Supertaifuuneja, liiallista hygieniaa, autovarkaita ja opetusmateriaalia ilmastonmuutoksesta

Tänään on vietetty Biologian ja maantieteen opettajien liiton syyspäiviä Helsingin Sibelius-lukiossa.

Itse olin päivillä esittelemässä TULUVAT-hankkeen uusia oppimateriaaleja yhdessä Ilmatieteen laitoksen tutkija, FT Heikki Tuomenvirran kanssa. Eilen hankkeemme nimittäin avasi Ilmasto-oppaaseen uuden osion, jossa on valmiita oppimateriaaleja lukioon ilmastonmuutosasioiden opetukseen. Mukana on myös Viivi ja Wagner -sarjakuvia sekä 48 dian esitys interaktiivisine tehtävineen SMART Board -kosketustaululla käytettäväksi ja webinaaritallenteita. Kannattaa tutustua myös Ilmastovisaan, johon on tulossa uusia tehtäviä, sekä lukuisiin 3-6 minuutin pituisiin tutkijahaastatteluvideoihin ja suomeksi tekstitettyihin tietoiskuvideoihin ilmastonmuutoksesta. Opinto-ohjausta vartenkin on tehty oma videonsa tutkijan työstä.

Syyspäivillä oli lukuisia muitakin äärimmäisen kiinnostavia esityksiä.

Ylen sääpalvelun vetäjä, meteorologi Seija Paasonen: Haiyan-taifuuni ja sään ennustaminen

Seija Paasonen tuli Ilmatieteen laitokselle kesätöihin vuonna 1982. Siitä lähtien hän on ollut samalla alalla.

Haiyan-supertaifuunissa 10 minuutin keskimääräinen tuulennopeus oli yli 58 m/s ja maksiminopeus noin 90 m/s, puuskissa jopa yli 100 m/s. Saffir-Simpsonin asteikolla taifuuni oli siis luokkaa 4-5.

Haiyanissa pilvialueen laajuus oli vajaat 2000 km ja hirmumyrskyluokkaa olevia tuulia esiintyi yli 200 kilometrin päässä myrskyn silmästä.

Yksi myrskyn mahdollistavista tekijöistä oli harvinaisen lämmin merivesi. Myrsky eteni nopeasti, joten se ei ehtinyt imeä itseensä (pintavettä syvempänä olevaa) viileää vettä, joka olisi hidastanut sen nopeutta. Lisäksi myös syvällä vesi olisi ollut epätavallisen lämmintä.

Tuhoihin vaikutti myös se, että pohjoisen korkeapaine oli normaalia etelämpänä ja siten supertaifuunikin eteni normaalia eteläisempää reittiä alueille, joilla taifuuniin ei oltu osattu varautua.

Tänä vuonna Tyynenmeren alueella on ollut 13 taifuunia (normaalisti 20-30 vuodessa) ja Atlantilla 2 hurrikaania (normaalisti 5-6, maksimisaan 15). Tämä vuosi ei siis ole ollut voimakas trooppisten syklonien vuosi. Ilmastonmuutoksen myötä supertaifuunien ja -hurrikaanien määrän ennustetaan kuitenkin lisääntyvän. Yksittäisiä myrskyjä on kuitenkin vaikea yhdistää nimenomaan ilmastonmuutoksesta johtuviksi.

Suomi sijaitsee väli-ilmastossa länsituulten vyöhykkeellä. Suursäätilan määräävät yläilmakehän tapahtumat. Paikalliseen säähän kuitenkin vaikuttavat myös alueelliset sekä pienilmaston tekijät.

Sulkukorkea (ns. blocking-korkeapaine), jota matalapaineet kiertävät, voi vaikuttaa Suomen säätilan pysyvyyteen pitkiäkin aikoja, vaikka yleensä meillä sää vaihtelee nopeasti.

Jet stream -suihkuvirtaus aaltoilee voimakkaasti pohjois-eteläsuunnassa. Jos Suomi jää suihkuvirtauksen itäreunalle, meille tulee etelästä pitkiä aikoja lämmintä ja kosteaa ilmaa. Näin tapahtui esimerkiksi kesällä 2012. Jos sen sijaan Suomi jää suihkuvirtauksen länsireunalle, Suomeen voi virrata pitkään kylmää ilmaa.

Aiemmin säähavaintoasemilla tehtiin SYNOP-säähavaintoja kolmen tunnin välein ja lentokentillä lisäksi METAR-säähavaintoja tunnin tai puolen tunnin välein. Nyt monet säähavaintoasemat on automatisoitu ja havaintoja saadaan vaikka 10 minuutin välein. Kaikkia parametreja ei kuitenkaan saada lainkaan tai riittävän tarkasti. Tällaisia ovat esimerkiksi pilviluokat ja lumipeite sääaseman ympäristössä. Näiden havaintojen puute vaikeuttaa meteorologin työtä.

Ongelmana ovat myös havaintosarjojen epäjatkuvuudet. Sääaseman paikka on voinut vaihtua tai mittalaitteita on uusittu erilaisiksi.

Meteorologin tehtävänä on vertailla eri mallien antamia ratkaisuja ja myös korjata mallien ratkaisuja. Esimerkiksi talvista inversiotilannetta numeeriset mallit eivät kykene käsittelemään oikein, jolloin tulkitsemattomat mallien ennusteet antavat hyvin virheellisiä tietoja.

Paasosen mukaan näennäistarkat piste-ennusteet ovat "meteorologinen syöpä". Ei pidä luottaa ennusteisiin, joissa koko päivän säätä paikkakunnalla kuvataan vain yhdellä symbolilla. Muutenkaan ei pidä tuijottaa pelkästään yhtä paikkaa, vaan on katsottava myös sitä, millaista säätä on odotettavissa lähiympäristössä.

Opetuskäyttöön Paasonen suositteli MetLink-sivustoa.

Professori Ilkka Hanski: Luonnon momimuotoisuus, mikrobit ja allergiat

Vuodesta 1970 lähtien luonnon monimuotoisuus on hyvin tunnettujen selkärankaisten osalta vähentynyt noin 30 %. Samaan aikaan allergiat ovat yleistyneet. Ilkka Hanski alkoikin pohtia professori Tari Haahtelan kanssa, voisiko näiden megatrendien välillä olla yhteys.

Tutkija David P. Strachan esitti Hygiene hypothesis -ajatuksen jo vuonna 1989 ja Graham Rook taas The Old Friends -hypoteesin vuonna 2003. Oli huomattu, että maatiloilla kasvaneilla lapsilla on parempi immuunitoleranssi.

Hanski ja Haahtela aloittivat uudet tutkimukset. Tutkimukseen osallistuneiden lasten kodin ympärille piirrettiin säteeltään kolmikilometrinen ympyrä, jolta tarkasteltiin Google Earthin  avulla maankäyttömuotoja. Tulosten mukaan atopia lisääntyy, kun rakennetun ympäristön osuus kasvaa ja metsä- sekä maatalousmaan laskee.

Tilastollisesti merkitseviä tuloksia saadaan, kun tarkastellaan kodin lähiympäristöä (3-5 km). Isommalle tarkastelualueelle tulee lähes kaikenlaisia ympäristöjä, jolloin tulokset eivät erotu toisistaan. Voimakas, tilastollisesti merkitsevä tulos saadaan nimenomaan silloin, kun tarkastellaan varhaislapsuuden (0-1 vuotta) eli syntymäkodin ympäristöä. Atopian lisäksi samantapaisia tuloksia on saatu astman kehityksestä.

Erityisen tärkeäksi atopiaa estäväksi tekijäksi tutkimuksessa nousi vähälukuisten kukkakasvien määrä. Niillä on selkeästi terveyttä lisäävä vaikutus. Ei ole kuitenkaan täysin selvää, mitä kautta niiden vaikutus ilmenee. Ehkä vähälukuiset kukkakasvilajit ilmentävät vähemmän hoidettua pihaa, millä on edullinen vaikutus.

Lasten käsivarsista otettiin mikrobien pyyhkäisynäyte (16S rRNA), joista saatiin analysoitua kaikkiaan 580 mikrobisukua. Ilmeni, että proteobakteerien määrä lisääntyi, kun kodin ympäristössä oli paljon metsää ja maatalousmaata.

Kun gammaproteobakteerien lukumäärä suhteutettiin kaikkien bakteerien lukumäärään, havaittiin että terveillä nuorilla oli monimuotoisempi gammaproteobakteerien määrä. Tämä voi olla sekä syy että seuraus.

Interleukiini-10 on tulehdusreaktioita hillitsevä signaaliproteiini. Terveillä yksilöillä on paljon tätä interleukiinia. Tässä tutkimusvaiheessa ilmeni, että nimenomaan gammaproteobakteerien suhteellinen runsaus (ei monimuotoisuus) on yhteydessä terveyteen. Erityisesti Acinetobacter-suku näytti liittyvän suureen interleukiini-10-määrään. Sen sijaan atooppisilla lapsilla vaste on murtunut.

Vaikuttaa siis siltä, että tutkitut kaksi megatrendiä (biodiversiteetin väheneminen ja tulehdusperäisten sairauksien yleistyminen) ovat yhteydessä toisiinsa erityisesti kehittyneissä teollisuusmaissa. Altistuminen monimuotoiselle siitepölylle ennustaa immuunijärjestelmän voimakkaampaa toleranssia. Oleellista on siis lasten läheinen kontakti luonnon kanssa, olkoonpa kyseessä kaupunki- tai maaseutuympäristö. On tosin huomattava, että atopiaan vaikuttavat osin myös perintötekijät.

Professori Seppo Meri: Ihmisen autoimmuunisairaudet

Meri puhui mm. sokeritaudista, astmasta, multippeliskleroosista ja turvotuksista. Ihmisen immunologinen järjestelmä voidaan jakaa luontaiseen ja opittuun järjestelmään. Luontaiseen järjestelmään kuuluvat komplementit (tulehdus + tappo) ja fagosyytit. Opittuun (adaptiiviseen) järjestelmään kuuluvat vasta-aineet (B-solut, Fabriciuksen Bursa) ja T-solut (Thymus eli kateenkorva, soluvälitteinen immuniteetti). Opittu järjestelmä toisaalta oppii reagoimaan vieraisiin aineisiin ja toisaalta oppii olemaan reagoimatta omia kudoksia vastaan. Virheet voivat aiheuttaa autoimmuunisairauksia. Kesken tämän mielenkiintoisen luennon jouduin kuitenkin poistumaan hankkeemme ständin valmisteluun. 

Oikeusbiologian laboratorion johtaja, FT, dosentti Jukka Palo: DNA-menetelmien nykyiset sovellukset oikeusbiologiassa

Oikeusgenetiikkaa voidaan käyttää yksilöntunnistukseen (isyystutkimukset, sukulaisuusselvitykset pakolaisten perheenyhdistämisessä, vainajan tunnistaminen, rikokset), DNA-diagnostiikkaan (geneettiset alttiudet kuolemaan), farmakogenetikkaan (vierasainemetabolia) ja lajintunnistukseen (luut, jäänteet, mikrobit). Kehitteillä on fyysisen ulkomuodon rekonstruointi.

Jos DNA:sta tutkitaan 3 200 000 000 emäsparia, kaksi ihmistä eroaa keskimäärin kolmella prosentilla. Eroavia kohtia on siis 95 000 000.

Jos isyystutkimuksessa mies sopisi näytteiden perusteella lapsen isäksi, on vielä laskettava, kuinka monta kertaa todennäköisempää on se, että lapsen isä on tutkittu mies kuin satunnaisesti väestöstä valittu mieshenkilö. Alleelien esiintymistodennäköisyydet nimittäin vaihtelevat. Kun on tutkittu useita kohtia, todennäköisyydeksi voidaan saada esimerkiksi 99,99999998 %.

Palo esitteli lukuisia käytännön esimerkkejä. Eräässä autovarkaustapauksessa oikeusbiologi oli tutkinut löytyneen varastetun auton sisällä olleen hyttysen imemää verta. Kun siitä eristettiin ihmisen DNA, rikosrekisterin perusteella päästiin todennäköisen varkaan jäljille. Hovioikeudessa syyte kuitenkin kaatui, koska epäilty varas sanoi liftanneensa kyytiin kyseiseen autoon.

Miksi esimerkiksi kouluampumisten uhreille tehdään hammas-, sormenjälki- tai DNA-tutkimus? Toisaalta tämä on Interpolin protokollan vaatimus, toisaalta tärkeä asia siksi, että kuoleman jälkeen ihmistä on ehkä vaikea tunnistaa ulkonäöstä. Luennolla tuskin kukaan tunnisti esimerkiksi Marilyn Monroesta kuoleman jälkeen otettua kuvaa.

Tulossa on uuden sukupolven sekvensointimenetelmiä, jotka takaavat yhä enemmän sekvenssidataa ja suhteellisesti yhä halvemmalla. Toisaalta kaiken tuon saadun datan tutkiminen vaatii paljon työtä.

T-solujen DNA:sta on mahdollista arvioida henkilön ikä plus miinus yhdeksän vuoden tarkkuudella.

Yksilöntunnistus on tärkeää oikeusturvan, vakuutusten, omaisten ja ihmisoikeuksien takia. Näin esimerkiksi omaiset saavat tiedon läheisensä kohtalosta ja sodissa sotarikoksiin syyllistyneitä saadaan kiinni.

Professori Minna Nyström: Onko epigenetiikasta koulukäyttöön?

Epigenetiikka tarkoittaa geenien ilmentymiseen liittyvän tiedon periytymistä. Epigenetiikassa tutkitaan esimerkiksi geenien ilmentymisen muutoksia, jolloin geenituotetta syntyy liikaa tai liian vähän.

Epigenetiikkaa on lukiokirjoissa aivan liian vähän. Tai oikeastaan sitä ei edes ole. Nyströmin mukaan sitä pitäisi kuitenkin ehdottomasti olla.

Parhaiten tunnettu epigeneettinen muutos on DNA:n metylaatio. Ruokavalio voi vaikuttaa DNA:n metylaatioon, mikä taas voi aiheuttaa ikääntymistä ja syöpää. Hiirikokeilla on osoitettu, että äidin syömä ravinto vaikuttaa raskausaikana myös jälkeläisiin.

Mehiläisillä kuningatarhyytelössä on aineita, jotka vaikuttavat epigeneettiseen säätelyyn hiljentämällä elimistön metylaatiogeenin. Näin kuningatar pysyy ainoana naaraana fertiilinä eli lisääntymiskykyisenä.

Rottakokeiden mukaan poikasten hellä hoivaaminen vaikuttaa positiivisesti poikasiin.

Epigeneettisessä säätelyssä tapahtuvat muutokset ovat ainakin osittain palautuvia. Tästä hyvä esimerkki on tupakoinnin lopettaminen. Ei pidä siis syyttää kaikesta vain geenejä ja epigenetiikkaa. Kannattaa välittää tästä hetkestä!

Päivän viisaus

"Paras aika istuttaa puu oli 20 vuotta sitten. Toiseksi paras aika on nyt." (kiinalainen sananlasku) 

Tänä iltana biologian ja maantieteen opettajien syyspäivät jatkuvat Natura-lehden 50-vuotisjuhlilla. Huomenna sunnuntaina on ohjelmassa mm. Talvivaaraa sekä muita ajankohtaisia luonnon- ja ympäristönsuojeluasioita, nuorten arkea osana maantieteen opetusta ja geologisia kansallismaisemia sekä työpajoja. TULUVAT-hanke esittäytyy kolmen työpajan voimin.