Maapallon elämä perustuu pääosin auringonvaloon. Omavaraiset eliöt, kuten kasvit ja levät, käyttävät auringonvalon energiaa kasvuunsa. Jotkin erikoistapaukset saattavat käyttää siihen auringonvalon sijaan jotain eksoottisempaa, kuten rikkivetyjä tai radioaktiivista säteilyä. Eläimet puolestaan ovat toisenvaraisia: ne syövät kasveja tai toisiaan saadakseen auringonvalon energiaa mutkan kautta. Vai kuinka?
Vaikka aurinkovoimalla toimivat eläimet eivät meille kuivan maan asukkaille tunnu aivan arkipäiväisiltä tuttavuuksilta, ne ovat yllättävän tavallisia. Etenkin valtamerissä erilaisin mielikuvituksellisin keinoin yhteyttävät eläimet ovat siinä määrin yleisiä, että toimivat kokonaisten ekosysteemien perustana (kuva: yhteyttäviä meduusoja Palaulla. Onyo/Wikitravel). Ja ne ovat todella outoja.
Valtamerissä auringonvalolla käyvillä eläimillä on yleensä kumppaninaan Symbiodinium-suvun panssarisiimaeliöitä, jotka elävät niiden kudoksissa ja hoitavat yhteyttämisen. Niitä on riuttoja muodostavilla koralleilla, merivuokoilla, eräillä meduusoilla, yhteyttävillä merietanoilla ja laakamadoilla (kyllä, sellaisiakin on!). Usein uutisiin pääsevä huolestuttava korallien haalistuminen tarkoittaa juuri korallien kanssa symbioosissa elävien panssarisiimaeliöiden katoamista. Jäljelle jää kuoleman kielissä oleva kalpea korallieläin.
Panssarisiimaeliöiden antama yhteyttämisapu on myös jättiläissimpukoiden (Tridacna sp.) supernopean kasvuvauhdin takana (kuva: Ewa Barska / Wikimedia Commons). Kutakuinkin samassa ajassa, jossa kotimaiset järvisimpukat kasvavat kypsään ikään ja suunnilleen naisen kämmenen kokoon, nuori jättiläissimpukka ehtii yli puolimetriseksi ja jatkaa kasvuaan pari-kolmesataakiloiseksi saakka. Tutkimuksissa on selvinnyt, että mitä suuremmaksi simpukka ehtii, sitä suuremman osan energiastaan se hankkii yhteyttämällä. Aikuisten simpukoiden täytyy hankkia syömällä enää noin kolmannes energiantarpeestaan. Tarpeen vaatiessa poikasetkin voivat elellä ja kasvaa täydellisellä paastolla pelkän valoravinnon varassa.
Hauska yksityiskohta on, etteivät yhteyttämisapuna toimivat panssarisiimaeliöt (joita joskus kutsutaan suomeksi ihastuttavan selkeästi zooksantelleiksi) oikeastaan ole leviä, vaikka niitä usein silti kutsutaan symbioottisiksi leviksi. Tai riippuu, mitä levällä tarkoitetaan, mutta ainakaan ne eivät ole läheistä sukua viher-, rusko- tai muillekaan tutuille leväryhmille, eikä niillä ole oikeastaan omasta takaa viherhiukkasia (eli solujen sisällä eläviä degeneroituneita syanobakteereja). Kuva: David Patterson & Mark Farmer /EOL)
Panssarisiimaeliöt sijoittuvat varsin kummalliseen alkueläinten sukupuun haaraan, johon kuuluvat myös esimerkiksi ripsieläimet, malarialoisio ja toksoplasmoosi, joka saa rotan rakastamaan kissoja. Eläinten kanssa yhteistyötä tekevän Symbiodinium-suvun lisäksi tunnettuja panssarisiimaeliöitä ovat ne, joiden bioluminesenssi aiheuttaa lämpimillä merillä öisen noidantulen eli fosforihohteen.
Mistä panssarisiimaeliöt sitten ovat yhteyttämiskykynsä saaneet, jos ne eivät kerran ole leviä? Ne ovat tietenkin varastaneet sen. Useimpien panssarisiimaeliöiden sisällä on kolminkertaisen solukalvon sisällä olevia viherhiukkasia, jotka ne ovat jossakin evoluutionsa vaiheessa kaapanneet joltakin ruskolevältä. Siksi niiden värikin on yleensä rusehtava tai punainen (myös Meksikonlahden ajoittaiset pelottavan verenpunaiset leväkukinnat ovat panssarisiimaeliöiden aiheuttamia). Koska tämä kaikki olisi muuten ihan liian loogista, osa panssarisiimaeliöistä on luopunut ruskolevältä kaapatuista viherhiukkasistaan ja napannut sisälleen sen sijaan kokonaisen yksisoluisen viherlevän.
Tästä syntyy ällistyttäviä toistensa sisällä elävien solujen ketjuja. Syanobakteeri elää viherlevän sisällä, joka elää panssarisiimaeliön sisällä, joka elää simpukan sisällä, ja lopulta simpukka saa energiansa syanobakteerin kaappaamista auringonsäteistä. Miksipä ei? Eihän evoluutiossa pitänytkään olla mitään järkeä. Se ei ole tyhmää, jos se toimii.
On olemassa myös eläimiä, jotka jättävät solujensa sisällä elävät panssarisiimaeliöt sikseen ja hankkivat käyttöönsä pelkkiä viherhiukkasia. Silloin ne yhteyttävät yhtä aidosti itse kuin kasvitkin. Kauniin vihreä Elysia chlorotica -merietana haalii talteen syömänsä levän viherhiukkaset ja asuttaa ne omiin soluihinsa. Pari viikkoa leväruokavaliolla pidetyt Elysiat pärjäävät loppuikänsä ilman ruokaa silkan yhteyttämisen varassa (kuva: Patrick Krug / EOL / Flickr).
Jännää tästä tekee se, että viherhiukkasten pitäminen elossa ei ole lainkaan mutkatonta. Niillä on oma pieni genominsa, jossa on jäljellä rippeet alkuperäisen syanobakteerin geeneistä, mutta läheskään kaikki viherhiukkasen toimiakseen vaatimat geenit eivät ole enää siellä, vaan ovat siirtyneet vuosimiljardien mittaan isäntänä toimivan leväsolun tumaan. Ja merietanallahan näitä kasvien geenejä ei tietenkään ole… vai kuinka?
Kävi ilmi, että on. Jollain toistaiseksi tuntemattomalla konstilla Elysia on onnistunut haalimaan syömänsä levän geenejä omaan genomiinsa ja käyttää niitä nyt varastamiensa viherhiukkasten ylläpitoon. Ehkä geenien välittäjänä on voinut toimia jokin sellainen virus, joka istuttaa itsensä osaksi isäntäsolun genomia: ne usein nappaavat vahingossa mukaansa kimpaleita edellisen isännän genomista ja istuttelevat niitä sinne sun tänne. Vaikuttaa siltä, että tällaiset häkellyttävät geenien kahminnat yli lajirajojen ovat tavallisempia kuin luulisikaan: esimerkiksi neljännes lehmän genomista on peräisin käärmeiltä. Kyllä, luit oikein.
Yhteyttää voi pimeässäkin
Kaikki yhteyttävät eläimet eivät kuitenkaan elä matalien merten aurinkoisissa vesissä. Osan kotina toimivat syvänmeren mustat savuttajat, jotka ovat elinpaikkoina lievästi sanoen luotaantyöntäviä. Oikeastaan ne kuulostavat scifikirjailijan keksinnöltä. Merenpohjan vuoristojen pimeiltä ja kylmiltä rinteiltä nousee korkeita mineraalipiippuja, jotka tupruttavat ulos mustaa, tulikuumaa vettä. Veden lämpötila voi ulos tullessaan olla mitä tahansa 60 ja 460 asteen väliltä. Veden pH-arvo (eli happamuus) on usein alle kolmosen luokkaa: savuttajien eliöt elävät käytännössä etikassa (kuva: NOAA).
Piiput voivat kasvaa kymmeniä senttejä pituutta päivässä, kun ulos tupruavan veden mineraalit ja metallit (kuten kupari, rauta ja sinkki) saostuvat veden jäähtyessä. Kaiken kukkuraksi kuumimpien mustien savuttajien vesi saavuttaa merenpohjan paineessa superkriittisen tilan, jossa se ei enää oikeastaan ole nestettä, vaan ominaisuuksiltaan jossakin nesteen ja kaasun välimaastossa. Superkriittinen vesi kulkeutuu kiinteän aineen läpi kuin kaasu, mutta liuottaa kuin neste. Sanoinko jo, että savuttajat kuulostavat scifikirjailijan keksinnöltä?
Uskomattoman kuuloisesta ympäristöstä huolimatta mustien savuttajien ympäristössä on elämää. Itse asiassa niiden ympärillä on mitattu olevan kymmenestä tuhannesta sataan tuhanteen kertaa enemmän elämää kuin ympäröivällä merenpohjalla. Tämä runsaus perustuu kemosynteettisiin bakteereihin, jotka yhteyttävät savuttajasta pursuavia rikkiyhdisteitä, jotka ovat normaalimpien olosuhteiden eliöille hengenvaarallisia.
Osa mustien savuttajien bakteereista elää mikrobimattoina savupiippujen pinnalla ja tulee sieltä erilaisten eläinten syömäksi. Toiset sen sijaan elävät eläinten kudosten sisällä, ja lopputuloksena on kemosynteettisiä eläimiä! Ehkä kuuluisimpia ovat mustien savuttajien putkimadot (Riftia pachyptila).
Matalampien vesien putkimadot ovat akvaarioharrastajille tuttuja kuivattuina kalanruokakuutioina. Järvien pohjamutia syystä tai toisesta tonkineillekin hauraat, mudasta pilkistävät punertavat madot ovat vanhoja kavereita. Putkimadoiksi paljastuivat myös Pohjois-Carolinasta löytyneet oudot viemärimöhkäleet, joista tuli muutama vuosi sitten massiivinen Youtube-hitti.
Syvänmeren savuttajien putkimadot ovat toista maata. Ne ovat paksuja, nahkamaisen näköisiä letkuja, jotka kasvavat parimetrisiksi tai pidemmiksikin. Niiden päässä olevat punaiset, sulkamaiset ulokkeet toimivat kuin kidukset, ja niissä on jopa hemoglobiinia. Ainoa vain, että ne keräävät vedestä hapen lisäksi rikkivetyä, jonka ne antavat kudoksissaan miljoonittain eläville kemosynteettisille bakteereille. Matojen ei tarvitse syödä mitään, eikä niillä edes ole suuta tai ruoansulatuselimistöä. Ne saavat kaiken tarvitsemansa rikkivetybakteereiltaan. Kuvassa mustan savuttajan ympäristö on matojen peitossa: sen ympärillä oleva tavara on NOAA:n mittauslaitteistoa (kuva: NOAA).
Varjopuolena on tietysti se, että madot haisevat vahvasti mädältä kananmunalta, mutta se tuskin suuremmin haittaa niitä.
Valtameret ovat selvästi yhteyttävien eläinten valtakuntaa, mutta miksipä hyväksi todettu konsti pitäisi pelkkiin merieläimiin rajata? Myös muualta on alettu vähitellen löytää hämmentäviä yksittäistapauksia, kuten vihreitä salamanterintoukkia ja aurinkosähköä tuottavia pistiäisiä. Entä voisiko ihmisestä saada aurinkovoimalla toimivan? Näihin kuvioihin palataan tarkemmin seuraavassa artikkelissa.
——————————————————————–
Lähteitä ja lisälukemista:
Deep Sea News: Can animals directly harness solar energy? Apparently so… (käsittelee lähinnä jättiläissimpukoita, mutta mainitsee muitakin aurinkovoimalla käyviä eläimiä)
Klumpp ym. 1992: Nutrition of the giant clam Tridacna gigas (L.) I. Contribution of filter feeding anf photosynthates to respiration and growth. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology.
The Sea Slug Forum: Zooxanthellae in nudibranchs.
The Right Blue: The blue dragon, a solar-powered nudibranch.
Encyclopedia of Life: Symbiodinium.
New Scientist: Solar-powered sea slug harnesses stolen plant genes.
Encyclopedia of Life: Riftia pachyptila – hydrotermal vent worm.
Sea and Sky: Giant tube worm.
Wikipedia: Symbiodinium, Panssarilevät, Coral bleaching, Giant clam, Hydrothermal vent.
planeetanihmeet.wordpress.com 
Joskus mietin vähän vitsinä en niinkään sitä, että miten voi olla yhteyttäviä eläimiä vaan, että miksi ne ovat kuitenkin poikkeuksia: http://nopoles.wordpress.com/2006/09/11/kasvielain/
Ajatus jäi varmaan siitä kun joskus (tosi) kauan sitten koneellani oli näytönsäästäjänä koukuttava tekoelämäpeli nimeltä Primordial life. Siinä tuppasi käymään aina niin, että henkiin jäivät ne häkkyrät, jotka sekä yhteyttivät, että olivat liikkuvia petoja.
Pitäisi joskus miettiä tosissaan läpi, että miksi hiiret eivät oikeasti yhteytä korvillaan :-)
Hyviä ehdotuksia…?
Erinomaisen hyvä kysymys, enkä osaa siihen mitään tyhjentävää vastata.
Ensimmäinen henkilökohtainen mututuntumani olisi, että ehkä yhteyttäminen tuottaa energiaa liian hitaaseen tahtiin, jotta se olisi aktiivisesti liikkuvalle, yhtään muutaman sentin merietanaa isommalle eläimelle kannattavaa. Viherhiukkasten ylläpito kuitenkin maksaa jotain sekin, puhumattakaan yhteyttävän pinta-alan järjestämisestä ruumiinrakenteeseen ja valoon hakeutumisen kustannuksista ihan käyttäytymisen kannalta. Ja puolet vuorokaudesta yhteyttäminen on joka tapauksessa hyödytöntä.
Ehkä se selittäisi, miksi yhteyttävät eläimet tapaavat olla joko paikallaan pysytteleviä, pienikokoisia tai sekä että.
Osa yhteyttävistä eliöistä kyllä asettaa tämän selityksen jokseenkin kyseenalaiseksi: esimerkiksi köynnösvehkojen lämmitettyjen kukkien aineenvaihdunnan nopeus voi olla lentävän kolibrin lukemissa, ja yhteyttämällähän se energia on hankittu. Pitäisi etsiä tästä ihan lukuja ja katsoa, onko idea mistään kotoisin.
Tai voihan olla, että yhteyttämättömien eläinten valta-asema on yksinkertaisesti historian oikku. Selkäjänteiset ja niveljalkaiset vain sattuivat osumaan bauplaniin, jolla oli jokseenkin loputon evoluutiopotentiaali, ja onnistuivat sillä syrjäyttämään energiataloudellisesti näppärämmät, mutta vähemmän muuntautuvat miksotrofieläimet. Tiedä häntä.
Tämän näköinen: http://nopoles.files.wordpress.com/2013/10/primordial-life-artificial-life-simulation-screensaver.png
Ehkä tästä saisi sopivasti markkinoimalla saman tason kysymyksen kuin perinteiset isot kysymykset a) miksi niin moni eliö lisääntyy seksuaalisesti, b) miksi niin monella seksuaalisesti lisääntyvällä eliöllä on sukupuolia ja c) miksi niin monella eliöllä, jolla on sukupuolia, on niitä vain kaksi?
Tai sitten ei. Ehkä olisi ihan helppo todistaa, että iso vilkkaasti liikkuva iso yhteyttävä eliö ei vaan pärjäisi? (Toisaalta luulisin, että olisi ihan helppo ”todistaa”, että lentävä nisäkäs ei vaan toimisi, jos ei muistaisi, että lepakoita on olemassa…)
Olisi aika metkaa, jos (tässäkin) olisi kyse tosiaan vain historian oikusta. (Bauplan oli hieno sana, täytyy alkaa käyttää:) Se ehkä nyt vaan on mennyt niin, ettei yhteyttäviä isoja liikkuvaisia eläimiä ole sattunut kehittymään.
Laiskiainen saa jo energiaa nuolemalla turkissaan kasvavia symbionttisia leviä. Jos laiskiaiselle kehittyisi konsti saada levän energiaa suoraan ihon läpi, sittenhän se jo käytännössä yhteyttäisi. (Onkohan kellekään tullut mieleen varmistaa, etteikö näin jo tapahtuisi?)
Eläimillä olisi vielä sekin etu puolellaan, että toisin kuin kasvit ne voisivat paeta yötä! Yhteyttävä lapintiira voisi kerätä valosta energiaa kutakuinkin 24 tuntia vuorokaudessa… :-) Samoin yhteyttävä valas voisi uida etelästä pohjoiseen ja takaisin yötöntä yötä seuraillen.
Yhteyttävä lapintiira ei varmasti olisi valkoinen, mutta ei välttämättä vihreäkään, jos yhteyttämiskyky olisi kehittynyt kasveista riippumatta. Siinä on toinen historian oikku, että kasvit ovat vihreitä; heittävät hyvän ja riittoisan vihreän aallonpituuden osan valosta ihan haaskuun! Tehokkaimmat yhteyttäjät olisivat tietenkin mustia. (http://thesymbiont.blogspot.fi/2010/09/why-arent-plants-black-true-evo.html).