Julkaistu Tiede-lehdessä 7/2009


Kuvittele itsesi aurinkoiselle, trooppiselle Bahamalle. Edessäsi siintää lampi, ymmyrkäinen kuin sentin kolikko, täynnä kirkkaana kimaltavaa, turkoosinsinistä vettä. Lampi ei ole mikä tahansa lampi, vaan suuren vedenalaisen luolan suuaukko. Jos sukellat sinne, pohja ei tule vastaan, vaan onkalo jatkuu alaspäin jopa satoja metrejä ja todennäköisesti haarautuu moniksi käytäviksi, joista jostakin pääsee mereen. Itse asiassa tällainen valtava labyrinttimainen luolaverkko halkoo koko Grand Bahaman saarta.

Näitä luolia kutsutaan ankialiinisiksi (anc¬hialine), millä viitataan siihen, että ne ovat puoliksi kuivalla maalla ja puoliksi meressä. Ne ovat niin syviä, että niihin pulppuaa makeaa pohjavettä, mutta niistä avautuu myös reitti mereen, mistä tulvii sisään suolaista merivettä. Tästä seuraa omalaatuinen olojen sekoitus.

Vedenalaiset luolat ovat vaarallisia ympäristöjä jopa kokeneille sukeltajille, minkä vuoksi ne ovat ehkä maapallon vähiten tunnettuja elinympäristöjä. Kun näihin luoliin on viime vuosina päästy kurkistamaan, niistä on löytynyt satoja tieteelle uusia lajeja, joista osa on elänyt ikuisessa pimeydessä mahdollisesti miljoonia vuosia.


Jääkaudelta ja dinosaurusajalta

Vedenalaisia luolia on sadoittain ympäri maapalloa, ja ne voivat muodostua eri tavoin. Useimmat ovat syntyneet, kun sadevesi on tunkeutunut syvälle huokoiseen kalkkikiveen ja alkanut syövyttää sen sisälle onkaloa. Kun merenpinta jääkaudella laski, onkalot kuivuivat ja rapautuivat lisää. Luolien vuoroin kuivuessa ja täyttyessä jotkin luolastot ovat syventyneet alaspäin, toiset haarautuneet käytäväverkoiksi.

Bahaman Crystal Cavessa on nähtävissä ehkä hienoin osoitus tästä jääkautisesta näytelmästä. Luolassa on tippukiviä, koristeellisia kuin ne olisi repäisty goottilaisesta rukouskirjasta ja suuria kuin pienet keskiaikaiset linnat. Tippukivet muodostuvat ilman täyttämään luolaan, kun sadevesi tihkuu kalkkikiven läpi, joten ne ovat syntyneet jääkaudella luolan ollessa kuivillaan.

Maailman laajin tunnettu vedenalainen luolasto on Meksikossa, Jukatanin niemimaalla. Se muodostui 65 miljoonaa vuotta sitten syntyneen meteoriittikraatterin reuna-alueelle. (Sama meteoriitti tappoi dinosaurukset.) Luolasto on yli 170 kilometriä pitkä, ja siihen kuuluu yli 130 suuaukkoa. Nämä suuaukot ovat pääosin samanlaisia pyöreitä lampia kuin Bahamalla, ja ne tunnetaan nimellä cenotes. Pyöreät aukot ovat syntyneet, kun maanalaisen luolaston katto on sortunut, pudonnut alas ja aikaa myöten liuennut pois.


Vedessä näkymätön raja

Vedenalaiset luolat kuulostavat eksoottisilta ja ovat monesti palatsimaisen kauniita, mutta elinympäristöinä ne ovat perin karuja.

Luolissa vallitsee täydellinen pimeys, joten niissä ei kasva mitään kasveja. Vesi on hyytävän kylmää, ja sama vesi saattaa seistä siellä kuukausien ajan. Happea on hyvin vähän, paikoin ei lainkaan. Jos luolan pohjalle sataa suuaukosta lehtiä ja muuta kariketta, niiden hajottaminen kuluttaa usein kaiken hapen. Ravinto on äärimmäisen niukkaa.

Ankialiinisten luolien erikoispiirre on suolaisen ja makean veden kohtaaminen. Tällöin suolainen, raskas merivesi painuu pohjalle ja kevyempi makea vesi kerrostuu sen päälle. Suolaisuuden vaihtumisraja, halokliini, muodostaa äkkijyrkän elinympäristöjen rajan, jota useimmat eläimet eivät kykene ylittämään. Makean veden lajit elävät omassa kerroksessaan ja merieläimet omassaan. Itse asiassa vain yksi eläinryhmä, Typhlatia-suvun pienet katkat, pystyy elämään rajan molemmin puolin. Näitä outoja otuksia ei ole tavattu muualta kuin vedenalaisista luolista.

Hankaluuksista huolimatta ankialiinisissa luolissa on melko paljon elämää. Tutkijat ovat kuvanneet niistä viime vuosina yhden kokonaan uuden eläinluokan, kolme uutta lahkoa, yhdeksän uutta heimoa, yli 75 sukua ja yli 300 lajia. Vastaavaa uutuuksien kavalkadia tuskin koottaisiin nykyisin mistään muualta, paitsi ehkä valtamerten syvänteistä.


Ikipimeydessä omimmat lajit

Vedenalaisten luolien liepeillä elää varsin kirjava joukko erilaisia eläimiä, jotka hakevat sieltä suojaa ja ravintoa. Kun matka jatkuu pimeyteen ja happi ja ravinto niukkenevat, lajien määrä alkaa huveta nopeasti. Täällä ikuisessa pimeydessä asustavat varsinaiset luolalajit eli eläimet, joita ei ole koskaan tavattu luolien ulkopuolelta.

Hyvä esimerkki on tieteelle uusi eläinluokka Remipedia. Ensimmäinen luokan edustaja löydettiin vuonna 1981 Bahaman luolista, ja sittemmin sen sukulaisia on löydetty ympäri maapalloa seitsemäntoista lajia. Ne ovat pigmentittömiä ja silmättömiä otuksia, joilla on pitkä, tuhatjalkaista muistuttava ruumis. Ne uivat hyvin hitaasti, ilmeisesti säästääkseen energiaa, ja ovat petoja.

Suurin osa varsinaisista luolaeläimistä on äyriäisiä, mutta joukossa on myös nivelmatoja, joitakin kaloja ja piikkinahkaisia. Monet lajit tunnetaan vain yhdestä tai kahdesta lähekkäisestä luolasta koko maailmassa. Joissakin luolissa, etenkin Bermudalla, peräti 40 prosenttia lajeista voi olla sellaisia, joita ei tavata mistään muualta.
Luolat ovat siis todellisia kotoperäisten lajien runsaudensarvia.


Luolaeläimet levisivät yllättävästi

Miten luolaeläimistä on alun perin tullut luolaeläimiä, on suuri mysteeri. Luonnollisin ajatus on, että jotkin yksilöt uivat liian pitkälle sokkeloon, jäivät vangeiksi ja erilaistuivat omaan suuntaansa. Tämä selitys ei kuitenkaan sovi kaikkiin eläimiin.

Ensinnäkin jotkin lajit tunnetaan vain kahdesta tai kolmesta luolasta, jotka sattuvat sijaitsemaan eri puolilla maapalloa. Hyvä esimerkki on Stygiomysis-suvun halkoisjalkainen, joka on löydetty Bahamalta, Karibialta ja Etelä-Italiasta. Miten pieni, hitaasti uiva äyriäinen ilmaantui kolmeen luolaan, jotka ovat näin kaukana toisistaan - etenkin, kun se ei voi elää luolien ulkopuolella?

Toiseksi suuri osa luolaeläimistä on läheistä sukua syvänmeren eläimille eli saattaisi olla peräisin valtamerten syvänteistä. Eräs tällainen laji on Munidopsis polymorpha -rapu, joka löydettiin melko hiljattain syntyneestä tuliperäisestä luolasta Kanariansaarilta. Meren kerrosten lämpötilaerojen vuoksi syvänmerenlajien on kuitenkin fysiologisesti mahdotonta nousta pois syvänteistä. Miten eläimet siis päätyivät luoliin?


Keskiselänteet täynnä luolia?

Jotkut tutkijat ovat taipuvaisia ajattelemaan, että vedenalaisissa luolissa näkyy vain pieni siivu elämästä, joka todellisuudessa sinnittelee maan uumenissa. Syvällä maan alla on laajoja pohjavesikerrostumia. Ehkä niissä on elämää. Ehkä nuo eläimet kykenevät nousemaan ylöspäin veden täyttämiä halkeamia, railoja ja rakoja pitkin ja putkahtelevat siellä täällä vedenalaisiin luoliin. Kenties syvänteiden eläimet löytävät nämä samat railot ja nousevat oikotietä ylöspäin.

Tämä selittäisi monien lajien oudon esiintymisen maailmankartalla. Jos ne olivat olemassa jo miljoonia vuosia sitten tässä maanalaisessa ympäristössään, ne ovat voineet joutua maapallon eri puolille maankuoren laattojen liikkeiden mukana.

Mielenkiintoinen teoria on myös se, että merten keskiselänteet toimisivat luolaeläinten leviämiskeskuksina. Keskiselännejärjestelmä on koko maapalloa kiertävä merenalainen vuoristo, jossa täytyy olla tuliperäisiä vuoria. Ehkä luolaeläimet ovat peräisin tuolta harjanteelta? Tätä teoriaa tukee se, että ylivoimaisesti eniten luolaeläimiä on kuvattu Bermudalta, joka aikoinaan muodostui keskelle selännettä.

Vedenalaisten luolien eläimet saattavat siis olla vasta esimakua siitä, mitä löydämme jonakin päivänä vielä syvemmältä.


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


Miten hukata silmänsä ja löytää ne uudestaan


Jos kala ui luolaan ja menettää aikaa myöten näkönsä, tapahtuuko se samoin kuin toisella kalalla, joka sokeutui toisessa luolassa?


Maailman luolista on tavattu lähes sata erilaista luolakalalajia. Viime vuosina niitä on tutkittu innokkaasti, sillä ne avaavat käytännöllisen näkökulman evoluutioon. Miten eläin menettää ominaisuutensa on aivan yhtä oleellinen kysymys kuin miten se ne saa.

Luolakalojen evoluutiota on mukava tutkia, koska teorioita pääsee testaamaan käytännössä. Nämä kalat polveutuivat maanpäällisistä populaatioista melko äskettäin, ehkä vain miljoona vuotta sitten, ja siksi tutkijat saavat paljon tietoa vertaamalla ja risteyttämällä eri populaatioita.


Turhake karsiutui säästön takia

New Yorkin yliopistossa on tutkittu professori Richard Borowskyn johdolla jo vuosien ajan kahta luolakalalajia. Toinen on thaimaalainen Cryptothora thamicola ja toinen meksikolainen Astyanax mexicanus. Thaimaan kala elää luolissa, joiden ilmatilassa on niin paljon hiilidioksidia, etteivät ihmiset pärjää siellä pitkään ilman happilaitteita.
Nämä kalat poikkeavat monin tavoin maanpäällisistä sukulaisistaan, joista ne polveutuvat. Niillä ei ole pigmenttiä. Niiden aineenvaihdunta on sopeutunut ravinnon niukkuuteen. Niille ei kehity silmiä, mutta muut aistit ovat keskimäärin terävämmät kuin maanpäällisillä serkuilla. Niiden uintievät ovat suuremmat.

Piirteet selittyvät luonnonvalinnalla. Jos on aina pimeää, pigmentin ja silmien muodostaminen kuluttaa turhaan energiaa, ja siksi ominaisuudet ajan myötä karsiutuvat. Kun silmät puuttuvat, näköaisti korvautuu muilla aisteilla. Jos ravinto on niukkaa, aineenvaihdunta sopeutuu siihen. Isot evät tehostavat uimista: luolakala pääsee yhdellä evänlyönnillä kaksi kertaa niin pitkän matkan kuin maanpäällinen sukulaisensa ja säästää näinkin energiaa.
Luolakaloissa on silmiinpistävintä sopeutumien samankaltaisuus. Vaikka kalat eläisivät eri puolilla maapalloa, lopputulos on sama eli pigmentitön, sokea ja silmätön. Siksi tutkijoita kiinnostaa tietää, tapahtuvatko muutokset aina samoin vai voivatko kalat menettää ominaisuuksiaan useammalla kuin yhdellä tavalla.


Kalat saivat silmänsä takaisin

Borowskyn tutkimusryhmä on perehtynyt kolmeen meksikolaiseen luolakalapopulaatioon, jotka olivat eriytyneet kantalajeistaan itsenäisesti eivätkä olleet kosketuksissa toisiinsa.

Eri populaatioiden perimän vertailu osoitti, että kaikissa tapauksissa pigmentittömyys johtui palan irtoamisesta jostain kohtaa oca2-geeniä; vastaavan geenivirheen tiedetään tekevän albiinoja ihmisistäkin.

Silmien ja näköaistin katoaminen sen sijaan johtui eri kalapopulaatioilla monista eri geenivirheistä. Sokeutumistapoja oli siis ollut useita.

Borowsky keksi, että jos kaksi sokeaa luolakalapopulaatiota risteytetään, jälkeläiset voivat saada ainakin jonkinlaisen näkökyvyn, koska toisen populaation toimiva geeni korvaa toisen populaation puutoksen. Hän kokeili, ja idea toimi. Mitä kauempana populaatiot sijaitsivat toisistaan, sitä todennäköisemmin niiden sokeus johtui eri geeneistä ja sitä suurempi osuus poikasista sai näkönsä takaisin.

Borowskyn tutkimus herätti valtavasti mediahuomiota: satojatuhansia vuosia sokeina olleet kalat saivat poikasia, jotka näkivät.

Evoluutio voi siis sekä riisua saman ominaisuuden usealla tavalla että jättää auki takaportteja, joiden kautta ominaisuus voi tulla takaisin.



 

Suomalaistutkija havaitsi, että maaseudun monimuotoinen luonto saattaa suojata koiria allergialta. Se antaa tukea biodiversiteettihypoteesille.

Kaupunkilaiskoirilla on enemmän allergioita kuin maaseudulla asuvilla. Vähiten allergioita on koirilla, jotka elävät maalla maalaismaiseen tapaan monilapsisessa, muitakin eläimiä omistavassa perheessä ja saavat ulkoilla vapaasti kotipihalla.

Tällaisia asioita koirista Jenni Lehtimäki sai selville väitöstutkimuksessaan, josta Helsingin Sanomat kertoo jutussaan.

Ihmisistä tosin ei samanlaista yhteyttä löytynyt allergioiden ja asuinpaikan väliltä.

Lehtimäki testasi biodiversiteettihypoteesia. Sen mukaan immuunijärjestelmämme häiriintyy ja allergian tapaiset tulehdusperäiset sairaudet lisääntyvät, kun ympäristön monimuotoisuus hupenee ja me altistumme entistä vähemmille luonnon mikrobeille.

Väitöskirja koostui neljästä tutkimuksesta, joista kaksi käsitteli lapsia ja kaksi lemmikkikoiria.

Kummassakaan lapsitutkimuksessa ei löytynyt merkittävää yhteyttä allergioiden ja ihon mikrobien tai luonnon monimuotoisuuden välillä.

Toisin oli lemmikkien laita. Koiranomistajille suunnatun kyslytutkimusken mukaan sairaimpia olivat kaupunkilaiskoirat, joista noin 17 prosentilla oli allergiaa. Maalla osuus oli viitisen prosenttia.

”Kysely osoittaa ensimmäistä kertaa urbaanin ympäristön ja muun nisäkkään kuin ihmisen allergian välisen yhteyden”, Lehtimäki kertoo.

Vielä selvemmän näytön tarjoaa neljäs tutkimus, johon osallistui yhteensä 170 labradorinnoutajaa ja suomenlapinkoiraa.

Se paljasti, että eniten allergioista kärsivät kaupungissa esimerkiksi kerrostalossa asuvat koirat, joilla on ”urbaani elämäntyyli”. Niiden hoidosta vastaa yksi ihminen, joka harrastaa monenlaista ja lenkkeilee paljon koiran kanssa.

Harvinaisimpia allergiat ovat maalaiseen tapaan maalla elävillä koirilla. Niiden iholla on viljalti ympäristöstä peräisin olevia bakteereja.

Lehtimäki ihmettelee, miksi ympäristön ja allergian yhteys tuli ilmi koirilla muttei lapsilla.

”Allergia on monimutkainen sairaus ja ihmiselämä on monimutkaista, mikä saattaa piilottaa ympäristön vaikutuksen”, hän miettii.

Täysin piiloon ihminen ei kuitenkaan jäänyt. Kyselytutkimuksessa paljastui, että jos allergia vaivaa koiraa, omistajakin on todennäköisesti allergikko. Tämä johtuu epäilemättä jostain yhteisestä tekijästä koiran ja omistajan elämäntavoissa tai ympäristössä.

”Maaseutumaisessa ympäristössä koiran ja ihmisen elimistö altistuu mikrobeille, jotka jollakin tavalla tukevat immuunijärjestelmän toimintaa”, Lehtimäki toteaa.

Kysely

Uskotko biodiversiteettihypoteesiin?

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.