Merten kameleontilla on vain yksi pieni hidaste: se ei itse näe värejä



Julkaistu Tiede-lehdessä 1/2009



Jos eläisit pehmeäruumiisena nilviäisenä meren terävähampaisten kalojen keskellä, tulisiko mieleesi, että suojakuoresta luopuminen on hyvä keksintö? Jostain syystä mustekaloista sikisi kuorettomia muotoja mesotsooisella kaudella eli dinosaurusten aikaan, juuri kun kamppailu merten herruudesta oli kovinta kalojen ja muun muassa kalaliskojen kanssa. Silloin kehittyivät nykyiset seepiat, kalmarit ja tursaat.

Kuorettomuus ei kuitenkaan ollut niin kamalaa kuin äkkiseltään kuulostaa, vaan siitä seurasi etuja. Mustekaloista tuli parempia uimareita, ja ne mahtuivat ahtaisiin onkaloihin suojautumaan ja myös itse saalistamaan.

Lisäksi alastomat mustekalat kehittyivät hampaallisten petojen luomassa evoluutiopaineessa naamioitumisen mestareiksi. Niiden kyky vaihtaa väriään on eläinkunnassa vertaansa vailla. Edes kameleontit eivät esitä yhtä kirjavaa repertoaaria eivätkä vaihda väriään yhtä nopeasti kuin ne.


Värien mestari on värisokea!

Koska piiloutumiskyky pitää mustekalat hengissä, on luontevaa, että niillä itsellään on hyvä näkö ja pitkälle kehittynyt hermosto.

Niiden aivot ovat selkärangattomien suurimmat: ruumiinkokoon verrattuna isommat kuin kalojen. Mustekalojen oppimiskyky onkin kokeissa todettu erinomaiseksi.

Oppimisen osuus naamioitumisessa on vielä selvityksessä, mutta tutkimusten perusteella mustekalat tarvitsevat värinvaihdossa ainakin näkökykyään.

Siksi onkin yllättävää, että lähes koko mustekalakunta on nykytietämyksen mukaan värisokeaa.


Vain yksi laji erottaa kirjon

Itse asiassa värinäkö on löydetty vain yhdeltä mustekalalta, tulikärpäskalmarilta (Watasenia scintillas), joka on syvänmeren laji. Aivan ihmismäisesti ei tämäkään laji näe.

Värinäöllä tarkoitetaan, että silmässä on erilaisia näköpigmenttejä, jotka reagoivat valon eri aallonpituusalueisiin niin, että ne näkyvät värien kirjona. Jos silmässä on vain yhdenlaista pigmenttiä, kaikki näkyy yhden värin sävyinä kuin mustavalkovalokuvassa. Tämä on useimpien mustekalojen tilanne. Ihmisen silmässä on kolmea erilaista pigmenttiä, ja se on sopeutunut savannivalaistukseen. Tulikärpäskalmarin silmä on sopeutunut meren syvyyksiin, ja sen kolme eri pigmenttiä aistivat vihreän ja sinisen valon muunnelmia.

Useimmat mustekalat näkevät kokeiden mukaan vain vihreän sävyjä ainokaisella pigmenttityypillään. Tämä ei haittaa sukeltaessa, sillä veden syvetessä värit häviävät yksi kerrallaan, ja lopulta jäljelle jää vain juuri vihreä. Jollakin tavalla samat otukset onnistuvat kuitenkin tuottamaan naamiosävyjä, jotka sulautuvat taustaan matalikonkin valaistuksessa ja huijaavat värejä näkeviä petokaloja ja tutkimussukeltajia.

Tutkijoilla riittää siis pähkäiltävää, kun he koettavat selittää, miten mustekalat selviytyvät mahdottoman tuntuisesta haasteestaan.


Värinvaihtajia kahta tyyppiä

Paljon tiedetään ainakin jo siitä, miten mustekalojen pinta tuottaa niin monia sävyjä. Niiden ihossa on kahdenlaisia väriä muuttavia rakenteita:

Kromatoforit esittelevät vaihtuvia väripigmenttejä. Kromatoforien ympärillä olevia lihaksia supistamalla mustekala pystyy peittämään ja paljastamaan pigmenttejä sen mukaan, mitkä sulautuvat parhaiten ympäristöön.

Reflektorisolut puolestaan heijastavat värejä, jotka eivät johdu pigmentistä vaan valoa heijastavasta tai taittavasta rakenteesta.

Reflektorisoluista leukoforit ovat valkoisia valkoisessa valossa mutta näyttävät sinisiltä sinisessä ja keltaisilta keltaisessa valossa. Tämä ympäristön suora heijastuminen selittää osan eläimen naamioitumiskyvystä.

Reflektorisolujen toisen tyypin, iridoforien, väri perustuu interferenssi-ilmiöön, samaan väripaljouteen joka on nähtävissä esimerkiksi vedenpinnalla kelluvassa öljyssä, saippuakuplassa, kalojen suomuissa tai trooppisten perhosten ja lintujen kirkkaankiiltävissä sävyissä.

Mustekalojen iridoforit ovat kuitenkin siitä ainutlaatuisia, että niissä on säätöominaisuus. Kalmareista on hiljattain löydetty reflektiiniproteiini, jonka avulla ne kykenevät avaamaan iridoforit näkyviin ja sulkemaan ne piiloon. Mistään muusta eläimestä ei tunneta vastaavaa.

Eräät mustekalat hämmentävät petoja liikuttelemalla värikuvioita ruumiinsa puolelta toiselle. Näin toimivat seepiat, jotka ovat mustekaloista kaikkein taitavimpia värinvaihtajia, ja tursaidenkin on havaittu käyttäytyvän vastaavasti.


Myös ihon tekstuuri muuttuu

Tärkeitä naamioinnissa ovat myös ihon rakenne eli tekstuuri ja ruumiin kuviointi.

Tekstuuri vaikuttaa valonheijastukseen, ja erityisesti tursaat kykenevät säätämään sitä ihon lihasnystyjen avulla. Näin tursaat matkivat taikurimaisesti esimerkiksi kiviä, koralleja ja kampeloita.

Mustekalojen kuvioitumiskykyä ovat tutkineet muun muassa yhdysvaltalainen Roger Hanlon ja brittiläinen John Messenger. He luokittelevat värivaihtoehdot kolmeen kategoriaan:

- yksiväriseen naamiosävyyn

- kirjavuuteen, kuten marmori- tai täpläkuviointiin

- kehon ääriviivojen hämärtymiseen eli "tilkkuisuuteen".


Mustekaloilla oma salakieli

Mustekalat osaavat piilottaa pedoilta itsensä lisäksi myös lajinsisäisen viestintänsä. Tämän ne tekevät lähettämällä polarisaatiosignaaleja. Mustekalojen omissa silmissä on "polarisaatioaurinkolasit", ja tästä on hyötyä viestinnän lisäksi saalistuksessa.

Monien meduusojen, äyriäisten ja kalojen naamioituminen perustuu läpinäkyvyyteen. Läpinäkyvä eliö kuitenkin paljastuu polarisaatioaistilla, koska otus polarisoi valoa: vain osa kulkeutuu sen läpi. Vastaavasti ihminenkin näkee vedenpinnan alta kalat paremmin polarisoivilla aurinkolaseilla kuin paljain silmin.

Lajinsisäisenä salakielenä polarisaatiosignaalit ovat nerokkaita. Mustekalat pystyvät naamioituneina lähettämään polarisaatiosignaaleja lajitovereilleen niin, etteivät muut eläimet huomaa mitään. Kirkkaat mutta polarisoituneet valosignaalit kulkeutuvat kaksikerroksisen ihon alakerroksesta yläkerroksen naamiopigmenttien läpi ja näkyvät vain lajitoverin polarisaatioaistilla.

Vastaava ilmiö tunnetaan esimerkiksi ultravioletilla viestiviltä miekkapyrstökaloilta, joita niiden ultraviolettisokeat saalistajakalat eivät näe.

Polarisaatiosignaaleilla mustekala lähettää sinetöityjä lemmentunnustuksia vastakkaiselle sukupuolelle ja torjuu tunkeilevia lajitovereita reviiriltään. Viesteillä, joita peto ei havaitse, voi myös itseään vaarantamatta varoittaa lajitovereita uhasta. Piiloutumistaito saattaa siis perustua myös naapurien vinkkeihin.


Pimeässä syttyy hämäysvalo

Ehkä ehdit jo ihmetellä, miksi kummassa juuri syvänmeren pimeydessä elävä tulikärpäskalmari on kehittänyt värinäön, vaikkei sitä ole pintavesien lajeillakaan.

Hyvä selitys on, että tulikärpäskalmari tuottaa omaa valoaan. Bioluminesenssi on meren uumenissa yleistä, ja siksi siellä ei ole yleistynyt toisenlaisen pimeyden asukeille eli luolaeliöille ominainen sokeus, vaan pikemminkin hyvänäköisyys.

Lisäksi tulikärpäskalmari nousee pintavesiin lisääntymään, ja sen massakutu on todellinen valospektaakkeli. Siinä värinäkö auttanee tunnistamaan lajitoverien lamput luonnonvalon seasta.

Valontuotosta on hyötyä myös naamioitumisessa ja hämäyksessä. Näistä löytyy esimerkkejä muista syvänmeren kalmarilajeista.

Heteroteuthis dispar suihkuttaa valaisevaa mustetta hämätäkseen vastustajiaan konfliktitilanteessa.

Esimerkiksi Histioteuthis dolfeini osaa puolestaan mukautua pinnalta tulevaan valoon niin, ettei se muodosta helposti havaittavaa siluettia petojen iloksi.

Valoympäristöön sekoittumista säätelevät silmän ulkopuoliset vesikkelit, jotka aistivat valon voimakkuutta kuin kameran valotusmittari. Tämä on todettu muun muas¬sa kokeissa, joissa kalmarin silmät peitettiin.

Valaisevilla kalmareilla silmän ulkopuolinen vesikkeli aistii valon eri aallonpituuksia värejä näkevän silmän kaltaisesti ja auttaa täsmällisen hämäysvalon tuottamisessa.

Tämähän kuulostaa lupaavalta. Voisiko silmän ulkopuolinen vesikkeli selittää muutkin naamioitumiskyvyt? Ikävä kyllä ei. Vesikkelit aistivat valoa ylipitkävalotteisen kameran hitaudella, eikä niistä olisi hyötyä mustekalan nopeissa värimuutoksissa.


Yrityksen ja erehdyksen kautta?

Tutkijat eivät ole nostaneet käsiään pystyyn mustekalamysteerin edessä, vaan kameleonttimaisuutta on yritetty selittää monella tavalla. Kyky nähdä ääriviivoja ja vihreän sävyjä ei millään riitä. Mitä siis sen lisäksi?

Tutkijat Saidell, Lettvin ja Mcnicholl esittivät jo vuonna 1983, että värien näkö perustuisi polarisaationäköön. Polarisaatio olisi teorian mukaan kuin väri, ja mustekalojen värimaailma muodostuisi polarisoituneesta ja polarisoitumattomasta valosta.

Teoria ei kuitenkaan ole saanut tukea tutkimuksista. Lisäksi kritiikkiä on herättänyt se, että tällainen värinäkö perustuisi vain kahteen valotyyppiin eikä kolmen aallonpituusalueen vertailuun silmässä, kuten useilla kaloilla ja nisäkkäillä, tai neljän alueen vertailuun, kuten eräillä kaloilla ja päiväpetolinnuilla.

Toinen teoria, jonka mukaan mustekalat aistisivat värejä suoraan ihollaan, ei sekään ole saanut tukea kokeista.

Nyt tutkimuskohteeksi on noussut uusi selitysmalli. Sen mukaan mustekalat keräävät tietoa naamiointinsa toimivuudesta ja parantavat sitä oppimalla. Käytännön piiloutumistilanteissa ne ikään kuin lyövät vetoa eri naamioitumistempuistaan ja räväyttävät sitten esiin parhaaksi arvioimansa muunnelman.

Aiemmat yhteenotot vihollisten kanssa ovat tässä uhkapelissä valttia, koska niistä eläin on saanut elintärkeää kokemusta petoksen menestysmahdollisuuksista. Myös lajitoverien salaiset neuvot voivat olla kalliita petojen pettämisessä.

Siltä varalta, että bluffi paljastuu, jäljellä on vielä yksi valttikortti. On aika suihkauttaa musteet tunkeilijan silmille ja vaihtaa maisemaa.


Nuutti Kangas on filosofian tohtori ja biologi, joka on työskennellyt tutkijana mustekalaekspertti Roger Hanlonin laboratoriossa Yhdysvalloissa.


Aiheesta lisää:

Roger Hanlon ja John Messenger: Cephalopod Behaviour (Cambridge University Press 1996)

Hanlonin nettisivut:
www.mbl.edu/mrc/hanlon/index.html


Mustekaloja kolmea tyyppiä


- Tursailla (engl. octopus) on tutin muotoinen ruumis ja kahdeksan samanmittaista lonkeroa. Tursaat liikkuvat yksin ja viettävät enimmän aikansa piilossa merenpohjan onkaloissa. Ne ryömivät lonkeroillaan tai uivat.

- Seepioilla (engl. cuttlefish) on pitkänomainen, hieman litteä ruumis ja kymmenen lonkeroa, joista kaksi on muita pidempää. Seepiat liikkuvat yksin ja viihtyvät pohjalla mutta ovat myös hyviä uimareita. Niillä on levymäinen sisäkuori, joka koostuu huokoisesta kalkista.

- Kalmareilla (engl. squid) on keihäänkärkimäisen kapea ja pitkä ruumis ja kymmenen lonkeroa, joista kaksi on muita pidempää. Kalmarit ovat vikkeliä uimareita ja liikkuvat usein avomerellä parvina. Tähän ryhmään kuuluvat suurimmat mustekalat, jättiläiskalmarit.

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.