Ennen koetta kimalaiset oppivat etsimään ravintoa kaiken värisistä robottikukista. Kimalaiset tulevat ulos pahvilaatikkopesästään, kun niille tarjotaan ravintoa vain pesän ulkopuolella. Kuva Lassi Kalleinen.
Teksti: Milla Koramo
Kuvatiedot kuvateksteissä.
Kukkastudio nauhoittaa pörräyksen
Kimalaiset ovat pohjoisen pallonpuoliskon tärkeitä pölyttäjiä, mutta myös herkkiä ympäristömyrkyille. Oulun yliopiston tohtorikoulutettava Juho Lämsä tarkastelee kimalaisten pölytystoimintaa ja on huolissaan muualla maailmalla vähentyvistä pörrääjistä.
On lämmin kesäpäivä. Jäätelökioskin työntekijä pyörittää palloja tötteröihin. Päivä on vasta lämmennyt ja herkuttelijoiden jono vain kasvaa. Pihalla kasvavat ruusupensaat tuoksuvat ja houkuttelevat paikalle toisenlaisia herkuttelijoita. Ilmassa pörisee.
Pulleavartinen kimalainen on vähän aikaa sitten tullut ulos etsimään syötävää. Se pörrää ruusun kukissa ja hakee ravinnokseen niiden sokerista mettä.
Kimalaiset oppivat käyttämään pesän läheisiä kukkia niiden värin, muodon, sijainnin ja tuoksun perusteella. Nuoret yksilöt oppivat alkukesästä nopeasti ja etsivät ravintoa uusista kukista, kun edelliset lopettavat kukinnan ja seuraavien kausi alkaa.
Kukat houkuttelevat kimalaista medellä, mutta eivät ilmaiseksi. Kun kimalainen käy ruokaa etsiessään toisessa samanlaisessa kukassa, se kuljettaa kukan sisään kehoon takertuvaa siitepölyä. Näin kimalainen pölyttää kukan, ja kasvi pystyy tuottamaan hedelmiä ja siemeniä – ja lisääntymään.
Lähes kaikki kukalliset kasvit ovat hyönteispölytteisiä. Niinpä esimerkiksi tomaatit, kurkut, marjat, useat viljely- ja niittykasvit tarvitsevat kimalaisia ja muita hyönteisiä siitepölyn kuljettajiksi.
Vaikka Suomen kimalaisilla menee hyvin, Euroopassa ja Yhdysvalloissa kimalaiset ja muut pölyttäjät ovat harvinaistuneet. IUCN:n mukaan esimerkiksi neljännes Euroopan kimalaislajeista on jopa käynyt uhanalaisiksi.
Kimalaisiin vaikuttaa eniten ilmastonmuutos, voimakas maatalous ja maankäytön muutokset. Myös luonnon myrkyt vaikuttavat kimalaisten käyttäytymiseen ja ravinnon hankintaan.
Huijarikukista kimalaisiin
”Ei varmaan ole liioittelua sanoa, että kimalaiset ovat lukumäärällisesti pohjoisen pallonpuoliskon tärkein pölyttäjäryhmä. Suomessakin niitä on kymmeniä lajeja, joissa on muutama valtalaji”, sanoo Juho Lämsä, joka tutkii kasveja ja niitä pölyttäviä kimalaisia. Hän on tehnyt tutkimuksia jo kolmen vuoden ajan Suomen Kulttuurirahaston apurahalla.
Arktisten kasvien parissa työskennellyt Lämsä törmäsi kimalaisiin Oulangan kansallispuistossa 2012. Lämsä tutki neidonkengän pölytystä ja kimalaisen osuutta siinä.
Neidonkenkä on suomalaisen havumetsän orkidea. Lämsälle neidonkenkä edustaa laikuittain eli erillisissä ryppäissä kasvavia kukkia. Häntä kiinnostaa erityisesti kukan lisääntyminen. Neidonkenkä – kuten suuri osa orkideoista – nimittäin huijaa pölyttäjiä medettömillä kukilla.
Robottikukat ja niiden evoluutio. Yläpuolella vanhemmat terälehtiset versiot, alapuolella yksinkertaistetut kukat. Kimalainen mahtuu juuri ja juuri käymään pienessä kolossa kukan päällä. Kuva Juho Lämsä.
”Neidonkenkä on ihan normaali kukka, mutta siinä ei ole ollenkaan mettä. Se on vähän erikoista, mutta ei niin erikoista orkideoiden keskuudessa”, Lämsä sanoo. Luonnossa esiintyy muitakin kukkia, jotka käyttävät kimalaisia ja muita pölyttäjiä hyväkseen. Suurin osa lajeista on trooppisia.
Tutkimuksissa selvisi, että neidonkenkä hyötyy medettömyydestä, koska se saa kimalaisen siirtymään seuraavalle laikulle. Näin kimalainen pystyisi hedelmöittämään kukan, joka olisi suuremmalla todennäköisyydelle kukkayksilön kaukaisempi sukulainen.
”Koska niissä ei ole mettä, kimalaiset oppivat lopulta välttämään niitä. Ne käy tsekkaamassa, että haa, eipä ollutkaan mettä, kokeillaanpa toista, jaa ei näissä ollutkaan mitään. Kimalainen lähtee pois. Neidonkengän pölytysmenestys riippuu kimalaisen oppimiskyvystä, mikä on ihan mielenkiintoinen asia”, Lämsä kertoo.
Robottikukan sisälle mahtuu mekaniikkaa. Kukan läpileikkaus (A) sivusta ja (B) yläpuolelta ilman kantta. 1. Servomoottori 2. Moottorin käsivarsi 3. Mesikuppi 4. Infrapunavalo (LED) 5. Infrapunavastaanotin 6. Mettä 7. Kansi 8. Piirilevy Lähde: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/
ece3.2062/full
Studio nauhoittaa lennot
Nyt väitöskirjaa tekevä Lämsä haluaa päästä käsiksi mekanismeihin, joilla medettömät kasvit huijaavat kimalaisia. Vanhaan kasvihuoneeseen Oulun yliopiston tiloissa on rakennettu 20 neliömetrin häkki, jossa yhden kimalaisen lentoa voidaan seurata tarkasti.
Lämsä kutsuu huonetta studioksi, sillä se nauhoittaa kimalaisen toimintaa. Nauhoitusvälinesiin hän on koonnut yli 150 metriä johtoa, liiketunnistimia ja tietokoneohjelmia sekä automaatiolla täyttyvä robottikukat. Kun kimalainen lentää kentällä ja ryömii jonkin robottikukan koloon ruokailemaan, pörisijän liikkeitä seurataan tarkasti.
”Robottikukka on eräänlaisen evoluution tulos”, Lämsä sanoo ja ottaa käteensä maalatun salaattipurkin. ”Aluksi tein kukkiin terälehdet, mutta sitten huomasin ettei niitä tarvita. Kimalaiset oppivat etsimään ravintoa näistäkin.”
Robottikukan kuoresta paljastuu laaja järjestelmä. Servomoottori tekee yksinkertaista täyttöliikettä, jos kukassa on tarkoitus olla jatkuvasti mettä. Infrapunasäteellä toimiva liiketunnistin
rekisteröi kimalaisen käynnit. Koneisto siirtää aineiston kimalaisen vierailut suoraan tietokoneelle.
Kokeessa käytetyistä robottijärjestelmistä ilmestyi maaliskuussa artikkeli, ja tutkimukset jatkuvat samalla menetelmällä. Lämsä pitää työn itsenäisyydestä.
”Ajattelin, että biologian työssä mennään jonnekin maastoon milloin mitäkin myyriä tai kasveja pyydystämään. Tämä on ollut erilaista kokeellista työtä. Tosi paljon kaikkea rakentamista ja koneiden kanssa puuhastelua ja ihan pelkkää askartelua”, Lämsä sanoo.
Vaikka tiedon keruu on tehty yksinkertaiseksi, työtä riittää kokeen ulkopuolella. Pörisevät koe-eläimetkin täytyy esimerkiksi kouluttaa ennen koetta.
”Nämä eivät ole samanlaisia kimalaisia kuin mitä huomaa tuolla pörräämässä ruusupuskassa”, Lämsä sanoo. ”Niillä ei mitään kokemusta pesän ulkopuolisesta maailmasta, joten niille pitää ensin antaa mahdollisuus oppia keräämään ravintoa robottikukista.”
Medettömyys ohjaa kauemmas
Saatuaan tulokset kimalaisen lennosta Lämsä analysoi sen liikkeen kukan pölytyksen kannalta. Hän parittaa kukat sen mukaan, missä järjestyksessä kimalainen vierailee niissä. Järjestys kertoo, miten kukkien siitepöly mahdollisesti luonnossa kulkee.
Lämsä on jakanut kokeen kahteen osaan. Ensimmäisessä hän asetti robottikukat laikuiksi ja seurasi kimalaisten käyttäytymistä, kun kaikki kukat olivat medettömiä tai kun ne sisälsivät mettä. Toisessa osassa kukat olivat tasaisesti koekentällä. Jälleen ne kaikki joko sisälsivät mettä tai sitten eivät.
Kun kimalaisille ei ollut tarjolla mettä, ne kulkivat pidempiä matkoja laikkujen välillä.
”Yksi tai kaksi vierailua laikussa, seuraavaan laikkuun, yksi tai kaksi vierailua laikussa, seuraavaan laikkuun ja semmoista”, Lämsä summaa. Karkeasti sanottuna medetön, laikuittaisesti esiintyvä kasvi saa kimalaisen pölyttämään kaukaisemman sukulaisen.
Kokeessa kimalaiset oppivat välttämään medettömiä kukkia ja vierailevat niissä yleensä vähemmän. ”Kyllä kimalainen jossain vaiheessa kyllästyy pään hakkaamiseen, kun se ei saa mitään palkintoa koko hommasta”, Lämsä sanoo ja kertoo, että toiset yksilöt tekevät päätöksen toisia nopeammin.
”Kimalaisilla on oppimisessa paljon yksilöiden välistä vaihtelua. Vaikka ne ovat samasta pesueesta, niillä on pysyviä käyttäytymiseroja – jonkinlaista persoonallisuutta.”
Lämsä pitää kimalaisia hyvinä koe-eläiminä, koska ne eivät ole aggressiivisia. ”Vaikka niitä on välillä päässyt karkuun, möyrinyt tukassa ja mennyt paidan alle, ne eivät ole kertaakaan pistäneet.”
Kukka matkii toistaan
Viime vuonna Lämsä tutki eri kasvilajien kukkien välisen värin matkimista kimalaisten näköaistin avulla. Nykyisten robottikukkien kansiin on valittu kolme erilaista väriä, ja kimalaisen tehtävä näyttää, miten värit vaikuttavat kukkien pölyttämiseen.
Juho Lämsä varmistaa kaiken toimivan ennen kuin kimalaiset päästetään yksi kerrallaan tutkimaan uutta koeasetelmaa, jossa kaikki kukat ovat samassa ryppäässä. Kuva Lassi Kalleinen.
”Kimalaiset ovat visuaalisia olentoja. Ne ovat samanlaisia kuin me siinä mielessä, että niilläkin on kolme eri värireseptoria. Mutta niillä ei ole punaista reseptoria kuten ihmisillä, vaan UV-reseptorit”, Lämsä kertoo. Kimalaiset näkevät siis sekoituksia sinisestä, vihreästä ja ultravioletista, mutta eivät punaisista sävyistä.
Aivan ihmisen kaltainen näkökyky pörrääjillä ei kuitenkaan ole. ”Kimalainen näkee noin metrin päähän. Ne erottavat esineet läheltä hyvin, mutta kauas ne eivät näe oikein mitään. Ehkä auringon ja jotain epäselviä läiskiä”, Lämsä kertoo.
Lämsä tutki erityisesti kukkia, jotka näyttävät melkein samalta kuin mettä tarjoavat, vaikka ovatkin medettömiä. Koetta varten kukkiin valittiin värit, jotka kimalaisen silmin pystyi juuri ja juuri erottamaan.
Koeoloissa lentävä kimalainen on valintojen edessä. Tietyn värinen kukka palkitsee, mutta lähes samanvärisessä kukassa palkaksi saa pahan makuista kiniiniä. Kimalaisen silmin pahanmakuiset kukat matkivat niitä, joista se kerää ravintoa. Tulosten analyysi on vielä kesken.
Hyönteismyrkky saa hoipertelemaan
Tänä keväänä Lämsä tutki kimalaisten reaktiota hyönteismyrkyille. Hän on huolestunut imidaklopridi-nimisestä myrkystä, joihin kimalaiset reagoivat voimakkaasti yksittäisen koekerran aikana.
Lämsä antoi kimalaisille imidaklopridia niiden ravinnoksi käyttämään sokeriliemeen, myös pesään. ”Kokeilin ensimmäisenä 10 miljardisosan annosta, ja kimalaiset muuttuivat zombeiksi. Osa sai kouristuksia ja monet menettivät takaruumiin hallinnan”, hän kertoo. ”Lopulta hengissä säilyneet vetäytyivät pesään eivätkä tulleet enää ulos.”
Imidaklopridin määrää piti vähentää, jotta koe saatiin tehtyä. Pienempikin määrä myrkkyä sai mehiläiset lyhentämään vierailuja koetilanteessa. ”Oli todella iso yllätys, että myrkky vaikutti niin voimakkaasti niin pienellä pitoisuudella”, Lämsä sanoo.
Lämsä pitää tilannetta huolestuttavana. ”Samanlaisia pitoisuuksia, joita käytin myrkytyskokeessa, on mitattu Ranskasta ja Yhdysvalloissa mehiläisten keräämästä siitepölystä ja mehiläisvahasta”, Lämsä kertoo.
Neidonkengän kukinto houkuttelee kimalaista näyttämällä kukalta. Pohjalle kömpinyt kimalainen ei kuitenkaan löydä sen sisältä ravintoa. Tarpeeksi suureen kimalaiseen tarrautuu neidonkengän siitepölyä, joka on erillisten siitepölymyhkyjen sisällä. Kuva Anne Jäkäläniemi.
Tutkimustyöllä vaikuttaa
Imidaklopridia on käytetty yleisesti hyönteismyrkyissä, ja sitä pidetään osasyyllisenä hyönteisten joukkokatoon. Selvää yhteyttä imidaklopridin ja hyönteisten kuolemiin ei ole todistettu, mutta EU on rajoittanut sen ja muutaman muun hyönteismyrkyn käyttöä väliaikaisesti. Rajoitteen jatkaminen vuodelle 2017 on vielä epäselvä.
Lämsän mukaan luonnossa esiintyvä myrkky heikentää kimalaiskantoja hitaasti. ”Hyönteiset eivät suoraan kuole myrkkyihin, mutta se heikentää niiden toimintaa. Aine sitoutuu useaan kohtaan kimalaisen hermojärjestelmässä ja jää sinne pitkäksi aikaa, ehkä jopa kimalaisen loppuelämäksi.”
Lämsän mukaan imidaklopridi hidastaa yksittäistä ruuanetsijää. ”Parhaat keräilijät altistuvat myrkyille kaikista eniten”, hän sanoo. ”Jos myrkky heikentää kimalaisen ruuanetsintää vaikka 20 prosenttia, se aiheuttaa taloudellista rasitetta koko pesälle ja vähentää seuraavan sukupolven jälkeläisiä.”
Lämsä kokee tutkimukset kimalaisten parissa mielekkäänä. ”Koe on niiden kannalta vähän ikävämpi, kun osa niistä myrkytetään, mutta tällaisella kokeella voi pelastaa monta muuta kimalaista luonnossa”, Lämsä sanoo.
Sopivaa olisikin, sillä ilman kimalaisia ja muita pölyttäjiä ruuantuotannon tulevaisuus jää kyseenalaiseksi. Yksin kimalaisten Euroopassa tekemän pölytystyö maksaisi IUCN:n mukaan miljardeja euroja joka vuosi.