Suuren muurahaisyhteisön umpikuja

Koko Etelä-Euroopan rannikon kattaa yksi ainoa muurahaisyhteiskunta. Itseasiassa myös Japanista ja Yhdysvalloista voi löytää muurahaisia, jotka kokevat olevansa osa samaa yhteiskuntaa.

– Ne edustavat sosiaalisuutta uudella tasolla, paljon isommassa mittakaavassa. Sellaista esiintyy vain muurahaisilla ja niistäkin vain muutamilla lajeilla, selittää väitöskirjatutkija Sanja Hakala.

Hakala tutkii samalla tavalla elävien Formica-muurahaisten levittäytymiseen liittyviä konflikteja suurissa muurahaisyhteiskunnissa. Muurahaisten superkoloniat ovat poikkeuksellisen suuria yhteisöjä, joille ei Hakalan mukaan löydy hyvää vertailua muista lajeista. Tällainen superkolonia on niin suuri, ettei muurahainen voi kävellä sen reunasta toiseen ja siinä elää tuhansia kuningattaria. Tehokkaan yhteistyön ansiosta yhteisöt voivat kasvaa valtaviksi ja syrjäyttää muita lajeja.

Evolutiiviselta kannalta tarkasteltuna ne eivät ole kuitenkaan kestäviä.

– Muurahaiset alkavat auttaa yksilöitä, jotka eivät ole niille sukua. Se ei ole evolutiivisesti fiksua, koska silloin ne eivät enää auta omia geenejään leviämään, Hakala selittää.

Superkoloniat ovat menestyksekkäitä yhteiskuntia, mutta niissä muurahaisten itsekkäät piirteet kuten haluttomuus levitä lisääntyvät. Hakalan hypoteesina on, että haluttomuus levittäytyä ei ole ongelma, jos ruokaa on tarjolla rajattomasti, mutta koska näin ei todellisuudessa koskaan ole, alussa yhteisöä hyödyttänyt tilanne karkaa jossain vaiheessa väistämättä käsistä.

Työläiset käyttävät valtavasti resurssejaan kuningattarien kasvattamiseen, mutta kun kuningattaret eivät lennäkään pois, työläiset saattavat jopa alkaa tappaa niitä. Tehty työ menee siis hukkaan.

– Se on paradoksaalista. Massiiviset yhteisöt ovat ekologisesti hyvin menestyviä, mutta evolutiivisessa mittakaavassa eivät. Mutta eihän evoluutiolla ole määränpäätä, Hakala muistuttaa.

Sosiaalisuus karkasi käsistä

Hakalan projektissa on toistaiseksi tutkittu yhden superkolonian geenivirtaa ympäröiviin populaatioihin ja testattu muurahaisten käyttäytymistä. Nyt Hakala itse tarkastelee muurahaisten lentolihaksia. Aiemmin ei ollut tiedossa, kuinka hyvin Formica-lajien kuningattaret ja koiraat pystyvät lentämään, mutta nyt näyttää, että niillä kyllä on toimivat lentolihakset, ne vain valitsevat jäävänsä pesään. Hakala vertailee eri Formica-lajien muurahaisia, jotka ovat lähisukulaisia keskenään ja osa kuuluu superkolonioihin, osa elää yksinkertaisemmissa yhteiskunnissa. Vertailtavina olevat lajit ovat tavallisia suomalaisia muurahaisia, sellasia joihin olemme kaikki törmänneet.

Hakala kuvaa valtavia yhteisöjä ”käsistä karanneena sosiaalisuutena”. Siinä missä muurahaiset normaalisti ovat hyvin aggressiivisia, saman superkolonian muurahaiset eivät taistele toisiaan vastaan.

– Vaikuttaisi siltä, että eri ryhmien muurahaisilla superkolonioita syntyy silloin tällöin evoluution kuluessa, mutta ne eivät selviä pidemmän päälle. Tämä puhuisi sen puolesta, että kyseessä tosiaan on evolutiivinen umpikuja. Formica- suku on ainoa muurahaisryhmä, jossa superkoloniaalisuutta on useammalla lähisukuisella lajilla – mikä tekeekin siitä niin kiinnostavan tutkimuskohteen.

Suomessa tällaiset muurahaisyhteisöt ovat harvinaisia, eikä niitä esiinny kaupungeissa. Jos metsässä on törmännyt alueeseen, jossa on paljon kekoja lähekkäin, kyseessä todennäköisesti on superkolonia. Niissä keot muodostavat selkeän verkoston, ja eri kekojen välillä on reitit. Suomen suurin tunnettu superkolonna sijaitsee Tammisaaren lähettyvillä ja siihen kuuluu yli 1300 pesää.

– Muurahaiset kiinnostavat ihmisiä, sillä ne ovat niin tuttuja. Ne ovat mainio ryhmä sosiaalisen evoluution peruskysymysten tutkimiseen: itsekkyyden ja yhteistyön, konfliktien ja niiden ratkaisujen ymmärtämiseen. Siksi ne ovat myös hauska tutkimuskohde, Hakala sanoo.

Kuvat muurahaisista: Sanja Hakala

Kuva Sanja Hakalasta: Markku Hakala

Suomen Kulttuurirahasto myönsi vuosina 2016 ja 2017 Sanja Hakalalle apurahat suurissa muurahaisyhteiskunnissa havaittavaa itsekkyyttä käsittelevään väitöskirjatyöhön.
, Jenni Heikkinen.

Sääksien matkassa

Sääksisäätiön vuonna 2014 alkaneessa hankkeessa kuusi sääkseä varustettiin satelliittilähettimillä niiden pesinnän ja muuttomatkojen seuraamiseksi.

– Sääksi on vähälukuinen petolintu, jonka Suomessa pesivä kanta on arviolta 1200 paria, Sääksisäätiön puheenjohtaja Ilmari Häkkinen kertoo.

Sääksillä on pula pesintään sopivista puista, joita ovat yleensä vanhat tasalatvaiset männyt. Pesiä tuhoutuu myrskyissä pesimäaikana ja syksyisin.  Silloin pesintä keskeytyy tai jää seuraavana vuonna väliin uutta pesää rakennettaessa. Siksi viime vuosina sääksille onkin rakennettu pesäalustoja, jotka kestävät kovankin myrskyn. Työn tuloksena sääksikanta on pystytty pitämään vakaana jopa siinä määrin, että viimeisimmässä uhanalaisluokituksessa sääksi siirrettiin silmälläpidettävistä elinvoimaisten lajien joukkoon.

– Tämä on pitkälti lintuharrastajien  ja lintujen rengastajien ansiota, sillä he  ovat rakentaneet tekopesiä sellaisiin paikkoihin, joissa sääksen luonnonpesä on pudonnut alas tai paikka on muuten sovelias sääksen pesinnälle.

saaksisaatio2

Alun perin kolmevuotiseksi suunniteltu satelliittisääksien tutkimushanke jatkuu vielä vuoden ajan.

– Laitteet tuntuvat toimivan varsin hyvin ja kuudesta linnusta vielä kolme on hengissä.

Lähettimien antamaa tietoa voi kuka tahansa seurata Luonnontieteellisen keskusmuseon sivuilta, ja näitä tietoja ovat hyödyntäneet myös useat koululuokat Suomen lisäksi muualla Euroopassa ja Yhdysvalloissa.

– Sääksien avulla koululaiset opettajineen pääsevät uuden opetussuunnitelman mukaisesti oppiainerajat ylittävään, laaja-alaisen osaamisen ja ilmiöpohjaiseen oppimisen ytimeen. Eri ikäisten oppilaiden ympäristötiedon, biologian, maantiedon, englannin kielen, kuvataiteen ja liikunnan taitojen lisäksi, oppilaat oppivat lintujen elämästä, rakenteellista ominaisuuksista, ravinnonhankinnasta, muutosta ja pesinnästä. Sääksisäätiön ja muidenkin sääksiharrastajien ylläpitämät pesäkamerat ovat kouluissa aktiivisessa käytössä.

saaksisaatio3

Linnut muuttotouhuissa

Tällä hetkellä satelliittisääksille kuuluu enimmäkseen hyvää, kertoo Sääksisäätiön toiminnanjohtaja Juhani Koivu.

– Satelliittiseurannalla on saatu kerättyä käsittämättömän hienoa aineistoa lintujen liikkeistä, Koivu kehuu.

Juuri nyt sääksien seurannassa eletään taas jännittäviä aikoja, kun syysmuutto on käynnistymässä. Linnut lentävät vuodesta toiseen pitkälti samoja reittejä ja talvehtivat yleensä läntisessä Afrikassa Guineanlahden rannoilla.

Huonojakin uutisia on. Renkolaisen Ilpo-sääksen satelliittiseurannassa mukana ollut vaimo ammuttiin viime syksynä Ukrainassa.

– Ilpo ei onnistunut saamaan uutta puolisoa koko kesänä, vaan joutui viettämään koko kesäkauden leskimiehenä. Se toki rakenteli vanhaa pesäänsä ja paria muutakin pesää lähiseudulla. Lisäksi se oleili useilla järvillä ja vieraili ainakin seitsemällä asutulla pesällä kyläilemässä. Ilpo kyllästyi Suomen sateisiin ja starttasi kohti etelää jo 13.8. Neljä päivää myöhemmin Ilpo ilmoitti sijaintinsa Puolassa ja siirtyi sittemmin Algeriaan.

Juhani Koivun mukaan utsjokinen sääksirouva Seija aloitti lentonsa kohti etelää 14.8. ja jätti samalla poikkeuksellisen aikaisin lastenhoitovastuun isäsääkselle. Kesällä 2016 uutena yksilönä seurantaan valjastettu janakkalalainen sääksikoiras Alan puolestaan aloitti muuttonsa 31.8.

Kuva 2: Tero Niskanen ja Harri Koskinen ovat juuri saaneet valjastettua Utsjoella nuoren sääksen satelliitttilähettimellä.
Kuva 3: Harri Koskinen tarkistaa Ilpo-sääkselle asennetun lähettimen ja vapauttaa sitten linnun reviirilleen.

Kuvat: Sääksisäätiö

Sääksisäätiö sai vuonna 2014 Suomen Kulttuurirahaston apurahan sääksien satelliittiseurantaan ja eurooppalaiseen kouluyhteistyöhön.
, Jenni Heikkinen.

Elämysten puutarha

Koululaiset pääsevät pian kokemaan Oulun kasvitieteellisen puutarhan uudella tavalla ja saavat laittaa omatkin sormensa multaan.

– Kasvukauden alku on aina kiireistä aikaa kasvitieteellisessä puutarhassa, kasvitieteellisen puutarhan intendentti Anna Liisa Ruotsalainen kertoo.

Tänä vuonna tavanomaisen kiireen ohella työtä teettää Ruotsalaisen sekä kehittäjäopettaja Jussi Tombergin ja väitöskirjatutkija Eerika Virranmäen hanke, jossa pyritään lisäämään puutarhan käyttöä koulujen perusopetuksen tukena sekä muokkaamaan sitä entistä osallistavammaksi.

Yksi innoittaja hankkeelle on se, että ala- ja yläkoulujen uudet opetussuunnitelmat astuvat voimaan vuosina 2016-2019. Ne korostavat oppilaiden omaa tekemistä, tutkimuksellisuutta ja elämyksellisyyttä. Tällaiseen oppimiseen vierailu kasvitieteellisessä puutarhassa sopii hyvin.

Kolmivuotisessa hankkeessa kasvitieteelliseen puutarhaan luodaan toiminnallisia, digitaalisuutta hyödyntäviä oppimispolkuja ja perustetaan puutarhan hyötykasviosastoon alue, jolla oppilaat voivat kasvattaa kasveja. Lisäksi yläkoulujen oppilaat saavat mahdollisuuden tutustua laboratoriotutkimukseen kokeilemalla kasvien solukkoviljelyä. Tarkoituksena on kolmen vuoden aikana saada juurrutettua käytäntöjä ja luotua kontakteja niin, että toiminnasta tulisi pysyvää.

– Tämä on pilottiprojekti, joten testaamme, mitkä ovat parhaita käytäntöjä, Ruotsalainen sanoo.

Ensimmäiset koululaiset pääsivät viljelytouhuun jo toukokuussa ennen kesäloman alkua. Syksyllä ja talvella toteutetaan oppimispolut ja laboratorio-osuus.

Matalampi kynnys, enemmän tietoa

Kasvitieteellisessä puutarhassa on toki aiemminkin vieraillut paljon koululaisryhmiä.

– Puutarha tarjoaa tietenkin erilaisen ympäristön kuin luokkahuone ja elämyksellisyyttä.  Tänne on rakennettu paljon erilaisia ympäristöjä, vaikkapa trooppisten kasvien kasvatukseen. Kasvihuoneet tarjoavat vähän kuin ulkomaan matkan.

Hankkeen myötä tavoitteena on, että oppilaat saisivat vierailuista entistä enemmän irti. Ruotsalainen uskoo valmiiden, ajantasaisten materiaalien ja tehtävien madaltavan kynnystä tulla kasvitieteelliseen puutarhaan. Ne myös helpottavat opettajien työtä. Oppisisällöt laajenevat biologiasta muun muassa terveystiedon puolelle. Yläluokkien tutkimusta korostavaan opetussuunnitelmaan vastaa mahdollisuus kokeilla laboratoriotyöskentelyä.

– Olennaista on, että luomme informaatiota koululaisten käyttöön. Ettei vierailu ole vain sitä, että tänne vain tullaan katsomaan kasveja ja opettelemaan niiden nimiä, vaan oppilaita varten on oppimismateriaalia ja tietoa valmiina, ja ilmiöitä voi ymmärtää useammalla tasolla, Ruotsalainen kertoo.

Kuva:Petteri Löppönen

Pohjois-Pohjanmaan Kulttuurirahasto myönsi vuosijuhlassaan 20.5.2016 Anna Liisa Ruotsalaiselle, Jussi Tombergille ja Eerika Virranmäelle apurahan Oulun yliopiston kasvitieteellistä puutarhaa ja perusopetusta yhdistävän pilottihankkeen toteuttamiseen.
, Jenni Heikkinen.

Nanorokotteilla syövän kimppuun

Miten ihmisen oman immuunipuolustuksen voisi saada hyökkäämään syöpää vastaan? Nanoteknologiaa ja biolääketiedettä yhdistelevä dosentti Hélder Santosin tutkimusryhmä Helsingin yliopistossa koettaa kehittää hoitomuotoa, jossa immuunijärjestelmä aktivoidaan nanorokotteen avulla. Materiaalitekniikkaan perehtynyt tekniikan tohtori Antti Rahikkala on mukana kehittelemässä rokotetta.

– Nanorokotteissa ’nano’ tarkoittaa, että valmistetaan kooltaan hyvin pieniä kantohiukkasia, joiden tarkoitus on viedä hoidot sinne, missä niitä tarvitaan, tässä tapauksessa syöpäsoluun. Hoito voi olla sitä että viedään solumyrkkyä syöpäsoluun niin että kantajahiukkaset vapauttavat syöpälääkkeet vasta solussa. Toinen vaihtoehto on se mitä me tutkimme: kehon immuunireaktion käynnistäminen niin että immuunipuolustus hyökkää syöpäsoluja vastaan.

Rahikkalan ja muun työryhmän kehittelemän hoitomuodon pohjana ovat piistä valmistetut huokoiset hiukkaset. Niihin syövytetään pieniä onkaloita, jotka voidaan täyttää tarvittavalla määrällä haluttua ainetta. Rahikkalan vastuulla on päällystää piihiukkaset polymeerillä.

– Jos hiukkasia ei päällystetä, elimistö hyökkää heti niitä vastaan, Rahikkala selittää. Polymeeripäällysteen tarkoitus onkin pidentää aikaa, jonka hiukkaset ovat verenkierrossa, jotta ne ehtivät toimia. Polymeerien lisäksi Rahikkala kokeilee piihiukkasten päällystämistä myös punasolujen solukalvolla.

Polymeeripäällysteeseen Rahikkala kiinnittää peptidi TRP-2:n, aminohappoketjun, jollaisia esiintyy melanoomassa. Hiukkasten on tarkoitus hakeutua ihmisen immuunipuolustuksen dendriittisoluihin. Dendriittiset solut esittelevät peptidiä muille immuunipuolustuksen soluille. Tämän myötä ihmisen omien T- ja B-solujen pitäisi tunnistaa TRP-2-peptidiä kantavat solut ja hyökätä niitä vastaan – eli siis myös melanoomaa vastaan.

Pitkä prosessi on alussa

Tutkimus on monitieteistä yhteistyötä farmaseuttien ja kemistien kanssa ja työ on vasta alussa. Tähän mennessä Rahikkala on opiskellut ja suunnitellut koejärjestelyjä, ja pian alkaa tutkimus laboratoriossa.

– Testaamme soluviljelmissä, tappavatko kantohiukkasemme soluja – tarkoitus on, että eivät. Sitten tutkimme, käynnistävätkö hiukkaset immuunisysteemin T- ja B-solujen tuotannon syöpäsoluja vastaan, Rahikkala kertoo.

– Pitää kokeilla, mikä on sopiva määrä piihiukkasia ja päällystepolymeeriä. Testaan myös päällystämistä ensimmäisen kerran ja sitten alan tutkia peptidien kiinnittämistä.

Rahikkala on vakuuttunut, että tapa kiinnittää peptidi toimii, ja se onkin jo toisissa tutkimuksissa onnistunut. Samalla hän tutkii, riittävätkö hiukkaset ilman peptidiä, eli pystyvätkö ne stimuloimaan immuunijärjestelmää.

– Vaikea sanoa, meneekö testeissä viikkoja vai kuukausia. Jos saamme potentiaalisia tuloksia, eläinkokeisiin voisi ehkä päästä jo vuodessa. Peruslääkkeen kehityssykli on kuitenkin yleensä vähintään kymmenen vuotta.

Kuvassa immuunijärjestelmän solu on hyökkäämässä syöpäsolua vastaan. Immuunijärjestelmän solu on tunnistanut syöpäsolun huokoisen piihiukkasen pinnalla olevan syövän vasta-aineen avulla. 

Suomen Kulttuurirahasto myönsi vuonna 2016 Antti Rahikkalalle apurahan syöpäsoluihin kohdennettuja nanorokotteita käsittelevään väitöksen jälkeiseen tutkimukseen.
, Jenni Heikkinen.

Valosaaste uhkaa loistavien lemmentyötä

Ornamenttien hyödyntämistä parivalinnassa on arveltu lähinnä urosten piirteeksi. Kiiltomatonaaraiden loistama valo on selvä esimerkki myös päinvastaisesta houkutussignaalien käytöstä. Valosaaste saattaa kuitenkin sekoittaa kiiltomatojen hienostunutta järjestelmää.

Tohtoriopiskelija Gautier Baudry Oulun yliopiston biologianlaitokselta tutkii väitöskirjatyössään kiiltomatonaaraan loistavaa houkutusvaloa ja valosaasteen vaikutusta koiraan parivalintaan.

– Suvunjatkamisessa tarpeellisten koristautumiskeinojen on yleensä arveltu olevan lähinnä urosten ominaisuuksia, riikinkukko ehkä tunnetuimpana esimerkkinä. Sen sijaan naarailla koristautuminen on harvinaista tai ainakin paljon heikommin tunnettua. Kiiltomato on ehkä paras eliölaji tutkia naaraiden ornamentteja.

Apurahansaaja-Gautier-Baudry-2-kuva-Sauli-Herva

Näyttää olevan selvää, että kiiltomatonaaraat loistavat valoa suvunjatkamistarkoituksessa. Kiiltomatojen bioluminesenssi on seksuaalisesti valikoitunut piirre, jolla siivettömät naarat pyrkivät houkuttelemaan lentäviä uroksia parittelukumppaneikseen.

– Kiiltomatojen bioluminesenssia on tutkittu vasta viime aikoina. Ominaisuus on kehittynyt varoitussignaaliksi mutta saanut muitakin hyödyllisiä käyttötarkoituksia. Kiiltomatojen evoluution ja seksuaalikäyttäytymisen osalta on vielä paljon selvitettävää. Kiinnostavaa on esimerkiksi se, kuinka naaraat ”mainostavat” itseään, Baudry kertoo.

Energian kulutuksen tasapaino

Aikuiset kiiltomatonaarat eivät nauti lainkaan ravintoa. Sitä, miten naaraat pariutumisjärjestelyissään optimoivat niukat voimavaransa parhaan lisääntymistuloksen saavuttamiseksi, ei kuitenkaan tiedetä.

– Naaraiden on tasapainoiltava kolmen tekijän välillä. Energian on riitettävä houkutusvalon loistamiseen, hengissä selviämiseen ja munantuotantoon. Epäonni lentävien uroskiiltomatojen houkuttelussa voi kostautua heikkona munimistuloksena. Muun muassa tätä selvitämme kenttäkokeilla Tvärminnessä, Baudry selittää.

Viime aikoina havaitun kiiltomatojen vähenemisen syyksi on arvioitu valosaasteen lisääntymistä.

-Urokset ”sokeutuvat” eivätkä löydä naaraiden luokse, eikä naarailla ole energiaa riittävän kirkkaaseen loistamiseen. Valosaaste on rapauttamassa myös ihmisten päiväjärjestystä, mikä saattaa olla yhtenä esteenä hyvinvoinnillemme.

Teksti ja kuvat: Sauli Herva

M.Sc. Gautier Baudry sai 27.2.2016 Maili Aution rahastosta 24 000 euron apurahan naaraan loistavaa houkutusvaloa ja valosaasteen vaikutusta koiraan valintaan käsittelevään väitöskirjatyöhön, kolmivuotisen apurahan ensimmäisen vuoden apurahana
, Jenni Heikkinen.