helsingin yliopisto

Tulehduksia, hulluutta ja paljon muuta – jos et nuku tarpeeksi, niin käy huonosti!

Su, 02/11/2018 - 16:01 Toimitus
Nukkuja. Kuva: Flickr / eef ink

Jos olet koko ajan kipeänä, niin syynä ainakin osittain voi olla liian lyhyet yöunet. Tutkijat selvittävät kuumeisesti myös unen puutteen ja tulehdusten yhteyttä, vanhempien vaikutusta lasten nukkumiseen ja sitä, kuinka voisimme nukkua paremmin.

Hyviä uutisia!

Helsingin yliopiston tiedotteen mukaan suurin osa suomalaisista nukkuu 7–8 tuntia yössä. Se on suositeltava määrä, joskin ihmisten yksilöllinen, geneettisesti määräytynyt unentarve vaihtelee neljän ja kymmenen tunnin välillä.

Huonompi uutinen on kuitenkin se, että työiässä olevalla väestöllä on yhä enemmän lieviä, satunnaisia unettomuusoireita. Näin sanoo Helsingin yliopiston psykiatrian professori Tiina Paunio.

Satunnaisten unettomuusoireiden syytä ei tiedetä, mutta Paunio vetää varovaisesti yhteyden työympäristön muutoksiin: töitä tuodaan kotiin ja sähköpostin päässä ollaan vielä iltamyöhäänkin. Se on unen kannalta haitallista.

Unen fysiologiaa tutkinut dosentti Tarja Stenberg toteaa, että liian vähäisellä nukkumisella on paljon haittavaikutuksia.

Ensimmäiset vaikutukset ovat kaikille tuttuja. Unenpuute iskee keskushermostoon, ja siksi ensimmäinen merkki on väsymys.

Lisäksi unen puutteessa laskevat sekä mieliala että suorituskyky.

"Suorituskyvyn lasku näkyy erityisesti pitkäaikaista keskittymistä vaativissa suorituksissa, joissa yhtaikaa suoritetaan monenlaisia tehtäviä ja huomiokyky on koetuksella", Stenberg sanoo.

"Yöaikainen valvomotyö ja liikenteessä toimiminen ovat suorituksia, joissa väsymys pahimmillaan johtaa katastrofeihin."

Muita fysiologisia vaikutuksia alkaa näkyä jo lyhyen ajan sisällä, jos unen määrä ei korjaannu. Stenbergin tutkimuksissa viikon altistus neljän tunnin yöunille sai terveillä nuorilla koehenkilöillä aikaan merkittäviä insuliiniresistenssiin ja rasva-aineenvaihduntaan liittyviä muutoksia. Niistä voi pidemmän päälle seurata terveyshaittoja.

Lyhyen univajeen aiheuttamat haitat korjaantuvat, mutta epidemiologissa tutkimuksissa on todettu, että pitkään jatkuva lyhytunisuus on merkittävä riskitekijä kakkostyypin diabetekselle, sydän- ja verisuonitaudeille, muistisairauksille ja masennukselle.

"Olemme tulleet siihen tulokseen, että terveyshaittojen taustalla on matala-asteinen tulehdus, joka kehittyy jo hyvin aikaisessa vaiheessa unenpuutetta sekä ihmisillä että hiirillä", Stenberg kertoo.

Tulehdusta esiintyy myös aivoissa, vaikka normaalisti veriaivoeste estää tulehduksen pääsyn aivoihin.

Hiirillä ja ihmisillä samanlaisia unihäiriöitä

Tällä hetkellä Stenbergin ryhmä pyrkii selvittämään eläinmallien avulla, mitkä prosessit aivojen sisällä aiheuttavat tulehduksen ja missä määrin tulehdus vaikuttaa erilaisiin neurologisiin ja psyykkisiin sairauksiin, kuten Alzheimerin tautiin ja depressioon.

Sitä varten on kehitetty hiirimalli depressioaivoista. Se tehtiin vaihtamalla hiiripoikueet joksikin aikaa eri emoille.

Poikasvaiheen trauma sai hiirten aivoissa aikaan muutoksen, joka vaikutti niiden uneen vielä nuoruudessa ja aikuisena. Työ on osa Olena Santangelin väitöskirjatutkimusta, joka esitetään tarkastettavaksi huhtikuussa.

"Uni on yksi herkimmin häiriytyviä tekijöitä, ja hiirten unesta löytyi samanlaisia häiriöitä kuin ihmisiltä depressiossa", Stenberg sanoo. "Tällainen häiriö on esimerkiksi REM-unen lisääntyminen."

REM-unella tarkoitetaan unen vaihetta syvän ja kevyen unen välissä. Sen aikana kehon lämpötila, pulssi ja hengitys ovat epäsäännöllisiä ja autonominen hermosto aktivoituu. Unien näkeminen tapahtuu yleensä REM-univaiheessaa.

Eläinmallit on todettu toimiviksi unitutkimuksessa laajemminkin. Stenbergin ryhmästä väitellyt Vilma Aho osoitti, että seeprakalojen uni on hämmästyttävän samanlainen kuin ihmisillä.

"Näyttää siltä, että unen perusmekanismit ovat samanlaiset lajista riippumatta."

Lap­sen uni ja ke­hi­tys kie­tou­tu­vat toi­siin­sa

Myös ihmislasten ja nuorten uni kiinnostaa tutkijoita.

Professori Tiina Paunio on jo viiden vuoden ajan tutkinut vauvojen ja lasten unta. Hankkeessa on mukana 1700 perhettä ja siinä selvitetään, miten vanhempien antama toimintamalli ja perheen ilmapiiri vaikuttavat lasten uneen, ja kuinka uni vaikuttaa lapsen kehitykseen.

"Yhteenvetona voisi sanoa, uni ja kehitys ovat kietoutuneet toisiinsa", Paunio toteaa. "Uni vaikuttaa kehitykseen mutta myös kehitys vaikuttaa uneen."

On hyvä, että lapsi nukkuu paljon, mutta joihinkin kehitysvaiheisiin kuuluu, että uni häiriintyy. Lapsi työstää silloin oppimiaan asioita, mikä näkyy ohimenevänä unen katkonaisuutena."

Teineillä muut houkutukset ajavat usein vanhempien antaman mallin ja toiveiden ohi. Tutkijat arvioivat, että jopa puolet nuorista nukkuu liian vähän. Unentarve on kuitenkin nuorillakin yksilöllinen.

"Tiedämme, että nuoruudessa vuorokausirytmi siirtyy myöhemmäksi", kertoo nuorten unta tutkiva psykologian professori Anu-Katriina Pesonen. 

"Nuoret sietävät hyvin väsymyksen tunnetta, ja iltaan liittyy monenlaisia houkutuksia. Täytyy olla mieletön itsesäätely, että pääsee ajoissa nukkumaan."

Hän on tutkinut unenaikaista oppimista mittaamalla nuorten aivojen unikehrien toimintaa eli unisukkulointia, jolla tarkoitetaan aivojen unenaikaisia aktivaatiopyrähdyksiä. Unikehrät on liitetty muistijälkien unenaikaiseen vahvistumiseen.

Työ­ka­lu­ja hy­vin nuk­ku­mi­seen

Pesosen toisen tutkimushankkeen tavoitteena on tarjota nuorille työkaluja vuorokausirytmin hallintaan.

Vuonna 2016 kaikki helsinkiläiset 16–17-vuotiaat kutsuttiin mukaan tutkimusprojektiin, jossa heitä motivoidaan nukkumaan paremmin. Mukaan saatiin 20 prosenttia kutsutuista.

"Suurin osa uniohjeista on hyvin käskyttäviä: älä teen niin tai näin, mene nukkumaan!", valittelee Pesonen. "Sellaisella ei ole kovin paljon vaikutusta ihmisten käyttäytymisen muutokseen."

Käskyjen sijaan tavoitteena onkin nyt tukea nuorten omia havaintoja siitä, mikä merkitys nukkumisella on heidän hyvinvoinnilleen.

"Uni on se aika vuorokaudesta, jota me ajattelemme kaikista vähiten ja josta riistämme eniten. Kaikki päiväsaikaan tapahtuva tuntuu aina arvokkaammalta kuin passiivinen yöaika, mutta kun itse hahmottaa unen merkityksen, sille myös antaa arvoa."

*

Juttu on hieman editoituna Elisa Lautalan kirjoittama tiedote Helsingin yliopistosta. Otsikkokuva: Flickr / eef ink

Tutkijat ko­put­tavat oviin ja et­sivät vaik­ka nii­tyl­tä – videolla näytteitä

Ungarinyinin, torlakin ja vepsän kieliä halutaan tutkia ja elvyttää, kun se vielä on mahdollista. Niitä yhdistää kolme asiaa: puhujat ovat iäkkäitä, puhuttu muoto on vahvempi kuin kirjoitettu ja ne ovat uhanalaisia.

 

Laura SiragusaStef Spronck ja Max Wahlström ovat lingvistejä ja Helsingin yliopiston humanististen tieteiden ohjelman tutkijatohtoreita, jotka tutkivat katoamisvaarassa olevia kieliä.

He kaikki ovat kiinnostuneita kielten ja kulttuurin suhteesta, ja siihen pääsee käsiksi pienten alkuperäiskielten tutkimuksen kautta. 

Yllä olevalla videolla tutkijat puhuvat omituisia kieliä, ja alla olevassa, Helsingin yliopiston tiedotuksen julkaisemassa Niina Niskasen, Piia Purran ja Suvi Uotisen kokoamassa teksteissä he kertovat enemmän tutkimuskohteestaan.

Max Wahl­ström: Van­hat nai­set ovat tor­la­kin tut­ki­jan par­hai­ta haas­ta­tel­ta­via

"Joskus käy niin, että informantteja on lähdettävä etsimään niityiltä vuohipaimenesta", kertoo Max Wahlström. 

"Kun heidät saadaan tupaan, alamme kysellä vanhoista asioista, ja samalla tallentuu murre."

Torlakki on eteläslaavilainen siirtymämurre serbian, makedonian ja bulgarian välissä. Sitä puhutaan Itä-Serbiassa ja Bulgariassa. Wahlström tutkii Timok-joen laaksossa Serbiassa puhuttavaa torlakin varieteettia.

"Serbia on kieliopiltaan lähellä esimerkiksi venäjää. Serbiassa on muun muassa samat sijamuodot kuin venäjässä. Makedoniassa ja bulgariassa sijoja ei ole, ja kielet ovat lisäksi kehittäneet esimerkiksi määräisen artikkelin sekä säilyttäneet muita slaavilaiskieliä monimutkaisemman verbijärjestelmän. Merkittävä syy torlakissa tapahtuneisiin kielenmuutoksiin ovat pitkäkestoiset kielikontaktit vuosisatojen aikana."

"Torlakissa on piirteitä paitsi serbiasta myös makedoniasta ja bulgariasta, ja siksi sen tutkiminen on niin kiinnostavaa. Torlakin avulla on mahdollista päästä kurkistamaan siihen, miten kielenmuutokset tapahtuvat."

Torlakin puhujien määrästä ei ole tarkkaa tietoa, sillä jotkut puhuvat murretta vain vähän, toiset enemmän. Uhanalainen murre kuitenkin on, ja siksi sen tallentamisella ja tutkimisella on kiire.

Max Wahlström tekee tutkimusta yhdessä Serbian Tiedeakatemian Balkanologisen instituutin kanssa. Yhdessä instituutin tutkijoiden kanssa kerätään sekä kielitieteellistä että kansatieteellistä aineistoa. Tämä tapahtuu kiertämällä Timokin alueen syrjäisissä kylissä ja koputtelemalla talojen oviin.

"Balkanilla on helppo tehdä kenttätöitä", kiittelee Wahlström. 

"Ihmiset ovat avoimia ja ottavat meidät hyvin vastaan. Etsimme jututettaviksi erityisesti vanhoja naisia, sillä he taitavat murteen miehiä paremmin. Vanhat miehet ovat kaikki käyneet Jugoslavian armeijan ja oppineet siellä serbokroaattina tuolloin tunnetun yleiskielen. Naiset ovat pysytelleet kotikylissä, ja he myös elävät miehiä pidempään."

Stef Spronck: Un­ga­ri­nyin osoit­taa, mi­ten kie­li on pal­jon enem­män kuin kie­liop­pi

Alkuperäiskielten tutkija huomaa konkreettisesti, miten kieli ja kulttuuri kietoutuvat yhteen. Stef Spronck antaa esimerkin.

"Länsimaiselle kielentutkijalle lause ’istun siskoni vieressä’ on yleensä vain kokoelma sanoja ja kielioppia", Spronck sanoo.

"Tyypillisesti kielentutkija ryhtyy tutkimaan kieltä pyytämällä puhujia kääntämään tämän tyyppisiä yksinkertaisia lauseita. Ungarinyinin kielen puhujalle tämä lause on kuitenkin perustavanlaatuisesti outo."

Syy: ngarinyinin kulttuurissa vastakkaista sukupuolta olevat sisarukset eivät ole läheisesti tekemisissä keskenään, joten ungarinyiniä puhuva mies todennäköisesti vastaisi kysymykseen: ’ei niin voi sanoa’.

Hollantilainen lingvisti lähti vuonna 2008 Australiaan tekemään tohtorintutkintoaan. Häntä kiehtoi se, miten kulttuuri ja kielioppi kietoutuvat yhteen Australian kielissä.

Spronck oli kotimaassaan opiskellut yleistä kielitiedettä ja slaavilaisia kieliä, mutta Australiassa hän päätyi sattumalta ngarinyin-kansan ja heidän alkuperäiskielensä ungarinyinin pariin. Kielen käyttäjät elävät nykyisin Länsi-Australiassa Derbyn kylässä ja sen lähettyvillä.

Ungarinyinin kieli on vakavasti uhanalainen. Sen puhujia on alle viisikymmentä, ja kieli elää lähinnä harvojen, jo iäkkäiden käyttäjien puheessa. Kielen puhujat, jotka työskentelivät Spronckin kanssa kielen nauhoituksen parissa, toivoivat tarinoiden siirtyvän seuraaville sukupolville. He haluavat varmistua siitä, että ungarinyiniä voi kuulla myös tulevaisuudessa.

Ungarinyin on säilynyt vuosisatoja ilman kirjoitettua kieltä, ja osa vanhoista puhujista suhtautuu kirjoittamiseen varauksella.

Ungarinyin on säilynyt vuosisatoja ilman kirjoitettua kieltä, ja osa vanhoista puhujista suhtautuu kirjoittamiseen varauksella, sillä kielellä on vahvat perinteet nimenomaan puhuttuna kielenä.

Nuoremmat sukupolvet suhtautuvat kirjoitukseen työkaluna, jonka ansioista kieltä on helpompi jakaa ja se pysyy muistissa. Kielen puhujat ja kielitietieteilijät ovat kehitelleet useita tapoja kirjoittaa ungarinyiniä vuosien ajan, ja viettäessään aikaa ngarinyinien yhteisössä Spronck esitteli niitä työpajoissa ja keskustelutilaisuuksissa.

Spronck vietti lopulta Australiassa yli kuusi vuotta, sillä alkuperäiskansaan tutustuminen ja henkilökohtaisten suhteiden rakentaminen veivät aikaa. Spronckin työhön kuului kenttämatkoja, ihmisten haastattelua ja kielen dokumentointia ja kuvailua.

Australiassa on ollut parhaimmillaan 250 alkuperäiskieltä. Nyt niistä enää noin kymmenen on päivittäisessä käytössä. Eri puolilla Australiaa nousseet liikkeet tekevät työtä vanhojen alkuperäiskielten elvyttämiseksi.

Lau­ra Si­ra­gusa: Vep­säl­lä on toi­voa

Kun italialainen Laura Siragusa opiskelijana valitsi pääaineekseen venäjän, hän ei vielä aavistanut päätyvänsä pienen vepsän kielen pariin.

Hän sai ensi kontaktin suomalais-ugrilaisiin kieliin vaihto-opiskelijana Helsingissä ja palasi myöhemmin oppimaan lisää. Yksi hänen esikuvistaan on vepsäläinen tutkija ja aktivisti Zinaida Strogalschikova.

Viime elokuussa Suomeen saapunut Siragusa viihtyy Helsingissä hyvin: yhteistyömahdollisuuksia muiden alkuperäiskansatutkijoiden kanssa on paljon, koska kiinnostuksen kohteet ovat yhteisiä.

Itämerensuomalaisella vepsän kielellä on noin viisituhatta puhujaa. Vepsäläiseksi identifioituvia on Siragusan mukaan kuutisen tuhatta. Vepsää puhutaan Äänisjärven etelä- ja länsipuolella, ja se voi parhaiten Karjalan tasavallassa, jossa käynnistyi tarmokas elvytysliike 1980-luvulla. Siellä vepsä saa tukea paikallishallinnolta: on kirjallisuutta ja sanomalehtiä, tv ja radiokin toimivat. Sanastoa kehitetään aktiivisesti esimerkiksi koulumaailman käyttöön.

Muualla kylät ovat eristyneempiä ja tyhjenevät nuorista, potentiaalisista puhujista. Toisaalta kylissä kieli on läheisemmässä suhteessa perinteiseen ympäristöön ja arkeen. Vepsänkielinen musiikkitoiminta, kuten kuorot ja yhtyeet, voi hyvin.

Vaikka vepsällä on kirjakieli, myös puhutulla kielellä on Siragusan mukaan merkitystä. Kun kielellä on puhujia, se pysyy elävämpänä.

"Vepsäläiset itse ovat optimistisia kielensä tulevaisuudesta. He eivät halua uhrin asemaa. Vepsä selvisi jo sodasta, Stalinin terrorista ja Venäjän assimilaatiopolitiikasta. Toivoa siis on."

Huima ehdotus: Tuhat mitta-asemaa tutkimaan maapallon kuntoa

Ma, 01/08/2018 - 10:43 Toimitus
Hyytialan asemaa (Kuva: Helsingin yliopisto, ATM)

Tunnettu aerosolitutkija, akateemikko Markku Kulmala ehdottaa Nature-lehdessä maailmanlaajuisen mittausverkoston rakentamista planeettamme tilan selvittämiseksi ja jatkuvaksi seuraamiseksi. Tuhat asemaa riittäisi – esimerkkinä suomalaisten SMEAR.

Hyytiälässä, Juupajoella, on Helsingin yliopiston SMEAR II -asema, missä mitataan jatkuvasti yli 1200 erilaista muuttujaa ilmassa ja ympäristössä.

Kasvihuonekaasujen pitoisuudet, pienhiukkasten pitoisuudet ja koostumus, otsoni, typen oksidit, rikki- ja typpihappo, sadat erilaiset hiilivedyt, molekyyliklusterit, maaperän ominaisuudet, fotosynteesi ja puiden kaasuaineenvaihdunta – nämä kaikki ja paljon muuta kirjautuvat tietokoneisiin ympäri vuorokauden.

Mittaustiedot näyttävät miten Hyytiälän metsämaasto hengittää ja elää, sekä kuinka muualta tulleet ilmavirtaukset tuovat sinne aineita ympäröivästä maailmasta.

Markku Kulmala ehdottaa viime torstaina, 4. tammikuuta Nature -lehdessä olleessa artikkelissa Build a global Earth Observatory SMEAR:in ottamista esimerkiksi hankkeessa, joka rakentaisi maailmanlaajuisen mittausverkoston maapallon tarkan tilan kartoittamiseen ja seuraamiseen.

Ympäri maailman tehdään koko ajan paljon mittauksia, joten niistä ei sinällään ole pulaa, mutta yhtenäinen, samalla tavalla samoja merkkikaasuja pitkäaikaisesti ja luotettavasti mittaava järjestelmä, jonka tuottamat havainnot olisivat vapaasti kaikkien maailman tutkijoiden käytössä, olisi huima askel eteenpäin.

Tiedot auttavat erilaisten luonnonilmiöiden takaisinkytkentöjen ja vuorovaikutusten selvittämisessä.

Kulmalan ehdottama maapallonlaajuinen uusi Global SMEAR (Stations for Measuring Earth Surface Atmosphere Relations) -verkko tarvitsee noin tuhat Hyytiälän kaltaista asemaa.

"Investointikustannukset asemaa kohden ovat 10 miljoonaa euroa, joten investoinnit Global SMEAR -verkkoon olisivat samaa suuruusluokkaan kuin Trumpin muuri Meksikon rajalle", akateemikko Kulmala sanoo.

Global Observatory (Global SMEAR) mittaisi kasvihuonekaasuja, pienhiukkasia, hivenkaasuja, oksidantteja, pilvien ominaisuuksia, sadetta, ekosysteeminen tilaa ja yleisesti ottaen ympäristön muutoksia, ihan niin kuin Hyytiälässä jo tehdään.

Lisäksi mukaan olisi hyvä ottaa myös uutta teknologiaa, kuten massaspektrometria, joka pystyy ilmakehässä mittaamaan erittäin pieniä hiukkaspitoisuuksia.

"Global SMEARin toteuttaminen vaatii laajaa kansainvälistä yhteistyötä, jota voisi pitkällä aikavälillä johtaa esimerkiksi meteorologian kansainvälinen järjestö WMO yhdessä suomalaisten toimijoiden kanssa", Kulmala arvelee viitaten Hyytiälän SMEAR-asemalta saatuun korkeatasoiseen aineistoon.

Hyytialan asemaa (Kuva: Helsingin yliopisto, ATM)
Hyytiälän SMEAR II -asema. Kuva: Helsingin yliopisto.

Kes­tä­viä pää­tök­siä teh­dään vain riit­tä­väl­lä ai­neis­tol­la

Helsingin yliopiston ilmakehätutkijat ovat kehittäneet SMEAR-konseptia vuodesta 1989, jolloin professori Pertti Hari ja Markku Kulmala aloittivat ensimmäisen SMEAR-aseman suunnittelun. Konseptin oleellisena osana on avoin data ja datavirrat.

"Kun on riittävästi avointa dataa maapallon tilasta, se mahdollistaa riittävän monipuolisen analyysin. Näin saadaan tietoa esimerkiksi siitä, mitkä alueet maapallolla voivat vahvistaa hiilinieluja ja lisätä ilmakehää viilentävien pienhiukkasten syntyä."

Kulmala uskoo myös, että uusia ilmastonmuutosta hillitseviä takaisinkytkentöjä voi löytyä.

"Vain riittävällä datalla ja monipuolisella analyysillä päästään tekemään kestäviä päätöksiä, hän sanoo.

Se jo tiedetään kipeän hyvin, että ilmaston muuttuessa kaupungistuminen lisääntyy, ruoka ei riitä, ja puhdas vesi muuttuu yhä vaikeammin saatavaksi; ilma saastuu, biodiversiteetti kärsii, ympäristö kemikalisoituu, epidemiat globaalistuvat ja energia on käymässä niukaksi – kaikki ovat ilmiöitä, jotka liittyvät oleellisesti toisiinsa eikä niitä voi ratkaista yksitellen.

*

Juttu perustuu Helsingin yliopiston viestinnän tiedoteeseen.

Suomalais-uusiseelantilainen tutkimusryhmä Etelämantereella VR-hommissa

Su, 10/22/2017 - 10:11 Jari Mäkinen

On taas se aika vuodesta, jolloin tutkijat lähtevät Etelämantereelle. Ensimmäisten lähtijöiden joukossa olivat suomalaiset, tosin tämä Helsingin yliopiston kolmikko on uusiseelantilaisen ryhmän mukana tekemässä heille kuvaushommia.

Siinä missä Suomen "virallinen" Etelämanner-retkikunta Aboa-asemalle on lähdössä matkaan vasta myöhemmin, on Helsingin yliopiston professori Alf Norkon vetämä tiimi jo nyt Antarktiksella.

Tarkalleen ottaen he ovat mukana Uuden Seelannin etelämannertutkimusohjelman rahoittamassa ryhmässä, jota vetää Uuden Seelannin meren- ja ilmastontutkimuksen kansallisen tutkimuskeskuksen Drew Lohrer ja joka matkaa siten uusiseelantilaisten organisoimana. 

Ryhmä on parhaillaan Scottin tutkimusasemalla, mistä tutkijat jatkavat kahdeen paikkaan lähistöllä keräämään tietoja tästä eräästä maailman eteläisimmästä ekosysteemistä. 

Olennainen osa retkeä on kerätä paljon kuva- ja videomateriaalia sekä dokumentoida koko matka 360°-kameralla. VR-materiaali valmistuu alkuvuodesta 2018.

Suomalaistiimin tehtävänä on vastata juuri tästä. 

Suomalaiset sukeltavat tutkijoiden mukana myös Etelämantereen jään alle, josta he kuvaavat aineistoa.

"Tarkoituksena on lisätä tietoisuutta Etelämantereen ainutlaatuisuudesta ja sen vaikutuksesta rannikon- ja jäänalaisen luonnon ekosysteemeihin sekä koko maailman ilmastoon", kertoo suomalaistiimin johtaja professori Alf Norkko.

Kuvaajana matkassa on kokenut tutkimusmatkaaja Patrick “Pata” Degerman.

Tutkimusretkeä voi seurata lähes reaaliaikaisesti Science under the ice -sivulla Facebookissa.

Alla on tuorein video, missä kerrotaan kenttäretken valmisteluista Scottin asemalla.

Jutussa on käytetty myös Helsingin yliopiston tiedotuksen lähettämää materiaalia.

Pese pottasi ultraäänellä

Pe, 06/09/2017 - 08:59 Toimitus

Ultraäänestä on moneen! Sillä voi kuvata, hitsata ja nyt myös pestä: fyysikoiden pesukeksintö on käytössä meriteollisuudessa, mutta sitä voisi käyttää myös monenlaisten muiden teollisuuden tuotantolaitteistojen puhdistamiseen ilman kemikaaleja. 

Ultraäänellä, eli korkeilla ääniaalloilla, voidaan synnyttää paineiskuja, jotka irrottavat likaa ja epäpuhtauksia. Tätä käytetään jo nyt monissa paikoissa, mutta nyt siihen on kehitetty olennainen parannus.

Fysiikan professori Edward Hæggströmin johtama tutkimusryhmä Helsingin yliopistossa on kehittänyt ultraäänipesumenetelmän, joka käyttää lääketieteellisestä tekniikasta tuttuja ultraäänikenttien ohjaustekniikoita, tietokonepohjaista mallinnusta ja erilaisia aiempia ultraäänipesutekniikoita. 

Tuloksena on ohjattava tehoultraääni, jota käyttämällä voidaan puhdistaa teollisten nestekiertoisten tuotantolaitteistoja, kuten putkistoja ja lämmönvaihtimia ilman, että käynnissä oleva tuotantoprosessi täytyy keskeyttää.

"Yleensä ultraäänipesu tapahtuu erillisissä pesualtaissa ja vaatii käynnissä olevan tuotantoprosessin keskeyttämisen ja puhdistettavien rakenteiden irrottamisen tuotantolaitteistosta", sanoo menetelmää Helsingin yliopiston luonnontieteiden kampuksella Kumpulassa tuotteistanut Timo Rauhala, joka nykyisin työskentelee projektipäällikkönä Altum Technologies -yrityksessä.  

Tutkijoiden kehittämässä uudessa menetelmässä ultraäänilähettimet kiinnitetään suoraan puhdistettavaan tuotantolaitteistoon.

"Lähettimet ovat irrotettavissa ja asennettavissa uudelleen, Timo Rauhala sanoo.

Usean lähettimen avulla ultraäänikenttää voidaan ohjata tuotantolaitteen sisällä ja kohdentaa puhdistus tarkalleen haluttuihin kohtiin. Tätä varten menetelmässä käytetään paljon laskentakapasiteettia vaativaa mallinnusta. 

"Puhdistaminen räätälöidään näin asiakkaan tarpeita varten", hehkuttaa Rauhala.

Kontrolloitu kolmiulotteinen puhdistaminen

"Lääketieteessä ultraääni on kontrolloitua ja teollisuudessa työskennellään isoilla tehoilla; me olemme nyt yhdistäneet tehokkuuden ja ohjaamisen, tuotteeksi, joka on skaalattavissa teollisuuden käyttöön", kertoo Hæggström. Hän johtaa Helsigin yliopiston elektroniikan tutkimuslaboratoriota.

"Yksinkertaisimmillaan lopputuote on helppo käyttää ja varmatoiminen. Puhdistaminen etenee piste pisteeltä, ja me pystymme kontrolloimaan puhdistamista ajassa ja paikassa."

Puhdistaminen on teollisuudessa aina kallis ja iso operaatio. Prosessit ovat jatkuvia, ja siksi puhdistamista täytyy tehdä koko ajan.

"Tapa, jolla puhdistamisen voi nyt tehdä, on herättänyt paljon kiinnostusta, sanoo Altum Technologies -yrityksen toimitusjohtaja Matias Tainela.

Erityisen kiinnostuneita uudesta tekniikasta ovat olleet seilorit; merenkulun alalla keksinnöstä olisi suurta ja konkreettista apua.

"Meriteollisuudessa puhdistetaan suodattimia, isoja säiliöitä, putkistoja ja merivesilämmönvaihtimia. Pesemistarpeen rajana on kai vain mielikuvitus."

Asiakastarpeita tuleekin lisää, Altum Tecnologies -yhtiössä uskotaan. Mahdollisia kiinnostuneita tahoja on helppo nähdä: kaivos- ja öljyteollisuus, sellu- ja paperiteollisuus, kemianteollisuus sekä laivanrakennusteollisuus. Ja miksei myös elintarviketeollisuus.

Liikkeelle Altum Technologies lähti vuonna 2013. Sijoittaja Lifeline Ventures tuli mukaan hiljattain. Kansainvälisesti uusi teknologia lanseerattiin Helsingissä keskiviikkona 7.6.2017.

Teksti perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen.

Video: Akatemiaprofessori Matti Lassas on salapoliisi ja pohtii näkymättömyysviittaa

Heti juttutuokiomme aluksi akatemiaprofessori Matti Lassas haluaa repiä rahaa, mutta tyytyy tavalliseen sanomalehtipaperiin.

Syynä repimisintoon on hänen tämänhetkinen tutkimushankkeensa, missä tutkitaan matematiikan avulla paperia ja pystytään paljastamaan väärät setelit juuri paperin avulla.

"Tutkimme valkoista kohinaa, tai tarkemmin sanottuna satunnaiskentän parametrien estimointia datan avulla", selittää Lassas ja jatkaa selitystä näyttämällä konkreettisesti, mistä on kyse. Hän valaisee paperia edessään laserosoittimella, jolloin valopisteen ympärillä oleva paperi hohtaa sumumaisena pilvenä.

"Tämä sumuuntunut piste on paperin sormenjälki, koska kun jokainen kohinan pikseli muutetaan matemaattiseksi funktioksi ja ne mallinnetaan, on tuloksena jokaiselle paperilaadulle ominainen malli. Paperia voi tutkia myös kohtalaisen tarkasti yksinkertaisesti sitä repimällä, sillä se, miten paperi repeää, kertoo siitä, sen koostumuksesta ja tekotavasta paljon.”

Tämän osoittamiseen Lassas ottaa sanomalehden, ja repii sen sivun hitaasti kahtia.

"Sanomalehtipaperin syyt ovat vain yhteen suuntaan, eli se on hyvin suunnistunutta siksi, että paperi on mennyt paperikoneen läpi ja paperi on varsin erilaista paperikoneen suunnassa ja poikkisuunnassa."

Setelipaperi on hienompaa, eikä siinä ole sanomalehtipaperiin verrattavia syitä. Sen sijaan laservalon avulla valaistaessa siitäkin paljastuu sen oma rakenne. "Siinä näkyy pieniä laikkuja ja myös pienet syyt. Kun niitä analysoidaan matemaattisesti, voidaan päätellä, mistä paperi on peräisin. Paperi, mille setelit painetaan, on erilaista eri maissa ja jopa eri paperikoneissa."

Kyseessä on yksinkertainen ainetta tuhoamaton tutkimus, eli tässä tapauksessa paperia voidaan tutkia hyvinkin tarkasti ilman, että paperia täytyy rikkoa.

"Kiinnostavaa kyllä, muun muassa pörssikurssit noudattavat samanlaisia lakeja kuin paperin kuitujen vaihtelut vaaka- ja pystysuunnassa. Voimme laskea pörssikurssien volatiliteettia samaan tapaan kuin päätellä paperin alkuperää. Tämä matematiikan universaalisuus on kiehtovaa!"

Tieteiskirjallisuudesta salapoliisimatematiikan pariin

Lassas kertoo aloittaneensa matematiikan opintonsa puhtaan, teoreettisen matematiikan parissa, sillä häntä kiinnostivat ennen kaikkea lukujen ominaisuudet.

"Ajattelin, että mitä vähemmän tekemistä sovellusten kanssa, sitä parempi. Mutta kun törmäsin matematiikan erilaisiin sovelluksiin ja huomasin, että kaikkialla ympärilläni oli hyvin samankaltaista matematiikkaa, niin siirryin askel askeleelta lähemmäksi sovelluksia."

Aivan alussa oli kuitenkin tieteiskirjallisuus, mikä houkutti epäsuorasti Lassaksen matematiikan pariin. Koska scifi-kirjoissa oli paljon fysiikkaa, hän halusi opiskella sitä tarkemmin. Fysiikassa ei kuitenkaan päässyt eteenpäin ilman matematiikkaa, joten tuleva akatemiaprofessori meni kesämökkipaikkakuntansa kunnankirjastoon ja luki sen matematiikan osaston läpi.

"Päätin, että haluan opiskella tätä yliopistossa. Vaikka innostukseni heräsi fysiikan soveltavan matematiikan kautta, imaisi puhdas matematiikka minut siinä määrin mukaansa, että halusin opiskella juuri sitä."

Varsin pian painopiste alkoi kuitenkin siirtyä jälleen sovellusten pariin. Erityisesti Lassas on kiinnostunut niin sanotuista inversio-ongelmista, käänteisongelmista, jotka ovat takana lähes kaikissa hänen tutkimissaan ongelmissa.

"Käänteinen ongelma on sitten nimensä mukaisesti päinvastainen. Se tarkoittaa sitä, että meillä on lopputulos, ja koetamme ymmärtää, miten se on saatu aikaan."

Hyvä esimerkki on maapallon painovoimakenttä. Jos tuntisimme täsmälleen planeettamme rakenteen, olisi mahdollista laskea painovoimalakien avulla, kuinka voimakkaasti Maa vetää meitä puoleensa kussakin paikassa pinnalla. Vetovoimassa on pieniä paikallisia vaihteluita sen mukaan, millainen on maapallon rakenne alapuolella, pinnan alla – erot ovat hyvin pieniä, mutta selvästi mitattavissa.

"Emme kuitenkaan tiedä täsmälleen maapallon rakennetta, mutta voimme mitata ja kartoittaa hyvinkin tarkasti, mikä on vetovoima missäkin kohdassa maapallon pinnalla. Ja näiden havaintojen perustella voimme laskea, millainen maapallon rakenne tuottaisi meille havaitut arvot. Tähän liittyy viime aikoina tehty maanjäristysaaltojen kulkuaikojen analyysi. Tämän avulla voitu päätellä huiman tarkasti Maan ja erityisesti Maan pintakerroksen kolmiulotteinen rakenne."

Nykyaikainen lääketieteellinen kuvantaminen on pitkälti samanlaista. Tietokonetomografiassa otetaan ihmisestä eri puolilta röntgenkuvia ja niiden avulla lasketaan, millainen on ihmisen kolmiulotteinen sisärakenne.

"Olemme tehneet yhteistyötä muun muassa hammaslääkärien kanssa ja onnistuneet kehittämään laskentamalleja, joiden ansiosta suun ja suun alueen hermojen rakenteen yksityiskohdat näkyvät aiempaa paremmin. Näin kuvannus voidaan tehdä vähemmillä röntgenkuvilla ja siten potilaan saama säteilyannos pienenee olennaisesti."

Toinen konkreettinen esimerkki inversio-ongelmamatematiikasta arkikäytössä on ilmakehätutkimus. Eri menetelmin voidaan havaita esimerkiksi ilmassa olevan hiilidioksidin määrä ja jakautuma, ja matematiikan avulla pystytään paljastamaan hiilidioksidin lähteet ja nielut: missä hiilidioksidia syntyy ja missä sitä absorboituu pois.

Lisää esimerkkejä tutkimusaloista, joissa saadaan tietoa epäsuorasti tai havainnot ovat epätäydellisiä, on vaikka kuinka. Lassaksen tutkimusryhmä on muun muassa auttanut malminetsijöitä, vesivarojen kartoittajia ja kosmologeja työssään.

"Taustasäteilyn tutkimus on todella kiinnostavaa ja minulle se on vähän paluuta tieteiskirjallisuuden pariin. Voimme nimittäin saada taivaan taustasäteilyssä olevista pienistä vaihteluista tietoa siitä, millaisia rakenteita oli varhaisessa maailmankaikkeudessa. Vielä jokin aika sitten kosmologien mukaan syntymässä olleessa maailmankaikkeudessa olisi ollut valtavia kosmisia säikeitä, mutta niitä ei vain ole löytynyt. Matematiikan avulla voidaan siis laskea, mikä näkyy – ja mikä tärkeämpää, sitä mikä ei näy."

Nyt Lassas on siirtynyt taustasäteilystä gravitaatioaaltoihin. Ne ovat kuin kosmisen mittakaavan maanjäristysaaltoja ja niissä on paljon mahdollisuuksia inversio-ongelmien käyttöön.

Sattuma johdattaa

Lassas on mukana Suomen Akatemian huippuyksikkö-statuksen saaneessa inversio-ongelmien tutkimusryhmässä, jonka jäsenet ovat jakautuneet kuuteen yliopistoon ympäri Suomen. Ryhmässä on nykyisin noin 80 jäsentä.

“Tämä verkosto on rakentunut vähitellen”, Lassas kertoo. “Lähtökohtana ovat olleet eri tutkijoiden väliset ystävyyssuhteet, ja kun yksi on saanut professuurin jossain yliopistossa, niin siitä paikasta on tullut kumppani.”

Lassaksen mukaan ryhmän vahvuus on siinä, että mukana on tutkijoita erittäin laajalla rintamalla puhtaasta matematiikan tutkimuksesta sovellusten siirtämiseen start-up-yrityksiin. Yleensä teoreettisen tiedon siirtyminen sovelluksiin kestää vuosikymmeniä, mutta nyt tutkimus saadaan arkikäyttöön hyvin nopeasti.

“Hyvä esimerkki tästä on yhtiö, jonka jatko-opiskelijamme pistivät pystyyn. Se mittaa putkistoissa kulkevia nesteitä kehittämämme matemaattisen kuvantamisalgoritmin avulla. Kuvantamismenetelmien avulla voidaan havaita maakaasuputken sisälle muodostuvia kiteitä. Pahimmassa tapauksessa ne saattavat tukkia putken, jolloin tuloksena on paitsi katko maakaasun toimituksessa, niin myös kallis remontti. Nyt ongelmat voidaan havaita ennalta ja edullisesti putkea avaamatta ja putki voidaan huoltaa ajoissa.”

Kenties kuuluisin – ja myös huikein – tutkimusryhmän hanke on näkymättömyysviitan tekeminen. Tällä viivataan Harry Potterin taikaviittaan, jolla hän pystyy muuttumaan näkymättömäksi. Yllättäen sellainen ei ole enää pelkkää satua.

“Kyse oli aluksi ihan pelkistä pintojen geometrioista. Sen jälkeen asia vain johti toiseen ja lopulta huomasimme tutkivamme näkymättömyyttä.”

Lassas selittää, että kyseessä oli abstrakti ongelma, missä tutkittiin valonsäteen kulkua matemaattisen pinnan, esimerkiksi hyperboloidin reunalta toiselle. Tavoitteena oli ymmärtää, miten yhdeltä reunalta voitaisiin tehdä pintaa pitkin sähkömagneettisen aaltojen avulla mittauksia siitä, miltä toinen puoli näyttää. Tai kuten Lassas sanoo, “Halusimme tietää, onko pinnan topologiassa reikää.”

Lassas oli menossa esitelmöimään lääketieteellisestä kuvantamisesta Yhdysvalloissa pidettyyn konferenssiin, jolloin hän keksi selittää kuvantamismenetelmiään näkymättömyysesimerkin avulla. Siinä oli kaksi kappaletta, yksi tasa-aineinen ja toinen sellainen, jonka sisälle oli kätketty esine ja joka oli vuorattu teoreettisella pinnoituksella, joka hämäsi näkymistä.

“Teimme erilaisia laskelmia, mutta emme valitettavasti puhuneet tekemisistämme materiaalitutkijoiden kanssa. Emme olleet tulleet ajatelleeksikaan, että he olivat jo tutkineet metamateriaaleja, jolla asia voidaan toteuttaa käytännössä. Muutamien vuosien jälkeen huomasimme, että uusien materiaalien, niin kutsuttujen metamateriaalien, tutkijat eri puolilla maailmaa ehdottivat näkymättömyysviitan tekemistä valolle käyttämällä täsmälleen samoja kaavoja, joita olimme itse hahmotelleet!”

Metamateriaaleissa niiden geometria on tärkeämpää kuin niiden materiaali. On siis sama, onko ne tehty puusta tai pellistä, raudasta tai hiilikuidusta, kunhan vain materiaali käyttäytyy eksoottisesti. Materiaalit voivat olla mekaanisia tai sähköisiä, ja ne voivat saada aikaan valolla (ja muulla sähkömagneettisella säteilyllä) varsin omituisia ilmiöitä: esimerkiksi valo voi taittua ihan toiseen suuntaan kuin odotettaisiin. Veden ja ilman rajapinnassa valo heijastuu ja taittuu, mutta metamateriaalia ja jotain tiettyä valon aallonpituutta käyttämällä voi saada aikaan sen, että valo seuraa kappaleen pintaa samaan tapaan, kuin vesi virtaa joessa olevan kiven ympäri. Valo siis palaa kappaleen ohitettuaan alkuperäiselle reitilleen.

“Jos tämän saisi toimimaan suuressa mittakaavassa ja laajalla taajuuskaistalla, niin se toimisi kuin Harry Potterin näkymättömyysviitta. Toistaiseksi on tosin onnistuttu kätkemään vain noin mikrometrin kokoisia kappaleita, eli viitat ovat vielä aika pieniä ja toimivat vain yhdellä aallonpituudella.”

Ensimmäisenä näkymättömyyttä voitaisiin käyttää esimerkiksi skannausmikroskoopeissa, joissa mikroskoopin äärimmäisen pientä kärkeä kannattavat tuet voitaisiin päällystää käytetyn aallonpituuden alueella “näkymättömäksi” muuttavalla aineella. Samoin tutka-antenneissa, jotka nekin toimivat vain tarkasti määrätyillä aallonpituuksilla, voitaisiin antennin kuvakentässä olevat tuet muuttaa näkymättömiksi. Kummassakin tapauksessa havainnot parantuisivat olennaisesti.

Sovellusten lista vain jatkuu…

Haastattelun kuluessa Lassas pudottelee tutkimuksensa sovelluksia niin innokkaasti, että niitä on vaikea kirjata ylös.

Lassas kertoo niistä innostuneesti, ja toteaakin sen, mikä näkyy päälle: “Tämä on hirveän jännittävää! Yksi asia johtaa toiseen ja tämä saattaa näyttää etenkin näin jälkikäteen katsottuna vain ajautumiselta. Etukäteen ei voi tietää, missä kaikessa kehittämäämme matematiikkaa voi käyttää.”

“Olennaista on se, että meidän pitää olla yhteistyössä muiden alojen tutkijoiden kanssa. Emme saa istua vain kammioissamme, vaan meidän matemaatikkojen pitää mennä tapaamaan muita ihmisiä, kuunnella heitä ja soveltaa tutkimustamme heidän tarpeisiinsa.”

Näkymättömyys on tästä hyvä esimerkki. Lisäksi se on erinomainen esimerkki siitä, miten näennäisesti täysin hyödytön tutkimus tuottaa mullistavia sovelluksia.

Kun Lassas katsoo kymmenen vuoden päähän, niin hän näkee siellä kaikkein kiinnostavimpana uutena alana niin sanotun hybridikuvantamisen. Siinä yhdistetään kaksi erilaista kuvantamistapaa, esimerkiksi sähköinen kuvantaminen ja magneettikuvaus, jolloin saadaan enemmän ja parempaa tietoa.

“Ja sitten on fotoakustinen kuvantaminen! Ihmisen sisälle voidaan lähettää voimakas valopulssi, joka lämmittää hieman ihmisen kehoa, ja tämä pieni, nopea lämpeneminen laajentaa ainetta ja laajentuminen synnyttää ääntä. Koska valo ei mene kovin syvälle ihmiseen, käytetään tätä nyt lähellä ihoa olevassa tutkimuksessa, muun muassa ihosyövän kuvantamisessa.”

“Kun valo korvataan ultraäänellä, saadaan elastografinen kuvantamismenetelmä. Ihmisten sisustaa on vaikea puristaa kasaan siten, että tilavuutemme muuttuu, mutta olemme vastavuoroisesti hyvin vääntyviä ja joustavia. Tämän takia kudoksissamme etenee kaksi eri nopeudella kulkevaa elastista aaltoa, joita voidaan yhdessä käyttää kuvantamisessa: toinen aalto) suunnataan sisällemme kiinnostavaan paikkaan ja ne synnyttävät toisenlaisia aaltoja, joita havaitaan.”

Aaltojen käyttäytymistä voidaan laskea suhteellisuusteorian kaavoilla, joilla esimerkiksi hahmotetaan sähkömagneettisten aaltojen ja gravitaatioaaltojen vuorovaikutusta.

Ei ole mikään ihme, että Lassaksen mielessä asia on myös saanut toisen, aivan erilaiselta tuntuvan, mutta matemaattisesti samankaltainen ajatuksen. Hän miettii, miten havaitsija, joka putoaa avaruudessa vapaasti ja joka lähettää aaltoja ympäriinsä, voi muodostaa kuvan ympärillään olevasta avaruusajasta ja sen rakenteista – vai pystytäänkö siihen lainkaan?

“Artikkelimme tästä on tällä hetkellä viimeisteltävänä ja sen vastaus on, että pystyy. Tämä on sellainen nimenomaan matematiikkaan perustuva kysymys, joka oli henkilökohtaisesti kauhean tärkeä. Ja kuten niin monasti ennenkin, tälle siis löytyi heti käytännön sovelluksia!”

Juttu ja video on julkaistu Suomen akatemian nettisivuilla ja ne uudelleenjulkaistaan Tiedetuubissa luvalla. Tekijänä on Tiedetuubin Jari Mäkinen.

Pernarutto uinuu ikiroudassa

Ma, 05/29/2017 - 20:37 Toimitus

Sulavasta ikiroudasta paljastuu uusia, tuntemattomia mikrobeja. Ne voivat olla vaaraksi meille, mutta suurempi uhka on niiden ilmastonmuutosta ruokkiva voima, sanoo tuore akatemiatutkija Jenni Hultman Yliopisto-lehden jutussa.

Joka kesä jäästä paljastuu uutisaihetta.

Viime suvena säikähdettiin Grönlannin jäänalisia ydinjätteitä ja Jamalin niemimaalla Siperiassa puhjennutta pernaruttoa. Tauti on vaatinut jo joidenkin ihmisten ja lukuisten porojen henget.

Pernaruttoitiöiden arvellaan ilmaantuneen 1940-luvulla kuolleen poron sulaneesta ruhosta. Jäiseen maahan on hankala kaivaa syvää kuoppaa.

Jäätyneessä, hapettomassa maaperässä uinuu runsaasti vanhoja mikrobeja, joista monen olemus ja ominaisuudet ovat vielä arvoitus.

Tämän huomasi myös mikrobiologian dosentti Jenni Hultman tutkiessaan muutama vuosi sitten Alaskan ikiroudasta kairattuja näytteitä. Hän löysi aiemmin tuntemattomien arkeonien DNA:ta ja viitteitä niiden aktiivisuudesta. Mikrobit olivat peräisin reilun kymmenen tuhannen vuoden takaa. 

"Ikiroudassa on paljon tieteelle uusia mikrobeja", sanoo Hultman. 

"Muutama vuosi sitten venäläistutkijat löysivät kymmeniä tuhansia vuosia vanhan tuntemattoman jättiläisviruksen Siperiasta."

Silti mikrobiologian tutkijaa kiinnostaa taudinaiheuttajia enemmän se, kuinka paljon sulavan ikiroudan mikrobit kiihdyttävät ilmastonmuutosta entisestään. 

"Sulavasta ikiroudasta voi syntyä olosuhteita, joissa mikrobit tuottavat erityisen paljon voimakkaita kasvihuonekaasuja, kuten metaania ja typpioksiduulia."

Jos ikirouta-alueelle syntyy märkiä soita, arktis alkaa tuottaa valtavasti kasvihuonekaasuja. Pohjoiseen ikiroutaan on sitoutunut enemmän hiiltä kuin koko maailman metsiin, ja arvioiden mukaan jopa 80 prosenttia alueen pintakerroksesta on vaarassa sulaa vuosisadan loppuun mennessä.

Ilmastonmuutosta ennakoiva tutkimustieto pohjoisista metsistä ja soista lämpenevässä maailmassa kaipaakin tuekseen Hultmanin ja hänen kollegoittensa analyysia ikiroudan tutuista ja tuntemattomista mikrobeista.

*

Yliopisto-lehden numerossa Y/06/16 ollut juttu on Mikko Pelttarin tekemä ja sitä on lievästi muokattu yllä olevassa tekstissä. Alkuperäinen teksti on julkaistu myös Helsingin yliopiston nettisivuilla.

Big data auttoi selvittämään rauduskoivun historiaa

La, 05/13/2017 - 19:47 Toimitus
Rauduskoivu. Kuva: Wikipedia / jordgubbe

Helsingin yliopiston tutkijat ovat selvittäneet koivun lajiutumishistoriaa perimästä kerätyllä big datalla tutkimusprojektissa, jossa määritettiin kaikkiaan 150 koivun perimät.

Big data on tuttu ilmaisu esimerkiksi yritysten asiakaskäyttäytymisanalyyseistä tai internetin sosiaalisten verkkojen mallinnuksesta, mutta suuria datamääriä syntyy myös biologian alalla genomien emäsparien lukemisessa eli sekvensoinnissa.

Genomisekvensoinnin halventuminen on mahdollistanut kokonaisten yksilöryhmien eli populaatioiden genomien määrittämisen. Tästä aineistosta voidaan populaatiogenomiikan menetelmiä käyttäen tutkia jälkiä, jotka lajin historia ja luonnonvalinta on evoluution aikana genomikokoelmaan jättänyt.

Suomalaistutkimus tästä julkaistiin 8. toukokuuta Nature Genetics-lehdessä.

Vastaavanlaista tutkimusta on aiemmin tehty lähinnä ihmisillä, joista on vuosien ajan kerätty laajaa genomikokoelmaa, mutta viimeaikainen teknologian kehitys on mahdollistanut tutkimuksen myös aivan uusille lajeille. 

Tutkijat keräsivät koivunäytteitä Irlannista, Norjasta ja neljästä eri paikasta Siperiasta sekä Suomesta kuudelta eri paikkakunnalta Lopen ja Kittilän väliltä. Kaikkiaan genomeja luettiin yli 700 gigaemäsparia, mikä tuotti yli 20 teratavua tiedostoja.

Perimien laskennallinen analyysi osoitti hyvin alhaisia yksilömääriä eli populaation pullonkauloja ajanjaksoina, jolloin maapallolla tapahtui suuria ilmastollisia muutoksia. Ensimmäinen ja voimakkain pullonkaula tapahtui aikana jolloin dinosaurukset kuolivat sukupuuttoon noin 66 miljoonaa vuotta sitten.

Tämän jälkeen pullonkauloja oli 34 miljoonaa, 14,5 miljoonaa ja noin 1 miljoona vuotta sitten. Viimeisimmän pullonkaulan jälkeen koivupopulaatio on kasvanut tasaisesti, eikä viime jääkausikaan ole siihen suuremmin vaikuttanut.

Jääkauden vaikutuksesta koivut jakautuivat Siperiassa kasvavaan Aasian kantaan ja Länsi-Euroopan kantaan, jotka myöhemmin mannerjään sulaessa ovat sekoittuneet Suomessa.

Rauduskoivun lisäksi projektissa sekvensoitiin kuusi muuta koivulajia, mukaan lukien hieskoivu ja vaivaiskoivu, sekä koivun lähisukulaiset harmaa- ja tervaleppä. Rauduskoivun ja hieskoivun erottaminen toisistaan osoittautui yllättävän vaikeaksi, sillä osa rauduskoivuksi luokitelluista puista osoittautuikin genomianalyyseissä hieskoivuiksi.

"Tämä vahvistaa kaksinkertaisen kromosomiston omaavan rauduskoivun ja nelinkertaisen kromosomiston omaavan hieskoivun välillä tapahtuneen ja todennäköisesti edelleenkin tapahtuvan geenien vaihtoa", kertoo tutkija Jarkko Salojärvi Helsingin yliopiston biotieteiden laitokselta bio- ja ympäristötieteellisestä tiedekunnasta

Luonnonvalinta on auttanut koivua pärjäämään kovissa oloissa

Populaatiohistorian lisäksi projektissa koostettiin referenssigenomi ja ennustettiin koivun geenit. Perimän analyysit paljastivat yli 900 lajiutumisen aikana luonnonvalinnan alla ollutta geeniä, jotka ovat muokanneet kansallispuustamme kylmänkestävän ja nopeakasvuisen pioneerilajin. Valinnan alla olevat geenit ovat avainasemassa koivun ilmiasun muodostamisessa, minkä takia näihin geeneihin kohdistuvan jalostustyön kautta voidaan kehittää koivulinjoja erilaisiin biotalouden sovelluksiin.

"Kun kandidaattigeenit on löydetty, on jalostaminen nopeata, sillä koivu on ainoa puulaji, jonka voi kasvuolosuhteita muokkaamalla saada kukkimaan alle yhden vuoden ikäisenä, mahdollistaen yhden risteytyssukupolven kasvattamisen vuoden aikana", kertoo professori Jaakko Kangasjärvi.

"Koivulinjalle tyypillinen ominaisuus voi olla jo yhdenkin geenin takana, sillä esimerkiksi kyynelkoivun genomin sekvensointi paljasti tynkäproteiinin LAZY-geenissä", sanoo puolestaan professori Yrjö Helariutta.

Kyynelkoivu, jota käytetään puutarhakasvina, on tunnettu riippuvista oksistaan. Mutaatio vastaavassa geenissä tuottaa maata pitkin kasvavan velton ilmiasun muun muassa maississa ja lituruohossa.

Tutkimuksen tekivät Helsingin yliopistosta tekniikan tohtori Jarkko Salojärvi, tekniikan tohtori Olli-Pekka Smolander, professori Jaakko Kangasjärvi, professori Yrjö Helariutta, tutkimusjohtaja Petri Auvinen sekä Buffalon yliopistosta Yhdysvalloista professori Victor Albert. Geeniennusteiden tarkistamiseen osallistui tutkijoita Helsingin yliopiston lisäksi Turun, Itä-Suomen, Oulun, Tarton ja Uumajan yliopistoista, sekä Luonnonvarakeskuksesta.

Artikkeli perustuu Helsingin yliopiston tiedotteeseen.

 

Ihmisen geenikartasta löytyi yllätys

To, 05/04/2017 - 23:59 Toimitus

Ruotsalais-suomalainen tutkimus osoittaa, että ihmisen solujen DNA:ssa esiintyvä ’viides kirjain’ muuttaa geneettisen koodin lukua. Science-tiedelehdessä julkaistut tulokset auttavat ymmärtämään, miten DNA ohjaa geenien ilmentymistä yksilönkehityksen aikana ja tautien synnyssä.

Melkeinpä kaikki tietävät genomimme kirjainleikin: perintötekijöidemme koodi koostuu kirjaimista A, C, G ja T, joiden järjestys on tunnettu vuodesta 2000 lähtien.

Itse asiassa geenikielessä on viideskin kirjain, sillä CG-kirjainyhdistelmien C:t voidaan muokata soluissa niin sanotulla metylaatiolla ja näin tuottaa genomin ’viides kirjain’.

Ihmiskeho koostuu useista erityyppisistä soluista, joissa kaikissa on sama genomin kirjainten järjestys. Genomin CG-kirjainyhdistelmien metylaatio kuitenkin vaihtelee eri kudoksissa esiintyvien solujen välillä. Tällä metylaatiolla voi olla suuri vaikutus geenien ilmentymiseen solussa ja siten solun ominaisuuksiin etenkin, jos metylaatio esiintyy kontrollialueiden’DNA-sanoissa’, joihin traskriptiotekijöiksi kutsutut säätelyproteiinit sitoutuvat.

Kirjainten järjestyksen ymmärtäminen on edellytys genomitiedon hyödyntämiseen lääketieteessä; geenien kirjainjonot tunnetaan, mutta kontrollialueiden, jotka sisältävät ohjeet siitä, milloin ja missä geeniä ilmennetään, tuntemus on vähäistä.

Professori Jussi Taipaleen (Helsingin yliopisto ja Karoliininen Instituutti) johdolla tutkijat ovat aikaisemmin tunnistaneet useimmat DNA-sanat, joihin yksittäin ja pareittain esiintyvät transkriptiotekijät sitoutuvat.

CG-kirjainyhdistelmän metylaation vaikutusta DNA-sanojen lukemiseen ei kuitenkaan ole aiemmin tutkittu systemaattisesti. Niinpä Taipaleen ryhmä kartoitti systemaattisesti transkriptiotekijöiden sitoutumista DNA-sanoihin, joiden CG-kirjainyhdistelmät olivat joko metyloituja tai ei-metyloituja.

Kartoitus paljastaa, että monien transkriptiotekijöiden sitoutuminen DNA-sanoihin muuttuu CG-kirjainyhdistelmien metylaation myötä. Toisin kuin aiemmin tiedettiin, DNA-sanoja, joiden CG-kirjainyhdistelmät ovat metyloituja, lukevat erityisesti sikiöaikana ja elimien kehityksen aikana ilmenevät transkriptiotekijät, sekä muutamat eturauhas- ja paksusuolisyövässä tärkeät transkriptiotekijät.

Helsingin yliopistossa toimivan Suomen Akatemian Syöpägenetiikan huippuyksikön tutkijat osallistuivat tutkimukseen keskeisesti tuottamalla tietoa syöpäsolujen genomin CG-kirjainyhdistelmien metylaatiosta ja tutkimalla transkriptiotekijöiden tunnistamien DNA-sanojen esiintymistä ihmisen ja muiden lajien genomeissa.

Tämän tutkimuksen tuloksilla on suuri merkitys yksilönkehityksen, syöpäkasvainten kehityksen ja tautien synnyn ymmärtämisessä.

Viite: Yimeng Yin, Ekaterina Morgunova, Arttu Jolma, Eevi Kaasinen, Biswajyoti Sahu, Syed Khund-Sayeed, Pratyush K. Das, Teemu Kivioja, Kashyap Dave, Fan Zhong, Kazuhiro R. Nitta, Minna Taipale, Alexander Popov, Paul Adrian Ginno, Silvia Domcke, Jian Yan, Dirk Schübeler, Charles Vinson, and Jussi Taipale: Impact of cytosine methylation on DNA binding specificities of human transcription factors. Science 5 May, 2017

Juttu on käytännössä suoraan Helsingin yliopiston tiedote.

Imeskele itsesi terveeksi flunssasta

Ke, 05/03/2017 - 14:05 Toimitus

Helsingin yliopistolla on hyviä uutisia flunssapotilaille: seitsemän satunnaistetun tutkimuksen perusteella sinkki-imeskelytabletit voivat lyhentää flunssan kestoa yli 30 prosentilla. Tosin monet sinkkiä sisältävät imeskelytabletit ovat tehottomia.

Jos flunssa pukkaa päälle, niin muista sinkki. Aivan täsmälleen sen vaikutusta ei osata selittää, mutta nähtävästi etenkin flunssan alussa nautittuna se auttaa immuunijärjestelmän valkosoluja taistelemaan flunssaa vastaan.

Ihan mikä tahansa sinkki ei kuitenkaan ole hyödyksi, sillä se, milaisessa muodossa sinkki on tableteissa, vaikuttaa sinkin tehoon.

Helsingin yliopiston tiedote kertoo sinkistä ja flunssasta, ja se myös kertoo heti aluksi millaiset imeskelytabletit eivät toimi: sinkkisitraattia sisältävät. Sitraatti sitoo sinkin voimakkaasti, minkä vuoksi sinkkiä ei vapaudu tarpeeksi nielussa ja siksi tällaiset imeskelytabletit ovat jotakuinkin tehottomia. Suomessa on markkinoilla useitakin tällaisia imeskelytabletteja.

Sinkki-imeskelytableteissa on käytetty sinkin suoloina myös sinkkiasetaattia ja sinkkiglukonaattia. Sinkki vapautuu näissä tehokkaammin sinkkiasetaatista kuin sinkkiglukonaatista, ja sen vuoksi asetaattia on ehdotettu parhaaksi sinkkisuolaksi imeskelytabletteja valmistettaessa.

Vaikka nämä kaksi suolaa eroavat kemian tasolla, ei ole kuitenkaan selvä, onko erolla käytännön merkitystä flunssapotilaiden hoidossa.

Dosentti Harri Hemilä Helsingin yliopistosta selvitti sinkkiasetaatin ja sinkkiglukonaatin eroa flunssan hoidossa seitsemän satunnaistetun tutkimuksen perusteella.

Tutkimus Zinc lozenges and the common cold: a meta-analysis comparing zinc acetate and zinc gluconate, and the role of zinc dosage julkaistiin eilen Journal of the Royal Society of Medicine Open -lehdessä.

Kolmessa tutkimuksessa oli käytetty sinkkiasetaattia ja flunssat lyhentyivät keskimäärin 40 prosenttia. Neljässä tutkimuksessa oli käytetty sinkkiglukonaattia ja flunssat lyhentyivät keskimäärin 28 prosenttia. Keskiarvojen ero selittyi kuitenkin satunnaisvaihtelulla. Sinkki-imeskelytabletit lyhensivät flunssan kestoa näissä seitsemässä tutkimuksessa keskimäärin 33 prosentilla .

Hemilä tutki myös annoksen vaikutusta sinkki-imeskelytablettien tehokkuuteen. Viidessä tutkimuksessa sinkin annos oli 80 - 92 milligrammaa päivässä ja kahdessa tutkimuksessa sinkin annos oli 192 ja 207 milligrammaa päivässä. Isommat annokset eivät olleet tehokkaampia: ei ole näyttöä sille, että yli 100 milligrammaa päivässä annoksilla sinkki olisi tehokkaampi flunssaa vastaan.

Hemilä kannustaa flunssapotilaita aloittamaan imeskelytablettien käytön heti flunssan alettua. Imeskelytableteista tuskin on hyötyä, jos niiden käytön aloittaa useita päiviä flunssan alkamisen jälkeen. Flunssapotilaan kannattaa tarkistaa imeskelytabletteja ostaessaan, ettei niissä ole sinkkisitraattia.

Artikkeli on Helsingin yliopiston tiedote toimitettuna.
Otsikkokuva: Flickr / Emma Danielsson (osa)