Turkulaiset ja kiinalaiset tutkijat julkaisivat tutkimuksen jättiläispandan sopeutumisesta bamburavintoon

MEDIATIEDOTE: Turkulaiset ja kiinalaiset tutkijat julkaisivat tutkimuksen jättiläispandan sopeutumisesta bamburavintoon.

Julkaisuvapaa 23.10.2021

 

Temporomandibular joint and Giant Panda’s (Ailuropoda melanoleuca) adaptation to bamboo diet

Pekka K. Vallittu, Juha Varrela, Jukka Salo, Li Rengui, Ling Shanshan, Huang Shan, Hemin Zhang & Pekka Niemelä

Scientific Reports 2021, Volume 11, Article number: 14252

 

Nature-tiedelehden verkkojulkaisu Scientific Reports julkaisi 9.7.2021 merkittävän jättiläis- eli isopandaa (Ailuropoda melanoleuca) koskevan tutkimuksen, joka pitkälti ratkaisee kysymyksen pandojen sopeutumisesta käyttämään bamburavintoa. Tutkimus tehtiin yhteistyönä Turun yliopiston ja Kiinan pandantutkimusinstituutin tutkijoiden kanssa. Tutkimus on herättänyt laajaa kansainvälistä mielenkiintoa koska se auttaa ymmärtämään useita kummastusta herättäneitä kysymyksiä pandojen ominaisuuksista.

Jättiläispanda on askarruttanut tutkijoita siitä lähtien, kun ensimmäinen tieteellinen näyte myyttisistä mustavalkoisista jättiläispandoista lähetettiin Kiinasta Pariisin luonnonhistorialliseen museoon vuonna 1869. Pandan länsimainen löytäjä Kiinan Sichuanin Qionglai-vuorilla oli ranskalainen luonnontutkija ja lähetyssaarnaaja Armand David, joka viestissään museolle ehdotti tälle uudelle lajille tieteellistä nimeä Ursus melanoleucus, sijoittaen lajin oikein karhujen sukupuuhun. Myöhemmin jättiläispandan asemasta petoeläinten sukupuussa on kiistelty, mutta 1980-luvun DNA-tutkimukset lopullisesti selvittivät lajin karhuksi. Pandojen lähin elossa oleva sukulaislaji on Andien silmälasikarhu (Tremarctos ornatus).

Jättiläispandasta on tullut ikoninen eläinlaji, ja sen symboliarvo luonnonsuojelulle on suuri sekä Kiinassa, että muualla maailmassa. Pandojen suojelu on edennyt 2010-luvulla hyvin, ja

1. www.nature.com/articles/s41598-021-93808-2
2. Hammaslääketieteen laitos ja Biodiversiteettikeskus, Turun yliopisto (www.utu.fi/fi/yliopisto/laaketieteellinen-tiedekunta/hammaslaaketieteen-laitos ja www.utu.fi/fi/yliopisto/matemaattis-luonnontieteellinen-tiedekunta/biodiversiteettiyksikko).
3. China Centre for Research and Conservation for Giant Panda, CCRCGP Dujiangyan, Sichuan, China.
4. Esim. https://phys.org/news/2021-07-evolution-giant-panda-temporomandibular-joint.html, https://press-news.org/167883-the-giant-panda-s-mystery-revealed.html, https://scienmag.com/the-giant-pandas-mystery-revealed/.

luonnonkannan arvioidaan ylittäneen jo 2000 yksilöä. Pandojen tarhasuojelusta (ex-situ conservation) on solmittu myös 19 sopimusta Kiinan ulkopuolella.

Pandojen erikoistuminen käyttämään lähes yksinomaan bamburavintoa on ollut suuren biologisen kiinnostuksen kohteena sen jälkeen kun lajin ekologiaa alettiin tuntea 1930-luvulla. Miten petoeläimiin kuuluva panda pystyy elämään kasvinsyöjänä bambujen varassa? Mysteeri on vain syventynyt sitä mukaa kun on havaittu, että pandalla ei ole kasvinsyöjille tyypillistä kasvien polymeerejä (selluloosa, hemiselluloosa ja ligniini) ravinnoksi pilkkovaa suolistomikrobiomia (mm. suoliston bakteerikantaa), vaan että pandat tässä suhteessa ovat muiden karhujen kaltaisia. Pandojen ruoansulatuskanavan rakenne ei muutenkaan ole merkittävästi erilaistunut muista karhuista.

Turkulais-kiinalainen tutkimus käynnistyi kuitenkin aivan uudesta näkökulmasta. Miksi pandat käyttävät ruokaillessaan tuntitolkulla aikaa bambunversojen käsittelyyn, sen sijaan että vain rouskuttaisivat versot mahaansa? Miten lihansyöjätaustainen panda kykenee lähes kirurgiseen tarkkuuteen bambunversojen esikäsittelyssä, ennen kuin murskaa versot vahvoilla poskihampaillaan ja järeillä poskilihaksillaan? Miksi pandoilla on kuudes sormi, ”pandapeukalo”?

Tutkimuksen taustalla oli havaintoja ja vertailevaa tutkimusta jääkarhun ja euraasialaisen ruskeakarhun leukaluiden kiinnittymisestä kalloon (temporomandibulaarinen nivel). Näillä kummallakin leukanivel on sylinterimäinen, mahdollistaen lähinnä leuan kiinni/auki -liikkeen.

Olisiko pandojen temporomandibulaarinen nivel erilainen, mahdollistaen myös sivuttaisliikkeen? Entä hampaisto? Miten se eroaa muista karhuista?

Suomalaisen tiimin hammaslääketieteen professorit (Pekka Vallittu ja Juha Varrela) laativat odontologis-purentafysiologisen tutkimussuunnitelman, jossa varustauduttiin tekemään kolmiulotteinen malli pandan leukanivelistä laserskannerin avulla, jolloin pandaa voidaan vertailla muista karhulajeista saatuun aineistoon. Hammaslääketieteelliseen käyttöön tarkoitetulla laserskannerilla pystyttiin digitalisoimaan suurehkon leukanivelen anatomia eri karhulajeilla rakenteellista ja toiminnallista vertailua varten. 

Biodiversiteettiyksikön kollegat (Pekka Niemelä ja Jukka Salo) ovat tutkineet pitkään pandojen elinympäristöjä ja ekologiaa Kiinassa, ja päässeet seuraamaan pandojen ruokailua alkuperäisillä bambulajeilla kiinalaisissa suojelutarhoissa. Niemelä on lisäksi yksi kansainvälisesti tunnetuimmista kasveja ja niitä syövien eläinten välisten vuorovaikutussuhteiden tutkijoista. Yliopiston biodiversiteettiyksikkö on tehnyt tutkimustyötä Qionglai-vuorilla vuodesta 1998 lähtien. Tästä syystä tutkimusryhmä sai nopeasti kiinalaiset tutkimuskumppanit CCRCGP-tutkimusyksiköstä, ja käyttöönsä harvinaiset, luonnosta kerätyt jättiläispandan kallot.

CCRCGP:n tutkimustiloissa Sichuanin Dujiangyanissa ryhmä pystyi kuvantamaan laserskannerilla temporomandibulaarisen liitoksen, osoittamaan uloimpien etuhampaiden rooliin purennassa (sivusuuntaisen liikkeen ohjaus), sekä kuvaamaan pandojen ainutlaatuisten premolaarihampaiden rakenteen.

1. Sheldon, W.G. 1937: Notes on the Giant Panda. – Journal of Mammalogy 18: 13-19.

Temporomandibulaarinen nivel poikkesi odotetusti muiden tutkittujen karhujen vastaavasta. Nivel mahdollistaa poskihampaiden hierovan liikkeen, joka murskaa suussa bambun. Huomio kiinnittyi heti myös premolaarihampaiden erikoisuuteen. Pandat kuorivat huolellisesti aivan pienimpienkin bambunversojen ja -oksien vihreän kuorikerroksen, ennen kuin syövät valkoisen sisuksen. Tässä ne käyttävät ulommilta nystermiltään erikoistuneita premolaareita, jotka asettuvat bambua kuorittaessa vastakkain pinsetinkaltaiseen asentoon (cusp-to-cusp) repien vihreän kuoren erilleen. Bambun kuoriminen premolaarien avulla on mahdollista vain, jos leukanivelen rakenne sallii sivuliikkeen.

Useimpien bambujen korren vihreässä ulkokuoressa on runsaasti pieniä piioksidikappaleita (fytoliittejä), jotka pureskellessa tuhoavat kasvinsyöjien hampaiston. Bambujen kuorinta on siis pandojen ase voittaa kasvinsyöjän ja kasvin välinen evolutiivinen kilpavarustelu premolaareillaan. Useilla bambulajeilla on lisäksi kuoressaan myrkyllisiä syanidiyhdisteitä, jotka myös poistuvat kuorittaessa.

Tutkimus avaa ymmärtämään pandojen elämästä oleellisen. Pandojen ylimääräinen ”pandapeukalo” auttaa bambujen käsittelyssä myös kuorittaessa versoja.

Qionglai-vuorten pandat joutuvat viettämään päivittäin ylimääräisiä tunteja askarrellessaan bambujen vihreiden kuoriosien poistamisessa. Tämän ne tekevät istuen paikallaan. Qionglai-vuoristossa on lunta lokakuusta huhtikuuhun.

Paikallaan bambua pureskeleva panda oli miljoonia vuosia altis tiikereiden saalistukselle.

Pandojen ratkaisu tähän ongelmaan oli - näyttää pandalta. Mustavalkoinen ruokaileva panda häipyy näkymättömiin lumisessa vuoristossa, jossa rinteillä on paljaana myös mustia vulkaanisia kiviä. Pandat usein kuvataan tarhoissa vihreää kasvillisuutta vastaan, jolloin syntyi ihmettely pandojen värityksestä.

Mysteerit saivat ratkaisunsa. Kyseessä ovat hampaat, leukanivel ja niiden aikaa vievä, erikoistunut käyttö hyödyntäen mantereisen Itä-Aasian runsasta bambukasvustoa, joka on melkein kaikkien muiden isojen kasvinsyöjien ulottumattomissa. Ruoansulatuskanavan erikoistumattomuus antaa edelleen töitä tutkijoille.

Bambunsyönnin ensimmäisenä kuvannut W.G. Sheldon suhtautui pandoihin nuivasti. “My experience vinced me that the Panda is an extremely stupid beast” – panda näyttäytyy äärimmäisen typeränä olentona, hän kirjoitti. Syynä oli ilmeisesti Sheldonin näkemys bambua pureskelevasta pandasta flegmaattisena märehtijänä. Sittemmin kirjallisuudessa on esitetty ajatuksia jättää pandat ajautumaan sukupuuttoon, koska niiden erikoistuminen vain bamburavintoon ei olisi evolutiivisesti menestyksekästä.

Scientific Reportsin tutkimus esittelee jättiläispandan toisin. Ne ovat evoluution nerokas tuote. Eläinlaji, joka käyttää yksinoikeudella kymmeniä bambulajeja, joiden levinneisyys ja siksi myös ravintoresurssi kattaa miljoonia neliökilometrejä.

6. https://academic.oup.com/mbe/article/32/1/4/2925562

Tutkimus jatkuu.

 

Lähde:

Vallittu PK, Varrela J, Salo J, Rengui L, Shanshan L, Shan H, Zhang H, Niemelä P: Temporomandibular joint and Giant Panda’s (Ailuropoda melanoleuca) adaptation to bamboo diet. Scientific Reports (ea48333d-19be-4e43-9160-1322e645d977) (article: 10.1038/s41598-021-93808-2)

Kuvat ja videot bambua käsittelevistä pandoista löytyvät avaamalla Scientific Reportsin verkkotiedosto.

 

Kirjoittajien yhteystiedot:

Pekka Vallittu: Department of Biomaterials Science, Institute of Dentistry, University of Turku, Lemminkäisenkatu 2, 20520 Turku, Finland. Sähköposti Tämä sähköpostiosoite on suojattu spamboteilta. Tarvitset JavaScript-tuen nähdäksesi sen. Puh. 0405748200.

Juha Varrela: City of Turku Welfare Division, Turku, Finland and Department of Oral Development and Orthodontics, Institute of Dentistry, University of Turku, Turku, Finland. Sähköposti Tämä sähköpostiosoite on suojattu spamboteilta. Tarvitset JavaScript-tuen nähdäksesi sen. Puh. 0405804898

Jukka Salo: Biodiversity Unit, University of Turku, Turku, Finland. Sähköposti Tämä sähköpostiosoite on suojattu spamboteilta. Tarvitset JavaScript-tuen nähdäksesi sen. Puh. 0447660232.

Pekka Niemelä: Biodiversity Unit, University of Turku, Turku, Finland. Sähköposti Tämä sähköpostiosoite on suojattu spamboteilta. Tarvitset JavaScript-tuen nähdäksesi sen. Puh. 0500816707.