Äkämähyönteiset ja hyönteisloiset

Ruusukeäkämäsääsken kuolleisuuden alueellinen vaihtelu ja loisinnan määrään vaikuttavat tekijät

Tommi Nyman
Tommi.Nyman@uef.fi
Ympäristö- ja biotieteiden laitos, Itä-Suomen yliopisto

Kasveilla elävien hyönteisten kuolleisuus on hyvin suurta, koska niiden kimpussa häärii monilajinen joukko loishyönteisiä. Tässä työssä tutkitaan pajuilla elävän ruusukeäkämäsääsken toukkien kuolleisuuden alueellista vaihtelua ja loisinnan riippuvuutta ruusukkeen koosta. Ruusukeäkämäsääski on yleisyytensä takia hyvä kohdelaji, ja kerättävä aineisto valaisee ravintoverkkojen rakennetta ja mahdollistaa monipuolisten tilastollisten analyysien harjoittelemisen.

Avainsanat: alueellinen vaihtelu, hyönteisloiset, khiinneliötesti, kuolleisuus, logistinen regressio, pajut, ruusukeäkämäsääski, varianssianalyysi, äkämähyönteiset

PDF: Äkämähyönteiset ja hyönteisloiset

Ruusukeäkämäsääsken muodostama ruusuke tunturipajun (Salix glauca) versossa. Kuva: Tommi Nyman, CC BY-SA (4.0).

Johdanto

Kasveja syövät hyönteiset elävät vaarojen keskellä, ja niiden toukkia uhkaavat lintujen ja muiden petojen lisäksi erityisesti erilaiset loishyönteiset. Loisten määrä vaihtelee ajallisesti ja paikallisesti, mutta loisinnan tutkiminen luonnossa on usein vaikeaa. Kasveille äkämiä aiheuttavien hyönteisten toukat elävät kuitenkin äkämien sisällä, joten niiden kuolleisuutta ja kuolinsyitä on helppo tutkia keräämällä ja avaamalla äkämiä. Kyky muodostaa äkämiä on kehittynyt riippumattomasti monissa eri hyönteisryhmissä, ja äkämähyönteiset pystyvät manipuloimaan ravintokasvinsa tuottamaan hyvinkin monimutkaisia äkämiä toukkiensa ravinnoksi ja suojaksi. Äkämien koko ja muoto vaikuttaa usein siihen, mitkä loislajit pääsevät äkämien aiheuttajan kimppuun.
Tässä harjoituksessa tutkitaan ruusukeäkämäsääsken (Rabdophaga rosaria) toukkien kuolleisuuden ja loisinnan alueellista vaihtelua, sekä äkämien koon vaikutusta toukkien henkiinjäämistodennäköisyyteen. Ruusukeäkämäsääski sopii tarkoitukseen hyvin, koska se on yleinen suurimmassa osassa maata, ja äkämiä on helppo kerätä suuria määriä.

Ruusukeäkämäsääsket aiheuttavat monien pajulajien versojen kärkiin tyypillisen näköisiä lehtiruusukkeita (Kuva 1). Hennot aikuiset sääsket kuoriutuvat keväällä ja parittelevat, minkä jälkeen naaraat munivat pajujen latvasilmuihin. Muninta pysäyttää kokonaan vuosikasvaimen pituuskasvun, mutta lehdet kasvavat edelleen, joten verson latvaan muodostuu lehtiruusuke. Sääskentoukka elää ruusukkeen keskellä pienten teräväkärkisten lehtien muodostamassa kammiossa. Mikäli toukka selviää hengissä syksyyn saakka, se koteloituu kammioonsa. Useimmat sääskentoukat joutuvat kuitenkin loispistiäisten uhreiksi: monet kiilukaislajit (Chalcidoidea) munivat kesän aikana pitkän munanasettimen avulla sääskentoukkiin. Loistoukat syövät sääskentoukat elävältä, ja koteloituvat sitten äkämään. Ruusukkeet pysyvät versojen kärjissä talven yli, ja uudet sääsket tai loispistiäiset kuoriutuvat seuraavana keväänä.

Ruusuäkämäsääsken aiheuttamia ruusukkeita keräämällä ja avaamalla voi tutkia erityisesti sääskentoukkien hengissäsäilymistodennäköisyyden ja kuolinsyiden alueellista vaihtelua. Kun äkämien koot mittaa punnitsemalla, voi myös selvittää, kuinka äkämien koko vaihtelee eri alueiden välillä, ja testata, vaikuttaako äkämän koko sääskentoukkien kuolleisuuteen.

Ajankohta

Ruusukeäkämien kerääminen on periaatteessa mahdollista jo loppukesällä tai syksyllä, jolloin sääskentoukat ovat saavuttaneet maksimikokonsa. Ruusukkeiden löytäminen ja kerääminen on kuitenkin helpointa talvella keväthankien aikaan, jolloin lehdettömien pajunversojen päissä olevat ruusukkeet näkyvät kauas (Kuva 1). Äkämien määrä vaihtelee huomattavasti alueellisesti, mutta sopivilta paikoilta saa lyhyessä ajassa (alle tunnissa) kerättyä kymmeniä tai satoja äkämiä. Hyviä keräyspaikkoja ovat mm. pellonlaidat, tienvarret ja taimikot, joissa on paljon nuorta pajukkoa. Keräämisen jälkeen ruusukkeet avataan ja punnitaan laboratoriossa. Äkämien käsittelyyn, tulosten taulukointiin ja analysointiin kannattaa varata aikaa muutama tunti. Paikkojen ja äkämien määrää säätämällä voi vaikuttaa harjoituksen kestoon.

Ruusukeäkämäsääsken muodostama ruusuke pajunversossa kesällä ja talvella.
Kuva 1. Ruusukeäkämäsääsken (Rabdophaga rosaria) elinkierto. Kesällä muodostuneet ruusukkeet pysyvät pajunversojen kärjissä talven yli, ja ruusukkeen keskelle koteloituneet sääskentoukat aikuistuvat seuraavana keväänä. Oikeanpuoleisessa kuvassa on sivulta varovasti avattu ruusuke, jonka keskellä näkyy elossa olevan sääsken oranssi kotelo. Kuvat: Tommi Nyman, CC BY-SA (4.0).

Koeasetelma ja mittaukset

Perusasetelmassa esim. 3–4 näytteenottoalueelta kerätään noin 100 ruusukeäkämää yksitellen pieniin pusseihin tai purkkeihin. Yksittäisen alueen koko voi vaihdella pajukon ja äkämien tiheyden mukaan, mutta voi olla esim. 100*100 m, ja alueiden välinen etäisyys puolesta kilometristä useampaan kilometriin. Äkämien koon mittarina käytetään (kuiva)painoa, joten äkämät irrotetaan pajuista leikkaamalla saksilla pajunverso heti äkämän alapuolelta.

Laboratoriossa ruusukeäkämät avataan stereomikroskoopin alla (Kuva 2). Kullekin äkämien käsittelijälle annetaan etukäteen printattu tietolomake ja pieniä numerolappuja, joita käytetään äkämien numeroimiseen (jokaisella äkämällä on siis yksilöllinen numero tai koodi). Lomakkeen numeroiduille riveille merkitään, mitä kunkin äkämän keskeltä löytyy: oranssi elävä sääskenkotelo vai valkoinen karvainen loistoukka (Kuva 2). Mikäli ruusukkeen keskeltä ei löydy mitään, tulkitaan, että sääski on kuollut, mutta kuolinsyy on tuntematon. Hyönteisille tyypilliseen tapaan ruusukeäkämäsääskien kuolleisuus toukkavaiheessa on karmeaa, joten eläviä koteloita löytyy useimmiten noin kymmenesosasta äkämiä. Kun sääsken kohtalo on selvinnyt ja merkitty lomakkeeseen, äkämän jäännökset laitetaan takaisin pussiin tai purkkiin numerolapun kanssa. Sen jälkeen äkämät joko laitetaan lämpökaappiin kuivamaan yön yli (mikäli halutaan käyttää kuivapainoja) tai punnitaan saman tien. Yksittäisten äkämien tiedot taulukoidaan numeroiden perusteella niin, että datataulukon yhdellä rivillä on ensin äkämän numero, sitten keräyspaikkakoodi, äkämän statuskoodi (elävä sääskenkotelo / loistoukka / sääski kuollut mutta syy tuntematon) ja äkämän paino (= koko).

Kurssilaiset avaavat ruusukkeet mikroskoopin alla ja punnitsevat ne.
Kuva 2. Ruusukeäkämäsääsken muodostamien äkämien käsittelyä laboratoriossa. Ruusukkeet avataan varovasti stereomikroskoopin tai suurennuslasin alla terävien pinsettien avulla. Oranssin sävyiset sääskenkotelot (ylhäällä keskellä) tai valkoiset, hieman karvaiset loispistiäistoukat (ylhäällä oikealla) löytyvät ruusukkeiden keskeltä pienten terävien lehtien muodostamasta suiposta kammiosta. Avaamisen jälkeen ruusukkeet punnitaan yksitellen niiden koon arvioimiseksi. Kuvat: Itä-Suomen yliopiston talvikurssilaiset vuosilta 2009 ja 2015.

Tarvikkeet

Ruusukkeiden keräämiseen maastosta tarvitaan saksia versojen leikkaamiseen, pieniä pusseja tai purkkeja äkämien säilyttämiseen, ja mahdollisesti GPS-laite näytteenottopaikkojen koordinaattien selvittämiseen. Ruusukkeiden avaamiseen tarvitaan stereomikroskooppeja, vakaat kädet ja teräviä pinsettejä (1–2 kpl per opiskelija). Avaamisen jälkeen äkämät laitetaan pienen numerolapun kanssa pieneen muovipussiin tai -purkkiin odottamaan punnitsemista (numerolaput kannattaa printata etukäteen). Äkämien punnitsemiseen tarvitaan herkkä vaaka – yksittäisen ruusukkeen tyypillinen paino on noin 100–500 mg. Ruusukkeet voi kuivata lämpökaapissa yön yli ennen punnitsemista, mutta riittävän tarkan arvion niiden koosta saa tuorepainojenkin perusteella. Harjoitukseen kannattaa varata myös Eppendorf-putkia ja denaturoitua etanolia ruusukkeista löytyvien sääskenkoteloiden ja loistoukkien säilyttämistä varten. Jos säilöntäputkiin laittaa printatut numerokoodit, niin lajinmääritykset voi tarkistaa tarvittaessa jälkikäteen. Tilastolliset analyysit hoituvat standardiohjelmistoilla (Excel/LibreOffice, SPSS, R, netistä löytyvät khiinneliötestilaskurit ym.).

Aineistonkeruulomakkeet

Raaka-aineisto kootaan taulukkolaskentaohjelman taulukkoon niin, että jokaista yksittäistä äkämää vastaa yksi rivi. Ensimmäiseen sarakkeeseen tulee äkämän yksilöllinen numero tai koodi, ja seuraaviin sarakkeisiin keräyspaikkakoodi, äkämän sisältökoodi (sääskenkotelo / loistoukka / tyhjä) ja äkämän paino. Lisäksi kannattaa sisällyttää sarake, johon merkitään elävät sääskenkotelot 1:llä ja kuolleet 0:lla. Taulukkoa voi näin käyttää suoraan seuraavan vaiheen tilastoanalyyseissä.

Aineiston analysointi

Ruusukkeista kerätty aineisto soveltuu monenlaisten analyysien ja tilastollisten testien harjoittelemiseen (Kuva 3). Alueellista vaihtelua henkiinjäämistodennäköisyydessä voi tutkia ristiintaulukoimalla elävien ja kuolleiden sääskien lukumäärät eri keräyspaikoissa ja tekemällä sitten taulukolle khiinneliötestin (helppokäyttöisiä laskureita löytyy netistä googlaamalla). Testin voi myös tehdä niin, että jakaa paikkakohtaisesti äkämät kolmeen ryhmään (hengissä oleva sääskenkotelo / loistoukka / kuollut, mutta syy tuntematon).

Äkämien koon (= painon) mahdollisia eroja eri keräyspaikkojen välillä voi testata varianssianalyysillä ja sopivilla post hoc -testeillä (tai t-testillä, jos keräyspaikkoja on vain kaksi). Mikäli ryhmäkohtaiset varianssit eroavat suuresti toisistaan tai kokojakaumat ovat kovin vinoja, vastaavat testit voi tehdä keräysalueiden lukumäärästä riippuen joko Kruskal–Wallisin ei-parametrisella varianssianalyysillä tai Mann–Whitneyn U-testillä.

Äkämien koon vaikutusta sääskien selviämistodennäköisyyteen voi testata logistisella regressiolla esim. SPSS:ssä tai R:ssä. Multinomiaalisella logistisella regressiolla voi testata painon vaikutusta äkämien jakautumiseen kolmeen luokkaan (hengissä oleva sääskenkotelo / loistoukka / kuollut, syy tuntematon). Molemmissa tapauksissa analyysin voi tehdä kerralla koko aineistolle, tai sisällyttämällä keräyspaikan voi malliin faktorina.

Kuva 3. Esimerkkejä ruusukeäkämäsääskiharjoituksen mahdollistamista kuvista ja analyyseistä. Eloonjäämistodennäköisyyden ja kuolinsyiden alueellista vaihtelua voi tarkastella piirakkadiagrammeilla (vasen paneeli), ja erot voi testata tilastollisesti khiinneliötesteillä. Äkämien painon alueellista vaihtelua voi kuvata pylväsdiagrammeilla (yläoikealla) ja testata esim. varianssianalyysillä. Äkämän painon vaikutusta hengissäsäilymistodennäköisyyteen voi puolestaan testata logistisella regressiolla (alaoikealla; elävä kotelo = 1, tyhjä äkämä tai loistoukka = 0, logistisen regressiomallin ennustamat todennäköisyydet vaaleanpunaisella). Kuvat: Itä-Suomen yliopiston talvikurssilaiset vuosilta 2009, 2011 ja 2015.

Harjoituksen muokkausmahdollisuudet

Tässä kuvattua harjoitusta voi muokata joustavasti ruusukeäkämien paikallisen yleisyyden ja käytettävissä olevan ajan mukaan. Esimerkiksi äkämän koon vaikutusta sääskien selviämistodennäköisyyteen voi testata yhdenkin paikan perusteella, mikäli äkämiä saa kerättyä tarpeeksi. Ruusukeäkämäsääski muodostaa äkämiä useille eri pajulajeille, joten myös pajulajin vaikutusta äkämän kokoon ja sääskien kuolleisuuteen voi testata, jos pajulajikohtainen näytekoko on tarpeeksi suuri. Lehdettömien pajujen määrittäminen talvella vaatii tosin aika lailla kokemusta. Sääskentoukkia loisivia kiilukaislajeja on useita, mutta niiden määrittäminen lajilleen vaatii kasvattamista aikuiseksi tai DNA-lajitunnisteiden käyttämistä. Mikäli yksittäisten ruusukkeiden GPS-koordinaatit otetaan talteen, voisi testata selviytymistodennäköisyyden alueellista autokorrelaatiota pienessä mittakaavassa. Ruusukkeissa esiintyy myös seuralaislajeja: pienenpienen Perrisia iteophila -äkämäsääsken valkoisia koteloita löytyy usein lehtien väleistä, ja ruusukkeissa talvehtii myös mm. lehtikuoriaisia ja sahapistiäisiä. Jos aikaa on käytettävissä runsaasti, niin ruusukkeita voi siis ottaa sisälle seuralaislajien kasvattamiseksi.

Kirjallisuutta

Amendt, J. 2003. Taxonomie, Biologie und Feindartenkomplex ausgewählter Gallmückenarten (Diptera: Cecidomyiidae) auf Weiden (Salix spp.). PhD Thesis. Frankfurt.

Craig, T. P., Itami, J. K. & Price, P. W. 1990. The window of vulnerability of a shoot-galling sawfly to attack by a parasitoid. Ecology 71: 1471-1482.

Hezewijk, B.H., Roland, J. 2003. Gall size determines the structure of the Rabdophaga strobiloides host-parasitoid community. Ecological Entomology 28: 593-603.

Klapwijk, M. J. & Lewis, O. T. 2011. Spatial ecology of multiple parasitoids of a patchily-distributed host: implications for species coexistence. Ecological Entomology 36: 212-220.

Kopelke, J.-P., Nyman, T., Cazelles, K., Gravel, D., Vissault, S. & Roslin, T. 2017. Food-web structure of willow-galling sawflies and their natural enemies across Europe. Ecology 98: 1730.

Nyman, T., Paajanen, R., Heiska, S. & Julkunen-Tiitto, R. 2011. Preference–performance relationship in the gall midge Rabdophaga rosaria: insights from a common-garden experiment with nine willow clones. Ecological Entomology 36: 200-211.

Start, D. & Gilbert, B. 2016. Host–parasitoid evolution in a metacommunity. Proc. R. Soc. B: Biol. Sci. 283: e20160477.
Stone, G. N & Schönrogge, K. 2003. The adaptive significance of insect gall morphology. Trends in Ecology & Evolution 18: 512-522.