Monilla eläimillä on aisti, joka ihmisiltä puuttuu. Se auttaa muutossa, metsästyksessä ja pesän lämmityksessä.

Karjankasvattajat ovat aina tienneet, että lehmät tapaavat laitumella lepäillessään asettua samansuuntaisesti. Ilmiötä on koetettu selittää lehmien päivänpaistattelulla aurinkoisina päivinä ja tuulenhalkomisella tuulisina päivinä. Tämä ei kuitenkaan selitä kaikkea. Lehmät nimittäin seisovat tai makaavat järkkymättömän samansuuntaisina myös pilvisinä ja tuulettomina päivinä sekä yöaikaan.

Arvoitukseen löytyi odottamaton ratkaisu vuonna 2008, kun saksalainen tutkija Sabine Begall Duisburg-Essenin yliopistosta katsoi lehmien suuntia Google Earthin satelliittikuvista. Aineistossa oli noin 8 500 lehmää yli 300 paikasta eri puolilta maailmaa. Lisäksi mukana oli kauriita.

Satelliittikuvien lehmät ja kauriit nukkuivat ja viettivät suurimman osan ajastaan pohjois-eteläsuuntaan asettuneina. Niiden turpa ei kuitenkaan osoittanut maantieteelliselle vaan magneettiselle pohjoisnavalle. Tämä viittaa siihen, että niillä on jonkinlainen sisäinen kompassineula, jonka avulla ne kääntyvät maapallon magneettikentän voimaviivojen suuntaisesti.

Lisätodisteena Duisburg-Essenin tutkijat osoittivat vuonna 2009, että jos laitumen läheisyydessä kulkee voimavirtalinja, lehmien asento muuttuu sattumanvaraiseksi. Voimavirran heikko sähkömagneettinen kenttä riittää sekoittamaan niiden kompassin.

Pohjoista kohti kääntyminen ei rajoitu sorkkaeläimiin. Myös kultakalat, banaanikärpäset ja mehiläiset suuntautuvat kohti magneettista pohjoisnapaa, jollei mikään häiritse niitä. On viitteitä jopa siitä, että magneettikentän mukainen nukkuma-asento vaikuttaisi ihmisten unen laatuun. Eräässä tutkimuksessa rem-uni kesti lyhyempiä jaksoja, jos koehenkilöt nukkuivat itä-länsisuuntaisina kuin jos he nukkuivat pohjois-eteläsuuntaisina.

Lepakko säätää suunnan iltaisin

Lepakot tunnetaan kaikuluotauksen taidostaan, mutta kaikuluotaus auttaa vain väistämään esteitä, ei löytämään perille muuttomatkoilla. Vuonna 2006 yhdysvaltalaiset tutkijat osoittivat, että lepakoilla on myös magneettiaisti.

Princetonin yliopiston kokeessa tutkijat pyydystivät lepakoita, varustivat ne radiolähettimin ja kuljettivat ne 20 kilometrin päähän kotiseudultaan. Kaikki osasivat kotiin. Seuraava lepakkoerä altistettiin voimakkaalle keinotekoiselle magneettikentälle, joka oli erisuuntainen kuin Maan kenttä. Kun lepakot päästettiin vapaaksi, ne lähtivät lentämään aivan väärään suuntaan ja pääsivät tilanteen tasalle vasta muutaman minuutin päästä. Tämä osoitti, että ne tunnistavat sijaintinsa juuri magneettikentän mukaan.

Vuonna 2010 saksalaisen Max Planck -instituutin tutkijat kuljettivat lepakoita 25 kilometrin päähän niiden kotipaikasta ja hämäsivät niitä magneeteilla, jotka käänsivät magneettisen pohjoisen itään. Jos näin tehtiin auringonlaskun aikaan ja lepakot sitten vapautettiin, kaikki lensivät väärään suuntaan. Jos koe tehtiin vasta kun oli pimeää, vapautusta edeltänyt kentän häiritseminen ei haitannut suunnistusta. Lepakot siis kalibroivat magneettikarttansa sen mukaan, minne aurinko laskee.

Kettu hyökkää kompassin mukaan

Kettu on toistaiseksi ainoa laji, jonka uskotaan metsästävän magneettiaistin avulla. Tähän tulokseen tuli Tšekin tiedeakatemian tutkija Jaroslav Červený seurattuaan kotimaassaan satoja kettujen metsästyshyppyjä. Hän havaitsi, että jos saalis näkyi esteettömästi, kettu hyppäsi sitä kohti. Jos saalis sen sijaan oli piilossa ruohikon tai lumen alla, kettu hyppäsi lähes aina tiettyyn ilmansuuntaan. Se hyppäsi pohjoiskoilliseen.

Červenýn mukaan suunnanvalintaa ei selittänyt sää, tuulisuus, pilvisyys eikä kellonaika. Lisäksi tutkijoiden pitämä tilasto osoitti, että hyppy koilliseen kannatti. Tällä tavoin kettu sai saaliin 78 prosentissa tapauksista. Jos se hyppäsi johonkin muuhun suuntaan, onnistumisosuus oli vain 18 prosenttia.

Tutkijat uskovat, että ketun hyppysuunta perustuu magneettiaistiin. Ketun päässä uskotaan olevan paikannusjärjestelmä, joka ottaa huomioon magneettikentän voimaviivojen taipumisen alaspäin magneettinapaa kohti. Kun kettu kuulee hiiren äänen, se seuraa sitä, kunnes tulee kohtaan, jossa äänen tulokulma on halutussa suhteessa magneettikentän voimaviivojen kulmaan. Tässä maagisessa pisteessä kettu tietää täsmälleen, missä kohdassa saalis on.

Termiitti rakentaa lämmityksen

Pohjois-Australian kuivilla tasangoilla voi törmätä ihmeellisiin rakennelmiin: kuin joku olisi pystyttänyt hautausmaan keskelle ei-mitään. Pienellä alueella on kymmeniä kiilanmuotoisia paasia, joiden kapeista kyljistä toinen osoittaa suoraan etelään ja toinen pohjoiseen.

Paadet ovat magneettitermiitin eli Amitermes meridionaliksen yhdyskuntia ja samalla mahtava osoitus pienten, sokeiden hyönteisten rakennustaidosta.

Magneettitermiitit ovat äärimmäisen herkkiä lämmönvaihteluille. Jos lämpötila pesässä laskee liikaa tai nousee edes hieman yli 30 asteen, ne kuolevat no­peasti. Tästä huolimatta ne elävät ympäristössä, jossa lämpötila saattaa vuorokauden aikana vaihdella pakkasesta yli 40 asteeseen. Useimmat termiitit voivat paeta lämmönvaihteluita maan alle, mutta eivät magneettitermiitit, sillä alueella tulvii kuukausikaupalla. Niiden on siis elettävä hautakivensä sisällä.

Kiven suuntaus pitää sen lämpötilan tasaisena. Kun aurinko nousee, se lämmittää paaden idänpuoleista leveää seinämää. Kiven toinen puoli lämpenee 30-asteiseksi juuri siihen mennessä, kun aurinko on edennyt taivaan laelle eikä enää paahda idästä. Sitten itäseinämä hitaasti viilenee siihen saakka, kun aurinko seuraavana aamuna jälleen nousee. Tutkijat ovat havainneet pesiä kääntämällä, ettei asentoa tarvitse paljonkaan muuttaa, jotta lämpötila laskee tai nousee liikaa ja yhdyskunta tuhoutuu.

Miten termiitit osaavat suunnata pesänsä niin tarkasti? Ne ovat sokeita ja elävät rakennelmansa sisällä, joten ne eivät näe, mistä aurinko nousee.

Vastaus on magnetismissa. Tutkija Peter Jacklyn selvitti asian repimällä ensin rakennelmista katon pois. Tämän jälkeen hän asensi pesän ympärille voimakkaita magneetteja. Magneettikentän näin muututtua termiitit rakensivat pesän katon vinoksi.

Kilpikonna matkustaa yli valtameren

Valekarettikilpikonnat suunnistavat noin 15 000 kilometrin matkan aavojen valtamerten halki. Ne suoriutuvat urakasta magneettiaistilla. Se veisi perille, vaikka konnan kaikki muut aistit olisivat poissa pelistä.

Valekarettikilpikonnien magneettiaistia on vuosia tutkinut Ken Lohman kollegoineen Pohjois-Carolinan yliopistossa. Tutkimuksissa käytetään poikasia, jotka ovat syntyneet laboratoriossa. Ne eivät ole koskaan olleet valtameressä, eivätkä ne tiedä vuodenaikaa tai päivän ja yön ajankohtaa. Ne eivät ole koskaan nähneet tähtitaivasta eivätkä haistaneet ulkoilmaa. Kun tutkijat simuloivat magneettikentän muutoksia  muuttoreitin varrelta, valekarettikilpikonnien poikaset reagoivat juuri siten, että ne pysyisivät meressä oikealla reitillä.

Kap Verden saarten kohdalla kilpikonnien reitti kaartuu lounaaseen. Kun tutkijat simuloivat Kap Verden magneettikenttää, poikaset kääntyivät heti lounaaseen. Vastaavasti kun magneettikentän simulaatio vastasi Puerto Ricon aluetta, jossa kilpikonnien reitti kääntyy koilliseen, poikaset kääntyivät koilliseen.

Lohman uskoo, että valekarettikilpikonnien – ja oletettavasti monien muidenkin eläinten – magneettiaisti perustuu ainakin kahteen ominaisuuteen. Ensimmäinen on magneettikentän voimaviivojen suunta, joka päiväntasaajalla on vaakatasossa ja pohjoiseen tai etelään mennessä sukeltaa yhä jyrkemmin alaspäin. Toinen on magneettikentän voimakkuus, joka on suurimmillaan magneettisilla navoilla ja heikko päiväntasaajalla. Nämä kaksi tekijää tarjoavat kilpikonnille välineet määrittää sijaintinsa.

Muurahainen löytää kotiin

Ota muurahainen pois pesästä, kuljeta kauas, pyöritä purkissa pää pyörälle ja päästä vapaaksi. Ei se mitään. Muurahainen löytää tiensä takaisin. Se käyttää maapallon magneettikentän voimaviivoja suuntamerkkeinä, jotka ohjaavat sen turvallisesti pesään. Laboratoriossa muurahaisten suuntavaisto sekoittuu vain, jos magneettikenttää muutetaan voimakkailla magneeteilla. Ilmiö on todettu kotoiselta kekomuurahaiselta mutta myös monilta muilta lajeilta.

Eniten magneettiaistia on tutkittu eteläamerikkalaiselta Pachycondyla marginatalta. Se vaeltaa ajoittain vaihtaakseen pesäpaikkaansa, ja tällöin sen on havaittu valitsevan suuntansa läheltä magneettista pohjois-eteläakselia. Aistin mekanismi on jo pitkälti selvillä.

Pachycondyla marginata ilmeisesti syntyy ilman magneettiaistia. Se alkaa kuitenkin heti kerätä tuntosarviinsa ja päähänsä magnetisoivia hiukkasia, kuten magnetiittia, maghemiittia, hematiittia, goethiittia ja alumiinisilikaattia. Hiukkaset tarttuvat muurahaiseen, kun se koskettelee maata tuntosarvillaan ja päällään.

Hiukkaset kertyvät tuntosarvissa lähelle niin sanottua Johnstonin elintä. Kun hiukkaset reagoivat magneettikenttään, ne aktivoivat Johnstonin elimen, joka puolestaan välittää viestin muurahaisen aivoihin. Tuntosarvet toimivat siis kuin kompassineula.

Magnetismi ei ole edes ainoa konsti muurahaisten suunnistuspakissa. Jotkin lajit hyödyntävät taivaalla näkemiään valon polarisaatiokuvioita, joista voi päätellä ilmansuuntia. Toiset laskevat askeleensa ja ottavat palatessaan yhtä monta askelta.

Linnun pitää nähdä ja haistaa

Lintujen magneettiaistin uskotaan perustuvan kahteen eri tekijään: nokasta ja päästä löytyviin magnetiittihiukkasiin sekä silmissä sijaitseviin kryptokromiproteiineihin.

Eri puolilla lintujen päätä ja niskalihaksia on miljoonia magnetiittihiukkasia. Vaikka ne ovat toisistaan erillään, ne muodostavat linnun pään ympärille yhtenäisen magneettikentän. Linnun pää ja nokka toimivat näin elävänä kompassineulana.

Kryptokromit taas ovat silmän verkkokalvolla olevia proteiineja, joiden tiedetään aistivan magneettikenttiä. Jos vastaavan proteiinin toiminta estetään banaanikärpäsistä, ne lakkaavat reagoimasta magneettikentän muutoksiin.

Kryptokromien uskotaan säätävän verkkokalvon valoherkkyyttä. Tutkijat pitävät mahdollisena, että kryptokromien ansiosta linnut itse asiassa näkevät magneettikentän ja siinä tapahtuvat muutokset. Magneettikenttä häämöttäisi näkökentässä tummana läikkänä, jonka sijainti vaihtelisi, kun lintu liikuttaisi päätään.

Magnetismin osuus lintujen suunnistuksessa on kuitenkin edelleen epäselvä. Viime vuosina on julkaistu useita tutkimuksia, joissa on selvitetty hajuaistin merkitystä. Lintujen toinen sierain on tukittu, jolloin hajuaisti on väliaikaisesti heikentynyt, ja niitä on seurattu muuttomatkallaan. Tällöin linnut menettävät suuntavaistonsa, vaikka niiden magneettiaisti olisi koskematon. Tuhansien kilometrien muuttoreitin haistaminen voi kuulostaa uskomattomalta, ja sieraimen tukkiminen saattaakin vaikuttaa myös nokan kompassiin.

Kryptokromiproteiinien merkityksen puolesta puhuvat saksalaisen Goethe-yliopiston tutkimukset punarinnoilla. Lintujen silmiä käsiteltiin siten, että ne näkivät epäselvästi kuin tihrustaisivat huuruisen ikkunalasin lävitse. Vasemman silmän huuruisuus ei haitannut, mutta jollei oikea silmä nähnyt kunnolla, linnut menettivät suuntavaistonsa kokonaan. Pelkkä valon aistiminen ei siis riitä, vaan linnun on nähtävä ympäristönsä tarkasti – ainakin oikealla silmällä.

Bakteeri tähtää syvemmälle

Bakteerit kertyvät koko ajan näytelasin samaan reunaan, kummasteli yhdysvaltalainen mikrobiologi Richard P. Blakemore vuonna 1975 tarkastellessaan erästä näytettä mikroskoopillaan. Kun Blakemore toi lähelle magneetin, bakteerit alkoivat liikkua kohti magneetin pohjoisnapaa. Blakemore oli löytänyt magnetotaktiset bakteerit.

Bakteerin kyky reagoida magnetismiin perustuu sen sisältämiin magnetiitti- ja greigiittihiukkasiin. Ne ovat niin suuria, että bakteeri on täysin niiden armoilla. Jos lähellä on magneetti, se vetää puoleensa hiukkasia ja niiden mukana bakteerin itsensä. Magneettikentässä bakteerit järjestyvät suoriksi, peräkkäisiksi nauhoiksi kuin junanvaunut ja muodostavat näin elävän kompassineulan. Tai voi se olla kuollutkin, sillä liike magneettikentässä ei vaadi bakteerien omaa aktiivisuutta eikä edes elossaoloa.

Magnetotaktisia bakteereja elää merenpohjan mudassa, etenkin vyöhykkeillä, joilla hapen määrä alkaa voimakkaasti vähentyä. Suurin osa lajeista on anaerobisia, eli ne eivät siedä happea tai sietävät sitä vain vähän, joten ne pyrkivät siitä poispäin. Koska Maan magneettikentän voimaviivat osoittavat lähimmän magneettinavan suuntaan alaviistoon, niitä seuraamalla bakteerit pääsevät alaspäin kohti hapettomia alueita.

Näkemystä tukee se, että magnetotaktiset bakteerit käyttäytyvät eri tavoin pohjoisella ja eteläisellä pallonpuoliskolla. Pohjoisessa, missä magneettinen pohjoisnapa osoittaa alaspäin, bakteerit orientoituvat kohti pohjoista ja pääsevät alaspäin. Eteläisellä pallonpuoliskolla magneettinen pohjoisnapa osoittaa kuitenkin ylöspäin, ja bakteerit ovat ratkaisseet ongelman liikkumalla poispäin pohjoisesta.c

Jani Kaaro on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 6/2013

Ihmiselläkin on osat tallella

Kärpänen osasi suunnistaa ihmisen hiukkasilla.

Myös ihmiskunnan historia on täynnä esimerkkejä suunnistamisen ihmeistä. Australian aboriginaalit voivat kulkea satoja kilometrejä niin sanotuilla laululinjoilla, jotka he muistavat pelkästään laulun sanojen perusteella. Tyynenmeren kansat ovat taittaneet uskomattomia reittejä keskellä aavaa merta oppaanaan vain tähtitaivas ja mytologinen perimätieto. Muinaisia temppeleitä on rakennettu ilmansuunnat tarkoin huomioon ottaen.

Ihmisen kyky tietää sijaintinsa vaikuttaa joissakin ta­pauksissa lähes vaistomaiselta. 1970-luvulla brittiläinen tutkija Robin Baker ajelutti opiskelijoitaan kierrellen ja kaarrellen noin 20 kilometrin päähän yliopistosta ja pyöräytti heitä vielä sokkona muutaman kierroksen. Monet osasivat silti osoittaa hämmästyttävän tarkasti, missä päin yliopisto on.

Ajatus ihmisen magneettiaistista ei ole niin kaukaa haettu kuin voisi kuvitella. Ihmisellä on nimittäin täsmälleen samat työkalut kuin linnulla. Kalifornian teknisen yliopiston tutkijat osoittivat vuonna 1992, että ihmisen aivokudoksessa on samankaltaisia magnetiittihiukkasia kuin magnetotaktisilla bakteereilla. Grammassa aivokudosta näitä hiukkasia on keskimäärin viisi miljoonaa, tietyillä alueilla jopa sata miljoonaa. Ne ovat kasautuneet 50–100 hiukkasen ryhmiin.

Vuonna 2011 osoitettiin lisäksi, että ihmisen kryptokromit kykenevät aistimaan magneettikentän. Massachusettsin yliopiston tutkimuksessa niillä korvattiin banaanikärpästen vastaavat, eikä kärpästen magneettiaisti tästä vähentynyt lainkaan. Se, että ihmisellä on tarvittavia työkaluja, ei kuitenkaan tarkoita, että meillä olisi magneettiaisti. Magnetiittihiukkaset ja kryptokromien magneettisuus saattavat olla jäänteitä kehityshistoriastamme, ja niillä voi olla nykyisin muita tehtäviä.

Miltä sitten tuntuisi, jos voisi aistia sähkömagneettisia kenttiä? Muutamat kehonmuokkauksen harrastajat pystyvät kertomaan. He ovat asentaneet sormenpäihinsä ihon alle pieniä magneetteja. Niiden vuoksi sormenpäätä alkaa sähkölaitteiden läheisyydessä kihelmöidä. Siitä tuntee, missä johdossa  kulkee virta ja missä ei.

Eräs kehonmuokkaaja asensi magneetti-implantit ranteeseensa. Aina kun hän kulki kaupan varashälyttimien läpi, hänestä tuntui kuin käsi olisi joutunut voimakkaaseen imuriin.

peniemis
Seuraa 
Viestejä141
Liittynyt1.3.2013

Magneetti kääntää lehmänkin

Lainaus ketun kohdalta: "Kun kettu kuulee hiiren äänen, se seuraa sitä, kunnes tulee kohtaan, jossa äänen tulokulma on halutussa suhteessa magneettikentän voimaviivojen kulmaan. Tässä maagisessa pisteessä kettu tietää täsmälleen, missä kohdassa saalis on." Ei kuulosta uskottavalta. Paikannus on vain niin tarkka, kuin kuuloaistin paikannuskyky - riippumatta mgneettikentän suunnasta. Jos ylläoleva pitäisi paikkansa, se merkitsisi, että ketun kuuloaistin paikannuskyky riippuu ulkoisen...
Lue kommentti