000 lajista. Näistä tuskin yhdellekään on annettu tieteellistä nimeä.

Onko viivakoodi uusi laji?

Costa Rican dna-viivakoodattujen lajien systemaattinen erottelu, nimeäminen ja kuvaaminen tehdään Oulun yliopistossa. Tutkimushankkeen ja uudenlaisen lajintunnistamisen tärkeä peruskysymys on: Miten määritellään, ovatko tuntemattomat dna-viivakoodit eri lajeja?

Uutta lajinrajauksen menetelmää kehitettäessä viivakoodaukseen liitetään riippumatonta geneettistä tietoa lajeista. Tutkijat tarkastelevat viivakoodatuista näyteyksilöistä muita geneettisiä tuntomerkkejä tarkistaakseen johtavatko ne samaan päätelmään lajirajoista. Kun toisistaan riippumattomat geneettiset tuntomerkit päätyvät samaan lopputuloksen, tiedetään, että kyseessä on erillinen laji.

”Dna:han pohjautuva lajinkuvaus tulee perustumaan dna-viivakoodeihin ja muihin geneettisiin tuntomerkkeihin”, Kiljunen kertoo. Dna:han pohjautuvia kuvauksia voidaan myös yhdistää perinteiseen luokitteluun.

Kehitettävä menetelmä voi viitoittaa tietä tehokkaaseen tieteelle uusien lajien löytämiseen ja lajintunnistamisen nopeuttamiseen ja uudistamiseen.

Mukana uudessa tutkimushankkeessa ovat University of Guelph, University of Pennsylvania, University of Kentucky ja Itä-Suomen yliopisto.

Lajintunnistuksen haasteet

”Lajintunnistuksen haaste on samanlainen kuin fyysikoilla: suurin osa materiasta on hukassa”, kuvailee Mutanen. Eläinten, kasvien ja sienten määrä on joissakin arvioissa noin 8,7 miljoonaa, mutta ulkopuolelle jäävät esimerkiksi bakteerit ja virukset. Lajien määrän arviointia mutkistavat kymmenet erilaiset lajin määritelmät. Tunnetun lajikäsitteen mukaan eliöt kuuluvat samaan lajiin, jos ne voivat risteytyä ja tuottaa hedelmällisiä jälkeläisiä. Toisaalta esimerkiksi koirat, kojootit ja sudet voivat risteytyä, mutta niitä pidetään usein eri lajeina.

Lajien määrittäminen perustuu edelleen pitkälti lajin tuntomerkkien silmämääräiseen arviointiin. Tämä vaatii aikaa ja vaikeutuu, kun eroja tarkastellaan hyvin pienikokoisten lajien välillä ja laajalla maantieteellisellä alueella. Vaikeutta lisää esimeriksi, että vanhat dna- ja tyyppinäytteet ovat jo hajonneet, osa lajeista kuollut sukupuuttoon tai vanhat kuvaukset ovat epätäydellisiä.

Lisäksi prioriteettiperiaatteen mukaan on selvitettävä, onko laji jo jossain kuvattu, mikä on hidasta, lähes historioitsijan työtä. ”Jos huomioimme koko historiallisen selvityskaaren ja teemme yksityiskohtaisen anatomian analyysin jokaisesta lajista, jäämme jumiin”, sanoo Mutanen. ”Yksi ratkaisuehdotus on kouluttaa nopeasti suuria määriä taksonomeja eli lajien luokittelun ammattilaisia luokittelemaan lajeja, mutta edessä on silti umpikuja, jos menetelmiä ja luokittelun periaatteita ei kehitetä.”

Teknologian mahdollistaman uudenlaisen lajintunnistuksen äärellä joidenkin tutkijoiden huolena on kuitenkin perinteisesti käytössä olleiden menetelmien murros. Tutkijat arvostavat esimerkiksi taksonomian oppi-isän, kasvitieteilijä Carl von Linnén, kaksiosaista, käytännöllistä nimijärjestelmää. Linnén pääteoksen aikaan vuonna 1758 lajeja kuitenkin arveltiin olevan vain murto-osa nykyisistä arvioista. ”Jos tuolloin olisi arveltu lajeja olevankin esimerkiksi vaikkapa 30–40 miljoonaa, uskon, että Linnékin olisi halunnut miettiä luokitteluperusteet toisin”, pohtii Kiljunen.

Esimerkiksi sukkulamatoja on arviolta miljoona neliömetrillä suomalaisessa metsämaassa. ”Kukaan ei osaa tunnistaa niitä lainkaan, vaikka niillä on hyvin tärkeä ekologinen tehtävä kuolleen kasviaineksen hajottajana. Jos saisimme sukkulamatolajiston kuvattua, ymmärtäisimme metsäekosysteemien toimintaa ja muutoksia aivan toisella tavalla kuin nykyään”, haaveilee Mutanen.

Lue lisää

A Genomic Blueprint for the Description of Thousands of New Species

Oulun yliopiston ekologian ja genetiikan tutkimus