Miten toukka muuttuu karmealla tavalla perhoseksi
Toukan muodonmuutos puuhun takertuvasta, 12-jalkaisesta tuholaisesta majesteettiseksi lentäväksi perhoseksi on usein metafora täydellisistä muodonmuutoksista. Se on todella luonnon kehittämä fantastinen mekanismi, mutta vaikka se näyttääkin fantastiselta ulkopuolelta, tämä muodonmuutos näyttää melko karmealta syvällä kotelon sisällä. Lyhyesti sanottuna, jotta toukka muuttuisi perhoseksi, se sulattaa itsensä hormonien käynnistämien entsyymien avulla. Sitten nukkuvat solut (jotka muistuttavat kantasoluja) kasvavat tulevan perhosen ruumiinosiksi. Luulitko, että murrosikä oli ilkeä? Odota, kunnes luet eteenpäin.
Kova muodonmuutos
Tarinamme alkaa nälkäisestä toukasta, joka oli juuri kuoriutunut munasta. Pian pieni toukka (tieteellisesti toukka) tunkee itseensä lehtiä ja kasvaa pikkuhiljaa. Kun toukka on kasvanut ulos nykyisestä ihostaan, vapautuu ekdysoniksi kutsuttu hormoni, joka käskee toukkaa mätänemään. Noin viisi kertaa tapahtuneen karvanvaihdon jälkeen toukka lakkaa syömästä, roikkuu ylösalaisin oksalla tai lehdellä ja joko kehrää itselleen silkkisen kotelon tai sulaa kiiltäväksi koteloksi. Tätä prosessia ohjaa sama hormoni, ekdysoni, mutta tällä kertaa se toimii yhdessä toisen hormonin eli nuoruushormonin kanssa. Juveniilihormonin puute itse asiassa käynnistää metamorfoosimekanismin.
Juveniilihormoni toimii viivyttääkseen metamorfoosia koko toukkavaiheen ajan. Se toimii estämällä geenejä imaginaalilevyissä – pienissä levynmuotoisissa solupusseissa, jotka käynnistyvät, kun toukka kääriytyy koteloon ja muuttuu lopulta antenniksi, silmäksi, siiveksi tai muuksi perhosen palaksi. Sinänsä nuoruushormoni on välttämätön toukan selviytymiselle ennen metamorfoosia. Kun toukka nimittäin saavuttaa viimeisen karvanvaihdon ja aloittaa metamorfoosin, sen keholle tapahtuu outoja asioita. Toukan lihaksissa, suolistossa ja sylkirauhasissa olevat solut pilkkoutuvat ja toimivat pian tulevan perhosen varaosina. Jokainen solu on ohjelmoitu itsetuhoutumaan aktivoimalla kaspaaseiksi kutsuttuja entsyymejä.
Kaspaasit repivät solun proteiineja ja vapauttavat perhosen valmistusmateriaalia. Ilman nuoruushormonia tämä olisi voinut tapahtua milloin tahansa ja tappaa toukan. Sen sijaan luonto ohjelmoi hormonin alentamaan sen tasoja juuri sopivalla hetkellä metamorfoosia varten. Kun nuoruushormonin määrä on vähentynyt, ekdysoni saa toukan nyt nukahtamaan sen sijaan, että se aiheuttaisi säännöllisen karvanvaihdon. Kun toukka on hajottanut kaikki kudoksensa imaginaalisia levyjä lukuun ottamatta, ne käyttävät ympäröivää proteiinipitoista keittoa nopeaan solujen jakautumiseen, jota tarvitaan siipien, antennien, jalkojen, silmien, sukupuolielinten ja kaikkien muiden aikuisen perhosen tai koiperhosen ominaisuuksien muodostamiseen. Esimerkiksi hedelmäkärpäsen siiven imaginaalikiekko saattaa alkaa vain 50 solusta ja kasvaa yli 50 000 soluun metamorfoosin loppuun mennessä.
Metamorfoosi ei kuitenkaan ole vain jokin kaunis fyysinen muutos. Se on huikea osoitus evoluutiomekanismin toiminnasta. Perhoset ja toukat eivät vain näytä erilaisilta – ne käyttäytyvät myös eri tavalla. Toinen elää puissa ja toinen lentää. Tärkeintä on, että toinen syö lehtiä ja toinen pelkästään nektaria. Molemmilla lajeilla on runsaasti tilaa elää rinnakkain ekosysteemissä, sillä ne eivät häiritse toistensa ravintovarastoja. Loistavaa!
Kotelon sisällä
Valitettavasti on vain vähän kuvamateriaalia, joka näyttää metamorfoosin toiminnassa. Yllä olevan uskomattoman kuvan on ottanut Michael Cook, joka onnistui saamaan tämän Tussah-silkkiperhosen (Antheraea penyi) harvinaisessa asennossa – epäonnistuneen yrityksen aikana kehrätä koteloaan. Kuvassa voi nähdä poikasen hennot, läpikuultavat jade-siivet, antennit ja jalat, jotka eivät ole vielä kypsyneet aikuiseksi koiperhoseksi – välähdys siitä, mikä yleensä jää kotelon sisälle piiloon.
Onneksi elämme 2000-luvulla. Käyttämällä nykyaikaista kuvantamistekniikkaa, kuten tietokonetomografiaa, voimme kurkistaa kotelon sisälle häiritsemättä tätä äärimmäisen herkkää prosessia. Alla olevan videon kuvasivat Lontoon Natural History Museumissa työskentelevät tutkijat.