Kertoessani ihmisille, että tutkin linnunkakkaa työkseni, saan usein vastaukseksi naurua ja ihmettelyä: ”Miksi linnunkakkaa pitää tutkia?” Monilla on linnunkakkaan liittyen usein negatiivisia kokemuksia. Urbaani kyyhky tai torilla päivystävä lokki on kakannut päälle, ja puisto on peittynyt valkoposkihanhien ulosteeseen.

Kakka on kuitenkin paljon muutakin kuin inhottava asia. Sen avulla voidaan tutkia lintuyksilöitä ja niiden sisällä asuvia mikroskooppisia eliöitä.

Linnunkakkatutkijan työpäivä voi olla mitä vain lehtomaisella rämeellä rämpimisestä steriiliin laboratoriotyöskentelyyn ja tietokonekoodin kirjoittamiseen. Jokainen pieni pökäle, liru ja kikkare sisältää arvokasta tietoa. Kukin kakka kertoo minulle tarinan lintuyksilöstä, ja tehtäväkseni jää tuon tarinan yhdistäminen suurempaan kertomukseen.

Suolistomikrobiomia tutkitaan yhä kiivaammin, ja kakka on alan tutkijoille tärkeä lähtömateriaali. Kehittyneellä teknologialla suolistomikrobiomi saadaan kartoitettua yhä tarkemmin ja sen yhteys esimerkiksi ruoansulatusjärjestelmään ja aivojen toimintaan on ollut useiden tutkimusryhmien kiinnostuksen kohteena.

Suolistomikrobiomi ja sen eräänlainen tasapainottaminen on ollut myös eri aikakauslehtien ja uutissivustojen aiheena, koska suoliston ja sen kunnon yhteys ihmisen hyvinvointiin kiinnostaa lukijoita. Monesti erityisesti ruokavalio ja fyysinen aktiivisuus yhdistetään suoliston monipuoliseen mikrobiomiin.

Tutkimusryhmät yrittävät eri lajien avulla selvittää, mitkä perinnölliset tekijät ja ympäristötekijät vaikuttavat suolistomikrobiomin muovautumiseen, ja onko mikrobiomia mahdollista muuttaa.

No miksi sitten linnunkakka? Suolistomikrobiomitutkimuksista suurin osa on keskittynyt ihmiseen, mikä on toki ymmärrettävää. Haluamme löytää vastauksia ihmisiä vaivaaviin tauteihin ja kehittää niihin hoitokeinoja.

Eri lajien suolistomikrobiomien välillä on kuitenkin huomattavia eroja, joita ei voi yleistää kaikkiin lajeihin. Lisäksi kauempana luonnossa elävien yksilöiden mikrobiomit voivat olla erilaisia niiden urbaaneihin serkkuihin verrattuna.

Suolenmutkasta näyteputkeen

Jyväskylän Hämeenlahti on rehevää lehtoaluetta, joka kuhisee elämää. Alueelle laitetut linnunpöntöt kätkeytyvät maastoon ja niiden tarkastuskierros vaatii tutkijalta pientä seikkailuluonnetta.

Tarkistan apunani olevasta maastokartasta pönttöjen sijainnin, koska rehevässä maastossa pöntöt naamioituvat hyvin. Luulen viimein olevani lähellä talitiaisen kelpuuttamaa pesäpönttöä, josta työkaverini oli löytänyt vasta kuoriutuneita poikasia viikkoa aiemmin.

Kerään näytteet aikuisilta linnuilta ja pesässä vielä asuvilta poikasilta. Lentokyvyttömät poikaset ovat helppoja työkavereita, ja kakan saa kerättyä nopeasti pieneen muoviputkeen säilytystä varten.

Poikasten kakka on varsin suurikokoista linnun kokoon verrattuna. Poikaskakka on myös pakkautunut tiiviiseen pussiin, mikä helpottaa pesän siivousta: emo saa heitettyä kakan ulos helposti ja näin pesä pysyy puhtaana.

Poikaset tykkäävät mönkiä jonkin verran, ja niiden kanssa tulee olla tarkkana, etteivät ne kylmety. Niitä katsellessani huomaan ajattelevani lintujen evolutiivista historiaa. Vajaan parin viikon ikäiset talitiaisen poikaset muistuttavat erehdyttävästi dinosauruksia.

Pesässään poikanen altistuu pesäympäristön ja emolintujen kantamille mikrobeille heti kuoriutumisestaan alkaen. Ympäristön lisäksi geeniperimä määrittää, millainen poikasen suoliston mikrobiomi on.

Perimä ei muutu, mutta ympäristötekijät voivat vaihdella pesäpoikasaikana esimerkiksi säätilojen muuttuessa voimakkaasti. Pitkä sateinen jakso voi vähentää ruoan määrää ja heijastua suoliston mikrobilajistoon ja poikasen fyysiseen kuntoon. Tutkijana minua kiinnostavat erityisesti pesien väliset erot, sillä ne paljastavat, miten ympäristötekijät vaikuttavat luonnonvaraisten lintujen suolistoon.

Talitiaisen pesä on pehmustettu sammalilla ja karvoilla. Kuva: Martta Liukkonen

Aikuiset linnut vaativat hieman enemmän työtä kuin poikaset. Ne täytyy pyytää joko linnunpöntön suuaukolle asennettavilla loukuilla tai verkoilla. Loukun avulla aikuinen lintu saadaan usein helposti kiinni, mutta sitä ei voi hyödyntää pesintäajan ulkopuolella. Myös verkko on hyvä pyyntikeino, mutta usein verkkoon voi lentää eri lajeja, jolloin työ saattaa hidastua.

Talitiaiset ovat persoonallisia työkavereita, ja kenttätyössä esimerkiksi sukupuolten välinen käytösero tulee tutuksi. Koiraat ärhentelevät tyypillisesti enemmän kuin naaraat, ja monesti tutkijan sormet saavat muistoksi nokkimisjälkiä.

Saan aikuisen naaraan kiinni loukulla ja laitan sille renkaan tunnistamista varten. Pienestä koostaan huolimatta talitiainen on vahva, joten jämäkkä käsittelyote on tärkeä. Pitelen linnun kaulaa etu- ja keskisormeni välissä, ja linnun muu ruumis on tukevasti kämmenen sisällä. Ote varmistaa, että lintu ei pyristele vastaan, eikä esimerkiksi loukkaa itseään rengastustilanteessa. Ote myös helpottaa rengastustyötä.

Rengastuksen jälkeen asetan linnun paperiseen pussiin, jonka pohjalle haluan sen kakkaavan. Pussin pohjalla on muovinen alusta sekä kanaverkon pala, joka estää lintua sotkeutumasta ulosteeseen.

Joskus näytteen saamisessa kestää minuutti, mutta tänään talitiaisnaaras on ollut erityisen hidas tutkittava – saan odottaa näytettä kymmenen minuuttia. Näinä hitaampina hetkinä mietin usein, kuinka näytteenkeruu ja mittaukset olisivat pussissa jupisevalle talitiaiselle helppoja ja nopeita, jos lintu suorittaisi osuutensa eli kakkaisi mahdollisimman nopeasti pussin pohjalle.

Esimerkiksi Konneveden tutkimusaseman talitiaisten suolistomikrobiomin koostumus muuttuu kesän ja talven välillä. Talvella tutkimusaseman linnut tarjoavat minulle lähinnä vihreää kokkareista kakkaa, joka on seurausta maapähkinöistä ja auringonkukansiemenistä. Kesällä taas tutkimuskakat ovat hyvin vaihtelevia aina liruista hyönteisten siipiä sisältäviin multaa muistuttaviin ulosteisiin.

Mikrobiomin kyky muuttua on usein isäntäyksilöä nopeampi. Tieteessä onkin nostettu esille, voisiko suolistomikrobiomi mahdollistaa paremman sopeutumisen ympäristönmuutoksiin, sillä bakteereiden sopeutumiskyky on moninkertaisesti nopeampi verrattuna eläimiin.

Vihdoinkin kakka ropsahtaa pussin pohjalle. Toimituksen jälkeen mittaan linnun siiven pituuden ja punnitsen sen. 17 grammaa. On hankalaa kuvitella, että pienen talitiaisnaaraan suolistossa asuu miljoonia bakteereita.

Kun kaikki mittaukset on tehty ja olen saanut arvokkaan kakan talteen muoviputkeen, vapautan tiaisen. Lintu lennähtää lähipuun oksalle, josta se huutaa muutaman kerran äkäisesti ennen matkan jatkamista. Minä jatkan kohti seuraavaa tutkimuspönttöä ja seuraavia näytteitä.

Metsästä laboratorioon

Päivän pönttökierroksen jälkeen suuntaan laboratorioon, missä eristän kakasta DNA:n eli perintöaineksen. Myöhemmin DNA sekvensoidaan eli sen sisältämät geenisekvenssit määritetään. Määritys kertoo, mitkä bakteerit linnun suolistossa elävät.

Sujautan korville vastamelukuulokkeet, jotka estävät avoimesta labratilasta kantautuvat häiriötekijät, ja aloitan työn. Kiireisinä työaikoina saatan myös laittaa työpisteelleni lapun, jossa kielletään kaikenlainen häiritseminen pipetointimaratonin aikana. Mikään ei ole yhtä turhauttavaa kuin se, kun työkaverin kutsu kahville sekoittaa ajatukset, ja yhden väärin pipetoidun näytteen takia koko työ täytyy aloittaa alusta.

DNA:n eristäminen vaatii monta työvaihetta, joista ensimmäinen on kakan kaivaminen ulos näyteputkesta. Tarvitsen näytettä vain muutaman riisinjyvän verran. Jo hyvin pieni määrä kakkaa sisältää miljoonia bakteereita.

Linnunkakkaa tarvitaan analyysiin vain 50–100 mikrogrammaa. Kuva: Martta Liukkonen

Riippuen näytteen antaneen linnun senhetkisestä suoliston toiminnasta näytettä voi olla jopa enemmän kuin tutkija tarvitsee. Tänään näytteistä löytyy yllättävän paljon hyönteisten jalkoja ja muita kitiinisiä paloja. Kakan antaneet linnut ovat selvästi olleet tehokkaita hyönteisten metsästäjiä näytteenkeruuta edeltävänä aikana.

Eristetty DNA sisältää sekaisin kaiken kakkanäytteessä olleen perintöaineksen. Jotta saadaan selville, mitkä bakteerit näytteessä ovat, DNA:ta on käsiteltävä lisää.

Tässä kohtaa tutkijan avuksi tulee polymeraasiketjureaktio eli PCR, jota hyödyntämällä voidaan valita tietty osa DNA:sta ja monistaa haluttua pätkää. Lopputuloksena on miljoonia kopioita, jotka sekvensoidaan ennen lopullista lajintunnistusta.

Sekvensoimalla DNA puretaan valtavan pitkiksi kirjainjonoiksi, joista jokainen vastaa tiettyä bakteerilajia tai -sukua. Kunkin näytteen sisältämä lajikirjo selviää, kun määritetyt sekvenssit yhdistetään maailmanlaajuisiin lajitietokantoihin, joihin eri lajien perimätieto on tallennettu.

Labrapäivän aikana saan käsiteltyä 30 kakkanäytettä valmiiksi sekvensointia varten, joukossa myös naarastalitiaisen aamupäiväinen kakka. Kun sekvensointi muutaman viikon päästä valmistuu, saan esimerkiksi selville, onko linnun suolistossa terveelle talitiaiselle tyypillinen mikrobiomi vai ei.

Sekvensseistä ja tietokannoista käytäntöön

Linnunkakkatutkijan viimeinen työväline on tietokone, jonka avulla kerätyt kakkanäytetiedot analysoidaan. Kun kakkanäytteistä saadut sekvenssitiedot on tunnistettu bakteerisuvuiksi ja -lajeiksi, yhdistän tiedot kakkanäytteen antaneeseen lintuun.

Kentällä jokaisesta linnusta mitatut tiedot pituudesta, painosta, sukupuolesta, iästä ja näytteenkeruualueesta yhdistyvät kakkanäytteen sisältämään lajikirjoon. Voin esimerkiksi piirtää kuvaajan, jossa jokaisen linnun antaman näytteen lajikirjo on esitetty laatikkokuvaajassa. Kuvasta voi silmämääräisesti nähdä, onko lintujen välillä eroja: osalla linnuista on sisuksissaan runsaampi lajikirjo kuin toisilla.

Testaan lintujen välistä lajikirjon eroa myös tilastollisesti, jotta saan selville, onko jokin ympäristötekijä vaikuttanut olennaisesti suoliston lajikirjoon.

Toisaalta samallakin lehtomaisella rämeellä pesivien tiaisten suolistomikrobiomissa voi olla ruokavaliosta johtuvia eroja: yhdessä pesäpöntössä pesivä tiaispariskunta on erityisen tehokas toukkien saalistaja, kun taas toisessa pöntössä erilaiset hämähäkit ovat valikoituneet ruokalistalle.

Aiemmin päivällä tutkimani talitiaisnaaraan kakka saattaa hyvinkin kertoa, että naaras on suosinut pulleita toukkia kesän aikana ja ruokkinut poikasiaan samalla proteiini- ja energiapitoisella ruokavaliolla.

Kerään kakkoja myös talvisin, sillä kakkanäytteet kertovat tutkijalle, miten ankarasti talvi on kohdellut lintua. Talvisaikaan kakasta voidaan tulkita, osaako lintu etsiä riittävästi ruokaa lumen ja pakkasen keskeltä.

Vaikka aihetta on tutkittu melko paljon eri lajeilla, kiinnostus luontoympäristöä kohden on kasvanut viime vuosien aikana. Villissä luonnossa mikrobiympäristö vaihtelee paljon ja usein se on huomattavasti monimuotoisempi kuin laboratorio-olosuhteissa.

Luonnossa linnut altistuvat jatkuvasti eri mikrobeille ja ovat vuorovaikutuksessa niiden kanssa. Laboratoriossa olosuhteet ovat usein kontrolloidut, eikä luonnollista vaihtelua ole mahdollista toteuttaa samalla tavoin kuin luonnossa.

Siksi haluankin selvittää, miten tietty elinympäristö yhdistyy suolistomikrobiomiin ja lintujen selviytymiseen luonnossa.

Onko suolistomikrobiomi sitten eräänlainen nopeampi sopeutumiskeino esimerkiksi ilmastonmuutokseen? Sitä ei tiedetä, ja esimerkiksi oma tutkimusryhmäni on vasta nyt alkanut selvittää, miten tiaisten suolisto muuttuu eri lämpötiloissa.

On kuitenkin mahdollista, että bakteerit vaikuttavat isäntäeliön aineenvaihduntaan eri tavoin eri paikoissa: pohjoisen pakkastalveen sopeutuneella linnulla aineenvaihdunta voi olla erilainen kuin Keski-Euroopassa asuvalla saman lajin linnulla.

Suolistomikrobiomin sopeutuminen ilmastoon voi johtua bakteerilajiston muutoksista tai muutoksista bakteerien toiminnassa, kun lintu siirtyy kylmästä ilmasta lämpimään ilmaan.

Tutkimani naaraan ja monien muiden talitiaisten kakkanäytteet täyttävät kokonaisen pakastimen. Nämä linnut tarjoavat minulle tärkeää tietoa siitä, miten ihmissilmälle näkymätön mikrobimaailma muovautuu ympäristönmuutoksiin. Tulevien vuosien aikana saan ehkä paremmin selville, miksi juuri tuo vanha talitiaisnaaras selviytyi talvesta niin hyvin ja mikä oli sen onnistuneen pesinnän taustalla.