Öisen mehiläisen laskennallinen Leatherman

Lintujen ja mölyapinoiden kuoro vaihtuu öisiin sirittäjiin ja kurnuttajiin Panamassa. Ikuisesti hämärälle viidakon pohjalle laskeutuu sametinmusta pimeys. Hietamehiläisiin kuuluva metallinvihreä Megalopta genalis on odotellut tätä hetkeä pesänsä suuaukolla. Nyt on sen aika lähteä ruoanhakuun! Megalopta surahtaa siivilleen. Ensi töikseen se kääntyy katsomaan pesäänsä. Siellä, liaaneihin takertuneeseen keppiin koverretussa onkalossa, sen toukat kasvavat turvassa saalistajilta. Megalopta poistuu pesästään vain kaksi kertaa vuorokaudessa, kerran auringonlaskun jälkeen ja toistamiseen pari tuntia ennen auringon nousua. Sen on joka kerta käännyttävä katsomaan, miltä pesän ympäristö näyttää, jotta se palatessaan pääsisi sujuvasti sujahtamaan kotikoloonsa. Tutun pesäkepin viereen on voinut pudota latvustosta uusi oksa, joka on muuttanut lähimaiseman mehiläisen perspektiivistä täysin. Jos Megaloptaa jekuttaa sen lähdettyä siirtelemällä ympäristön maamerkkejä, sen saa täysin pois tolaltaan. Se lentää edestakaisin pesäaukon oletetun sijainnin tienoilla, kunnes lopulta osuu oikealle ovelle tai tutkija armahtaa sen palauttamalla maamerkit oikeille paikoilleen.

Painettuaan maamerkit mieleensä Megalopta katoaa kasvillisuuden sekaan. Se pujottelee puiden, päällyskasvien ja liaanien välissä nousten yhä ylemmäs. Viidakon tiiviissä latvustossa on vain vähän rakoja joista yötaivaan voi nähdä. Tämä riittää mainiosti Megaloptalle. Sen silmissä taivaankansi on paitsi kirkas, myös aivan selkeästi kuvioitu! Kuten päiväaktiiviset mehiläiset, myös Megalopta havaitsee ihmisille näkymätöntä tasopolarisoitunutta valoa ja voi käyttää auringon mukaan liikkuvaa taivaan polarisaatiokuviota kompassina. Polarisaatio on vahvimmillaan 90 astetta auringosta sivussa. Auringon ollessa Megaloptan lentoaikoihin vain hieman horisontin alapuolella tämä suuntamerkki kiiluu taivaanlaella selkeänä kuin sateenkaari. Sitä ja tähtien valoa seuraten Megalopta surahtaa latvuston läpi avoimen taivaan alle. Latvusto on ylhäältä katsottuna kuin kumpuileva niittymaisema, jossa jokin puu on aina kukassa tarjoten yöllisille vieraille ruokaa pölytyspalkalla.

Kerättyään tarpeeksi mettä ja siitepölyä toukilleen Megalopta kääntyy kotia kohti. Ei siis mutkittelevaan tulosuuntaansa, vaan luotisuoraan kohti pesäänsä. Kuinka se sen tekee? Megalopta käyttää samaa menetelmää kuin purjehtijat menneinä aikoina: jos tiedetään laivan kulloinenkin nopeus ja kulkusuunta, suora etäisyys kotisatamaan voidaan laskea niiden perusteella. Megaloptan ei toki tarvitse istua terälehdelle kertaamaan vektorilaskentaa. Sen aivoissa, aivan keskellä, on oma laskupiirinsä tätä varten. Piiriin syötetään kahdenlaisia näköaistimuksia verkkosilmistä: kompassitietoa silmien taivaan puoleiselta reuna-alueelta, joka on erikoistunut näkemään edellämainittua polarisoitunutta valoa, sekä tietoa lentonopeudesta. Nopeuden mehiläinen arvioi oman liikkeensä aiheuttaman optisen virtauksen voimakkuudesta samaan tapaan, kuin auton vauhtia voi yrittää arvioida siitä, kuinka nopeasti tien reunan puut viuhuvat sivuikkunan ohi. Mehiläisen käännyttyä kotimatkalle piiri vertaa sen kulloistakin kulkusuuntaa muistissaan olevaan pesän suuntaan ja laukaisee korjausliikkeen pienimmästäkin poikkeamasta. Megalopta lentää suoraan piirin laskeman kotivektorin pituuden osoittaman matkan ja kun piiri ilmoittaa sen olevan perillä, se alkaa etsiä pesän suuaukkoa maamerkkien avulla. Silloin kun tutkijat eivät ole siirtelemässä maamerkkejä, Megalopta sujahtaa pesäänsä vitkastelematta. Tarkastettuaan, että kotona on kaikki kunnossa, se asettuu oviaukon lähelle odottamaan seuraavaa lentoa.

Onko mahdollista, että Megalopta tekisi virheen ja päätyisi jonnekin muualle kuin takaisin pesäänsä? Kyllä, jos lähistöllä on keinovaloa. Yöaktiivisille eläimille kirkkain luonnollinen valonlähde on kuu. Se on erinomainen apuväline suoraan lentämiseen; kuu on niin kaukana, että sitä voi huoletta pitää kiintopisteenä. Toisin on keinovalon kanssa. Jos Megalopta yrittää lentää suoraan pitäen keinovalon etuvasemmallaan, se saapuu pian lampun luo ja alkaa pakonomaisesti kiertää sitä vastapäivään. Tutkija voi käyttää valoa houkuttimena yöaktiivisten hyönteisten keräämiseen vaikkapa levittämällä metsään valkean lakanan, jonka eteen sytytetään kirkas lamppu. Eipä aikaakaan, kun Megalopta surahtaa paikalle ja jää pöllämystyneenä istumaan kankaalle, josta tutkija poimii sen talteen. Tutkijan on kuitenkin oltava ripeä, sillä kotimatkalla olevan Megaloptan tarve lentää kotivektorinsa osoittamaan suuntaan on niin pakottava, että se yleensä lopulta onnistuu irrottautumaan valoansan taikapiiristä.

Megaloptan aivojen suunnistuspiirin toimintaa tutkitaan lukuisia erilaisia menetelmiä yhdistämällä. Käyttäytymistutkimus selvittää, mihin kaikkeen piiri luonnossa ja kokeellisissa suunnistustehtävissä kykenee. Sähköfysiologia eli elävien solujen ja kudosten sähköisten ominaisuuksien tutkimus analysoi kunkin silmistä suunnistuspiiriin johtavan viestiketjun osan eli hermosolun toiminnalliset ominaisuudet. Sähköfysiologia mahdollistaa myös tutkittujen solujen merkitsemisen sisältäpäin, jolloin niiden anatomiaa voidaan tutkia kuvantamalla niitä konfokaali- ja elektronimikroskoopilla ja rekonstruoimalla mikroskooppidatasta kolmiulotteisia solumalleja.

Yhdistämällä eri menetelmien tuloksia voidaan laatia tietokoneella simulaatioita, jotka toivon mukaan käyttäytyvät kuin oikea eläin. Megaloptan suunnistuspiiristä tällainen simulaatio on tehty. Piirin kaikille solutyypeille on simulaatiossa annettu samat ominaisuudet, kuin niiden oikeilla esikuvilla on sähköfysiologisissa mittauksissa todettu olevan niiden havaitessa optista virtausta tai polarisoitunutta valoa. Lisäksi ne on liitetty toisiinsa samassa järjestyksessä kuin esikuvansa Megaloptan aivoissa. Kun simuloituun suunnistuspiiriin syötetään sille relevanttia aisti-informaatiota ja sen käsketään palata takaisin lähtöpisteeseen sattumanvaraisesti mutkittelevan ”ruoanhakumatkan” päätteeksi, se tekee niin luotisuoraa reittiä. Hämmästyttävintä simulaation käytöksessä on, että lähtöpisteeseen palattuaan se tekee samanlaisia mutkia kuin oikea Megalopta pesän suuaukkoa etsiessään. Tätä käytöstä ei siis erikseen ohjelmoitu simulaatioon, vaan se on niin sanotusti emergentti ominaisuus, yksinkertaisten sääntöjen pohjalta nouseva käyttäytymisen uusi taso. Tällainen samojen hermopiirien käyttö useaan eri tehtävään — liikkuminen luotisuoraan pitkien etäisyyksien yli ja liikkuminen silmukoissa pientä aluetta tarkkaan haravoiden — on mehiläisille hyvin kätevää. Useita toimintoja saadaan pakattua pieniin aivoihin tarvitsematta lisätä hermosolujen määrää. On helppo nähdä, miksi evoluutio on suosinut tällaisia monitoimityökaluja!

Kirjoittanut Anna Honkanen