Kuudes, seitsemäs ja kahdeksas aisti

Edellisessä artikkelissa puhuttiin siitä, kuinka kalat aistivat maailman meille tuttujen aistien avulla: millainen näkö ja kuuloaisti niillä on, ja mitä ne kenties tuntevat, haistavat tai maistavat. Vesieläimillä on kuitenkin myös aika joukko aisteja, jotka eivät toimi kuivalla maalla, ja erityisen paljon niitä on kaloilla. Valaat, hylkeet ja muut jälkeenpäin veteen palanneet eläimet kun ehtivät jo menettää aistivarustuksensa pitkän maaelämänsä aikana.

Kalojen kuudenneksi aistiksi voisi kutsua sisäänrakennettua tutkaa, seitsemänneksi sähköaistia ja kahdeksanneksi sisäistä kompassia. Onpa joillakin kaloilla vielä oma ilmapuntarikin.

Kylkiviiva-aisti

Kylkiviiva-aistia voisi ajatella etätuntona. Tai kalan pituisena korvana. Tai tutkana. Se reagoi veden paineen muutoksiin, eli erilaisiin virtauksiin ja värähtelyihin, joista osa on samoja kuin kuulo- tai tuntoaistin havaitsemat. Käyttötarkoitukseltaan kylkiviiva on kuitenkin pikemminkin näköaistin kaltainen: sen avulla kala muodostaa kuvan ympäristössään olevista esineistä ja muista kaloista samaan tapaan kuin lepakko kaikuluotaamalla. Sillien kaltaisille tiiviissä parvessa liikkuville kaloille kylkiviiva näyttää olevan parvikäyttäytymisen kannalta tärkeämpi kuin näkö: kun seitien (Pollachius virens) silmät peitetään, ne uivat parvessa yhtä sujuvasti kuin ennenkin, mutta kylkiviivan tukkiminen sekoittaa ne heti.

Luolien silmättömistä kaloista sokkotetra (Astyanax mexicanus) on parhaiten tunnettu, muttei suinkaan ainoa: näkönsä menettäneitä kaloja tavataan eri puolilla maailmaa yhteensä pitkälti toistasataa lajia. Kuvassa oleva silmätön nelikkomonninen (Aspidoras albater) elää Saõ Domingosin karstialueen luolissa Brasiliassa (kuva: Secutti ym. 2011). Luolakalojen kylkiviiva-aisti on erityisen hyvin kehittynyt ja korvaa jokseenkin täysin näköaistin. Sokkotetraparven vauhtia katsellessa ei uskoisi, että täysin sokeat eläimet voivat syöksähdellä parvena törmäämättä koskaan toisiinsa. Onpa sokkotetroilta raportoitu jopa ”kylkiviivakätisyyttä”: kalat tutkivat uusia esineitä mieluummin oikealla kyljellä.

Kylkiviiva on oikeastaan rivi suomuja, joista kussakin on reikä alla kulkevaan kylkiviivaputkeen. Putkessa olevissa aistinsoluissa eli neuromasteissa on nippu värekarvoja, joita peittää hyytelö. Hyytelö liikkuu veden virtauksen mukana, ja värekarvat rekisteröivät kallistelun. Ihmisen tasapainoelin sisäkorvassa toimii itse asiassa tismalleen samalla periaatteella ja saattaakin olla pieni pala meille saakka säilynyttä kylkiviivaa.

Aistisolut sijaitsevat suojassa kylkiviivaputken sisällä, jotta virtaava vesi ei sekoita niitä liialla informaatiolla – samaan tapaan kuin silmän valoherkät solutkin ovat syvällä silmän takapinnalla, jonne pääsee vain valikoitu otos ympäristön valosta. Voimakkaasti virtaavien vesien kaloilla, kuten lohilla tai imunuoliaisilla, kylkiviivan reiät ovat pienet ja huomaamattomat, kun taas rihmakalojen kaltaisilla seisovan veden lajeilla reiät ovat suuret ja aistisoluja on kylkiviivan lisäksi paljon myös yksittäin iholla. Ehkä kylkiviiva-aistin hukkuminen hälyyn on yksi syy siihen, miksi seisovan veden kalat ovat usein hyvin arkoja, jos akvaariossa on liian voimakas virtaus niille.

Sähköaisti

Sähköaistin jäljille päästiin vasta muutama vuosikymmen sitten, kun huomattiin haiden reagoivan voimakkaasti sähkökenttiin. Meribiologit kiinnittivät huomiota haiden ja rauskujen yliluonnolliselta vaikuttavaan kykyyn löytää pohjaan kaivautuneita saaliseläimiä, ja testasivat, mahtaisiko sähköllä olla jotakin tekemistä asian kanssa. Mielenkiintoisessa koeasetelmassa eläviä kampeloita haudattiin akvaarion hiekkapohjaan erilaisissa astioissa, jotka eristivät joko hajuja, sähköä tai molempia. Nälkäiset pistepunahait (Scyliorhinus canicula) ja okarauskut (Raja clavata) kaivoivat erehtymättä esiin myös vesitiiviissä rasioissa olleet kampelat, vaikkeivät voineet mitenkään haistaa niitä, mutta sähköeristetyissä astioissa olevia kaloja ne eivät löytäneet.

Kaikki elävät eläimet tuottavat jatkuvasti lihaksissaan ja hermostossaan heikkoja sähkökenttiä, joita ne eivät voi sammuttaa kuin kuolemalla. Sähköä aistivalla eläimellä onkin puolellaan selvä etu: jos saalis on riittävän lähellä, se ei voi piiloutua.

Muiden eläinten tuottamia sähkökenttiä tuntevilla kaloilla sanotaan olevan passiivinen sähköaisti. Se on kalojen evoluutiossa hyvin vanha keksintö, ilmeisesti peräisin ajalta ennen kuin rustokaloihin, luukaloihin ja meihin maaeläimiin johtaneet kehityslinjat erosivat toisistaan 400-500 miljoonaa vuotta sitten. Maaeläimillä se ei toimi, koska ilma ei johda sähköä, ja särkien ja ahventen kaltaiset modernit luukalat ovat jostakin syystä menettäneet sähköaistinsa. Nykyään alkuperäisiä sähköaistimia voi kuitenkin tavata ”eläviltä fossiileilta”, pitkään jotensakin muuttumattomina säilyneiltä kaloilta, kuten hailta ja rauskuilta, niilinhauilta ja sammilta, keuhkokaloilta ja latimerioilta.

Aistineliminä toimivat Lorenzinin pulloset. Ne kuvaili ensimmäisen kerran italialainen Stefano Lorenzini 1600-luvulla, vaikka kestikin vielä vuosisatoja, ennen kuin elimien käyttötarkoitus selvisi. Pulloset ovat suunnilleen kreikkalaisen amforan muotoisia elimiä, joiden kapea suu aukeaa kalan iholle. Itse amfora on täynnä sähköä johtavaa hyytelöä, ja sen pohjalla on aistisoluja. Monilla kaloilla, kuten kuvan käärmekalalla (Erpetoichthys calabaricus) pullosten suut ovat selvästi näkyvillä.

Jostakin syystä modernit luukalat (Teleostei: ryhmä, joka kattaa kalalajien ylivoimaisen enemmistön) menettivät näinkin hyödyllisen aistin, mutta ovat sittemmin keksineet sen uudelleen ainakin kahdesti. Näitä uusia sähköaistimiä ei kutsuta Lorenzinin pullosiksi, koska ne ovat rakenteeltaan erilaisia ja kehittyivät itsenäisesti, mutta ne toimivat samalla periaatteella. Luultavasti kaikki monnit aistivat sähköä: enimmäkseen öisin liikkuville ja sameissa vesissä viihtyville viiksiniekoille se onkin varmasti hyödyllinen keksintö.

Sähköt omasta takaa

Astetta pidemmälle menevät ne kalat, joilla on aktiivinen sähköaisti. Nämä kalat tuottavat itse ympärilleen tavallista voimakkaamman sähkökentän erikoistuneiden lihassolujen avulla, ja seuraavat sitten kentän muutoksia. Ne paitsi aistivat sähkökenttää vääristävät esineet, myös erottavat elävät olennot elottomista ja eriasteisesti sähköä johtavat kappaleet toisistaan. On esimerkiksi havaittu, että ne välttelevät metallisia esineitä ja suosivat mieluummin muovisia tai puisia muuten identtisiä kappaleita.

Aktiivinen sähköaisti on sekin keksitty ainakin kaksi kertaa itsenäisesti. Se on Afrikassa elävillä norsukaloilla, nauhanorsukaloilla ja teräkaloilla, jotka ovat läheistä sukua keskenään, ja toisaalta eteläamerikkalaisilla veitsikaloilla, jotka ovat läheistä sukua monneille, vaikka näyttävätkin erehdyttävästi teräkaloilta.

Aktiiviset sähkökalat käyttävät aistiaan sekä ruoan etsintään että suunnistukseen. Ne tyypillisesti liikkuvat ruumis jäykkänä, jotta sähkökenttä ei sotkeutuisi toivottomasti itseensä kalan kiemurrellessa. Terä- ja veitsikaloilla on koko ruumiin pituinen peräevä, jota värisyttämällä ne leijuvat yhtä vikkelästi etu- ja takaperin. Erikoisella nauhanorsukalalla (Gymnarchus niloticus) liikkumiselimenä toimii selkäevä, kun taas norsukalojen kapea pyrstöntyvi liikkuu jättäen eturuumiin jäykäksi. Sähköankerias (Electrophorus electricus) kuuluu veitsikaloihin, mutta on ruumiinmuodoltaan ja liikkeiltään pikemminkin ankeriasmainen. Se ratkaisee liikkumisongelman viettämällä suurimman osan ajastaan liikkumatta pohjaliejussa maaten.

Odottamattomampi löytö olivat norsukalojen sähköiset serenadit. Kävi ilmi, että norsukalakoiraat tuottavat kosiessaan sarjan sähköimpulsseja, joiden avulla naaras arvioi ehdokkaan kelvollisuuden. Länsi-Afrikan joissa elää yli kaksisataa norsukalalajia, joilla kullakin on lajityypillinen sähköinen laulu. Muuta eroa lajien välillä ei välttämättä olekaan: niiden ulkonäkö on lähes identtinen, ja erot ruokavaliossa tai elintavoissakin tuntuvat tulevan vasta jälkikäteen, kun laulun muutos on erottanut aiemmin samaan lajiin kuuluneet norsukalat toisistaan (kuva: Joachim S. Müller / Flickr).

Norsukalojen sähköiset laulut eivät toimi ainakaan tavallisessa kotiakvaariossa, joko akvaarion ahtaiden tilojen, sähkölaitteiden tai molempien vuoksi. Tiedetään, että luonnosta tuotujen aikuisten norsukalakoiraiden yritykset ”laulaa” loppuvat muutamassa viikossa akvaarioon tuonnin jälkeen, ja niiden veren testosteronitaso laskee samoihin lukemiin naaraiden kanssa: ne steriloivat itsensä. Koska norsukalat ovat myös poikkeuksellisen älykkäitä kaloja (ne ovat taitavia ongelmanratkaisijoita ja niiden tiedetään leikkivän), ne luultavast kärsivät sosiaalisen elämänsä amputoinnista. Norsukalojen hankkimista akvaario-oloihin pitäisikin harkita tarkkaan.

Muutamat lajit, joista sähkökalat ovat tietenkin tulleet tunnetuiksi, tuottavat monisatakertaisesti voimakkaampia sähkönpurkauksia, joita ne käyttävät puolustusaseena, reviirin merkintävälineenä ja saaliin lamauttimena. Sähköankeriaan lisäksi sähkörauskut (Torpedinidae) ja sähkömonni (Malapterurus electricus) tuottavat sen verran voimakkaita sähköiskuja, että ihmisen on parasta pitää kätensä irti niistä. Ison sähköankeriaan on mitattu saavan aikaan jopa 600 voltin jännite, riittävästi kaatamaan vaikka vedessä seisovan hevosen.

Viime vuosina on huomattu, että aktiivinen sähköaisti saattaa olla paljon laajemmalle levinnyt kuin on arvattukaan. Todisteita sähkökentistä ja -elimistä on saatu ainakin niilinhauilla, ankeriasmonneilla (kuvassa nauha-ankeriasmonni, Gymnallabes typus), juovamonneilla ja ripsimonneilla tehdyissä tutkimuksissa. Voikin olla, että aktiivisiksi sähkökaloiksi on aiemmin havaittu vain kaikkein erikoistuneimmat lajit, joilla sähköaistin tärkeys näkyy päälle päin. Välimuodot passiivisen ja aktiivisen sähköaistin välillä ovat jääneet huomaamatta, vaikka ne kenties ovat hyvinkin tavallisia.

Sisäinen kompassi

Kaikista eläinten aisteista magneettiaisti lienee tällä hetkellä kiivaimman tieteellisen keskustelun kohteena. Se on löydetty vasta äskettäin ja on vielä perin huonosti tunnettu: ei ole varmuutta siitä, kuinka laajalle levinnyt ilmiö kompassit oikein ovat, eikä siitäkään, kuinka ne tarkalleen toimivat.

Joka tapauksessa eläimet, joilla on magneettiaisti, hahmottavat jollakin tavalla ilmansuunnat ja kenties jopa oman sijaintinsa maapallolla. Lintujen magneettiaisti liittyy silmän valoherkkiin soluihin, ja ne kenties näkevät tietyssä ilmansuunnassa jonkinlaisen valopallon. Kaloilta näköön perustuvaa magneettiaistia ei tunneta, ainakaan vielä. Sen sijaan lohikalojen päästä on löydetty soluja, joiden sisällä on magnetiittikiteitä. Magnetiitti on sama mineraali, jota käytettiin ensimmäisten kompassien neuloihin, sillä se on luonnostaan magneettista. Oletettavasti kalan päässä olevat kiteet kääntyvät etelä-pohjoissuuntaan ja tarkemmin tuntematon mekanismi mittaa kiteen asennon ja kertoo sen kalalle. On kuitenkin täysin mahdollista, että eri kaloilla magneettiaisti toimii eri tavoilla.

Mitkä kalat sitten aistivat magneettikenttiä? Ainakin sellaiset, jotka vaeltavat valtamerten yli. Tähän mennessä sisäinen kompassi on löydetty ainakin lohikaloilta, eräiltä ankeriailta, tonnikaloilta, hailta – ja seeprakaloilta. Miksi kummassa seeprakaloilta? Sehän on pieni makean veden kala, joka ei missään tapauksessa vaella.

Seeprakala (Danio rerio) on yleisesti tutkittu koe-eläin, jota on helppo kasvattaa. Magneettiaisti on löydetty juuri siltä vain siksi, että jollekulle on tullut mieleen testata. Magneettiaistin olemassaolo näin monessa erilaisessa ja toisilleen kaukaista sukua olevassa kalaryhmässä viittaa siihen, että se voi olla kaloilla hyvinkin yleinen: sitä ei vain ole vielä ehditty tutkia.

On arveltu, että haiden magneettiaistin takana saattavat olla samat elimet kuin sähköaistin: Lorenzinin pulloset (kuva: Albert Kok / Wikipedia). Niiden pulloset saattavat olla eläinkunnan herkimpiä ja monipuolisimpia aistielimiä: niiden on huomattu toimivan myös ilmanpuntarina, jonka avulla nuoret hait osaavat paeta syvempiin vesiin ennen myrskyjen tuloa. Kaiken kukkuraksi Lorenzinin pulloset näyttävät olevan eläinkunnan tarkimpia tunnettuja lämpömittareita. Kuka sanoi, että hait ovat alkeellisia? Sama voi päteä rauskuihin, joita akvaarioharrastuksen parissa tapaa useammin kuin haiserkkujaan.

Kun kalojen aistimaailma on näinkin mutkikas, on lähes mahdotonta ottaa huomioon kaikkea, mikä voi vaikuttaa niiden viihtymiseen akvaariossa. Onko virtauksen voimakkuus tai laatu epämiellyttävä? Maistuuko pohjahiekka pahalta viiksissä? Sotkeeko suodattimen moottori magneetti- tai sähköaistin? Sattuuko sähköä aistivaan kalaan, kun aktiivinen sähkökala ui ohi? Onko ruoka väärän väristä aallonpituudella, jota ihminen ei edes näe? Ehkä juuri haasteellisuus on tämän harrastuksen suola.

Lähteitä ja lisätietoa:

Liem ym. (2001) Functional Anatomy of the Vertebrates: an Evolutionary Perspective. Selkärankaisanatomian oppikirjat kertovat perusteet myös aistien toiminnasta.

TimeTree. Sukupuiden haarautumisajankohtien lähde.

Varjo ym. (2004) Maailman kalojen nimet. Suomenkielisten nimien lähde.

Partridge & Pitcher 1980: The sensory basis of fish schools: relative roles of lateral line and vision. Journal of Comparative Physiology A.

Wikipedia: Lateral line.

A. I. Kalmijn 1971: The electric sense of sharks and rays. The Journal of Experimental Biology.

Von der Emde ym. 2008: Active electrolocation in Gnathonemus petersii: behaviour, sensory performance, and receptor systems. Journal of Physiology-Paris.

Feulner ym. 2009: Electrifying love: electric fish use species-specific discharge for mate recognition. Biology Letters.

Arnegard ym. 2010: Sexual signal evolution outpaces ecological divergence during electric fish species radiation. The American Naturalist.

The Loom: When love shocks. Carl Zimmerin populaariartikkeli norsukalojen sähköisistä serenadeista.

R. E. Landsman 1993: The effect of captivity to the electric organ discharge and plasma hormone levels in Gnathonemus petersii (Mormyriformes). Journal of Comparative Physiology A.

Ol’shansii ym. 2011: Episodic electric discharges in the course of social interactions: an example of Asian Clariidae catfish. Biology Bulletin Reviews.

Shcherbakov ym. 2005: Magnetosensation in zebrafish. Current Biology.