1. yle.fi
  2. Uutiset
  3. hyönteiset

Keittiössä ärsyttävä, ulkona uskomaton matkantekijä: päihittääkseen banaanikärpäsen ihmisen pitäisi juosta yhtä soittoa pohjoisnavalta päiväntasaajalle

"Siivekäs pikku ihminen". Niin geneetikot ovat vitsailleet banaanikärpäsestä, koska sillä on geneettisesti erittäin paljon yhteistä ihmisen kanssa. Banaanikärpänen on epäilemättä ylivoimaisesti tutkituin eläin. Silti se yllättää edelleen.

hyönteiset
Punasilmäinen banaanikärpänen hedelmän pinnalla.
Banaanikärpäset ovat monilukuisen Drosophila-suvun jäseniä. Tässä ruokailee Drosophila melanogaster, kokeellisen biologian ykköskohde jo vuosisadan ajan. Alamy / AOP

Kesän tullen ja ennen muuta loppukesällä niitä on taas odotettavissa: keittiössä kuhisevia pikku kärpäsiä.

Talvella ne ovat satunnaisia vieraita, peräisin etelän hedelmissä salamatkustaneista munista ja toukista, sillä banaanikärpäset eivät kykene lisääntymään Suomessa talvella. Kesäaikaan yksi naaras pyöräyttää hyvinkin sata munaa.

Banaanikärpäsestä tiedetään erittäin paljon. Etenkin Drosophila melanogaster on ollut kehitysbiologien ja geneetikkojen suosikki yli sata vuotta.

Vaikka ötökkä on vain kahden ja puolen millimetrin mittainen ja sen aivoissa on vain satatuhatta hermosolua ihmisen sataan miljardiin verrattuna, erot geenitoimintojemme välillä eivät viime kädessä ole järin suuria.

Tutkimustulokset pätevät ihmiseen jopa siinä määrin, että banaanikärpästen on vitsailtu olevan geneettisesti pikku ihmisiä, joilla on siivet.

Tuo yhtäläisyys ihmiseen oli mielessä esimerkiksi Helsingin yliopiston (siirryt toiseen palveluun) tutkijoilla toissa vuonna eLife (siirryt toiseen palveluun)-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa.

He havaitsivat suuria eroja kahden banaanikärpäslajin sokerinsietokyvyssä, vaikka ne ovat läheistä sukua toisilleen. Lajeista hybridin risteyttäneet tutkijat tunnistivat sen aivoista geenimuutokset, joiden takia aineenvaihdunta ei kyennyt hyödyntämään suuria sokeripitoisuuksia.

Myös ihmisillä elimistön sokerinsietokyky vaihtelee. Tutkijat pohtivatkin banaanikärpäskokeiden perusteella, onko nykypäivän sokeripitoisella ravinnolla vastaavia vaikutuksia ihmispopulaatioille, jotka ovat tottuneet sukupolvien ajan niukkaan ravintoon.

Risteytyskaavio, jossa on kolme banaanikärpässukupolvea.
Banaanikärpäset ovat tutkijoiden mieleen, koska uusia sukupolvia syntyy nopeasti ja perimään on helppo aiheuttaa mutaatioita. Yhdysvaltalainen geneetikko Thomas Hunt Morgan päätyi tällaiseen kaavioon 1910-luvulla tutkiessaan, miten jotkin kärpäset saivat valkoiset silmät normaalien punaisten sijaan. Granger / AOP

Niin paljon kuin banaanikärpäsestä onkin selvillä, ilmi tulee yhä myös uutta ja yllättävää. Kalifornialaisyliopiston Caltechin (siirryt toiseen palveluun) tuoreen tutkimuksen mukaan Drosophila melanogaster on sekä nopeudeltaan että sitkeydeltään uskomaton lentäjä.

Caltechin tutkijat vertasivat banaanikärpästen taittamia matkoja kalifornialaisen ultrajuoksija Dean Karnazesin huipputulokseen. Karnazes on taittanut 560 kilometrin matkan 80 tunnissa ja 44 minuutissa, ilman lepotaukoja.

Matka oli 320 000 kertaa hänen oma pituutensa. Aikamoinen tulos mutta ei yhtään mitään verrattuna siihen, miten pitkän etäisyyden banaanikärpänen pystyy hujauttamaan lepäämättä.

Tutkimuksen mukaan se voi lentää jopa kuusi miljoonaa kertaa oman pituutensa. Karnazesin olisi pitänyt juosta kymmenentuhatta kilometriä päästäkseen suhteessa samaan tulokseen.

Banaanikärpänen kävelee vaaleana hohtavan ilmapallon pinnalla.
Geenien lisäksi tutkijoita kiinnostaa banaanikärpäsissä moni muukin asia. Mainzissa Johannes Gutenbergin yliopistossa ilmapallon päällä kävellyt kärpänen oli osa koetta, jossa selvitettiin kärpäsen hermosolujen reaktiota ja käytöksen muuttumista, kun ympäristön luminanssi muuttui. Tutkimus julkaistiin vuosi sitten Current Biology -lehdessä. Madhura Ketkar / JGM-yliopisto

Idea Caltechin tutkimukseen syntyi vanhasta paradoksista. 1940-luvulla populaatiogenetiikan uranuurtajat olivat hämmästelleet joidenkin banaanikärpäspopulaatioiden samankaltaisuutta, vaikka niiden välillä oli tuhansia kilometrejä.

Lentomatkojen pituutta yritettiin selvittää vapauttamalla banaanikärpäsiä ulkosalla, mutta useimmat jäivät kiertelemään lähistölle.

Kolmisenkymmentä vuotta myöhemmin kokeet tuottivat hieman enemmän tulosta. Tutkijat maalasivat satojatuhansia banaanikärpäsiä kirkkailla fluorivärillä ja vapauttivat ne iltasella. Seuraavana aamuna muutama kärpänen hohteli mätänevien banaanien kimpussa 15 kilometrin päässä.

Yksinkertaiset kokeet herättivät paljon lisäkysymyksiä, kertoo biotekniikan professori Michael Dickinson Caltechin verkkosivulla.

– Kuinka nopeasti ne olivat lentäneet niin kauas? Olivatko ne kulkeutuneet sinne vahingossa tuulen mukana? Luin sen tutkimusartikkelin monta kertaa ja innostuin siitä kovasti.

Omenamehua ja samppajahiivaa

Dickinsonin tutkijaryhmä päätti toistaa kokeet Mojaven autiomaassa kuivuneessa järvenpohjassa. Sinne rakennettiin kymmenen hajuansan kehä, kukin kilometrin päähän paikasta, jossa kärpäset vapautettaisiin.

Ansoissa haiskahdellut hiilidioksidin ja etanolin yhdistelmä on banaanikärpäsille vastustamaton. Cocktail tehtiin sekoittamalla käymisen vauhtiin päässyttä omenamehua ja samppanjahiivaa.

Kun ansojen kamerat oli viritetty ja tuulen suuntaa ja nopeutta mittaava sääasema pystytetty, oli aika päästää Drosophila melanogaster -parvi lentoon. Kärpäset olivat laboratoriossa kasvatettuja, mutta niiden perimään ei ollut kajottu.

Myöskään fluoria tai muuta merkkiväriä ei käytetty, jotta se ei vaikuttaisi urheilusuoritukseen. Tutkijat olivat kuitenkin varmistaneet etukäteen, että luonnon Drosophila melanogaster -kärpäset ovat alueella äärimmäisen harvinaisia, joten ansoista ei löytyisi kuin koekärpäsiä.

Ansojen herkullinen tuoksahdus ei yltänyt vapautuspaikalle, joten porukkalennon sijasta parvi hajaantui jäljittämään ravintoa. Ensimmäiset yksilöt ennättivät ansoille 16 minuutissa. Lentonopeutena se on noin metri sekunnissa.

Yläviistosta otettu kuva tutkijasta, jonka yllä lentää tuhansia banaanikärpäsiä.
"Näky oli aikamoinen. Kaunis. Valtava määrä kärpäsiä kieppui ympärillämme kuin pyörre." Näin Caltechin kokeisiin osallistunut tutkijatohtori Kate Leitch kuvaili hetkeä, jolloin satojentuhansien banaanikärpästen kuljetusämpärien kannet avattiin.Floris van Breugel

Aiemmin tehtyjen laboratoriokokeiden perusteella tiedettiin, että energiaa kunnolla tankannut banaanikärpänen kykenee lentämään yhtäjaksoisesti jopa kolme tuntia. Yhteistulos oli, että kärpäseltä onnistuu 12–15 kilometrin matka ja pitempikin, jos tuuli on suotuisa.

Ihmisen mitoilla se tarkoittaisi juoksemista yhtä soittoa pohjoisnavalta päiväntasaajalle.

– Ne pystyvät lentämään kerralla yhtä pitkän ja pitemmänkin matkan kuin useimmat muuttolinnut, suhteutti Dickinson PNAS-lehdessä (siirryt toiseen palveluun) julkaistun tutkimuksen tuloksia.

Banaanikärpänen osaa sitä paitsi suunnistaa Auringon mukaan ja myös säilyttää suunnan, jonka on valinnut. Se selvisi Dickinsonin laboratoriossa pari vuotta sitten tehdyssä tutkimuksessa (siirryt toiseen palveluun).

Kärpänen osaa lisäksi säännellä lentonopeuttaan ja sivusta puhaltavan tuulen vaikutusta, tutkimuksessa todettiin.

Näillä keinoilla on suurin todennäköisyys, että reitille osuu ruoan tuoksahdus, tutkijat päättelivät. Vakiintunut käsitys oli ollut, että hyönteiset hajaantuvat täysin satunnaisiin suuntiin.

Hajut houkuttelevat ja varoittavat

Banaanikärpäsellä on tavattoman hyvä hajuaisti. Se tiedetään useista tutkimuksista. Hajun perusteella se löytää ravintoa ja parittelukumppanin ja tunnistaa viholliset.

Muiden hyönteisten tavoin banaanikärpänen haistaa antenneillaan, joista viesti välittyy aivosoluihin.

Ne reagoivat pieniin haiskahduksiin tehokkuudella, jota tekoälyn suunnittelijat voivat vain kadehtia, ja ohjaavat ötökän ikkunasta sisään, kohti keittiössä ikääntyvää hedelmää tai helmeilevää viinilasia.

Siinä missä ruoan tai parittelukumppanin tuoksu saa banaanikärpäsen suuntaamaan kohti, reaktio vihollisen hajuun on päinvastainen. Viime vuonna Scientific Reports (siirryt toiseen palveluun) -lehdessä julkaistun australialaistutkimuksen mukaan kärpänen ei kuitenkaan vain käänny karkuun.

Macquarien yliopiston tutkijat totesivat, että Bactrocera tryoni -kärpäset, joita Australiassa kutsutaan queenslandinbanaanikärpäsiksi, ryhtyvät myös olemaan hissukseen haistettuaan vihollisen.

Tutkimuksessa kärpäset altistettiin neljän niitä saalistavan ja yhden niille vaarattoman lajin hajulle. Vaarallisten hämähäkkien ja muurahaisen haju sai kärpäset vähentämään sekä ruoan etsimistä että parittelua ja munimista.

Kokeissa käytetyt banaanikärpäset eivät olleet koskaan kohdanneet näitä vihollisia, joten varovaiseksi muuttuneen käytöksen täytyi olla perinnöllinen taito, ei itse opittua, tutkijat päättelivät.

Uudet havainnot Bactrocera tryonin käyttäytymiseen vaikuttavista tekijöistä ovat Australian hedelmätarhoille rahanarvoista tietoa. Suomalaisessa keittiössä banaanikärpästen parveilu epäilemättä ärsyttää mutta australialaisviljelijöille ne ovat pikkuruisia petoja.

Varoituskyltissä banaanikärpäsen kuvan  yli on vedetty punainen viiva ja teksti kehottaa syömään mukana olevat hedelmät heti ja pitämään banaanikärpäset loitolla.
Varoituskyltti kehottaa syömään eväshedelmän, ei kuljettelemaan sitä siellä, minne jäätyään se houkuttelee banaanikärpäsiä. Bactrocera tryonin aiheuttamat tappiot Australian hedelmätarhoille lasketaan pariksi miljoonaksi euroksi vuodessa.Alamy / AOP
Lue seuraavaksi