Miten lohi löytää kotijokeensa kutemaan vietettyään vuosia kaukana merellä? Kuinka kirjekyyhky suunnistaa kotilakkaansa jopa tuhansien kilometrien päästä?

"Eläinten sisäisen kompassin toiminta perustuu muun muassa hajuaistiin. Ryhmä tutkijoita osoitti jo vuonna 1978, että lohet tunnistavat kotijokensa tuoksun."

Näin toteaa Tampereen teknillisen yliopiston tutkijatohtori Philipp Müller, joka innostui tuoksuista professori Robert Pichén kanssa. He tutkivat miten tuoksut voivat auttaa meitä suunnistamaan julkisilla paikoilla, kuten ostoskeskuksissa ja toimistorakennuksissa.

"Jotta tuoksujen avulla olisi mahdollista suunnistaa, eri tiloissa tyypillisesti havaittavat tuoksut täytyy pystyä mittaamaan ja kartoittamaan tarkasti", Müller sanoo.

Joissain tarinan versioissa kerrotaan, että tapaturman takana oli mustasukkaisen tuulen jumala Zefyr(os)in aiheuttama äkillinen puhuri – tämä kun tavoitteli myös komean nuorukaisen huomiota.

Olipa tragedian syy mikä tahansa, Apollo ei halunnut kumppaniaan Manalaan, vaan loihti tämän verestä kukan, jonka terälehdille vielä vieritti kyyneleen muistoksi surustaan.

Tarussa syntynyt kukka tosin taisi olla ihan muu kuin nykyisin tuntemamme hyasintti. Nykytietämys veikkaa sen olleen kurjenmiekka, pikkusinililja tai jokin vastaava. Linné virallisti nyky-hyasintin nimen vuonna 1753. Kukka oli nimetty Hyakinthoksen muistoksi jo aiemmin.

Hyasintti (Hyacinthus orientalis) on Suomessa ja muuallakin länsimaissa suosittu joulukukka. Myös helmililjoja ja paria muutakin kasvisukua kutsutaan ulkomuotonsa vuoksi erheellisesti joskus (marja- tai rypäle)hyasinteiksi.

Hyasintti on alunperin kotoisin Lähi-idän pohjois- ja itäosista. Nykyään sitä viljellään laajalti koristekasvina.

Hyasintin sipulit ovat oksaalihapponsa vuoksi hieman myrkyllisiä. Vaikka aine on eräs voimakkaimmista orgaanisista hapoista, se aiheuttaa todellisia ongelmia vain nieltynä. Hyasintin sipulien normaalista käsittelystä voi saada enintään iho-oireita.

Allergikot ovat usein hyvin herkkiä hyasintin hajulle.

Hyasintissa huomioitavaa on myös sen varsin voimakas tuoksu. Joidenkin mielestä se on oikeaa joulun tuoksua kuusen odöörin kanssa, mutta toiset taas kiikuttavat kukat saman tien ulos tai parvekkeelle.

Mistä tulevat hyasintin ja muiden kukkien tuoksut?

Vähemmän yllättäen tässäkin on takana kemia ja varsin monimutkainen kemian osa-alue: tuoksujen ja aromien kemia. Aromi ei ole koskaan vain yhdestä aineesta kiinni, vaan maut ja hajut ovat aina useiden aineiden yhteisvaikutuksia, jotka jokainen maistaa ja haistaa hieman eri tavalla.

Kukat tuottavat voimakkaita aromeja, koska ne haluavat houkutella hyönteisiä luokseen. Voisi sanoa, että niiden tarkoituksena onkin olla kauniita ja tuoksuvia, ja juuri siksi ne sopivat erityisen hyvin koristeluun.

Vaikka aromit koostuvatkin lukuisista (yleensä) orgaanisista yhdisteistä, on kullakin kukkatyypillä muutamia niille luonteenomaisia aineita.

Tampereen yliopiston ja Tampereen teknillinen yliopiston yhteisessä Digital Scents (DIGITS) -tutkimushankkeessa kehitetään järjestelmäprototyyppi, jossa keinotekoinen hajuaisti mittaa ja muuntaa tuoksuja numeeriseen muotoon, minkä jälkeen tuoksut voidaan tuottaa uudelleen tarkoin hallittavalla itseoppivalla tuoksusyntetisaattorilla.

Näin tuoksuja voidaan tulevaisuudessa syntetisoida aistittaviksi digitaalisen kommunikaatioverkon avulla ihmisille ja jopa toisille koneille ympäri maailman. Työ luo pohjaa järjestelmille, jotka voivat reaaliajassa välittää tuoksuaistimuksia ja -kokemuksia kaikkialle maailmaan.

Sähköisiä neniä käytetään toistaiseksi tutkimuksen lisäksi mm. teollisuudessa ja laaduntarkkailussa, mutta elektronisilla tuoksutekniikoilla on varsin suuria mahdollisuuksia myös viihteessä, käyttöliittymissä ja ihmisen sekä tekniikan vuorovaikutuksessa tulevaisuudessa. 

Nyt käynnistettävässä tutkimuksessa yhdistetään monitieteisesti korkean tason osaamista kemiallisesta aistimisesta, mikrofluidistiikasta, koneoppimisesta, psykologiasta, vuorovaikutteisesta teknologiasta ja alan suomalaisista yrityksistä. Työ kattaa tutkimuksen, kehitystyön, anturi- ja toimilaiteteknologioiden yhdistämisen ja järjestelmän testauksen ihmisillä. 

Suomen Akatemia on myöntänyt Digital Scents -tutkimushankkeelle rahoituksen, joka kytkeytyy Suomen Akatemian ICT 2023 -tutkimusohjelman neljänteen teemaan Kehittyneet mikrosysteemit: älykkäistä komponenteista kyberfysikaalisiin systeemeihin. 

Hankkeen vastuullinen johtaja on professori Veikko Surakka Tampereen yliopiston informaatiotieteiden yksiköstä, ja hän tutkimusryhmineen vastaa myös tuotettavien tuoksujen aistimiseen liittyvästä kokeellisesta tutkimuksesta.

Professori Jukka Lekkala Tampereen teknillisen yliopiston Systeemitekniikan laitokselta vastaa tutkimusryhmineen tuoksuja analysoivien teknologioiden kehityksestä.

Professori Pasi Kallio Tampereen teknillisen yliopiston Systeemitekniikan laitokselta vastaa tutkimusryhmineen itseoppivien tuoksusyntetisaattoriteknologioiden kehityksestä.

Tutkimuksen kansainvälinen yhtesityökumppani on professori Kalle Levon (New York University, School of Engineering) tutkimusryhmineen. Suomalaisina yritysyhteistyökumppaneina ovat Environics Oy ja Kenzen Oy.

Hankkeen kokonaisbudjetti on noin 1,3 miljoonaa euroa, josta Suomen Akatemian rahoitusosuus on noin 900 000 euroa. Vuoden 2016 alussa alkanut tutkimus kestää kaksi vuotta.

Kuva: Brian Barnett / flickr

Uutinen perustuu Tampereen yliopiston tiedotteeseen.

Koiran hajuaisti on tunnetusti paljon tarkempi kuin ihmisen: arviot paremmuudesta vaihtelevat monikymmenkertaisesta jopa miljoonakertaiseen. Ihmiselläkään ei silti ole niin kehno nenä kuin yleisesti ja hyvin pitkään on luultu.

1920-luvulla esitettiin arvio, että ihminen pystyy erottamaan 10 000 eri tuoksua. Vaikka lukuun on vuosikymmenten kuluessa viitattu lukemattomissa tieteellisissäkin artikkeleissa, se ei perustunut mihinkään tutkimukseen: sitä vain on pidetty oikeana. Nyt lääketieteen Howard Hughes -instituutissa Yhdysvalloissa asia on selvitetty.

Tutkimusta johtaneen Leslie Vosshallin mielestä on omituista, että aiempaa arviota on voitu pitää edes suuntaa-antavana. Ihmisen näköaisti perustuu kolmea eri väriä aistiviin reseptoreihin ja niiden avulla on mahdollista erottaa jopa 10 miljoonaa värisävyä. Ihmisen nenässä on erilaisia hajureseptoreita keskimäärin 400, mutta ne olisivat riittäneet ainoastaan 10 000 tuoksun erottamiseen toisistaan.

Hajuaistia ei kuitenkaan ole varsinaisesti testattu. “Me tiedämme täsmälleen, mitä taajuuksia ihminen pystyy kuulemaan, koska se on mitattu. Emme myöskään ole keksineet, että ihminen ei pysty näkemään infrapuna- tai ultraviolettisäteilyä, vaan se on testattu. Hajuaistia sen sijaan ei kukaan ole vaivautunut tutkimaan tarkasti”, Vosshall hämmästelee.

Lukemattomien tuoksujen testaaminen olisi ollut käytännössä mahdotonta tai ainakin hyvin hankalaa. Niinpä Vosshall ja hänen kollegansa sekoittivat 128 eri molekyylistä erilaisia tuoksuja. Monet molekyylit saivat yksinään aikaan tutun tuoksun, kuten vastaleikatun ruohon tai sitrushedelmän, mutta kun niistä tehtiin sattumanvaraisesti 10–30 molekyylin yhdistelmiä, suurin osa syntyneistä tuoksuista oli tyystin outoja.

Kokeeseen osallistuneille 26 vapaaehtoiselle annettiin nuuhkittavaksi kerralla kolme tuoksua: kaksi niistä oli samoja, kolmas erilainen. Tehtävänä oli yrittää tunnistaa kahdesta muusta poikkeava tuoksu. Jokainen testihenkilö teki kaikkiaan 264 kolmen tuoksun vertailua.

Tutkimuksessa ei siis tarkasteltu tuhansia erilaisia tuoksuja, vaan tulos ja uusi, faktoihin perustuva arvio ihmisen hajuaistista saatiin ekstrapoloimalla. Tutkijat pitivät kirjaa, kuinka usein testihenkilöt tunnistivat erilaisen tuoksun. Sitten he laskivat, kuinka monta tuoksua ihminen keskimäärin pystyisi tunnistamaan, jos testattavana olisivat olleet kaikki mahdolliset yhdistelmät, jotka 128 tuoksusta saa aikaan.

Tulos oli yllätys: keskivertonuuhkija pystyy erottamaan vähintään biljoona tuoksua toisistaan. Vosshallin mukaan kyse on kuitenkin varovaisesti arvioidusta alarajasta: ”Tuoksujahan on olemassa paljon enemmän kuin 128, joten todellinen lukema on paljon, paljon suurempi.”

Tuoksututkimuksen tulokset julkaistiin 21. maaliskuuta Science-tiedelehdessä.

Hajuaistista ja erityisesti sen kytkennästä makuaistiin on kerrottu Tiedetuubissa elokuussa 2013.