Parasiitide roll peremehe (elukäigu) evolutsioonis
© Peeter Hõrak. Kirjutatud 2001-2016

1. Sissejuhatus

Parasitism on eri liikidesse kuuluvate organismide suhe, mille puhul parasiit elab ajutiselt või alaliselt peremehe keha pinnal või sisemuses, toitub peremehe kulul ja kahjustab teda, st. toimib patogeenselt.

 

Enamik praeguseks kindlaks tehtud liike on parasiidid, kes evolutsioneeruvad reeglina kiiremini, kui nende peremehed. Seetõttu peetakse kaasaegses evolutsioonilises ökoloogias patogeenide ja parasiitide poolt tekitatud valikusurvet üheks olulisemaks evolutsiooniteguriks. Peremeeste ja parasiitide koevolutsiooni üheks produktiks on immuunsüsteem, mis (eriti) selgroogsetel loomadel on oma arengus saavutanud ülima keerukuse ja komplekssuse. Ökoloogide poolne äratundmine, et niivõrd komplitseeritud ja muude organismi funktsioonidega ülitugevalt integreeritud süsteem peab olema kulukas, andis suhteliselt hiljutises minevikus tõuke uue teadussuuna – immuunökoloogia tekkeks. Termin võeti esmakordselt kasutusele Dag Nordlingi ning Ben Sheldoni ja Simon Verhulsti poolt 1996. aastal. Immuunökoloogia käsitleb organismi immuunfunktsiooni kui elukäiguomaduste ja sugulise valiku signaaltunnustega integreeritud süsteemi, mis konkureerib ühise ressursi pärast muude organismi füsioloogiliste funktsioonidega. Seega eeldavad ökoloogid (lähtuvalt elukäigu evolutsiooni teooriale omasest optimaalsusparadigmast) et nii isendi, populatsiooni kui ka kõrgemate taksonite tasandil eksisteerivad lõivsuhed (trade-off) immuunfunktsiooni ning sigimisse, enesesäilitamisse, ja signaaltunnustesse tehtud investeeringute vahel. Selline lähenemisviis eristab ökolooge immuunogeneetikutest, immunoloogidest ja füsioloogidest, kelle huviorbiidis on reeglina konkreetsete immuunsüsteemi komponentide proksimaalsete regulatsioonimehhanismide väljaselgitamine.

Et aru saada, millest allpool juttu tuleb, peame kõigepealt meelde tuletama järgmised immunoloogia põhimõisted:

Organismi immuunsüsteem on evolutsioneerunud kaitsmaks peremeest patogeenide vastu. Osa patogeene (kõik viirused, mõned bakterid ja algloomad) sigivad peremehe rakkude sees; paljud bakterid ja suuremad parasiidid aga asustavad rakuvälist v. rakkudevahelist ruumi ilma peremehe rakke nakatamata. Patogeenide pinnavalke ja muid piisavalt suuri võõrmolekule (nt. patogeeni/parasiidi elutegevuse produktid), mis kokkupuutel organismi kaitsesüsteemiga kutsuvad esile immuunvastuse nimetatakse antigeenideks. Organismi reaktsiooni antigeenidele, e. immuunvastust vahendavad valgelibled e. leukotsüüdid, mis omakorda jagunevad lümfotsüütideks ja fagotsüütideks (neutrofiilid/heterofiilid, eosinifiilid, basofiilid, monotsüüdid, makrofaagid).

Fagotsüüdid, mis moodustavad organismi esmase kaitseliini nakkuse varajases faasis, hävitavad mikroorganisme mittespetsiifilise ja suhteliselt primitiivse fagotsütoosi teel. Seda immuunsüsteemi haru, (mis eksisteerib kõikidel hulkraksetel loomadel) nimetatakse sünnipäraseks v. kaasasündinud immuunsuseks (innate immunity); kuna sünnipärasel immuunsusel puudub pikaajaline mälu, ei ole selle toime sama patogeeni hilisemal kohtamisel efektiivsem kui esmasel kohtamisel.

Oluline on siinjuures märkida, et mittespetsiifiline immuunkaitse ja sellega kaasnevad põletikuprotsessid on organismile (võrreldes spetsiifilise immuunvastusega) suhteliselt kulukad kuna fagotsütoosi käigus vabaneb organismi mitmesuguseid proteolüütilisi ensüüme ning vabu radikaale jt reaktiivseid hapniku ning lämmastiku osakesi. Viimased võivad omakorda kahjustada peremehe enda rakke ja kudesid; seda eriti juhul kui vastavates kudedes napib vabaradikaaliliste ahelreaktsioonide peatamiseks vajalikke antioksüdante.

Lümfotsüüdid hoolitsevad patogeeni-spetsiifilise immuunvastuse eest; nad on võimelised kord juba kohatud antigeene ära tundma, mistõttu taaskordsel kokkupuutumisel varemkohatud antigeeniga on organism võimeline teda efektiivsemalt hävitama (omandatud immuunsus; eksisteerib vaid selgroogsetel). Lümfotsüüdid jagunevad B-lümfotsüütideks, mis sekreteerivad antikehi e. immuunoglobuliine peamiselt rakuväliste patogeenide vastu (humoraalne immuunsus), ning T-lümfotsüütideks, mis koordineerivad immuunvastust interaktsioonis B-lümfotsüütide ja fagotsüütidega ning hävitavad peamiselt rakusiseseid patogeene ja ka organismi enda vigaseid rakke (nt. 'vanad' rakud, vähirakud). Sellist T-lümotsüütidel põhinevat immuunvastust nimetetakse rakuliseks immuunsuseks. Immuunsus on seega organismi võime tõrjuda haigusetekitajaid, nende mürke v. muid antigeensete omadustega võõraineid.

* Asjaliku käsitluse immuunsüsteemi toimimisest leiad Sulev Ingerpuu rakubioloogia loengutest ja Tanel Tensoni artiklist Eesti Looduses 2003 (vol 54) nr 9: 26–28.

Immuunsupressioon on immuunsüsteemi pärssimine, mis vähendab organismi kaitsevõimet haiguste vastu. Meditsiinis kasutatakse kunstlikku immuunsupressiooni taval. elundisiirdamise puhul, et vältida irdumisreaktsiooni, v. autoimuunhaiguste (s.o. haiguste mis on põhjustatud organismi immuunreaktsioonist iseenda kudede vastu) raviks. Loomulike immunosupressoritena toimivad neerupealise koore hormoonid (stressihormoonid e. glükokortikoidid) ja androgeenid (nt. testosteroon).

Evolutsioonilise loomaökoloogia lähenemisviisile on eriti olulised järgmised immuunreaktsiooni aspektid:

 

Immuunfunktsiooni potentsiaalsest kulukusest tuleneb immunoloogia kokkupuutepunkt evolutsioonilise ökoloogiaga, ning eelkõige elukäiguteooriaga. Kuna meil on tegemist lõivsuhtega, saame esitada küsimuse, milline on optimaalne ressursside jaotamise printsiip organismi peamiste elukäiguomaduste (kasv, eluiga, järglaste arv) ja immuunfunktsiooni vahel, mis kindlustab maksimaalse kohasuse.

Käesolevas loengus käsitleme immunoloogia lähenemisviisi rakendamist järgmistes evolutsioonilises loomaökoloogia valdkondades:

Sigimise hind
Suguline valik
Populatsioonidünaamika (õige põgusalt)

Käesolevas loengus ei käsitleta immunoloogial põhinevaid sugulise sigimise evolutsiooni mudelid (Red Queen’i hüpotees), kuna seda teemat käsitleb täpsemalt T.Tammaru loengus # 15.

Põhjalikumalt peatume kahel valdkonnal, nimelt imuunrfunktsiooni osasl sigimise hinna kujunemisel ja sugulises valikus.

2. Immuunfunktsioon ja sigimise hind

Kurna suuruse evolutsioni loengus oli juttu, et keskne küsimus elukäiguteooria jaoks, e. 'Major Life History Problem' on seletada, kuidas paigutab organism oma investeeringuid sigimisse ja enesesäilitamisse nii, et suurendada oma elu jooksul toodetud järglaste hulka. See küsimus lähtub elukäiguteooria põhikontseptsioonist, mille kohaselt organismi käsutuses on mingi piiratud hulk ressurssi, mida tuleb jaotada erinevate ja üksteisega konkureerivate funktsioonide vahel (lõivsuhe). Siinjuures tuleb märkida, et kuigi kontseptsioon lõivsuhetest ja sellest tulenev sigimise hinna printsiip on kogu elukäiguteooria mõtteviisi aluseks, ei ole enamasti teada, kuidas see toimib, st. kuidas ja miks intensiivne sigimispingutus suremise tõenäosust suurendab.

Sobivaks näiteks on tüüpilised evolutsioonilise loomaökoloogia uurimisobjektid - väikesed värvulised. Enamik täiskasvanud isendeid sureb talvepoolaastal, kui keskkonnatingimused on ebasoodsad, st. temperatuurid on madalad (mis tingib suuri energeetilisi kulutusi eluspüsimiseks) ning piisava hulga toidu kättesaamine on samuti probleemiks. Sigimine omakorda toimub ajal, kui toiduküllus looduses on suurim ning ka temperatuurid soodsad, ning energeetilised kulutused enesesäilitamisele on seega madalad. Kuidas saab selline lind maksta sigimise hinda? Üsna pikka aega arvati, et ei saagi! Nt. Stearns oma 1992. a. ilmunud elukäiguteooria õpikus väidab, et nn. tulusigijatel (income breeders; liigid, kes kulutavad sigimispingutusele oma päevase energeetilise sissetuleku ja ei oma mingeid somaatilisi varusid, mida nad saaksid sigimisse investeerida; nt. enamik värvulisi) ei saagi sigimise hind kurna suuruse kujundamisel mingit rolli mängida, kuna nende ainevahetus on niivõrd kiire, et igasuguse pingutuse energeetilised tagajärjed kaotatakse paari päeva jooksul. Üks potentsiaalseid lahendusi sellele paradoksile lähtubki immunoloogilise ökoloogia lähenemisviisist, mis väidab, et lõivsuhe immuunfunktsiooni kasutamise ja sigimise vahel võimaldab sigimise hinda maksta hilinemisega.

Sigimine järelmaksuga

Üldine mehhanism võiks olla järgmine: immuunsüsteemi funktsioneerimiseks kasutatavat energiat kulutatakse muul otstarbel, milleks sigimispingutuse korral on ilmselt eelkõige füüsiline koormus, mis kaasneb intensiivse toiduotsingu ja poegade toiduga varustamisega. Füüsilise koormusega kaasneb stressihormoonide e. glükokortikoidide (lindudel eelkõige kortikosterooni) sekretsioon neerupealise koorest, millega omakorda kaasneb immuunsupressioon, mis avaldub veres tsirkuleerivate lümfotsüütide arvu vähenemises. Seetõttu avaneb parasiitidele nn. nakkuse aken v. nakkuskoridor.Nakkuskoridori fenomen põhineb sellel, et kõik viirused ja osa baktereid ning algloomi paljunevad peremeesrakkude sees, kus nad on peremehe immuunrakkude eest suhteliselt hästi kaitstud. Kõige ohtlikum faas parasiidi seisukohast on see, mil ta peab läbima rakuvälise ruumi ja on eksponeeritud peremehe immuunsüsteemi nendele osadele, mis tegelevad rakuväliste antigeenide kahjutukstegemisega. Seega, ka lühiajaline immuunsüsteemi allasurumine võib avada parasiitide jaoks ohutu koridori, mille kaudu neil õnnestub rakusisesesse ‘ohutusse sadamasse’ jõuda (nt. Herpes-viirusel neuronisse). Tagajärjeks on kroonilised haigused, mis ei ole organismile tavaolukorras ohtlikud, kuid mis võivad ohtlikuks muutuda ekstreemsetes olukordades, kui organismi kaitsevõime on parajasti (uuesti) alla surutud. Kroonilised haigused võivad taaspuhkeda nt. talvel nälja ja külma tingimustes või rändega kaasneva kurnatuse tõttu ning sellisel nakkuse taaspuhkemisel võivad olla peremehe jaoks saatuslikud tagajärjed. Sellise skeemi põhjal on võimalik (vähemalt teoreetiliselt) seletada, kuidas ka väikesed värvulised saavad järelmaksuga sigimise hinda maksta.

Füüsilisest koormusest tingitud immuunsupressioon on tegelikult hästituntud nähtus, mida ei ole avastanud sugugi loomaökoloogid, vaid hoopis spordimeedikud ning sõjaväearstid. Ka inimese puhul järgneb kurnavale füüsilisele pingutusele immuunsupressioon, ning kestvusaladega tegelevatel tippsportlastel (nagu ka sõjaväe eliitüksustes) on kurnatusega kaasnevate (peamiselt viirus-) nakkuste vältimine tõsiseks probleemiks.

Kuidas immuunfunktsiooni ja muude kohasuse komponentide, (nagu nt. sigimispingutus) vahelisi seoseid katseliselt kindlaks teha? Klassikalise ev. ökoloogia lähenemisviisi kohaselt on meil selleks kaks võimalust, st. (1) võime eksperimentaalselt manipuleerida meid huvitavat tunnust, ja vaadata, mis juhtub seejärel immuunfunktsiooniga. Sellele komplementaarne lähenemisviis on loomulikult vastupidine, st. (2) me saame manipuleerida loomade immuunfunktsiooni ja vaadata, mis juhtub seejärel meile huvipakkuva tunnusega.

Millised on tõendid sigimispingutuse ja immuunsupressiooni seostest. Seniajani üks paremaid näiteid sigimispingutuse poolt põhjustatud immuunsupressioonist on C. Deerenbergi jt. (1997) katsed sebravintide e. sebraamadiinidega (Taeniopygia guttata), kus uuriti, kas sigimispingutus mõjutab lindude võimet tekitada antikehi uudse antigeeni vastu (milleks kasutati lamba erütrotsüüte) (siit link artiklisse). Leiti, et nende lindude osakaal, kes olid üldse võimelised vastuseks võõrantigeenile antikehi tekitama, oli tõepoolest kõige väiksem suurendatud pesakondadega vanemate hulgas. Samuti selgus, et kontroll-grupi lindude hulgas, kes said valgulist lisatoitu, oli antikehi tekitanud isendite protsent kõrgem kui standardse ratsiooniga toidetud lindudel (valgulist lisatoitu saanud kontroll-kurnade vanemate hulgas oli praktiliselt sama palju immunoreaktiivseid linde kui vähendatud kurni kasvatavate vanemate hulgas). Ka oli immuunvastust tekitavate lindude osakaal madalam nende amadiinide hulgas, keda sunniti toidu kättesaamiseks tööd tegeama (need linnud, kes ei pidanud töötama tekitasid immuunvastuse 100%-liselt). Seega sõltus amadiinide immuunvõime nii nende töökoormusest kui toitumuslikust seisundist.

Praeguseks on õnnestunud näidata, et ka vabas looduses pesitsevatel lindudel võib sigimispingutus immuunvõimet vähendada. D. Nordling jt. (1998) näitasid Gotlandil pesitsevatel kaelus-kärbsenäppidel, et suurendatud pesakondi kasvatavad emased on tootsid Newcastle haiguse vaktsiiniga immuniseerimise vastuseks vähem antikehi, kui kontroll ja vähendatud pesakondi kasvatavad emased. J. J. Moreno jt. (1999, 2001) leidsid, et must-kärbsenäpi emalindudel korreleerus rakulise immuunvastuse tugevus negatiivselt poegade toitmise sagedusega ja päevase energiakuluga. Samuti oli eksperimentaalselt suurendatud pesakondi toitvate emade immuunvastus pärsitud (võrreldes vähendatud ja kontroll-pesakondi toitvate emastega).

Selgrootute kohta on samuti olemas näiteid töötamisega kaasneva immunoloogilise hinna kohta: König & Schmidt-Hempel (1995) leidsid, et kimalase (Bombus terrestris) mittetöötavatel töölistel (keda ei lastud korjelennule) tekib tugevam immuunvastus nailonitüki implanteerimisele kui kontrollisenditel, st.  korjelendudel käivatel töölistel.

***

Eelnevast nägime, et sigimispingutuse v. töökoormuse manipuleerimisega võib (vähemalt mõnikord) tõepoolest kaasneda immuunsuppressioon. Kas vastab tõele ka komplementaarne tees, nimelt, et immuunfunktsiooni aktiveerimine nõuab ressursse muude kohasuse komponentide arvelt? Üks väheseid häid sellelaadseid näiteid immuunfunktsiooni ja sigimispingutuse seoste kohata on Lundi Ülikooli teadlaste töö (Råberg et al. 2000), kus pesitsevate sinitihaste immuunfunktsiooni manipuleeriti seeläbi, et kutsuti esile imuunvastus difteeria-teetanuse vaktsiini vastu (kontroll-loomadele süstiti vastavalt füsioloogilist lahust). Selgus, et linnud, kes pidid tekitama immuunvastust vähendasid oma poegade toitmise sagedust kontrollidega võrreldes, millest saame järeldada, et immuunvastuse tekitamise eest tuleb tõepoolest maksta, antud juhul siis sigimispingutuse vähendamise hinnaga.

Samuti võime näite tuua immuunvastuse energeetilise hinna kohta – kui laborihiirte immuunsüsteem aktiveeriti meriteolt pärineva võõrvalgu KLH (Keyhole Limpet Hemocyanin) süstimisega, siis tõusis nende ainevahetustase kontrollidega võrreldes 20-30% võrra (Demas et al. 1997). Seega: immuunsüsteemi aktiveerimine võib olla mõnikord energetiliselt vägagi kulukas! Analoogilisi, immuunsüsteemi energeetilist kulukust tõestavaid katseid on läbi viidud ka meie õppetoolis – kasutades uurimisobjektidena vabalt elavaid rasvatihaseid (Ots et al. 2001), vangistuses peetavaid rohevinte (Hõrak et al. 2003) ja kapsaliblika nukke (Freitak et al. 2003). Enamasti on immuunvastuse energeetiline hind ka tuvastatud, kuid mitte alati… Miks see nii on, on esialgu veel segane. Üsna asjalik ülevaade nendest probleemidest on ilmunud Am.Nat. (2002) 160:S9-S22.

Võib-olla parim näide immuunsüsteemi aktiveerimise hinna kohta loomaökoloogilises mudelis pärineb S.A. Hansseni jt. katsest hahkadega (Hanssen et al. 2004): immuunvastuse indutseerimiseks süstiti hauduvaid emahahku lamba erütrotsüütidega (SRBC) ning järgnevatel aastatel mõõdeti nende ellujäämust. Ainult pooled süstitud lindudest tootsid SRBC-vastaseid antikehi. Ellujäämus oli seejuures immuunvastust tekitanud lindudel oluliselt madalam (27 %), kui lindudel, kes SRBC-vastaseid antikehi ei tootnud (72%).
 
 

3. Immuunfunktsioon ja suguline valik

Suguline valik on loodusliku valiku vorm, mis realiseerub sigimispartneri valiku läbi. Sugulise valiku tagajärjel evolutsioneerunuks peetakse sooliselt dimorfseid tunnuseid, mis suurendavad ühe sugupoole (üldjuhul isaste) sugulist atraktiivsust kõrgenenud surmasaamise riski arvelt. Termin pärineb Darwinilt (1871), kes väitis, et isaste ekstravagantsed sekundaarsed sugutunnused (ere sulestik, kontrastne muster, keerukas laul või pulmamäng, kaunid sarved või atraktiivne lõhn v. muud sellised tunnused, mis muudavad isased hästi märgatavaks) on evolutsioneerunud emastepoolse sugulise valiku tagajärjel, sest traditsioonilise loodusliku valikuga sellist pealtnäha kahjulike ja koormavate tunnuste evolutsiooni seletada ei saa. Seega on niisuguste kulukate tunnuste omamine isastele kasuks nimelt seetõttu, et emased eelistavad millegipärast just selliste ekstravagantsete tunnustega isendeid. Sugulise valiku temaatika keskne küsimus on, millist kasu saavad emased kulukate sugutunnustega isaseid paariliseks valides.

Üks tänapäeval enim aktsepteeritud vastuseid sellele küsimusele on Zahavi (1975) händikäpi e. kuluka signaliseerimise printsiip. See tähendab, et ekstravagantsete tunnuste abil reklaamivad isased oma fenotüübilist (ja selle aluseks olevat geneetilist) kvaliteeti, mis peegeldub võimes lubada endale kulukaid investeeringuid signaalidesse. Signaaltunnuste väljaarendamine on kulukas, mistõttu madalakvaliteedilised isendid ei suuda neid võltsida (sest peaksid selleks kulutama enda elushoidmiseks vajalikku ressurssi). Signaaltunnuste järgi partneri valimisel võivad emasloomad saada nii otsest kasu (nt. paremakvaliteedilised isased on võimelised osutama enam vanemlikku hoolt, ning ei kanna kopuleerumisel edasi ektoparasiite ning muid otsese kontakti teel levivaid haigusi), kui ka kaudset, geneetilist kasu (kui isase kõrge kvaliteet põhineb nn. headel geenidel, tasub oma geene just sellistega koos järgmisesse põlvkonda lähetada). Üheks kesksemaks põhjuseks, mis võimaldab partneri valiku läbi geneetilist kasu saada on päritav resistentsus nakkushaigusetele: on ilmne, et kalleid investeeringuid signaaltunnustesse on võimelised lubama vaid sellised isendid, kes tunnuse väljakujunemise ajal ei pidanud kulutama liigset ressurssi haigustega võitlemiseks. Seega võivad emasloomad hästi väljaarenenud signaaltunnustega isastega paaritudes saada nakkushaiguste vastu resistentseid järglasi. Sellise mõttekäigu juures leiame aga ühe olulise komistuskivi – nimelt, kui emased valivad kogu aeg endale häid geene ainult äärmuslike signaaltunnustega partneritega paarudes, siis peaksid ajapikku populatsiooni alles jääma vaid sellised geenid. Sellisel juhul pole aga emastel ekstravagantsete paariliste valimisest mingit kasu. Samuti pole siis ka isastel kasu kulukate signaaltunnuste omamisest! Teisisõnu, pideva ühesuunalise valiku tõttu mingi kohasusega seotud tunnuse suhtes peaks selle tunnuse osas geneetiline muutlikkus ammenduma (vt ka Toomase loeng geneetilisest muutlikkusest). Kas ‘heade geenide’ valik saab siis signaaltunnuste evolutsiooni põhjuseks olla?

3.1. Hamilton-Zuk’i hüpotees (HZH)

Lahenduse ülalkirjeldatud paradoksile pakkusid 1982. a. välja W. Hamilton ja M. Zuk. Hamilton ja Zuk keskendasid oma tähelepanu asjaolule, et haigusresistentsust määravate (ja seega kohasusega otseselt seotud) geenide osas saab pärilik muutlikkus püsida juhul, kui parasiidi ja peremehe vahel toimub lakkamatu võidurelvastumine e. evolutsiooniline võidujooks. Kuna parasiidid paljunevad ja (seetõttu ka evolutsioneeruvad) kiiremini kui peremehed, omavad nad selles võidujooksus peremeeste ees püsivat edumaad, mistõttu peremeestel ei saa välja kujuneda erinevate põlvkondade lõikes püsivat resistentsust. Peremehed võivad küll lühiajalises plaanis kohastuda mingi konkreetses olukorras virulentsest parasiiditüvest jagusaamisele, kuid sellega ei kaasne automaatselt resistentsust parasiidi järgnevate muteerunud põlvkondade vastu. Evolutsioonibioloogid kasutavad sellise nähtuse kirjeldamisel metafoorset terminit ‘Red Queen’, mis pärineb L.Carrolli raamatust ‘Alice peeglitagusel maal', kus Alice kohtus Punase Kuningannaga, kes koos oma õukonnaga paigaljooksu harrastas, ning seletas Alice’ile, et selleks, et üldse ühe koha peal paigal püsida, tuleb joosta nii kiiresti kui vähegi võimalik. Paraku on selle metafoori tõlkimisega eesti keelde üks igavene häda – Red Queen on nimelt maakeeli malend must lipp.

HZH väidab seega, et peremeeste ja parasiitide vahelise võidurelvastumise tagajärjel leidub igas populatsioonis alati mingi osa isendeid, kes on teistest parema päritava parasiidiresistentsusega, ja just selliste isendite väärtus paarilistena on eriliselt kõrge, kuna neilt võib saada oma järglastele antud hetkel kohasust enim mõjutavate parasiitide vastast resistentsust määravaid geene. Suguline valik soosib seetõttu sigimispartneritena isendeid, kes reklaamivad oma head tervist kulukate sekundaarsete sugutunnuste maksimaalse väljaarendamisega. Selle protsessi tagajärjeks ongi kulukate händikäp-tunnuste evolutsioon. Sellised tunnused avalduvad nt. karvakatte v. sulestiku värvuses, samuti lindudel laulu valjuses ja keerukuses jm displei- e demonstratsioonkäitumises.

HZH liikidevahelisel tasandil

HZH ennustab, et eredama sulestikuga linnuliigid peaksid olema rohkem parasiteeritud kui kahvatuma sulestikuga liigid, sest sellistel liikidel on olnud suurem vajadus (ja võimalus) parasiidiresistentsusest signaliseerida. Selle ennustuse testimiseks võrdlesid H & Z erinevaid Põhja-Ameerika linnuliike vereparasiitidega nakatumise alusel ja leidsid, et tulemused vastasidki (enam-vähem) ennustatutele. Seda tulemust on hiljem erinevatel põhjustel kritiseeritud ning üritatud ka muudes süsteemides testida, kuid tulemused on üldjuhul jäänud vastuoluliseks.

HZH liigi ja populatsiooni tasandil

Liigi ja eriti populatsioonisisesel tasandil on HZH ennustused risti vastupidised liikidevahelisel tasandil kehtivale ennustusele, sest pideva parasiitide poolse valikusurve tõttu peaksid ühe populatsiooni sees haigete isendite signaaltunnused olema nõrgemini välja arenenud, kui tervete isendite omad. Vähemalt 6 tööd lindudel on näidanud, et olukorras, kus emased eelistavad ekstravagantsete signaaltunnustega isaseid, esinevad tõepoolest negatiivsed seosed sekundaarsete sugutunnuste ja nakkushaiguste vahel. A.P Mølleri ja kolleegide (1990) katsed suitsupääsukestega näitasid, et emased eelistavad sigimispartnerina pikemate sabadega isaseid, et parasiidid mõjutavad isase saba pikkust, ning et isaste resistentsus parasiitlestade vastu sisaldas ka geneetilist komponenti (lühisabaliste isade poegadel oli palju parasiite ka siis, kui nad kasvatati üles pikemasabaliste isaste pesas ning vastupidi). Nimetatud töö ja A. Roulini jt. katse loorkakkudega (Roulin et al. 2001) on praegu ka pea ainsateks seniavaldatud selgeteks tõenditeks signaaltunnustega seotud parasiidiresistentsuse päritavuse kohta looduslikus populatsioonis (parasiidiresistentsuse päritavus on kogu hüpoteesi kehtimiseks vajalik ja keskne eeldus).  Laborikatsetes erinevate putukaliikidega on immuunfunktsiooni komponentide päritavust demonstreeritud vähemalt viies töös; küllalt palju tõendeid immuun funktsiooni erinevate komponentide päritavuse kohta on saadud ka koduloomade (eriti kanade) aretuskatsetes.
    Lisaks HZH toetavatele töödele on avaldatud ka vähemalt 6 artiklit, mille tulemused ei ole hüpoteesiga kooskõlas. Siinkohal tuleb mainida seda, et negatiivseid tulemusi on tõenäoliselt saadud rohkemgi, kuid kuna selliseid on palju raskem teadusajakirjades avaldada, kui positiivseid tulemusi, siis me ei pruugi olla nendest lihtsalt teadlikud (nn. publication bias).

HZH teema lõpetuseks näide sellest, kuidas immuunfunktsiooni signaliseerivatel tunnustel põhineva paarilise valiku teadvustamine võib otseselt aidata lahendada ka praktilises loomakasvatuses ettetulevaid probleeme. Vääriskalu (siiad, lõhelised jt.) paljundatakse tavaliselt kunstliku viljastamise teel, kusjuures nii munad kui sperma võetakse juhuslikelt kaladelt (kes ei saanud ise oma paarilist valida). Claus Wedekind jt. (2000) näitasid, et kui siigade mune viljastati intensiivselt ornameteeritud isaste spermaga, oli järlaste tõenäosus Pseudomonas fluorescens'i epideemia üle elada 10 % suurem, kui siis, kui viljastamiseks kasutati juhusliku isase spermat.

3.2. Folstad-Karteri immuunokompetentsus-händikäpi hüpotees

HZH ühe arendusena võib vaadelda I. Folstad'i ja A. Karter'i (1992) immuunokompetentsus- händikäpi hüpoteesi, mis väidab, et sugulise valiku ja signaaltunnuste vahelist seost  mõjutab testosteroon. Testosteroon on isassuguhormoon, mis mõjutab positiivselt sekundaarsete sugutunnuste ja muskulatuuri arengut, agressiivsust ja paarumiskäitumist, kuid mõjutab sageli negatiivselt immuunvõimet, üsna mitmete mehhanismide kaudu, mille kirjeldamine ei ole selle loengu ülesanne. (Nt. on teada, et mõningate näriliste puhul järgneb isaste kastreerimisele nende immuunvõime paranemine; kui neile kastreeritud isastele süstida testosterooni, järgneb sellele immuunsuse alanemine kastratsioonieelsele tasemele. Samuti väidavad mõned autorid, et isaste üldise kõrgema suremuse põhjuseks (emastega võrreldes) ongi just testosterooni toime. Ühelt poolt põhjustab testosteroon meeste agressiivset ja displeikäitumist (nt USA-s ja vist juba ka meil on autokindlustus 20-25 aastastele meestele kallim kui samavanustele naistele; samuti on kõnekas ingliskeelne slängiväljend "He's got no balls" argliku isiku kohta). Teiselt poolt kannatavad mehed testosterooni immunosupressiivse toime tõttu.

Vastavalt F-K hüpoteesile põhjustab testosteroon lõivsuhte signaaltunnuste ja immuunkaitse vahel, soodustades ühest küljest paarumiskonkurentsis vajaminevate tunnuste arenemist (mille tulemusena suureneb isendi kohasus sugulise valiku läbi), teisest küljest vähendab testosteroon isendi kohasust ellujäämusvaliku läbi, kuna ta suurendab nakkushaigustesse haigestumise riski. Seetõttu võivad üksnes kõrge (geneetilise) resistentsusega isendid endale üheaegselt lubada kõrget testosterooni taset ja kulukate signaaltunnuste väljaarendamist ja/või omamist. Selline mehhanism saaks töötada seeläbi, et resistentsusgeene omavad isendid saavad nakkuse elimineerimiseks kasutada suhteliselt odavat spetsiifilist immuunvastust, kuna mitteresistentsed isendid peavad selleks kasutama energeetiliselt ja immuunpatoloogiliselt kulukat mittespetsiifilist (fagotsütoosil rajanevat) immmuunvastust. Niiviisi võib testosteroon signaliseerimise maksustamise kaudu kindlustada signaliseerimissüsteemi aususe. Oluline on testosterooni puhul seegi, et signaaltunnuste ja tervise vahel esineb negatiivne tagasiside: lisaks testosteroonitaseme tõusuga kaasnevale immuunkaitse vähenemisele, võib organismis vallandunud nakkuse tagajärjel omakorda testosterooni tase alaneda, mistõttu nakatunud isend ei saa signaaltunnuseid välja arendada (Joonis 1.).

Joonis 1. Testosteroon surub alla immuunsüsteemi, kuid stimuleerib sekundaarsete sugutunnuste avaldumist (rajad A ja B). Parasiidid omakorda pärsivad testosterooni taseme mahasurumise kaudu sekundaarsete sugutunnuste avaldumist (rajad C, D ja E). Testosteroonist sõltuvate sekundaarsete sugutunnuste areng korreleerub seetõttu nakkusresistentsusega (rada F). (Folstad & Karter 1992).

Folstad ja Karter toonitavad, et kuigi nemad kasutasid oma mudelis testosterooni, võib selleks olla mis tahes tagasiside-mehhanismidega reguleeritav biokeemiline aine, mis on seotud sekundaarsete sugutunnuste arenguga ja mõjutab immuunsüsteemi funktsioneerimist. Vaatamata sellele, et on leitud suhteliselt palju tõendeid testosterooni immuunsupressiivsest toimest (ning nakkusega kaasnevast testosteroonitaseme langusest), ning et testosteroon tõepoolest mõjutab sageli signaaltunnuste avaldumist, pole tänaseks avaldatud ühtegi piisavalt elegantset tööd, mis igakülgselt tõestaks testosterooni võtmerolli signaliseerimissüsteemi aususe kindlustamisel sugulises valikus. Üldiselt on hüpoteesi toetavaid tulemusi saadud peamiselt imetajatel; lindude osas on tulemused sageli vastuolulised. Üheks põhjuseks on kindlasti ülemääraselt lihtsustatud lähenemine immuunfunktsiooni mõõtmisele – kuna erinevad immuunsüsteemi komponendid võivad üksteise ekspressiooni vastastikku alla suruda, võib teinekord nt rakulise immuunsuse suppresseerimise põhjuseks olla hoopiski tugev humoraalne immuunvastus. Samuti tundub, et oluline on testosterooni koosmõju immuunomodulatoorsete stressihormoonidega (Rantala et al. 2012).

Suhteliselt hoolega uuritakse testosterooni rolli sugulises valikus inimesel. Maskuliinsemate nägudega meeste testosteroonitase on kõrgem (Roney et al. 2006) ja sageli peavad naised maskuliinsemate nägude ning kõrgema testosteroonitasemega mehi atraktiivemateks (Rantala et al. 2012), kuid on leitud ka vastupidist. Vähemalt ühel juhul on näidatud, et atraktiivsemate nägudega ja kõrgema testosteroonitasemega mehed olid tõepoolest võimelised tekitama tugevamat immuunvastust uudsele antigeenile (atraktiivsed mehed tootsid B-hepatiidi vaktsiini vastaseid antikehi rohkem, kui vähem-atraktiivsed mehed; Rantala et al. 2012). Samuti on leitud, et kõrgendatud hügieenivajadusega naistele, st sellistele, kelles igasugused potentsiaalselt nakatumisega seostuvad olukorrad maksimaalset jälkustunnet (pathogen disgust) tekitavad, meeldivad mehed kellel on maskuliinsemad näod, hääletämbrid ja kehaehitus (Jones et al. 2013).

Et asi oleks veelgi segasem, siis olgu siinkohal öeldud, et kuigi testosteroon ja selle derivaadid on tuntud eelkõige isas-suguhormoonidena, on neil oluline roll täita ka emasorganismis. Anaboolse steroidina stimuleerib testosteroon lihasmassi juurdekasvu; meenutagem siinkohal kasvõi Kristina Šmiguni nn. dopinguskandaali 2002. a.. OM-l. Naistel on testosterooni allikaks neerupealise koor ja munasarjad, ning selle sekretsioon suureneb, nii nagu meestelgi, kuramaažikäitumise (flirtimise) ning seksuaalse erutuse korral.  Samuti on maternaalsel testosteroonil oluline roll linnumuna ja linnupoegade arengus. Võib ennustada, et Folstad-Karteri hüpotees kuulub lähiajal tõsisele revideerimisele. See iseenesest ei tähenda, et eelpoolloetu tuleks otsekohe unustda – tegemist on siiski seniaegse sugulise valiku teooria jaoks ühe väga keskse hüpoteesiga.

 

Miks testosteroon on immuunsupressiivne?

Siiani esitatud seisukohad nii sigimise hinna, kui immuunokompetentsus-händikäpi kohta eeldasid, et nii stress kui ka testosteroon põhjustavad immuunsupressiooni. Kuna evolutsioonibiolooge huvitavad nähtuste põhjused, siis peaksime küsima, kas sellisel immuunsupressioonil võib olla ka adaptiivne selgitus.

Hillgarth jt. (1997) ning Folstad & Skarstein (1997) püstitasid hüpoteesi, mille kohaselt on testosteroonil immunosupressiivne toime selleks, et kaitsta haploidseid spermatosoide, mida keha immuunsüsteem tõlgendab kui võõraid antigeene (kuna nad formeeruvad oluliselt hiljem pärast immuunsüsteemi väljaarenemist). Vaatamata spermide osalisele kaitsmisele hemato-testikulaarse barjääri poolt, võib siiski osa lümfotsüüte sattuda seemnetorukestesse. Sellisel juhul on vaja spermide vastaste antikehade tootmine alla suruda, mistõttu leiabki aset sigimisaegne testosteroonitaseme tõus ning sellega kaasnev immuunsupressioon.

Vastavalt spermide kaitse hüpoteesile võivad päritud haigusresistentsusega isased lubada endale spermatogeneesi ajal suuremat immuunsupressiooni, kuna nad peavad samaaegselt investeerima vähem ressurssi parasiitide vastu võitlemisele. Seega on resistentse isase jaoks immuunsupressioon odavam, kui mitteresistentse isase jaoks. Sellisel juhul peaksid emased, kes valivad endale paariliseks hästi 'mehelikud' isased (mehelikkus avaldub kõrge testosterooni läbi nii käitumises kui ka sekundaarsetes sugutunnustes), omandama nii häid resistentsusgeene oma järglaste jaoks kui ka kvaliteetset ning suure viljastamispotentsiaaliga spermat.

Üheks parimaks tõendiks spermide kaitse hüpoteesi paikapidavuse kohta võib pidada efektiivset meeste viljatuse ravi immuunosupresiivsete kortkosteroid-preparaatidega. Siinkohal on jällegi tegemist nähtusega, mis on meedikutele olnud teada juba ammu, kuid mis on loomaökoloogide fookusesse jõudnud alles hiljaaegu (Skau & Folstad 2005).

3.3. MHC geenid sugulise valiku märklauana

Päritav resistentsus enamiku nakkushaiguste vastu on määratud geenidega, mis paiknevad suures koesobivuskompleksis (Major Histocompatibility Complex e. MHC). MHC geenid kodeerivad MHC molekule, mis paiknevad makrofaagide pinnal ja presenteerivad antigeene neid hävitavatele T-lümfotsüütidele. Tähelepanuväärne on siinjuures asjaolu, et MHC on kõige polümorfsem geenikomplekt enamikus seniajani uuritud loomapopulatsioonides. Polümorfsus tähendab seda, et potentsiaalselt leidub populatsioonis väga palju erinevaid alleele, mis määravad resistentsust erinevate parasiitide antigeenide vastu. Immuunvastust määravad alleelid on enamasti kodominantsed, mis tähendab, et igal juhul on kasulik omada järglasi, kes on immuungeenide osas võimalikult heterosügootsed. Sellest lähtuvalt on kasulik valida endale sigimispartner, kes on endast MHC lookuse võimalikult paljude alleelide osas erinev (mehhanismide kohta vt nt Spurgin & Richardson 2010). Ja niimoodi tõepoolest paistavad talitavat vähemalt hiired ja inimesed, kasutades koesobivuskompleksi geenide äratundmiseks lõhnaretseptoreid. C. Wedekind ja S. Füri (1997 [siit võid vaadata lõbusat videoklippi]) tegid katse, kus laskis naisüliõpilastel võrrelda meesüliõpilaste lõhnade meeldivust (selleks tuli neil nuusutada meeste alussärke mida viimased olid öösiti kandnud). Selgus, et naistele meeldisid kõige rohkem nende meeste lõhnad, kes omasid vastavate naiste koesobivuskompleksi alleelide suhtes kõige rohkem erinevamaid alleele. Veelgi enam, naised väitsid, et just need lõhnad meenutasid neile kõige enam nende praeguste v. endiste elukaaslaste lõhnu. Eelnevast võime teha järelduse, et paarilise valik inimesel on seotud koesobivuskompleksi alleelide polümorfismiga. Huvitav on siinjuures see, et neil naistel kes võtsid katse ajal rasedusvastaseid pille, oli eelistus vastupidine, st. neile meeldisid kõige rohkem endaga sarnaste MHC geenidega meeste lõhnad. Miks see nii on, ei tea; põhjuse üle võib vaid spekuleerida (nt. et pillid simuleerivad organismis rasedusseisundit ja raseduse korral on soovitav viibida parem sugulaste seltskonnas (hõimuvaliku printsiibi tõttu) kui tegelda paarilise valikuga). Täiendavaks tõendiks MHC geenide seotuses paarilise valikuga on selline nähtus nagu postkopulatoorne valik, st. spontaanseid aborte esineb nii inimestel kui närilistel rohkem sellisel juhul, kui partnerid omavad sarnast MHC haplotüüpi. Seda tulemust kinnitavad ka in vitro kunstliku viljastamise katsed. (väga head ülevaadet probleemist vt. Penn & Potts (1999).

4. Adaptiivsed seletused immuunsupressioonile

Nii nagu testosterooni korral võime ka stressi puhul küsida, kas stressisündroomiga kaasnevast immuunsupressioonist võib organismile mingit kasu olla. Et järgnevast selgitusest aru saada, peame meenutama sellist probleemi nagu immuunreaktsiooni poolt peremeesorganismile tekitatud kahjustused. Üheks näiteks selle kohta, millist kahju võib immuunsüsteem peremehele tekitada, on autoimmuunsus ja autoimmuunhaigused. Autoimmuunhaiguste olemus seisneb selles, et immuunsüsteem ei suuda mingil põhjusel ära tunda peremehe enda kudesid või peremehele ohutuid ning süütuid välisantigeene ning seetõttu hakkab tootma antikehi peremehe rakkude vastu. Sellise protsessi tagajärjed võivad olla äärmiselt tõsised. Autoimmuunhaiguste näideteks on sellised tõved nagu reumatoidartriit, multiskleroos (sclerosis multiplex), lupus erythematosus, esimest tüüpi diabeet, primaarne maksatsirroos, krooniline hepatiit. Lisaks autoimmuunhaigustele kahjustab kaitsesüsteem peremehe kudesid ka erinevate allergiate jm. hüpersensitiivsusreaktsioonide korral. Käesoleva loengu kontekstis on autoimmuunhaiguste juures oluline tähele panna seda, et neid ravitakse immuunosupressantidega, milleks mõnikord kasutatakse kortikosteroide (mille immuunsupressiivsest toimest oli eelnevalt juttu). Emaste üldiselt madala testosteroonitaseme tõttu (millest omakorda on tingitud nende madalam stressihormoonide tase) on ootuspärane, et autoimmuunhaigused kujutavad endast naiste jaoks suuremat probleemi, kui meestele (vt nt http://www.aarda.org/autoimmune-information/autoimmune-disease-in-women/. Kui testosterooni puhul märkisin, et just immuunsupressiivsete androgeenide mõju peetakse oluliseks põhjuseks, miks meeste eluiga on lühem kui naistel, siis siinsest tabelist on näha, et vaatamata oma pikemale elueale pole ka naised kergesti pääsenud. Ja seda justnimelt sama probleemi teise aspekti tõttu, nimelt, et kui meeste mureks oli ülemääraselt nõrk immuunfunktsioon, siis naiste probleemiks on see, et nende immuunfunktsioon on ülemääraselt tugev mistõttu 75% autoimmuunhaigusi tababki justnimelt naisi.

Immuunpatoloogiatel peatusime äsja nii pikalt seetõttu, et sellise nähtuse teadvustamine aitab meil aru saada lõivsuhtest parasiidiresistentsuse ja immuunvastuse poolt organismile tekitatud kahju vahel, e. adaptiivsest seletusest, miks stressiga kaasnev immuunsupressioon võib olla kasulik.

1.     Parasiidivastasel immuunreaktsioonil on oma kasu (mis seisneb efektiivses parasiidivastases võituses) ja hind (mida tuleb maksta immuunsüsteemi aktiveerumisega kaasneva võimaliku koekahjustuste arvelt). Seetõttu tekib lõivsuhe haigusele vastupanu (resistentsuse) ja immuunpatoloogia vahel - suurema resistentsusega kaasneb suurem immuunpatoloogia ning väiksema immuunpatoloogia hinnaks on väheefektiivne parasiidivastane võitlus.

2.     Optimaalne lahendus sellele lõivsuhtele, e. optimaalne immuunvastus on selline olukord, kus resitentsusest saadava kasu ja immuunpatoloogiast tingitud hinna suhe on maksimaalne.

3.     See optimum peaks olema erinev heas ja halvas konditsioonis isenditele, sest halvas konditsioonis, e. stressis organismide jaoks on immuunpatoloogiast tingitud kahjustused ohtlikumad, e. teisisõnu, immuunvastuse hind on nende jaoks kõrgem kui heas seisundis e. stressivabade organismide jaoks.

 

Selline selgitus on arvatavasti meedikutele juba ammu teada, kuid loomaökoloogiasse toodi see alles 1998. aastal kahe sõltumatu uurimisgrupi poolt. Huvitavaks teeb selle hüpoteesi asjaolu, et ta võimaldab selgitada mõningaid üsna hämmastavaid tulemusi, mis on näidanud, et immuunvastuse energeetiline kulukus võib olla mõnikord üliväike.

Näide. E. Svensson koos kolleegidega (1998) Lundi Ülikoolist sooritasid eksperimendi, kus suurendati sinitihaste energiakulu külma-stressi abil (eksperimentaalgruppi hoiti öösiti -15o juures ja päeval +4oC juures, ning kontrollgruppi hoiti +20o juures toatemperatuuril). Mõlemaid gruppe immuniseeriti võõraste antigeenidega (teetanuse ja difteeria vaktsiin) ning vastavalt mõõdeti mõlemas grupis mõlema vaktsiini vastu tekitatud antikehade kontsentratsioon, e. humoraalse immuunvastuse tugevus. Selle katse tulemus näitas tõepoolest, et külmas hoitud linnud tekitasid vastuseks mõlemale antigeenile nõrgema immuunvastuse. Et nüüd kindlaks teha, kas selle nähtuse põhjustas immuunvastuse energeetiline kulukus (st. kas külmas hoitud lindudel tekkis nõrgem immuunvastus seepärast, et neil ei olnud piisavalt energiat antikehade tootmiseks), võrdlesid uurijad järgmiseks immuniseeritud ja mitteimmuniseeritud lindude ainevahetuskulusid, eeldades, et vaktsineeritud grupis peaks olema põhiainevahetus kiirem ja energiakulu suurem, kui kontrollgrupis. Need mõõtmised näitasid, et vaktsineeritud grupi lindude energiakulu ei olnud oluliselt suurem kontrollgrupi omast, ning et mõlema grupi põhiainevahetustase (PAV) erines vaid mõne protsendi poolest. Selle põhjal tegid autorid järelduse, et humoraalne immuunvastus ei ole energeetiliselt kuigi kulukas, mis tõstatab omakorda küsimuse sellest, miks siis külmas hoitud linnud tekitasid nõrgema immuunvastuse. Autorite poolt pakutud selgitus väitis, et külmaga kaasneva stressi korral võib immuunsüsteemi aktiveerimine olla orgnismile ohtlikum kui soodsamates tingimustes, kus energiakulu muudele funktsioonidele (nt. immuunvastusest tingitud koekahjustuste likvideerimisele) on väiksem.

Üheks otseseks põhjuseks, miks võib olla immuunvastus eriti ohtlik just kõrge ainevahetustaseme juures on see, et nii kõrgendatud ainevahetusega kaasneva suurendatud hapnikutarbimisega, kui ka immuunvastusega kaasneb vabade hapniku radikaalide teke. Vabad radikaalid võivad olla ohtlikud (juhul kui organismis ei ole parajasti piisavalt sobivaid antioksüdante nende neutraliseerimiseks), sest nad võivad kahjustada peremehe kudesid. Seega, organismi jaoks võib olla ohtlik samaaegselt kulutada palju energiat ning tekitada immuunvastust. Seepärast ei pea tulemusi, kus immuunsüsteemi aktiveerimisega kaasneb sigimispingutuse vähendamine, sugugi alati seletama immunvastuse otsese energeetilise kulukusega. Nt. on võimalik, et linnud vähendavad immuunvastuse tekitamise ajal poegade toitmise sagedust hoopis seetõttu, et vältida ülemäärast vabade radikaalide produktsiooni, mis kaasneb kõrge töökoormuse tõttu kiirenenud ainevahetusega. Paraku ei ole senini väga veenvaid näiteid sellise seletuse paikapidavusest mõnes ökoloogilises mudelis leitud.

5. Immuunsüsteemi osast populatsiooni arvukuse regulatsioonis

Eelpoolmainitud MHC geenide polümorfsusega on võimalik seletada ka mõningaid populatsiooni arvukust reguleerivaid protsesse. Asjaolust, et populatsioonis esineb samade MHC lookuste osas väga paljude erinevate parasiitide vastast resistentsust määravaid alleele, tuleneb paratamatult olukord, kus populatsiooni arvukuse kahanemisele nakkushaiguste tagajärjel järgneb geneetilise polümorfismi vähenemine MHC lookustes. Järgnevas, populatsiooni kasvu faasis pärineb senisest suurem osa isendeid sama resitentsusalleeli omavatest esivanematest, mis omakorda vähendab populatsiooni kui terviku vastupanuvõimet uutele parasiitidele. Kui sellist populatsiooni tabab uus epideemia, elavad selle jällegi üle eelkõige need loomad, kes omavad alleele, mis tagavad resistentsuse uue parasiidi vastu; seetõttu populatsioon kahaneb jällegi, ning taas väheneb polümorfsus teatud imuunvastuse alleelide osas. Vähemalt mõned autorid (nt Lochmiller 1996) usuvad, et koesobivuskompleksi geenide polümorfsuse vähenemine, mis kaasneb ja järgneb populatsiooni kahanemisele, võib olla üheks loomapopulatsioonide arvukuse tsüklilist varieeruvust põhjustavaks teguriks.

Selle väitega on kooskõlas tulemused, mis näitavad, et paljudel ohustatud liikidel nagu nt. gepardid, Aasia lõvid, lõuna lonthülged ja Przewalski hobused, on tõepoolest MHC alleelide mitmekesisus palju väiksem, kui mitteohustatud liikudel. Siit lähtuvad ka praktilised soovitused nt. loodusesse taasintrodutseeritavate liikide kohta – kui loodusesse lastavaid isendeid kasvatada väga sanitaarsetes tingimustes ning nakkushaigusi välja ravides, siis võivad populatsioonist kaduma minna olulised resistentsusgeenid, mille püsimist parasiitidepoolne surve muidu soosinuks.

Loomapopulatsioonide majandamise puhul on samuti oluline märgata, et selline arvukuse kõikumist tugevalt mõjutav tegur nagu suremus on otseselt seotud immuunsusega. Kiskjate saagiks langevad eelkõige nakkushaigustest nõrgestatud isendid, kes on ka nakkuste peamisteks levitajateks. Kiskjate arvukuse vähendamine võib seetõttu nakkuste levikut looduslikes populatsioonides soodustada, nagu on näidatud keldi rabapüü ja nematoodi Trichostrongylus tenuis süsteemis (Packer et al. 2003). Sellised nähtused on olulised nii looduskaitsebioloogia kui ka veterinaaria seisukohast. Nt juhul kui samad parasiidid nakatavad nii metsikuid kui koduloomi (või võivad koduloomadele üle kanduda) võib kiskjate arvukuse piiramine mõjuda negatiivselt nii looduslike populatsioonide geneetilisele kvaliteedile kui ka loomakasvatusele.

Ka vastsündinute suremus sõltub ema toitumusest ja konditsioonist just immunoloogiliste mehhanismide tõttu. Kui ema on tiinuse ja imetamise ajal alatoitumuses v haige, siis saavad vastsündinud imetajad koos emapiimaga vähem maternaalseid immunoglobuliine (mis peavad järglasi kaitsma seni, kuni areneb välja nende endi immuunsüsteem) ning samuti vähem valku ja energiat oma imuunsüsteemi ülesehitamiseks, mis muudab nad omakorda vastuvõtlikumaks nakkushaigustele. Sama mehhanism toimib arvatavasti lindudel: kui ema on halvas konditsioonis, siis muneb ta väikesi mune, millest tulenevalt ressurss, mille põhjal loode v. linnupoeg hakkab üles ehitama oma imuunsüsteemi, on jällegi piiratud. Selliseid ema konditsiooni mõjusid järglaste kohasusele nimetatakse maternaalseteks e. emaefektideks.

Lõpetuseks

Kuigi immunoloogiline ökoloogia käivitati tänapäevases mõistes juba 20 aastat tagasi, kestab evolutsioonilises loomaökoloogias endiselt sellealaste uurimistööde buum. ISI WOS mõõdikud näitavad alates 1998. aastast immuunoloogilise ökoloogia alaste artiklite ja nende viitamiste pidevat tõusu, mis ei ilmuta veel platoole jõudmise tundemärke. Kolm mainekat ajakirja on hiljuti avaldanud immuunökoloogia alaseid erinumbreid - Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 2009 a. jaanuaris, Functional Ecology 2011 a. veebruaris ja Molecular Ecology 2011 a. märtsis. Äsja on ilmunud kaks suurepärast õpikut: Paul Schmid-Hempeli Evolutionary Parasitology ja Gregory Demas ning Randy Nelsoni toimetatud Ecoimmunology. Praegu ei ilmu naljalt ühtki käitumisökoloogia v. laiemalt loomaökoloogia (aga ka ornitoloogia) ajakirja numbrit, kus ei ilmuks vähemalt ühte parasiitide v. immunoloogiaga seonduvat artiklit. Sarnane suundumus valitseb ka üldökoloogia ja evolutsioonibioloogia ajakirjades. Seega on immunoloogiline ökoloogia ikka veel valdkond, kus saab suhteliselt odavate ja lihtsate vahenditega teha olulisi teaduslikke avastusi, mis pakuvad huvi ka laiemale teadlaste ringile. Ilmselt pole põhjust arvata, et kõik need avastused saaksid tehtud lähima 5-10 a. jooksul, mis omakorda tähendab, et uurimis ja avaldamisvõimalused selles valdkonnas on esialgu suhteliselt avarad. Rõõmustavalt on ka loomaökoloogide arusaamine immuunfunktsiooniga seonduvast järjest paranemas, mistõttu vastavateemaliste kirjutiste kvaliteet järjest paraneb. Paljudele küsimustele pole siiski endiselt leitud ammendavaid vastuseid; mõned sellistest probleemidest on järgnevad:
 

·        Milles siis immuunvastuse hind ikkagi seisneb? Teoorias on kõik justkui lihtne – esmane põletikureaktsioon ja sellega kaasnevad mittespetsifilised fagotsütoosiprotsessid on kindlasti kulukad nii energeetiliselt, kui immuunpatoloogiliselt. Miks aga kaasneb mõnikord ainevahetuskiiruse suurenemine ka spetsiifilise (ja odavaks peetava) humoraalse immuunvastusega?

·        Kui tähtis ikkagi on ja kuidas avaldub immuunvastuse immuunpatoloogiline hind? Jällegi, biomeditsiinis oleks kõik justkui selge, kuid peaaegu puuduvad tööd, kus oleks adekvaatselt mõõdetud nt. vabade radikaalide produktsiooni, oksüdatiivset stressi ja nendega kaasnevaid kahjustusi loomaökoloogilises mudelsüsteemis. Nende probleemidega tegletakse parasjagu ka meie loomaökoloogia õppetooli immuunökoloogia töörühmas.

·        Miks on krooniline stress immuunsuppressiivne? Võiks arvata et enamik loomi on oma evolutsioonilise ajaloo käigus pidevalt pidanud kokku puutuma kroonilise stressiga, et olla piisavalt kohastunud sellega hakkama saamiseks. Krooniline stress on isegi vastik, miks ohverdada veel ka immuunsüsteem? Energia kokkuhoid immuunsüsteemi arvelt ei pruugi olla piisav seletus, sest osa immuunsuppressiooniga kaasnevaid protsesse, nt. leukotsüütide apoptoos on iseenesest energeetiliselt kulukad.

·        Kuidas on nn immuunokompetentsuse hindamiseks kasutatud parameetrid (immuunvastus uudsele antigeenile) seotud tegeliku nakkusresistentsusega? Võiks eeldada, et loomad, kes suudavad tekitada tugevamat immuunvastust suvalisele kunstlikule antigeenile, saavad paremini hakkama ka tegelike parasiitidega. Praeguseks avaldatud esimesed sellesisulised tööd on andnud paraku üsna vastuolulisi tulemusi. Kui nii, siis kuidas me üldse saaksime hinnata loomade immuunfunktsiooni üldist efektiivsust?

·        Kas maksimaalne nakkusresistentsus on alati optimaalne? Võib-olla soosib valik mõnikord hoopis mõõdukat nakkustolerantsi? Missugustes olukordades on resistentsus kasulikum kui tolerants ja vastupidi? Kuidas tolerantsi mõõta? Uudse ja põhjaliku käsitluse nende probleemide kohta on esitanud  Råberg et al. (2009) ja Graham et al. (2010).

·        Mis on optimaalne immuunsus ja kas see on üldse võimalik? Kui jah, siis kuidas seda tuvastada? Immuunsüsteemi erinevad komponendid võivad olla vastastikku antagonistlikes suhetes –Th1 lümfotsüütide poolt koordineeritud põletikuline immuunvastus võib pärssida Th2 lümfotsüütide poolt koordineeritud (humoraalset) immuunvastust ja vastupidi. (Mõned parasiitsed nematoodid nt. kasutavad seda antagonismi ära indutseerides peremehes Th2 tüüpi immuunvastuse, mis pärsib ussidele kahjulikku Th1 vastust). Lühike ülevaade probleemist: Ardia et al. (2010). Kui oleme katses tuvastanud mingi immuunsüsteemi komponendi suppresseerimise, kas ei või selle põhjuseks olla immuunsüsteemi mõne teise osa aktiveerumine?

 

Kirjandust:

 

Õpikud:

 

Schmid-Hempel P, 2011. Evolutionary Parasitology. The Integrated Study of Infections, Immunology, Ecology, and Genetics. New York: Oxford University Press.

 

Demas GE, Nelson RJ, 2011. Ecoimmunology. New York: Oxford University Press.

 

Artiklid:

Ardia, D.R., Parmentier, H.K. & Vogel, L.A. (2010) The role of constraints and limitation in driving individual variation in immune response. Functional Ecology: in press.

Darwin, C. 1871. The Descent of Man, and Selection in Relation to Sex. John Murray, London.

Deerenberg, C., Apanius, V., Daan, S., & Bos, N. (1997) Reproductive effort decrease antibody responsiveness. Proceedings of the Royal Society of London Series B Biological Sciences 264, 1021-1029.

Demas, G.E., Chefer, V., Talan, M.I., and Nelson, R.J. 1997. Metabolic costs of mounting an antigen-stimulated immune response in adult and aged C57BL/6J mice. Am. J. Physiol. 273: 1631-1637.

Folstad, I. & Karter, A.J. (1992) Parasites, bright males, and the immunocompetence handicap. American Naturalist 139, 603-622.

Folstad, I. & Skarstein, F. (1997) Is male germ line control creating avenues for female choice? Behavioral Ecology 8, 109-112.

Freitak, D., Ots, I., Vanatoa, A. & Hõrak, P. (2003) Immune response is energetically costly in white cabbage butterfly pupae. Proceedings of the Royal Society of London Series B Supplementum (Biology Letters) 270, S220-222.

Graham, A.L., Shuker, D.M., Pollitt, L.C., Auld, S.K.J.R., Wilson, A.J. & Little, T.J. (2010) Fitness consequences of immune responses: strengthening the empirical framework for ecoimmunology. Functional Ecology, in press.

Hamilton, W. D., & M. Zuk. (1982) Heritable true fitness and bright birds: a role of parasites. Science 218: 384-387.

Hanssen, S.A., D. Hasselquist, I. Folstad and K.E. Erikstad. (2004). Costs of immunity: immune responsiveness reduces survival in a vertebrate. Proceedings of the Royal Society of London, Series B: Biological Sciences 271: 925-930.

Hillgarth, N., Ramenofsky, M., & Wingfield, J.C. (1997) Testosterone and sexual selection. Behavioral Ecology 8, 108-112.

Hõrak, P., Saks, L., Ots, I., Kullisaar, T., Kollist, H. & Zilmer, M. 2003. Physiological effects of immune challenge in captive greenfinches (Carduelis chloris). Can. J. Zool. 81: 371-379.

Jones BC, Feinberg DR, Watkins CD, Fincher CL, Little AC, DeBruine LM (2013) Pathogen disgust predicts women’s preferences for masculinity in men’s voices, faces, and bodies. Behavioral Ecology 24:373-379.

König,C. & Schmid-Hempel,P. (1995) Foraging activity and immunocompetence in workers of the bumble bee, Bombus terrestris L. Proceedings of the Royal Society of London Series B 260, 225-227.

Lochmiller, R. L. (1996) Immunocompetence and animal population regulation. Oikos 76:594-602.

Moreno J, Sanz JJ, Arriero E, 1999. Reproductive effort and T-lymphocyte cell-mediated immunocompetence in female Pied Flycatchers Ficedula hypoleuca. Proceedings of the Royal Society of London Series B 266,1105-1109

Martin, L.B., Ii, Weil, Z.M. & Nelson, R.J. (2006) Refining approaches and diversifying directions in ecoimmunology. Integr. Comp. Biol. 46, 1030-1039.

Møller, A. P. 1990 Effects of haematophagus mite on the barn swallow (Hirundo rustica): a test of the Hamilton and Zuk hypothesis. Evolution 44, 771-784.

Nordling, D. (1996) Immunological ecology. Indroductory Research Essay No. 64. Dept. Zool. Anim. Ecol. Sect., Uppsala University.

Ots, I., Kerimov, A.B., Ivankina, E.V., Ilyina, T.A., and Hõrak, P. 2001. Immune challenge affects basal metabolic activity in wintering great tits. Proc. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 268: 1175-1181.

Packer C, Holt RD, Hudson PJ, Lafferty KD, Dobson AP (2003) Keeping the herds healthy and alert: implications of predator control for infectious disease. Ecology Letters 6:797-802.

Penn, D. & Potts, W.K. (1998) Chemical signals and parasite-mediated sexual selection. Trends in Ecology & Evolution 13, 391-396.

Penn, D.J. & Potts, W.K. (1999) The evolution of mating preferences and Major Histocompatibility Complex genes. Am. Nat.153, 145-163.

Rantala MJ, Moore FR, Skrinda I, Krama T, Kivleniece I, Kecko S, Krams I (2012) Evidence for the stress-linked immunocompetence handicap hypothesis in humans. Nat Commun 3:694

 

Roney JR, Hanson KN, Durante KM, Maestripieri D (2006) Reading men's faces: women's mate attractiveness judgments track men's testosterone and interest in infants. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences 273:2169-2175

Råberg, L., Grahn, M., Hasselquist, D., and Svensson, E. 1998. On the adaptive significance of stress-induced immunosuppression. Proc. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 265: 1637-1641.

Råberg, L., Nilsson, J., Ilmonen, P., Stjernman, M., and Hasselquist, D. 2000. The cost of an immune response: vaccination reduces parental effort. Ecol. Lett. 3: 382-386.

Råberg, L., Graham, A.L. & Read, A.F. (2009) Review. Decomposing health: tolerance and resistance to parasites in animals. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 364, 37-49.

Roulin A, Riols C, Dijkstra C, Ducrest AL, 2001. Female plumage spottiness signals parasite resistance in the barn owl (Tyto alba). Behavioral Ecology 12,103-110

Saino, N. & Møller, A.P. (1996) Sexual ornamentation and immunocompetence in the Barn Swallow. Behavioral Ecology 7, 227-232.

Saino, N., Bolzern, A.M., & Møller, A.P. (1997) Immunocompetence, ornamentation, and viability of male Barn Swallows (Hirundo rustica). Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 94, 549-552.

Sheldon, B. C. & Verhulst, S. (1996) Ecological immunology: costly parasite defences and trade-offs in evolutionary ecology. Trends Evol. Ecol. 11, 17-321.

Skau, P. A. & Folstad, I. (2005) Does immunity regulate ejaculate quality and fertility in humans? Behavioral Ecology 16: 410-416.

 

Spurgin LG, Richardson DS (2010) How pathogens drive genetic diversity: MHC, mechanisms and misunderstandings. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 277:979-988.

Wedekind, C. & Füri, S. (1997) Body odour preferences in men and women: do they aim for specific combinations or simply heterozygosity? Proceedings of the Royal Society of London Series B 264, 1471-1479.

Wedekind, C., Müller, R., and Spicher, H. 2000. Genetic benefits of mate selection in whitefish. Proceedings of the 8th International Behavioural Ecology Congress; Zürich 8.-12. Aug. 2000, p. 208.

Zahavi, A. 1975. Mate selection - a selection for a handicap. Journal of theoretical Biology 53:205-214.