Kuka digitoisi luonnon – 13 miljoonaa näytettä odottaa kuvaajaa

Helsingin keskustassa lepäävät miljoonien eläinten, kasvien ja sienten jäänteet. Ne on kerätty yli 300 vuoden aikana, ja ilmastonmuutoksen ja lajikadon aikakaudella ne ovat tärkeämpiä kuin koskaan. Uudet teknologiat mahdollistavat aivan uudet tutkimukset, mutta ensiksi näytteiden tiedot on saatava tietopankkeihin. Miten yli 13 miljoonaa luonnontieteellistä näytettä siirretään kaapeista verkkoon?

Ampiainen tuijottaa tummilla verkkosilmillään. Jokainen karva sen päässä näkyy selvästi, keltamustat kuviot risteilevät naamassa. Värit pomppaavat silmille. Ampiainen näyttää elävältä.

Valokuvan ampiaisnaaras on kuitenkin kuollut 2.10.2012, jolloin Marja-Liisa Seväkivi poimi sen kokoelmiinsa Muhoksella Leppiniemen kylässä. Nyt se lepää Helsingin keskustassa Luonnontieteellisen museon kellarissa harmaissa rullakaapeissa yhdeksän miljoonan muun hyönteisnäytteen kanssa. Pieni paperilappu kertoo tiedot ampiaisen kerääjästä sekä keräyspaikasta ja -ajasta.

Ampiainen on osa Luonnontieteellisen keskusmuseon 13,3 miljoonan eläin-, kasvi-, sieni-, kivi- ja fossiilinäytteen kokoelmaa. Sen valokuva taas on osa jättiurakkaa, jossa jokainen näyte pyritään kuvaamaan ja sen tiedot siirtämään tietokantaan – siis muotoon, jossa sen tietoja voidaan tutkia ja analysoida tietokoneohjelmilla missä päin maailmaa tahansa.  

Urakan toteuttaminen on monimutkaista ja vie vuosia, mutta työ on kirjaimellisesti elintärkeää. Planeettamme tulevaisuus voi olla osin siitä kiinni.

 

50 000 näytettä lisää joka vuosi

Tänä syksynä YK:n ilmastopaneeli julkisti karun raportin. Jos haluamme välttää ilmastonmuutoksen katastrofaalisimmat seuraukset, meidän tulee rajoittaa ilmaston lämpeneminen 1,5 asteeseen. Se taas tarkoittaa, että meidän on nollattava hiilidioksidipäästöt vuoteen 2050 mennessä.

Maailman luonnonsäätiö WWF puolestaan julkaisi oman raporttinsa, jonka mukaan maailman selkärankaisten eläinlajien keskimääräinen yksilömäärä on pudonnut neljässäkymmenessä vuodessa alle puoleen.

Tällaiset kehityskulut eivät olleet tiedossa marraskuussa 1678, kun Turun Akatemia antoi professori Elias Tillandzille luvan aidata ryytimaan kasvitieteellisen puutarhan perustamiseksi. Mutta Tillandzin kasvimaasta alkoi työ, jonka seurauksena Helsingin yliopiston Luonnontieteellinen keskusmuseo Luomus juhlii tänä vuonna vaalimiensa luonnontieteellisten kansalliskokoelmien 340-vuotissyntymäpäiviä.

Suuri osa suomalaisista tuntee Luomuksen kokoelmat kolmen vierailupaikan ansiosta: Luonnontieteellinen museo sekä Kaisaniemen ja Kumpulan kasvitieteelliset puutarhat esittelevät kokoelmia yleisölle. Viime vuonna Luomuksen kohteissa kävi lähes 250 000 vierailijaa. Luonnontieteellinen museo on yksi Suomen suosituimmista museoista, ja koulut ja päiväkodit vierailevat siellä säännöllisesti.

Vaikka yleisölle avoimet näyttelyt ovat Luomuksen näkyvintä toimintaa, museon tärkein ja mittavin tehtävä on luontoon liittyvien kokoelmien säilyttäminen ja kartuttaminen sekä tarjoaminen tutkimusaineistoksi.

Luomuksen varastoissa lepää miljoonia prässättyjä kasveja, nisäkkäiden nahkoja, neulattuja perhosia, kuivattuja sieniä, joutsenten siipiä, mineraalikiteitä, hirvieläinten sarvia, kokonaisia kaloja, luolakarhun fossiileja, täytettyjä lintuja, meteoriitin paloja, linnunmunia ja liki mitä tahansa muuta, mitä luonnosta voi kuvitella.

Suuri osa näytteistä on kerätty Suomesta, mutta joukossa on runsaasti suomalaisten tutkimusmatkojen tuliaisia. Näytteitä on säilötty kuivaamalla, pakastamalla ja alkoholiin upottamalla. Kokoelmat ovat maailman viidenkymmenen suurimman luonnontieteellisen kokoelman joukossa.

Kokoelmanäytteiden lisäksi Luomus kokoaa ja säilyttää useita erilaisia tietoaineistoja, kuten järjestelmällisesti kerättyjä lintujen esiintymistietoja.

Tavalliset ihmiset ovat aina osallistuneet kokoelmien kartuttamiseen tutkijoiden ohella. Esimerkiksi tiedot lintujen liikkeistä perustuvat tuhansien vapaaehtoisten harrastajien tekemiin havaintoihin. Samoin selkärankaiskokoelma karttuu, kun ihmiset löytävät ja lähettävät Luomukseen kuolleita eläimiä. Kokoelmiin lisätään vuosittain yli 50 000 näytettä.

Video: Helena Hiltunen

Linnut ovat siirtyneet 1,5 kilometriä vuodessa pohjoiseen

Alun perin Luomuksen näytteet on koottu lajien tunnistamiseksi ja luokittelemiseksi – siis maapallon biodiversiteetin eli elonkirjon ymmärtämiseksi. Nyt ne voivat kuitenkin tarjota ilmaston- ja ympäristön muiden muutosten sekä lajikadon tutkijoille suoran näkymän eri lajien määriin ja elinalueisiin satojen vuosien aikana.

– Kokoelmien tarjoama tieto on aivan ainutlaatuista, koska emme voi enää kerätä tietoa vaikka 1800-luvulta. Se tieto on olemassa ainoastaan tällaisissa kokoelmissa, Luomuksen johtaja, professori Leif Schulman sanoo.

– Viime vuosikymmeninä olemme heränneet ymmärtämään, miten mieletöntä vauhtia me ihmiset muutamme maapalloa. Kaikki vertailutieto menneiltä ajoilta on nyt äärettömän arvokasta, koska vasta sen avulla pystytään näkemään, kuinka paljon olemme muuttaneet ympäristöä jo nyt ja kuinka nopeasti muutos on edennyt.

Lajien menneisyyttä tutkimalla voidaan myös pyrkiä ennustamaan tulevaisuutta.

Luomuksen linnustonseurannasta vastaava tutkija Aleksi Lehikoinen on esimerkiksi arvioinut Luomuksen kokoelmien perusteella, että Suomessa pesivät lintulajit ovat kolmenkymmenen vuoden aikana siirtyneet pohjoiseen 1,5 kilometriä vuodessa. Pohjoisen lajeille tämä tarkoittaa, että pian ne kohtaavat Jäämeren rannan eivätkä enää voi sopeutua muuttamalla.  Ilmastonmuutoksen jatkuessa näitä lajeja uhkaa sukupuutto.

Kokoelmanäytteisiin liittyvät tiedot saadaan kuitenkin todelliseen hyötykäyttöön vain, jos ne ovat digitaalisessa muodossa ja tietokonein analysoitavissa.

Digilinjastoja ja 3D-skannereita

Luonnontieteellisen museon naapurissa Helsingin Arkadiankadulla pienen huoneen täyttää neliönmuotoinen, leikkijunarataa muistuttava rakennelma. Musta liukuhihna kuljettaa pieniä laatikoita huoneenympärysmatkalle ja matkan keskivaiheilla laatikot pysähtyvät kirkkaiden valojen alle. Kamera kuvaa laatikossa lepäävän perhosen ja sen etiketin. Kuvauksen jälkeen laatikko jatkaa taas matkaansa, kunnes se päätyy jälleen Jere Kahanpään työpöydälle.

Kahanpää istuu tässä huoneessa kaksi tuntia päivässä ja irrottaa hyönteisiä pinseteillä neuloista ja asettelee niitä kuvauslaatikkoon. Kuvauksen jälkeen ne asetellaan takaisin. Työ on hidasta ja pikkutarkkaa. Digitointiryhmä päätyi lyhentämään työvuorojen pituutta kolmesta tunnista kahteen, koska työn laatu alkoi kärsiä näytteiden käsittelijän väsyessä. Kuvasta saattoi unohtua näytteen sarjanumerolappu tai tietokannan teksteihin alkoi hiipiä kirjoitusvirheitä.

Kahanpään titteli on digitointikoordinaattori, mutta hänen lisäkseen näytteitä kuvaavat myös museomestarit, kokoelmakoordinaattorit ja harjoittelijat. Kaikkien apua tarvitaan.

Työtä varten Luomus on hankkinut digilinjastoja, tasoskannereita, kuvausmikroskooppeja sekä 3D-skannerin. 3D-skannerilla otetaan kolmiulotteisia kuvia luista, erityisesti nisäkkäiden kalloista. Niistä tutkijat voivat ottaa mittoja tietokoneen avulla ja selvittää, miten geenit vaikuttavat kallon muotoon tai vaikkapa hampaiden rakenteeseen.

Tähän mennessä kokoelmista on digitoitu noin kymmenesosa – 1,3 miljoonaa näytettä – niin, että kaikki tiedot ovat elektronisessa muodossa. Kuvat ovat mukana vasta puolessa tästä.

Kuvat ovat tärkeitä, koska ne mahdollistavat näytteiden tutkimisen toiselta puolelta maailmaa ilman pääsyä itse näytteen ääreen. Aiemmin brasilialainen tai japanilainen tutkija on joutunut joko matkustamaan Helsinkiin tutkimaan tarvitsemaansa näytettä tai Luomuksen on täytynyt postittaa näyte hänelle. Nyt tarkka lähikuva tietoineen usein riittää lajin tunnistamiseen ja sen ominaispiirteiden tutkimiseen. Näin säästetään tutkijoiden kallista aikaa, vältetään turhaa matkustamista ja varjellaan näytteitä postimatkan rasituksilta.

Kyrillisten kirjainten ja koodien tulkintaa

Vuonna 2017 Luomus digitoi yli 350 000 näytettä, kun muutama vuosi sitten vuositulos oli joitakin kymmeniä tuhansia. Täydellinen digitointi tarkoittaa, että näytteestä on otettu kuva ja sen tietolapun – tutkijakielellä etiketin – tiedot on naputeltu tietokantaan. Sekään ei ole yksinkertaista, koska tiedot on yleensä kirjoitettu käsin pienille paperilapuille vaihtelevilla kielillä: suomeksi, ruotsiksi, latinaksi tai vaikkapa venäjäksi kyrillisin aakkosin. Kirjoittajien käsialat vaihtelevat ja osa on käyttänyt hyönteisnäytteiden pienissä lapuissa koodeja, jotka keräilijä on avannut näytteiden mukana kulkevassa niin sanotussa kladikirjassa. Ilman tietoja näyte on tieteelle arvoton.

Toisaalta näytteiden tekninen käsittely voi olla vaikeaa: Miten kuvata lasipurkissa alkoholissa säilytettäviä näytteitä? Entä suuria luita? Hyönteisnäytteissä pikkuriikkinen etiketti on usein hyönteisen alla, joten hyönteisen ja lapun irrottaminen teettää lisätyötä. Toiveissa on, että tulevaisuudessa lentokentillä käytettyjen läpivalaisulaitteiden tekniikka mahdollistaisi etiketin kuvaamisen hyönteisen läpi, ilman että hyönteistä tarvitsee nostaa tieltä pois.

Kuvat tietoineen tallennetaan Luomuksen kehittämään, Suomen kaikkien luonnontieteellisten kokoelmien käyttämään tietokantaan. Sieltä tietoja jaetaan viime vuonna avatussa Laji.fi-palvelussa, jossa tiedot ovat kenen tahansa käytettävissä. Puolessatoista vuodessa sivustolla on ollut jo yli 200 000 käyttäjää 51 maasta.

Luomus toivoo myös voivansa avata kokoelmien digitointiprosessin yleisölle. Tavoitteena on rakentaa verkkosivusto, jonka kautta kuka tahansa voisi lukea luontonäytteiden etiketeistä otetuista valokuvista niiden tietoja kotikoneellaan ja naputella tiedot digitaaliseen muotoon.

Lisäksi Luonnontieteellinen keskusmuseo koordinoi Euroopan unionin rahoittamaa hanketta, jossa kehitetään menetelmiä Euroopan 1,5 miljardin luonnontieteellisen näytteen saamiseksi elektroniseen muotoon yhden sukupolven aikana.

Niiden avulla selviää todennäköisesti jotakin yllättävää.

Zombie-muurahaisista perhosen DNA-viivakoodiin

Perunoita syövän koloradonkuoriaisen kemiallista koostumusta analysoimalla voidaan selvittää, mistä kukin yksilö on Suomeen tullut. Mammutin hampaista voidaan tutkia, millaisessa ympäristössä mammutit elivät. Muurahaisen aivoja kuvaamalla tutkijat ovat voineet nähdä muurahaisen zombieksi muuttavan loismadon toiminnan muurahaisen aivoissa. Kansainvälinen tutkimusryhmä on selvittänyt koalojen virusten leviämistä 120 vuotta vanhoista koalannahoista. Vanhoista linnunmunista voidaan selvittää DDT-ympäristömyrkyn leviämistä.

Ikivanhoista näytteistä voidaan tutkia uusilla tekniikoilla aivan uusia asioita. Dna-tutkimukset, röntgen-, magneetti- ja tomografia-kuvaukset sekä erilaiset kemialliset analyysit voivat kertoa ympäristömyrkkyjen, viruksien ja tautien esiintymisestä ja leviämisestä vuosisatojen aikana.

Luomus on jo alkanut rakentaa Suomen lajeista niin sanottua dna-viivakoodikirjastoa yhteistyössä Oulun yliopiston kanssa.

– Tutkimuksissa on selvinnyt, että tiettyä palasta dna:sta voidaan käyttää lajitason tuntomerkkinä. Esimerkiksi hyönteisillä se toimii oikein hyvin, Leif Schulman selittää.

– Olemme ensin analysoineet tämän dna-palan näytteestä, jonka lajin me tunnemme. Otamme esimerkiksi ritariperhosen kokoelmistamme. Sitten teemme saman dna-analyysin muutamasta saman lajin eri yksilöstä, jotta voimme varmistaa, että se on juuri se tyypillinen dna-viivakoodi kyseiselle lajille.

Kun lajien nimet ja dna-viivakoodit on koottu kirjastoon, tutkijat voivat selvittää lajin esiintymistä luonnossa ilman, että he edes näkevät yhtään lajin edustajaa.

– Voimme ottaa mullasta näytteen ja analysoida dna:n, jota multa sisältää. Tietyn lajin dna:ta on voinut päätyä multaan munien tai ulosteen mukana tai multaan on voinut varista neulasia tai höyheniä tai mitä tahansa osaa jostakin eliöstä.

Tutkijat voivat todeta ympäristönäytteestä, mitä lajeja milläkin paikalla on esiintynyt. Ja niin hämmästyttävää kuin se onkin, esimerkiksi Siperian ikiroudasta voi löytyä yhä mammutin dna:ta. Mutta sitäkään ei voisi löytää, ellei ensin olisi kokoelmista saatua näytettä, joka on voitu varmuudella määritellä mammutin dna:ksi ja josta on saatu dna-viivakoodi tuntomerkiksi.

Osalla tekniikoista ja löydöksistä on käyttöä heti. Osasta ei tiedetä, millä tavalla tieto voi olla hyödyllistä. Sellaista on tiede: opiskellaan, tutkitaan ja myöhemmin todetaan, että tieto voikin olla ensiarvoisen tärkeää aivan uudessa yhteydessä.

Aivan kuten luonnontieteellisten kokoelmien kohdalla on käynyt.

Lisätietoja:

Luonnontieteellinen keskusmuseo Luomus
Digitoitujen näytteiden tiedot Laji.fi-tietokannassa
Euroopan unionin Icedig-hanke luonnontieteellisten kokoelmien digitoimiseksi