Toimintaa loukulla & AIC

Hei!

Edellisessä postauksessa kerroin, että olemme virittäneet loukun tänne Sotkamoon, tarkoituksenamme pyydystää ahma pannoitusta varten. Loukku ei ole vielä onnistunut pyydystämään ahmaa, joten yritys jatkuu edelleen. Toivoa emme ole kuitenkaan vielä menettäneet, sillä ahmat vierailivat loukulla useita kertoja kuun vaihteessa. Loistavasta tuuristani kertoo se, että juuri silloin olin itse reissussa, eikä loukku siis ollut vireessä. Syötävää loukulla kuitenkin oli, ja riistakamera oli tallentanut mukavia videonpätkiä ahmaperheestä. Oli huikeaa päästä seuraamaan tutkimuseläimensä käyttäytymistä haaskalla!

Ainoastaan yhdelle videolle oli tallentunut koko ahmaperhe: emo ja sen kaksi edellistalven pentua. Niiden käyttäytymisessä oli havaittavissa selviä eroja: emo oli kaikkein varovaisin ja tuijotteli kovasti loukkua pentujen ollessa selvästi rohkeampia ja uteliaampia. Ilmeisesti toinen pennuista kiinnostui loukusta ja haaskasta niin kovasti, että vieraili loukulla useaan otteseen myöhemminkin. Videoilla ahmat ovat herkutelleet haaskalla, kiipeilleet loukun päälle, käyneet loukun sisällä, yrittäneet kaataa loukkua, kaivautua sen alle ja kiipeilleet puissa. Usein, mutta ei aina, ahmaemo vieroittaa pennut juuri näihin aikoihin syksyllä. Mahdollisesti nämäkään ahmat eivät enää jatkuvasti liiku yhdessä, mutta kohtaavat toisensa juuri tällaisilla haaskapaikoilla.

Nyt ahmoja ei ole näkynyt moneen viikkoon. Toivottavasti joku niistä kuitenkin vielä suuntaisi haaskalle ja päätyisi loukkuun. Tässä teille katsottavaksi eräs ahmavideoista:



Kirjoitusrintamalla asiat ovat edenneet hitaasti, mutta varmasti. Nyt olen keskittynyt eniten ahman habitaatinvalintaan liittyvään kässäriin. Jutussa siis tutkitaan, mitkä tekijät vaikuttavat eniten siihen, millaisen paikan ahma valitsee elinalueekseen. Vaikuttaako valintaan esimerkiksi asutus, pellot, tiestö, metsätyyppi ja meitä eniten kiinnostavana tekijänä suden läheisyys? Tulokset olivat suurimmaksi osaksi odotetunlaisia, mutta niitä en paljasta vielä.

Minulle uusi juttu tätä työtä tehdessä oli AIC:n (Akaike’s information criterion, Akaiken informaatiokriteeri) käyttö mallin valinnassa. Yleensähän tieteellinen päättely noudattaa perinteistä rakennetta, jossa tiettyä hypoteesia testataan tilastollisesti ja hypoteesi joko saa tukea tai ei saa tukea. Eräissä tapauksissa kuitenkin ns. informaatioteoreettinen mallinvalinta toimii paremmin. Tällöin muotoillaan etukäteen useita ehdokasmalleja, jotka ovat tutkimuksen kannalta mahdollisia ja kiinnostavia.

AIC on yksi tällaisissa tilanteissa käytetyistä indekseistä, joka huomioi paitsi mallin yhteensopivuuden havaintoaineiston kanssa, niin myös mallissa olevien parametrien määrän. Tavoitteena on löytää malli, jonka yhteensopivuus on mahdollisimman hyvä suhteessa käytettyjen parametrien määrään. Se malli, jonka AIC on pienin, on paras. Esim. R-ohjelmalla voimme pyörittää näppärästi nämä asiat silmiemme eteen (kiitos vaan kollegalleni RKTL:lle, joka teki tämän puolestani). Tuloksiin palaamme, kunhan niiden julkaiseminen alkaa olla ajankohtaista :)

Kaunista syksyä kaikille!

Anni

Syksyn kiireet

Heippa!

Mullapa alkaa kohta opetus selkärankaisten lajintunnistuskurssilla. Koska olen kielinaisia, sain oppilaikseni kasan vaihtareita. Ensin tuntui että mihin sitä on nyt itsensä sotkenut, enhän muista lajeja (paitsi lintuja) enää itsekään, ja ei nyt olisi oikein aikaa. Mutta nyt on tosi kiva fiilis. Kurssi alkaa kahden viikon päästä, joten ehdin hyvin vielä kerrata myyrät, kallot ja kalat (ja pitää niitä lintujakin vähän katella). Opetuskertoja on yhteensä kahdeksan kahden tunnin sessiota, kerran viikossa, joten senkään puolesta ei pitäisi tulla kiire. Sitä paitsi olen reissussa silloin kun pitäisi opettaa myyrät, eli en välttämättä joudu opettelemaan niitä itse lainkaan! Toisaalta ei tekisi pahaa muistella miten pelto- ja metsämyyrän erottaa toisistaan.

Lähetin eilen lapinsirriartikkelin korjatun version uudelleenarvioitavaksi. Pijetään taas peukkuja. Saimme ajoitettua lapinsirrin kahden mitokondriolinjan erkanemisajankohdan kauas kauas Pleistoseenin jäätiköitymisten ajalle. Aikahaarukka on kuitenkin hyvin iso: noin puolestatoista miljoonasta vuodesta kolmeensataantuhanteen vuoteen. Tämä johtuu epävarmuudesta "molekyylikellossa" (eli käytännössä mtDNA:n muuntumisnopeudessa), mikä hankaloittaa tarkkaa ajoitusta. Arviot mtDNA:n sekvenssien välille kertyvistä eroista miljoonaa vuotta kohden vaihtelevat parista prosentista jopa yli kahteenkymmeneen, joten se, kuinka kauaksi kahden erilaisen sekvenssin eroamisajankohdan arvioi, riippuu siitä mitä mutaationopeutta päättää käyttää.

Mainitsemani yli 20 % sekvenssien välistä eroa on kovin suuri arvio, joka perustuu hyvin lyhyen, nopeasti muuntelevan kontrollialueen sekvenssin perusteella laskettuun nopeuteen. Me päädyimme arvioimaan erkanemisaikahaarukkaa minimissään kahden ja maksimissaan kymmenen prosentin erkanemisvauhdilla (per miljoona vuotta). Tämä arvio on melko laaja, ja sisältää monien muiden tutkijoiden käyttämiä arvioita eri lajien mutaationopeuksista, joten todennäköisesti arvioimamme aikaväli pitää sisällään linjojen eroamistapahtuman. Kuitenkaan mitään kovin varmaa ei voi sanoa vaikkapa tietyistä jääkausista tai niiden välisistä interglasiaaleista, jolloin populaatiot olisivat voineet joutua eristyksiin ja geneettinen erilaistuminen alkaa.

Olen aloittanut kirjoittamaan alustavasti seuraavaa kässäriäni (lähinnä tutustumalla aiheeseen ja lukemalla artikkeleita). Alan tutkimaan sitä, vaikuttaako naaraiden ja koiraiden geneettinen samankaltaisuus parinvalintaan. Aineistona on monen, monen vuoden näytteet, tiedot pareista ja niiden jälkeläisistä, avioeroista ja uudelleenpariutumisista. Oletuksena on, että parien pitäisi olla keskenään geneettisesti erilaisempia kuin jos pariutuminen olisi populaatiossa täysin satunnaista. Ja, jos avioero tulee, niin uuden parin pitäisi olla geneettisesti erilaisempi kuin vanhan. Täten uskollisuuteen vaikuttaa se, kuinka samanlaisia yksilöt ovat, ja syrjähyppyjä pitäisi tulla sitä enemmän, mitä enemmän mikrosatelliittialleeleita pari jakaa.

Tämä kumppanien geneettinen erilaisuus liittyy sukusiitoksen välttämiseen ja jälkeläisten geneettisen diversiteetin maksimoimiseen, eli lähisukulaiset tunnistetaan ja näin voidaan välttää mahdollisesti haitallisten geenien yleistyminen populaatiossa. Tätä kutsutaan geneettiseksi yhteensopivuushypoteesiksi (genetic compatibility hypothesis). Sukusiitosta voidaan välttää myös dispersoimalla pois synnyinalueeltaan, jolloin todennäköisyys pariutua sukulaisen kanssa pienenee huomattavasti. Suosirri on kuitenkin melko paikkauskollinen, joten sukusiitoksen välttämiseksi täytyy olla jokin muu keino (kuten juuri lähisukulaisten tai muuten samankaltaisten yksilöiden tunnistaminen).

Kolmen viikon päästä lähden Skotlantiin kahlaajatutkimusryhmän konferenssiin, jossa pidän esitelmän lapinsirristä. Jännittää, mutta hyvällä tavalla. Paljon on taas suunnitelmissa tälle syksylle. Sitten onkin jo kaksi vuotta väikkärintekoa takana. Mihin tämä aika kuluu?

Hyvää syyskuuta!

P.S. Anna pyysi ilmoittamaan että lähtee Lappiin samoilemaan viikonloppuna, ja viipyy reissussa jonkin aikaa, eli ensi perjantaina on tauon paikka.

Nelli

Ahmajahdissa!

Heippa!

Mietin jo kesällä, vieläkö meidän kannattaa projektissamme yrittää pannoittaa lisää ahmoja. Julkaisujen tehtailu eli kirjoittaminen olisi tällä hetkellä kiireellisyydessään ykkösenä ja aikakin on melko kortilla. Toisaalta taas tähän mennessä keräämäni aineistot eivät vielä täysin riitä about neljään tieteelliseen artikkeliin, joista väitöskirjan tulisi koostua. Niinpä päätin, että yritetään vielä tänä syksynä! Tämän jälkeen alkaakin olla liian myöhäistä pannoittaa tämän väitöskirjatyön puitteissa.

Niinpä olen ollut viimeiset pari viikkoa Kainuussa "ahmajahdissa". Toisin sanoen käyn joka aamu tarkistamassa loukun, jolla yritämme ahmaa pyydystää. Vien sinne tarvittaessa lisää lihaa ja tarkistan liiketunnistimella varustetun kameran. Tähän mennessä kamera on ottanut videopätkiä ainoastaan minusta, parista närhestä ja heiluvista oksista :) Närhien takia olen viime aikoina laittanut loukun ulkopuolella olevat syötit kivien alle, ja viime yönä joku oli käynyt syömässä lihat -mutta kameraan ei ollut tallentunut mitään. Jännää! Alla kuva loukusta.


Loukun vasemmassa päädyssä näkyy narun päässä roikkuva lihasyötti, joka on kuorrutettu naudan verellä. Loukun oikeassa päädyssä näkyy luukku, joka rämähtää alas, kun eläin nykäisee narun päässä olevaa syöttiä. Häkki on sen verran pitkä, että nykäistessään syöttiä ahma on riittävän kaukana luukku-päädystä, eikä siis voi jäädä putoavan luukun alle.

Emme ole maisemoineet loukkua juurikaan, koska siitä ei tunnu olevan hyötyä ahman houkuttelussa. Ainoastaan ritiläpohjan olemme peittäneet sammalilla, jotta se tuntuisi tutummalta ahman tassuun. Muutamista puun rungoista teimme myös johteita loukun sisäänmenoaukon suuntaan. Olen melko varma, että puusta valmistetut loukut, joita mm. Pohjois-Amerikassa on käytetty, toimisivat paremmin ahmankin kohdalla. Moni eläin tuntuu vierastavan metallirakenteita. Meillä ei kuitenkaan valitettavasti ole käytössä puusta valmistettuja, riittävän järeitä loukkuja.

Loukun paikan valinta ei aina ole helppoa. Ahmat liikkuvat hyvin laajalla alueella (uroksen elinalue voi olla jopa useita tuhansia neliökilometrejä), joten usein on ahmanpyynti tuntuu samanlaiselta hakuammunnalta kuin neulan etsiminen heinäsuovasta. Täällä Kainuussa kuitenkin sain vihjeen eräästä alueesta, jolla on nähty n. kuukausi sitten kolme ahmaa. Kyseessä on siis todennäköisesti emo ja sen kaksi edellistalven pentua. Tällaisten emo-pennut-ryhmien elinalueen koko on yleensä huomattavasti pienempi kuin uroksilla ja yksin liikkuvilla naarailla. Siispä päätimme viedä loukun alueelle, jolla kyseinen näköhavainto oli tehty. Minne tahansa loukkua ei voi kuitenkaan viedä. Tässä muutamia seikkoja, jotka tulisi ottaa huomioon loukun sijoittamisessa:

* Ihmistoiminta: loukun tulisi sijaita rauhallisella alueella ja riittävän kaukana asutuksesta
* Maanomistus: meillä on haaskan- ja loukunpitolupa valtion mailla (myös yksityisten mailla, jos on saatu lupa maanomistajilta)
* Tien läheisyys: häkki painaa sen verran paljon, ettei sitä jaksa kantaa kovin kauas peräkärrystä
* Metsän laatu: ei kovinkaan tärkeä, kunhan loukkua ei sijoita ihan hakkuuaukean keskelle. Ahmat tuntuvat suosivan taimikkoja ja vaikeakulkuisia tiheikköjä, eli liian hyvin hoidetut puupellot eivät ehkä ole parhaita mahdollisia paikkoja.
* Hajun leviäminen: aivan notkelmaan loukkua ei kannata sijoittaa, jos haluaa, että haaskasta lähtevä haju leviäisi mahdollisimman tehokkaasti

Löysimme loukulle melko hyvän paikan -tai niin ajattelimme silloin, kun loukun paikalle veimme. Maasto oli ahmalle oikein sopivaa risukkoa, taimikkoa ja vanhempaakin kuusikkoa rauhallisella metsä-suo-kuviolla, kaukana asutuksesta. Minun tuuriani tietenkin oli, että heti loukun maastoon viemistä seuraavalla viikolla loukun läheisyyssä alettiin tehdä avohakkuita, salaojatöitä ja tienparannustöitä. Suuret metsäkoneet, rekat ja kuorma-autot jyrisevät loukun ympärillä päivisin, joten en yhtään ihmettele, jos ahmatkin väistyvät hiukan syrjemmälle. Hakkuut ovat jo onneksi loppumassa, joten emme ainakaan vielä ole siirtämässä loukkua uuteen paikkaan. Olisi kyllä mukavaa saada ahma pannoitettua täällä. Pääsisimme Johka-koiran kanssa maastotöihin aivan kotikonnuille :)

Loukun vahtiminen ei onneksi vie kovin paljoa työaikaani, joten ehdin hyvin myös työstämään kässäreitäni apurahahakemusten kirjoittamisen ohella. Lisäksi olen jo suunnitellut esitystäni tulevaan Kaamos Symposiumiin. Tämä on kyllä ehkä vielä hiukan aikaista, koska kys. tapahtuma on vasta joulukuussa.

Anni

Elektrofysiologiaa

Heissan!

Kesäloma on lusittu ja olen palannut niin sanotusti sorvin ääreen eli harjoittelemaan intrasellulaarimittauksia. Päivät ovat venyneet jopa 11-tuntisiksi (no joo, ei se vielä mitään mutta en oo toistaiseksi jaksanut olla kovin myöhään illalla…) jos illansuussa on löytynyt hyviä soluja. Ja kun minusta on kyse, kömmähdyksittä ei ole selvitty. Sössin päivittäin jotain, joko preparaatin kriittiset hetket tai jotain mittauspöytäkirjoihin liittyvää. Ja tietenkin kohtelen laitteita roppakouraisesti. Lisäksi huomasin alkuviikosta, että osa käytössäni olevista stimuluksista ei ole sitä mitä ne väittävät olevansa. Turhautumisensietokyky taas kasvaa. Parhaiten yleensä onnistuu, kun muistaa syödä hyvän välipalan iltapäivällä niin, ettei nälkäkiukku pääse turhauttamaan fiilistä labrassa.

En nyt horise tässä tämän enempää, sillä saatte lukea ryhmämme tutkimuksesta toisen ryhmänjohtajamme, Mikon, haastattelusta Tietysti.fi:ssä. Haastattelussa on myös kuva käyttämästäni hyönteisten virtuaalimaailmasta.

Haluatko tietää, miten mehiläinen ajattelee?

Seuraavaan kertaan,

Hyviä uutisia!

Ensimmäinen, ihkaoikea neljän viikon kesäloma on nyt lusittu. Puolet lomasta meni flunssassa sohvalla maaten (tulipahan levättyä). Tietokoneen ääressä on hankala olla, ja tuntuu että kaikki biologiaan liittyvä on kadonnut päästä (ehkä rään mukana?). Tyhmä olo. Mutta eiköhän se tästä, kun vauhtiin pääsee.

Sain pari viikkoa sitten arvioitsijoiden kommentit ensimmäiseen käsikirjoitukseeni. Pidin eritoten lauseista: "The paper is very well written", "The many complicated analyses are of the highest standard" ja "I enjoyed reading the manuscript". Tämä tarkoittaa sitä, että ellen kovin kauheasti kämmää korjausehdotuksia, joita arvioitsijat kehottivat minua tekemään, saan kenties pian julkaistua ensimmäisen väitöskirjatyöni! Mahtavaa!

Juttu käsittelee siis lapinsirrin koko levinneisyysalueen geneettistä historiaa ja populaatiorakennetta (eli fylogeografiaa) mitokondrio-DNA:n ja mikrosatelliittien avulla tutkittuna. Edellämainittujen kivojen kommenttien lisäksi arvioitsijat ehdottivat tehtäväksi muutaman hieman työläämmän jutun, sekä kaikenlaista pientä. Meidän pitää mm. tehdä populaatiorakenneanalyysi uudestaan, koska aiemmin tietokoneohjelman asetukset olivat pielessä (analyysi raksuttaa tuossa parast´aikaa). Lisäksi meidän pitää ajoittaa kahden löydetyn mtDNA-linjan erkanemisajankohta - tai oikeastaan melko laaja aikahaarukka, jonne eroaminen sijoittuu (ajoittaminen riippuu sekvenssin mutatoitumisnopeudesta, ja mtDNA:n kontrollialueen mutaatiovauhtiarviot vaihtelevat kovin). Tarkoituksena on myös pohtia enemmän mahdollisia syitä selkeän populaatiorakenteen puuttumiselle. Nämä ovat ne aikaavievimmät, ja loput hoituvat toivon mukaan nopeasti.

Hyviä uutisia siis tällä kertaa! Nyt peukut pystyyn että kaikki sujuu leppoisasti!

Nelli

Tieteellistä ahmakeskustelua

Hei!

Koska minulla ei ole mitään uutta kerrottavaa työn saralla (kässäreiden kirjoittaminen jatkuu edelleen), ajattelin referoida teille pari uutta ahmajulkaisua. Samalla saan itsekin kahlattua ne läpi :)

Kaikki kolme juttua on julkaistu Population Ecologyssä. Yksi niistä on varsinainen, alkuperäinen artikkeli, seuraava tähän liittyvä lyhyt kommenttipaperi ja kolmas taas alkuperäisten kirjoittajien vastaus kommentteihin. Minun väikkäriaiheeseeni nämä eivät suoranaisesti liity, mutta on toki hyvä pysyä ajan hermoilla oman tutkimuslajinsa kanssa. Tämä on myös hyvä esimerkki siitä, kuinka tieteelliset julkaisusarjat eivät ole pelkästään omien papereiden julkaisuvälineitä, vaan niitä voidaan käyttää myös keskusteluun ja tieteelliseen väittelyyn. On mukavaa (ja omalta kannalta pelottavaa, heh) tietää, ettei juttujen arviointi ole aina pelkästään refereiden varassa, vaan toisinaan myös kriittiset lukijat saattavat puuttua asiaan, jos huomaavat tekstissä jotain omituista.

Aluperäinen artikkeli käsittelee ilmastonmuutoksen aiheuttaman lumipeitteen ohenemisen vaikutuksia ahman populaatiodynamiikkaan. Lumi on merkittävä komponentti ahman habitaattivaatimuksissa: ahmat synnyttävät poikasensa lumiluolaan ja niillä on monia, mm. fysiologisia adaptaatioita lumisiin olosuhteisiin. Tutkimuksessa oli havaittu, että lumipeite oli ohentunut selvästi lähes koko tutkimusalueella (alueita Pohjois-Amerikasta) vuosina 1970-2004. Oleellista tätä artikkelia seuraavan keskustelun kannalta on se, että tutkimusaineistona on käytetty turkistilastoja (eli kuinka paljon ahmaa on metsästetty kys. vuosina). Tutkimuksessa pääteltiin, että koska ahmasaaliiden määrä laski samalla, kun lumipeite oheni tutkimusalueella, lumen syvyydellä on merkittävä vaikutus ahman populaation pienenemiseen.

Seuraavassa numerossa McKelvey ja kumppanit kritisoivat Brodien ja Postin artikkelia toteamalla mm., että ilmastonmuutoksen lisäksi myös samalle tutkimusjaksolle ajoittuvat ns. yleiset antropogeeniset eli ihmisestä johtuvat vaikutukset (mm. maankäytön ja elinympäristöjen muutokset) voivat aiheuttaa ahmakannan pienenemistä. Lisäksi he kritisoivat turkistilastojen käyttöä: heidän mielestään saalismääriä ei voi pitää suorana mittarina ahmakannan koosta. Metsästyksen määrään voi vaikuttaa sekä metsästäjien panostus harrastukseensa että lajin saatavuus. Panostukseen taas voivat vaikuttaa mm. turkiksen hinta, sääolot ja kustannukset. Populaation koko voi vaikuttaa lajin saatavuuteen, mutta toinen vaikuttava tekijä on se, sattuvatko metsästäjien luvat hyville vai huonoille lajin esiintymisalueille. Samassa numerossa on myös toinen, samansuuntainen kommenttipaperi.

Samassa numerossa Brodie ja Post vastaavat tyrmäämällä huolellisesti kaikki esitetyt kritiikit. Vastaus on pitkälti tilastollista jargonia, jota on hiukan vaikea ymmärtää. Joka tapauksessa kirjoittajat myöntävät, että osa saalismäärän pienenemisestä voi toki johtua myös metsästäjien erilaisesta käyttäytymisestä/panostuksesta. Artikkelin lopussa todetaan ahman uhanalainen tilanne ja päädytään tunteisiinvetoavaan lopputoteamukseen: "While our most urgent need is for additional field data, to eschew all other sources of information based on a philosophical bias is irresponsible and risks throwing the proverbial baby out with the bathwater."

Ehkä aina ei ole tärkeintä tietää, kenen mielipide on se oikea. Usein merkityksellisintä saattaa olla se, että nostetaan esille riittävän monta eri vaihtoehtoa. Harva asia biologiassa on mustavalkoista, ja usein ilmiö selittyy usean tekijän yhteisvaikutuksella.

Tällaista tällä kertaa. Rentouttavaa lomaa kaikille, ketkä sellaista viettävät. Itse en raski pitää kunnon lomaa, koska tuntuu, että en ole saanut muutenkaan riittävästi aikaiseksi nyt keväällä ja alkukesällä. Mutta ensi viikolla lähden viikoksi Lappiin vaeltamaan ja rentoutumaan. Jospa siellä kävelis ahma vastaan :)

Anni



Artikkelit:

* Brodie & Post (2010): Nonlinear responses of wolverine populations to declining winter snowpack. Population ecology 52: 279-287.

* McKelvey et al. (2011): Comments on Brodie and Post: Climate-driven declines in wolverine populations: causal connection or spurious correlations? Population ecology 53: 263-266.

* Brodie & Post (2011): Wolverines and declining snow pack: responses to comments. Population ecology 53: 267-269.

Journal Club #2 - Lentämisen evoluutiosta

Viimeinen työpäivä ennen lomaa, jee! Loman takia jätän kolmen viikon päästä olevan kirjoitusvuoroni väliin. Näin loman alla on kiva kertoa hyviä uutisia: Sain koejärjestelyni toimimaan ja olen päässyt labrahommiin viime viikosta alkaen! Laitteiston käyttö alkaa sujua, mutta kunnollisia mittauksia en ole vielä saanut. Elektrofysiologisissa mittauksissa on kuulemma ihan normaalia, että homma alkaa sujua vasta muutaman turhautumisen jälkeen. En siis anna periksi. Loma katkaisee harmittavasti hyvän alun, mutta siitä en valita!

Omien touhujeni sijaan ajattelin tänään taas pitää pienen kirjallisuuskatsauksen. Innostuin viime viikolla valtavasti BBC:n tiedeuutisesta, jonka otsikko kuuluu vapaasti suomennettuna: Lintujen räpyttelyjuoksu on avain lentämisen evoluutioon. Alkuperäisen artikkelin julkaisi The Journal of Experimental Biology, ja siihen pääsee ainakin yliopiston verkosta käsiksi täällä.

Monenlaisten "esilintujen" ja jopa höyhenpeitteisten dinosaurusten fossiileja on aikojen saatossa löytynyt useita. Höyhenten on oletettu toimineen alun perin lämmönsäätelyssä ja soidinmenoissa visuaalisena houkuttimena. Selvää on, että kaikki muinaiset höyhenpeitteiset eläimet eivät ole osanneet lentää. Tutkijoita on askarruttanut pitkään, kuinka linnut ovat pystyneet muuttumaan kävelevistä ja kiipeilevistä kantamuodoista lentäviin. On mm. ehdotettu, että linnut olisivat hyppineet maasta ylös siipiään räpytellen, tai loikkineet puista alas hidastaen putoamista siivillään. Näille hypoteeseille ei kuitenkaan ole todisteita. Tässä esittelemäni artikkeli valottaa siirtymää maan pinnalta ilmaan nerokkaalla tavalla.

Tutkijoiden huomio oli kiinnittynyt vuoripyyn (Alectoris chukar) tapaan juosta jyrkät ylämäet siipiään räpytellen lentämisen sijaan. Myös lentämään opettelevat linnunpoikaset käyttävät samaa tekniikkaa, ja aikuisten pulujen voi nähdä räpyttelyjuoksevan ylös harjakattoja pitkin. Kyseessä on siis hyvin laajalle levinnyt liikkumistekniikka linnuilla. Tutkijat muodostivat hypoteesin, että räpyttelujuoksu (engl. wing-assisted incline running, WAIR) on lentolihaksia vähemmän rasittavaa kuin lentäminen. Hypoteesin mukaan räpyttelyjuoksulla siis voi saada nopeusedun räpyttelemättä juokseviin lajitovereihin nähden vaikka siivet eivät olisi lentämiseen soveltuvat, ja luonnossa muutama millisekunti erottaa nopeat kuolleista. Ajan saatossa kilpailu siitä, kuka räpyttelyjuoksee nopeimmin, on johtanut siipisulkien evoluutioon kohti tehokkaampaa (juoksunaikaista) aerodynamiikkaa ja siipiä liikuttavien rintalihasten voimistumiseen. Jossain vaiheessa joku esilintu on ollut niin timmi ja tiivissiipinen, että on juoksun aikana noussut ilmaan saalistajansa ulottumattomiin. Sen jälkeen rajana oli kirjaimellisesti vain taivas.

Miten hypoteesia sitten testattiin? Koe-eläimeksi valittiin pulu (Columba livia), koska räpyttelyjuoksu kuuluu pulujen luonnolliseen käyttäytymiseen, ja niiden lihasten toiminta ja siipien liikkuvuus lennon aikana tunnetaan entuudestaan hyvin. Kokeessa käytettiin kolme aikuista pulua, jotka opetettiin räpyttelyjuoksemaan ylös kahden metrin mittaista lankkua 65 ja 85 asteen kulmassa. Räpyttelyjuoksun lisäksi linnut suorittivat kokeessa nousulennon n. 80 asteen kulmassa, laskeutumislennon n. 60 asteen kulmassa (tällä pystytään testaamaan puusta alas –hypoteesia lentämisen evoluutiosta) sekä vaakalennon. Lentolihaksen toimintaa mitattiin suoritusten aikana, ja mittaukset synkronoitiin suorituksesta otetun videon (250 kuvaa sekunnissa) kanssa, jotta voitiin varmistaa, mitä lintu mittauksen missäkin vaiheessa tarkalleen ottaen teki.

Lintuihin istutettiin kirurgisesti ihonalaisia elektrodeja ja muuttimia , joilla voitiin mitata motoristen yksiköiden rekrytointia (eli alfamotoneuroneiden hermottamien lihassolujen käyttöönottoa lihassupistuksen aikana) sekä lihakseen kohdistuvaa rasitusta ja venymistä. Elektromyografista aktiivisuutta (EMG, "lihassähkökäyrä") mitattiin rintalihaksen etuosasta hopealankaelektrodeilla, ja lihaksen pituutta samalta alueelta sonomikrometriaksi kutsutun tekniikan avulla, joka mittaa etäisyyttä kahden pietsosähköisen kiteen välillä äänisignaalien avulla. Lihaksen lepopituus mitattiin pulun istuessa orrella siivet lepoasennossa ja lentolihakset levossa. Lihaksen venyminen mitattiin kullekin suoritukselle erikseen ja useita kertoja. Lihaksen voimantuottoa mitattiin venymäliuska-anturilla olkaluun tuntumasta.

Mittausten jälkeen linnut lopetettiin natriumpentobarbitaalilla, ja mittausanturien tarkat sijainnit lentolihaksen sisällä tarkistettiin. Olkaluu venymäliuska-antureineen irrotettiin ja kiinnitettiin laitteeseen, joka mittasi lihasten vääntövoimaa ja luihin kohdistuvaa vääntöä. Näin saatiin venymäliuska-anturille kalibrointikertoimet kullekin siiven asennolle. Lihassyykimppujen keskimääräinen pituus määritettiin rintalihaksesta. Rinta- ja sen alapuolinen supracoracoideus-lihas punnittiin 0,1 gramman tarkkuudella. Mittausten ja videoiden perusteella määritettiin erilaisia lihastoiminnan mittoja, kuten lihaksen tekemä työ ja siiveniskun kesto, ja aineistolle suoritettiin tilastollisia testejä.

Tuloksia:

Siipien liike eroaa räpyttelyjuoksussa lentämisestä siinä, että siipiä ei räpyttelyjuoksun aikana isketä täysin alas (vaikka se lankkua pitkin juostessa olisi mahdollista). Rintalihaksen EMG-signaalin amplitudi räpyttelyjuoksun aikana on noin kymmenesosa vastaavan lennon aikaisesta, ja lihasten aktivoitumisesta kertovien EMG-purskeiden kesto oli merkitsevästi lyhyempi räpyttelyjuoksun aikana lentämiseen verrattuna. Voimantuoton ja lihaspurskeiden alun ja lopun ajoitus erosivat myös räpyttelyjuoksun ja lennon välillä. Rintalihaksen massasta riippuva voimantuotto oli nousulennon aikana huikeat 142±48 W/kg verrattuna 65 asteen räpyttelyjuoksun tuottamaan 11±1 W/kg. Jyrkempikin räpyttelyjuoksu oli merkittävästi vähemmän voimaa tuottavaa kuin nouseva tai tasalento, ja samanlainen mutta pienempi ero oli verrattuna laskeutumislentoon. Lihasten venyminen, lihaksen kokonaisrasitus ja lihaksen supistuspituus tukevat myös hypoteesia, jonka mukaan lentolihakset tekevät vähemmän työtä räpyttelyjuoksun kuin lentämisen aikana.

Koe todisti, että lentämään opettelevat ja uupuneet aikuiset linnut voivat hyötyä räpyttelyjuoksusta paetessaan jalan liikkuvia saalistajia. Täysissä voimissaan olevat aikuiset linnut voivat käyttää räpyttelyjuoksua ylöspäin liikkumiseen säästääkseen voimiaan myöhempää lentoonlähtöä varten. Tämän lihastutkimuksen perusteella on hyvin todennäköistä, että lentämisen evoluutiossa räpyttelyjuoksu ja putoamisen hidastaminen räpyttelemällä ovat olleet väliportaita jalkaisin liikkumisesta lentämiseen siirryttäessä.

Lähde: Jackson B. E., Tobalske B. W. & Dial K. P. (2011): The broad range of contractile behavior of the avian pectoralis: functional and evolutionary implications. J. Exp. Biol. 214: 2354-2361.


Vielä on pakko mainita toinen hauska höyhenpukuun liittyvä BBC:n tiedeuutinen otsikolla: Lintufossiilit paljastavat elämän värikkään kemian. Manchesterin yliopiston tutkijat skannasivat röntgensynkotronilla kaksi fossiilinäytettä: 110 miljoonaa vuotta vanhan Gansus yumenensis -nimisen vesilinnun ja 120 miljoonaa vuotta vanhan Confuciusornis sanctus -nimisen linnun, jolla oli fossiiliaineistossa ensimmäinen hampaaton nokka. Tarkoitus oli paljastaa, missä päin eläimen höyheniä on ollut tummaa väripigmenttiä nimeltä eumelaniini. Eumelaniinimolekyyliin on tiettyyn muotoon sitoutuneena kuparimolekyyli, joita näytteistä etsittiin kyseisellä röntgenmenetelmällä. Vaikka itse pigmenttimolekyylit eivät säily fossiileissa, kupari säilyy. Tutkijat pystyivät tekemään lintujen höyhenpuvusta mustavalkorekonstruktion, josta nähdään, missä osissa höyhenpeitettä tummaa eumelaniinia on ollut. Käykää katsomassa kuvat tuosta linkistä!

Nyt toivota kaikille mukavia kesäpäiviä. Palataan asiaan syksymmällä!