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.

Jos rehkiminen ei huvita, syy voi olla geeneissä.

Monia liikunta palkitsee hyvän olon tunteella, mutta kaikille palkintoa ei tule, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan. Olo saattaa olla hikilenkin jälkeen enemmän runneltu kuin rento.

”Osa suomalaisten liikkumattomuudesta saattaa selittyä negatiivisilla tuntemuksilla”, sanoo jutussa liikuntapsykologian professori Taru Lintunen Jyväskylän yliopistosta.

Ihmiseltä saattavat puuttua hyvät kokemukset ja liikunnallisen elämäntavan mallit.

Perimälläkin on sormensa pelissä. Naisilla jopa puolet liikuntanautinnon vaihtelusta selittyy geeneillä, miehillä kolmannes.

Näin osoittaa vuonna 2014 julkaistu suomalainen tutkimus, joka perkasi perintötekijöiden osuutta liikuntamotivaatioon.

Tarkkaa syytä eroihin ei tiedetä. Yksi ehdokkaista on aivojen dopamiinirata. Se palkitsee niin syömisestä, seksistä kuin liikunnasta.

Dopamiinikylpy tuottaa aivoissa huumaavan euforian. Tutkimusten mukaan järjestelmän häiriöt vähentävät koe-eläinten liikkumishaluja.

Viime kädessä geenit ohjaavat mielihyväkoneiston toimintaa. Dopamiinin valmistukseen tarvittavat geenit toimivat toisilla kenties vilkkaammin. Erityisesti naisilla on liikuntamielihyvän kokemisessa geneettistä vaihtelua.

Yksilöiden erot ulottuvat laajemmallekin. Kaikki eivät saa liikunnasta yhtä paljon hyötyä – ainakaan heti.

Sama harjoittelu saattaa vaikuttaa ihmisiin eri tavoin. Yhden kunto kasvaa kohisten, mutta toinen ei saa tuloksia, vaikka kuinka rehkisi. Tutkijat puhuvat yksilöllisestä vasteesta.

Kuitenkin vaikka oma elimistö tuntuisi olevan immuuni liikunnalle, se voi olla vain harhaa. Tutkimuksissa tuijotetaan usein suorituskykyyn ja lihasvoimaan. Ne eivät ehkä hetkahda pienestä rasituksesta, mutta veren rasva- ja sokeriarvot saattavat parantua merkittävästi. Siksi liikuntaa voi suositella kaikille.

Kysely

Onko liikunta tuskien tie?

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.