Muurahainen selviytyy laskutoimituksesta, johon ihminen tarvitsisi astelevyn, kellon ja muistiinpanovälineet.


kellon ja muistiinpanovälineet.




Tehokkaaseen toimintaan ei aina tarvita suuria aivoja. Hyönteiset ja muut selkärangattomat eläimet pystyvät pienessä päässään vaikuttaviin suorituksiin. Tässä vilkaisemme muutaman esimerkin valossa, miten selkärangattomilta sujuu geometria.

Hyönteisten taidot havainnollistavat aivojen kykyä käsitellä moniosaisia tehtäviä muutenkin kuin tietoisin voimin. Ihmisaivoissakin tämä alitajuinen prosessi on keskeisempi kuin usein muistetaan.




Yhtälö, jonka muurahainen osaa ratkaista


             α1 t1  +  α2 t2 + ... + αn tn
α =   _______________________
                     t1 + t2 + ... + tn


α:t tarkoittavat muurahaisen kulkusuunnan vaakasuuntaista kulmaa auringon suuntaan verrattuna ja t:t kuhunkin kävelyetappiin kulunutta aikaa. Alaindeksi 1 tarkoittaa ensimmäistä kuljettua etappia, 2 toista ja niin edelleen.
Esimerkiksi kolmesta etapista koostuneelta matkalta löytää takaisin näin: (30 astetta x 20 min + 40 astetta x 60 min + 20 astetta x 10 min) / 90 min ≈ 36 astetta. Tällöin suunta takaisin pesään on 360 astetta - 36 astetta = 324 astetta.


Muurahainen osaa laskea paluusuunnan

Muurahaisen päivittäinen ruoanhakumatka ympäröiviin metsiin on melkoinen odysseia eläimen kokoon verrattuna. Ruokapalan löydettyään muurahainen kantaa sen suorinta tietä kotiin eikä palaa omia, mutkittelevia jälkiään. Mutta mistä se tietää suorimman reitin?

Muurahaiset käyttävät kompassinaan aurinkoa. Tämä ei tarkoita, että pilvisinä päivinä maastossa marssisi eksyneitä muurahaisia, koska monien muiden hyönteisten tavoin ne erottavat valonsäteiden tulosuunnan pilviselläkin säällä. Sen sijaan suunnistamiseen liittyy toinen haaste: pitkin päivää maastossa siksakanneen muurahaisen on pidettävä lukua siitä, miten pitkälle se on kulkenut mihinkin suuntaan.

Tätä taitoa ovat tutkineet Cataglyphis fortis -lajin aavikkomuurahaisista sveitsiläisen Zürichin yliopiston Martin Müller ja Rüdiger Wehner.

Pesään palaavien muurahaisten reitinvalinta noudattaa tiettyä laskentakaavaa. Siinä otetaan huomioon jokaisen kuljetun etapin vaakasuuntainen kulma aurinkoon nähden ja kunkin etapin kävelemiseen kulunut aika.

Jälkimmäisen muurahainen rekisteröi sisäisen kellonsa avulla. Kun nämä jaetaan kuljetulla kokonaisajalla, saadaan kulma, johon muurahainen on päätynyt lähtöhetken auringon asemaan verrattuna. Päinvastaiseen suuntaan lähtemällä pääsee siis takaisin pesään.

Auringon avulla suunnistamiseen liittyy vielä yksi haaste: miten käyttäisit kompassia, jonka osoittama suunta muuttuu koko ajan? Aurinkohan vaeltaa taivaalla 15 astetta tunnissa. Tässäkin tulee avuksi sisäinen kello, jonka turvin murkku korjaa kompassiaan niin, että marssi kotiin voi alkaa.


Mehiläinen mittaa lentomatkan näköaistilla

Mehiläinen tarvitsee monimutkaisemman matkamittarin kuin muurahainen, koska se lentävänä hyönteisenä liikkuu kolmiulotteisessa tilassa. Muurahaiselle riittää, että se saa pidettyä lukua sijainnistaan tasossa.

Mehiläisten matkamittarin tarkka toimintamekanismi on vielä hämärän peitossa, vaikka lentoa on tarkkailtu esimerkiksi kolmiulotteisissa labyrinteissa ruokahoukuttimien avulla. Asiaa ovat tutkineet muun muassa Marie Dacke ja Mandyam Srinivasan Australian kansallisesta yliopistosta.

Sen verran jo tiedetään, että mehiläinen mittaa lentämänsä matkat näköaistin avulla. Maastonmuotojen ja maamerkkien kuvat mehiläisen silmissä muuttuvat sitä mukaa kuin se lentää, ja aivoihin tallentuva muuttuvien kuvien virta muuntuu tiedoksi kuljetun matkan pituudesta.

Mehiläinen tuskin mieltää mittaamaansa matkaa tietoisesti kuten me, mutta ajatus tästä pikku suunnistajasta voi silti tuntua hämmentävältä. Mehiläisen aivojen tilavuus on noin yksi kuutiomillimetri, joten mistä se oikein ammentaa nämä kykynsä?




Mustekala oivaltaa kierrekorkin


Selkärangattomista hoksottimiltaan aatelia ovat mustekalat. Koeoloissa ne ovat pärjänneet hyvin labyrinteissa, oppineet tunnistamaan kuvioita ja tehneet tutkijoihin vaikutuksen sekä lyhyt- että pitkäkestoisella muistillaan.

Maailman meriakvaarioissa on monia mustekaloja, jotka yleisön ihastukseksi avaavat ruokapurkkiensa kierrekannet omakätisesti, tai pikemminkin omalonkeroisesti. Taidon hallitsevat mustekalat ovat yleensä oivaltaneet sen itse, ilman opetusta. Yksi tällainen yksilö, lajiltaan meritursas, majailee myös Helsingin Sea Life -yleisöakvaariossa.
Tehtävässä onnistuminen edellyttää, että mustekala hahmottaa hyytelöisessä päässään, mihin suuntaan kantta on väännettävä yksillä lonkeroilla samaan aikaan, kun toiset lonkerot pitelevät purkkia aloillaan.

Mustekaloilla on silti kolmiulotteisen tilan tajussaan yllättävä heikkous. Vaikka ne hoksaavat sujuvasti kierteiden suunnat ja labyrintin haarat, niille ei aina ole ihan selvää, missä asennossa niiden omat lonkerot kulloinkin ovat. Tämä johtuu mustekalan hermoston omalaatuisesta rakenteesta. Mustekalalla on kyllä aivot, muodoltaan lähinnä donitsia muistuttavat, mutta kaksi kolmasosaa sen hermostosta sijaitsee lonkeroissa ja toimii melko itsenäisesti. Ruokapurkkia avaava mustekala ei siksi pysty mieltämään koko purkin muotoa samanaikaisesti. Eläin kuitenkin hahmottaa purkin pinnan eri osien tunnun lonkeroissaan, ja nämä tiedon muruset riittävät.




Hämähäkki valitsee lankaa säästävän seittimuodon

Ristihämähäkki on Suomessakin yleinen hämähäkkilaji. Se pyydystää ruokansa säännöllisen muotoisilla verkoilla, joita voi nähdä kimmeltämässä kesän aamukasteessa. Kunkin pyydyksen muoto on sopeutettu ympäristön vaatimuksiin - ja myös säästäväisyyden.

Tanskalaisen Århusin yliopiston tietojenkäsittelytieteen laitoksen tutkijat Thiemo Krink ja Fritz Vollrath ovat mallintaneet ristihämähäkin verkonkudontaa matemaattisesti ja havainneet, että hämikset sommittelevat seittinsä varsin optimaalisesti.

Ihanteellista olisi tehdä verkosta yhtä pitkä kuin leveä, koska näin saa eniten pyydystävää pinta-alaa suhteessa käytetyn seitin määrään. Jos kudontapaikka kuitenkin on ahdas, verkosta voi tehdä suorakulmion. Eläin käyttää kudontamallina ratasmaista, klassista hämähäkinverkkoa siihen asti, kun suorakulmion sivujen suhde uhkaa kasvaa yli 3:1:n. Silloin ristihämähäkki vaihtaa kudontamallia vähentääkseen seitin menekkiä.

Päätös verkon mallista syntyy jo työn alussa, jolloin hämähäkki kutoo kannatus- ja reunalangat. Niitä pitkin kipittäessään se hahmottanee jonkinlaisella alitajuisella askelmittarilla etäisyydet ja sopeuttaa seuraavat työvaiheet niihin.


Banaanikärpänen muistaa kuvioita kolmella tavalla

Banaanikärpäsiä on syynätty maailman laboratorioissa enemmän kuin mitään muita hyönteisiä, ja niinpä niiden kuviontunnistuskyvystäkin tiedetään jo yhtä ja toista.

Saksassa Freie Universität Berlinin tutkijat Björn Brembs ja Jan Wiener ovat löytäneet banaanikärpäsiltä kolmenlaista kuviomuistia. Jotkin muodot kärpänen oppii tunnistamaan missä tahansa tilanteessa, toiset vain tutuissa yhteyksissä. Kolmas mahdollisuus on, että kärpänen tunnistamisen lisäksi ehdollistuu kuvioon eli reagoi sen näkemiseen aina samalla toiminnalla, esimerkiksi pakenemalla.

Ennestään on tiedetty, että mitä erilaisimmat eläimet mehiläisistä ihmiseen tunnistavat kuvion sitä helpommin, mitä useammin ne ovat nähneet sen aikaisemmin. Viime vuonna Shanghain tiedeakatemian alaisessa neurobiologian instituutissa toimiva Yueqing Pengin johtama tutkijaryhmä havaitsi, että sama pätee väreihin. Banaanikärpänen löytää värien sekamelskasta tietyn väriläikän, joka se on opetettu osoittamaan, mutta läikkä löytyy paljon nopeammin, jos kärpänen on saanut treenata eli katsella monta kertaa pelkästään tätä väriä.

Hyönteisten mielenliikkeistä tiedetään kuitenkin vasta vähän. Miten banaanikärpänen siis mahtaa itse kokea kognitiiviset suorituksensa - onko se vain lentävä automaatti, vai tuottavatko sen hermosolmut sille hyönteisten versioita tuntemuksista? Näiden kysymysten äärellä tiede on vielä vailla vastauksia.


Helena Telkänranta on vapaa tiedetoimittaja ja tietokirjailija sekä Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Kätevä sana on valunut moneen käyttöön.

Makea vesi kuuluu elämän perusedellytyksiin. Siksi tuntuu itsestään selvältä, että vesi-sana kuuluu suomen kielen vanhimpiin sanastokerroksiin.

Se ei kuitenkaan ole alun perin oma sana, vaan hyvin vanha laina indoeurooppalaisista kielistä, samaa juurta kuin saksan Wasser ja englannin water.

Suomensukuisissa kielissä on toinenkin vettä merkitsevä sana, jota edustaa esimerkiksi saamen čáhci, mutta sen vastine ei syystä tai toisesta ole säilynyt suomessa. Ehkäpä indoeurooppalainen tuontivesi on tuntunut muodikkaammalta ja käyttökelpoisemmalta.

Tarkemmin ajatellen vesi-sana on monimerkityksinen. Luonnon tavallisimman nesteen lisäksi se voi tarkoittaa muunkinlaisia nesteitä, kuten yhdyssanoissa hajuvesi, hiusvesi tai menovesi.

Vesiä voi erotella käsittelyn tai käyttötarkoituksen mukaan, vaikka Suomen oloissa juomavesi, kasteluvesi ja sammutusvesi ovatkin usein samaa tavaraa. Sade- ja sulamisvesistä tulee varsinkin asutuskeskuksissa viemäröitävää hulevettä. Murteissa hulevesi tarkoittaa tulvaa tai muuta väljää vettä, esimerkiksi sellaista, jota nousee sopivilla säillä jään päälle.

Luonnon osana vesi voi viitata erilaisiin vedenkokoumiin, etenkin järviin. Suomen peruskartasta löytyy satoja vesi-loppuisia paikannimiä, joista useimmat ovat vesistönnimiä, kuten Haukivesi, Hiidenvesi tai Puulavesi.

Useat vesien rannalla olevat asutuskeskukset ovat saaneet nimensä vesistön mukaan. Vesi-sana ei enää suoranaisesti viittaa veteen, kun puhutaan vaikkapa Petäjäveden kirkosta tai Ruoveden pappilasta.

Vesi-sanasta on aikojen kuluessa muodostettu valtava määrä johdoksia ja yhdyssanoja. Näistä suuri osa on vanhoja kansanomaisia murresanoja, kuten vetelä, vetinen, vetistää ja vettyä.

Vesikosta on muistona enää nimi, sillä tämä vesien äärellä ja vedessä viihtyvä näätäeläin on hävinnyt Suomesta 1900-luvun kuluessa. Myyttisiä veden asukkaita ovat olleet vetehinen ja vesu eli vesikyy, jotka mainitaan myös Kalevalassa.

Antiikista 1700-luvun loppupuolelle asti uskottiin veden olevan yksi maailman alkuaineista. Sitten selvisi, että se onkin vedyn ja hapen yhdiste. Oppitekoinen uudissana vety tuli suomen kielessä tarpeelliseksi kuitenkin vasta 1800-luvun puolimaissa, kun luonnontieteistä alettiin puhua ja kirjoittaa suomeksi.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehden numerossa 11/2018

Alzheimerin tautiin tarkoitettu lääke auttoi unien hallintaa.

Jos haluat hallita uniasi, se voi onnistua muistisairauden hoitoon tarkoitetulla lääkkeellä. Lääke virittää ihmisen näkemään niin sanottuja selkounia, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Selkounessa ihminen tiedostaa näkevänsä unta ja pystyy jopa vaikuttamaan siihen.

Joka toinen ihminen on mielestään nähnyt selkounen ainakin kerran elämässään. Joka neljäs näkee niitä kuukausittain, arvioi parin vuoden takainen tutkimuskatsaus.

Alzheimerlääke auttoi tuoreessa yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa koehenkilöitä selkouniin. Koehenkilöistä nuori nainen onnistui unessa rullaluistelemaan tavaratalossa, kun oli ensin suunnitellut sitä valveilla.

”Luistelimme ystäväni kanssa pitkin käytäviä. Oli niin hauskaa, että upposin täysillä uneen mukaan”, 25-vuotias nainen kuvailee.

Unet olivat koehenkilöiden mukaan lääkkeen vaikutuksesta todentuntuisempia kuin ilman lääkettä. Yhdysvaltalainen tutkimus julkaistiin Plos One -lehdessä.

Kokeessa tutkijat harjoittivat yli 120 eri ikäistä koehenkilöä näkemään selkounia. Ryhmään oli valkoitunut ihmisiä, jotka muistavat unensa hyvin ja ovat kiinnostuneita selkounista.

He opettelivat tekniikoita, joiden pitäisi helpottaa selkouneen pääsyä. Pitkin päivää ja ennen nukkumaan menoa voi esimerkiksi toistella itselleen, että kun näen unta, muistan näkeväni unta.

Unia voi visualisoida eli harjoitella mielessään etukäteen. Selkouneen päästyään voi tehdä todellisuustestejä, kuten onnistuuko seinän läpi käveleminen tai leijuminen.

Lääkekokeessa, jota johti selkounien uranuurtaja Stephen LaBerge, koehenkilöt saivat galantamiinia. Sitä käytetään lievän tai kohtalaisen vaikean Alzheimerin taudin hoitoon.

Lääke terästää asetyylikoliinin määrää aivoissa. Asetyylikoliini huolehtii viestien välityksestä aivosolujen välillä, virkistää muistia ja kiihdyttää rem-unta. Juuri remvaiheessa ihminen näkee yleisimmin unia.

Suurimman annoksen galantamiinia saaneista 42 prosenttia pystyi kuvauksensa mukaan selkouniin. Osuus oli huomattavasti suurempi osa kuin muissa koeryhmissä.

Koehenkilöiden unta ei mitattu unilaboratorioiden laitteilla, joilla tallennetaan silmien liikkeitä ja elintoimintoja. Tulokset perustuivat koehenkilöiden kertomaan.

LaBerge seurasi kuitenkin toisessa tuoreessa tutkimuksessaan silmien liikkeitä unennäön aikana. Silmien liikkeet kiihtyvät rem-unen aikana.

Kun koehenkilöt siirtyivät selkouneen, he liikuttivat silmiään ennalta sovitusti vasemmalta oikealle. Sitten heidän piti seurata unensa kohteita, joita he olivat ennalta visualisoineet.

Silmät liikkuivat sulavasti, samoin kuin ihmisen seuratessa katseella todellista kohdetta. Kuviteltua kohdetta seuratessa silmät liikkuvat nykäyksittäin.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -lehdessä.

Kysely

Oletko nähnyt selkounta?

mdmx
Seuraa 
Viestejä5208
Liittynyt23.11.2009

Viikon gallup: Oletko nähnyt selkounta?

Käyttäjä4499 kirjoitti: Mikä on mt häiriö? Kuten sanoin, minusta lääkkeen käyttö tuohon tarkoitukseen on arveluttavaa. Siinä mennään ehkä peruuttamattomasti alueelle, jonne ei pitäisi mielestäni olla mitään asiaa suoranaisesti. Ehkä en nyt vain ymmärrä tarvetta nähdä hallittua "unta" - miksi ei vain kuvitella? Jos "hourailet" saman, tunnet sen varmaan voimakkaammin. Mutta toisaalta et ole siitä niin tietoinen kuin hereillä ollessa, vai mitä? Niin siis, siinä nimenomaan on täysin tietoinen että...
Lue kommentti