Laajan hankkeen suomalaisena vastuuhenkilönä toimii Turun yliopiston matematiikan laitoksen professori Juhani Karhumäki. Itsekin sanojen kombinatoriikan tutkimukseen erikoistunut Karhumäki pitää Zambonin saamista Suomeen oikeana onnenpotkuna Turun yliopistolle.

”Luca on alallamme hyvin tunnustettu tutkija ja auktoriteetti, ja hänen vahvasta asiantuntemuksestaan on meille paljon hyötyä”, Karhumäki kehuu.

Loogista päättelyä ja luovaa ajattelua

Kombinatoriikka tutkii epäjatkuvia rakenteita ja verkostoja. Sillä on sovellusmahdollisuuksia erityisesti tietotekniikan, kuten koodauksen ja visualisointigrafiikan alalla. Kyseessä on laaja tieteenala, joka yhdistää esimerkiksi tietojenkäsittelytiedettä ja matematiikkaa.

”Yhteiset tieteelliset rajapinnat tekevät tutkimuksesta hyvin rikasta”, Luca Zamboni kuvailee.

Yksi FiDiPro-hankkeen tärkeimmistä tavoitteista on sanojen kombinatoriikan alan tutkimuskeskuksen vahvistaminen Turussa. Projektin puolivälin häämöttäessä hanke on hyvässä vauhdissa, eikä asiantuntevien tutkijoiden löytäminen ole osoittautunut vaikeaksi.

”Turussa on maailmanlaajuisestikin tarkasteltuna erinomainen diskreetin matematiikan tutkijoiden keskittymä. Myös alan opiskelijat ovat Turussa uskomattoman lahjakkaita, mikä on tärkeää, sillä he ovat tämän tieteenalan tulevaisuus”, Zamboni toteaa.

Tutkimuskeskuksen vahvistamisen lisäksi hankkeessa pyritään kehittämään uusia tutkimussuuntia ja avaamaan uusia ovia kombinatoriikan tutkimukselle. Tutkimusta tehdään esimerkiksi tunnettuun Ramseyn teoriaan liittyen.

Vihreän kemian laboratorio on toiminut Lappeenrannan teknillisen yliopiston yhteydessä Mikkelissä tämän nimisenä vuodesta 2011. Kymmenen vuotta sitten perustettua laboratoriota on alusta lähtien johtanut professori Mika Sillanpää. Sillanpään johtama tutkimus on huomioitu monilla kansallisilla ja kansainvälisillä tunnustuspalkinnoilla, ja laboratorion laaja yhteistyöverkosto ulottuu paikallisista yrityksistä ulkomaisiin yliopistoihin.

Vihreän kemian laboratorion projektien yhteinen nimittäjä on tavoite ratkaista ympäristöongelmia kemiallisin analyysi- ja käsittelymenetelmin. Ympäristöteknologian sovelluksissa on hyödynnetty uusia materiaaleja, kuten hiilinanokuituja, nanoselluloosaa sekä toiminnallisia pinnoitteita.

Sillanpään laboratoriossa on kehitetty muun muassa moninaisia kemiallisia vedenkäsittelymenetelmiä. Päämääränä on joko haitta-aineiden nopea havaitseminen, ravinteiden talteenotto, metallien tehokas sitominen adsorptiolla tai desinfiointi UV-valolla. Tämäntyyppisille menetelmille on kysyntää ympäri maailmaa, ja Vihreän kemian laboratorion mittava julkaisuluettelo kertookin laajasta yhteistyöstä eri puolille maailmaa sijoittuvien tutkimusryhmien kanssa.

Mikkelistä on myös jalkauduttu Suomen rajojen ulkopuolelle. Ryhmän kiinalainen jatko-opiskelija Xiang Huang tutki 2010 julkaistussa väitöskirjassaan Tiibetin ylätasangon jokivesien laatua. Projekti poiki jatkoa ja tänä vuonna alkoi Suomen Akatemian ja ulkoministeriön rahoittama uusi hanke, jossa tutkitaan ilmastonmuutoksen vaikutusta Himalajan alueen suuriin jokiin.

Joni Teräväiselle aiheenvalinta Viksu-kilpailun tutkielmaa varten ei ollut vaikea. Kiinnostus analyyttiseen lukuteoriaan johdatti hänet luontevasti Diofantoksen yhtälöiden äärelle. ”Valitsin kilpailutyöhöni lukuteoreettisen aiheen, sillä lukuteoria kiehtoo minua matematiikan osa-alueista kaikkein eniten. Viime kesänä sain idean tutkia Diofantoksen yhtälöitä ja pian huomasin, että aiheesta saisi mielenkiintoisen tutkielman. Diofantoksen yhtälöissä kiinnostaa se, että ne ovat helposti muotoiltavissa, mutta vaikeasti ratkaistavissa”, Joni kertoo.

Yhtälöiden tutkimuksella on matematiikan saralla pitkä historia ja niihin liittyy edelleen paljon avoimia kysymyksiä, joita ei ole onnistuttu ratkaisemaan. Arvioitsijat pitävät Jonin kilpailutyötä haasteellisuudeltaan yliopistotasoisena. ”Aiheen löytäminen ja tulosten riippumaton keksiminen ovat vaatineet lukiolaiselta huomattavaa matemaattista kypsyyttä, lukuteorian tuntemusta ja menetelmien hallintaa”, palkintoperusteluissa tiivistetään.

Viksu-tiedekilpailun kärkisijoille nousi tällä kertaa erityisen paljon matemaatikkoja. Kilpailun kansainvälisen sarjan voittaja Yiali Jan Helsingin Suomalaisesta Yhteiskoulusta todisti, ettei matemaattisessa Nicholson-Bailey-mallissa ole epätriviaaleja neljän askeleen mittaisia jaksollisia ratoja. Kiinnostus sekä matematiikkaan että biologiaan johdatteli molempia tieteenaloja yhdistävään tutkimukseen. Palkintoperustelujen mukaan avoimen ongelman ottaminen tällaisen työn lähtökohdaksi on väkevä osoitus kunnianhimosta. ”Se, että onnistuu todistamaan avoimen ongelman epätriviaalilla tavalla, on lukiolaiselta häkellyttävä saavutus”, arvioitsijat toteavat.

Myös Yiali Yanin tulevaisuuden suunnitelmissa siintää matematiikan opiskelu yliopistossa. ”Erityisesti matemaattiset mallit ja niiden sovellukset kiinnostavat”, Yiali Jan kertoo.

Neea Palojärvi Valkeakosken Tietotien lukion Päivölän matematiikkalinjalta kehitti matemaattisen mallin, jonka avulla voidaan testata asunnon soveltuvuutta pyörätuolin käyttäjille pohjapiirustuksen perusteella. Otte Heinävaara Maunulan yhteiskoulun Helsingin matematiikkalukiosta puolestaan esitteli työssään uuden neliöpotenssi-iteraatio -menetelmän, joka soveltuu kompleksikertoimisten polynomiyhtälöiden ratkaisuun. Johanna Rantanen ja Yen Mai Valkeakosken Tietotien lukiosta vertailivat, miten muistiinpanojen kirjoitusmenetelmän valinta – käsin tai tietokoneella – vaikuttaa oppimiseen.

Maailman kolmen parhaan kalojen suojelugenomiikan tutkijan joukkoon lukeutuva australialais-suomalainen Craig Primmer toimii evolutiivisen luonnonsuojelugenetiikan akatemiaprofessorina. Hänen johtamansa tutkimusryhmän tarkoituksena on pyrkiä ymmärtämään lajien sopeutumisen taustalla olevia geneettisiä prosesseja.

Primmerin ryhmä tutkii muun muassa lohikaloja. Huippututkimuksessa selvitetään, miten eri kalalajit reagoivat ihmisen aiheuttamiin muutoksiin, miten ja millaista monimuotoisuutta pitää turvata, jotta lajien sopeutumisen edellytykset säilyisivät ja millä nopeudella populaatioissa voidaan ennustaa tapahtuvan muutoksia.

Tutkimusryhmä haluaa selvittää, miten ihmisen aiheuttama luonnon hyväksikäyttö vaikuttaa luontoon ja miten tätä tietoa voidaan mahdollisesti soveltaa kestävään luonnonsuojeluun.

Geenit kertovat sopeutumisen tarinaa

Ihmiskunnalla on kasvava tarve ymmärtää evoluutiota ja ekologiaa. Sivujoissa elävien kalojen paikallisen sopeutumisen tutkimus tarjoaa tärkeitä näkökulmia luonnonvalintaan. Sen avulla saadaan tietoa geenien liikkumisesta eri kalapopulaatioiden välillä, geneettisistä kasaumista sekä mutaatioista. Tutkimuksen avulla kehitetään teoriaa, teknologioita ja menetelmiä käytännön haasteisiin lajien säilyttämiseksi ja laajennetaan ymmärrystä populaatiogenetiikan ilmiöistä ja lajien eriytymisestä.

Craig Primmerin tutkimukseen liittyy kolme eri teemaa, joista yhdessä selvitetään lohikalojen paikallisia sopeutumismekanismeja muun muassa Tenojoen sivujoissa. Toisena teemana on, miten ilmaston lämpeneminen vaikuttaa pohjoisiin kalalajeihin, ja millainen kyky kaloilla on sopeutua muuttuviin lämpöolosuhteisiin ja alueisiin. Lisäksi selvitetään, mitkä geenit sopeutumiseen vaikuttavat tai voisivat vaikuttaa, ja missä olisi sopeutumiselle parhaat olosuhteet. Kolmas teema käsittelee geneettisen monimuotoisuuden merkitystä lohikalojen loisienvastustuskyvyssä ja elinkelpoisuudessa.

Tutkimustyötä tehdään laboratoriossa, mutta näytteet on kerättävä luonnosta. Geeninäytteitä kerätään pääasiassa kalanpoikasilta, joita on helpompi pyydystää kuin aikuisia yksilöitä. Näytteenotto ei vahingoita kalaa, vaan se pääsee jatkamaan elämäänsä joessa.

”Jotta tuloksemme olisivat pitäviä, tarvitaan näytteitä noin 12–20:stä kalapopulaatiosta. Lisäksi yhden populaation sisältä on saatava näyte ainakin 50 yksilöstä. Se on aikaa vievää puuhaa”, Primmer toteaa.