Miksi mikroskooppisen pienten piilevien monimuotoisuudella on väliä Itämeren toiminnalle?
Piilevät ovat erittäin pieniä leviä, joilla on tärkeä ja moninainen rooli vesistöissä. Tutkijat tarkastelivat piilevien monimuotoisuuden merkitystä Itämeren ekosysteemille.
Johdanto
Tiedätkö, mitkä eliöt tuottavat suurimman osan ilmakehässä olevasta hapesta? Voisivatko ne olla trooppisten sademetsien yhteyttävät puut tai suomalaiset männyt? Eniten happea tuottavat merissä elävät eliöt ja erityisesti mikroskooppisen pienet levät.1 Yksi tärkeimmistä näihin yksisoluisiin leviin kuuluvista eliöryhmistä ovat piilevät, jotka voivat elää niin vapaasti keijuvana kasviplanktonina vedessä kuin vedenpohjaan kiinnittyneenä mikrofytobentoksena (Kuva 1). Piilevät ovat saaneet nimensä paljon piitä sisältävästä soluseinästään eli kuorestaan, joka on jokaisella piilevälajilla eri tavoin kuvioitu ja joka voi säilyä merten ja järvien pohjasedimenteissä jopa miljoonia vuosia. Piilevät ovat erittäin tärkeitä koko meriekosysteemille, sillä hapentuotannon lisäksi ne muun muassa puhdistavat vettä, parantavat muiden eliöiden elinolosuhteita lujittamalla pohjasedimenttiä ja ovat pohjaeläinten tärkein ravinnonlähde.2
Monet tutkijat ovat havainneet, että luonnon ja siellä elävien eliöiden monimuotoisuus on yhteydessä siihen, miten hyvin ekosysteemi toimii. Esimerkiksi niin viljellyltä kuin luonnontilaiseltakin maalta saadaan enemmän satoa, jos siinä on monta eri kasvilajia kuin jos kasvilajeja on vain yksi tai kaksi.3 Monimuotoinen ekosysteemi kestää paremmin myös kaikenlaisia häiriöitä, kuten metsäpaloja tai ilmastonmuutoksen aiheuttamia ongelmia. Se johtuu muun muassa siitä, että paljon lajeja sisältävässä eliöyhteisössä yhden lajin häviäminen ei välttämättä haittaa, koska toinen suunnilleen samalla tavoin toimiva laji voi korvata hävinneen lajin.
Vielä ei kuitenkaan tiedetä, onko myös merien pohjilla elävien piilevien monimuotoisuudella yhteys ekosysteemin toiminnan kanssa. Yhdestä merenpohjasta otetusta piilevänäytteestä saattaa löytyä kymmeniä piilevälajeja, mutta ovatko ne kaikki ekosysteemin toiminnan kannalta tarpeellisia, vai onko niin pienten eliöiden monimuotoisuus yhdentekevää?
Päätimme selvittää asian ja tutkia, tuottavatko merenpohjan mikrofytobentoksena kasvavat piileväyhteisöt enemmän biomassaa, jos niissä on paljon erilaisia lajeja kuin jos lajeja on vain muutama. Piilevien biomassa on tärkeää ekosysteemin toiminnalle, koska se vaikuttaa esimerkiksi siihen, kuinka paljon ravintoa pohjaeläimillä on. Usein luonnon monimuotoisuuden ja ekosysteemin toiminnan välinen yhteys nähdään erityisen hyvin, jos monimuotoisuuden mittarina käytetään lajirunsauden sijaan eliöiden lajipiirteiden monimuotoisuutta.4 Siksi päätimme käyttää tutkimuksessamme myös piilevien lajipiirteitä, eli jaoimme löytämämme piilevälajit ryhmiin muun muassa sen mukaan, minkä kokoisia ne ovat ja pystyvätkö ne liikkumaan, tuottamaan typpeä tai muodostamaan kolonioita eli usean yksilön yhteen liittyneitä ryhmiä.
Miten tutkimus tehtiin?
Toteutimme tutkimuksen Itämeressä Hangon läheisessä saaristossa, josta valitsimme yhteensä 17 ympäristöolosuhteiltaan vaihtelevaa tutkimuspaikkaa. Tutkimuspaikat sijaitsivat noin 2–4 metrin syvyydessä, joten käytimme sukellusvälineitä, jotta saimme kerättyä näytteitä pohjasedimentistä (Kuva 2). Jokaiselta tutkimuspaikalta keräsimme sedimenttinäytteen 4–5 kohdasta, joten kenttätöiden päätyttyä meillä oli yhteensä 78 näytettä. Kuljetimme näytteet laboratorioon, jossa analysoimme niistä monenlaisia kunkin tutkimuspaikan olosuhteista kertovia ympäristötekijöitä, kuten raekoon, ravinnepitoisuuden, eloperäisen aineksen pitoisuuden sekä klorofylli a:n ja pohjaeläinten määrän. Lisäksi teimme sedimentistä piileväpreparaatit, joista pystyimme mikroskoopin avulla tunnistamaan, mitä piilevälajeja kussakin näytteessä oli. Lopuksi jaoimme havaitut piilevälajit ryhmiin käyttäen niiden lajipiirteitä.
Laboratoriotöiden jälkeen analysoimme tiedot käyttäen tilastomatematiikkaa. Tutkimme, onko piilevälajien ja piilevien lajipiirteiden monimuotoisuudella sekä ekosysteemin tuottaman biomassan määrällä yhteyttä. Sen lisäksi analysoimme, miten piilevälajien ja niiden lajipiirteiden monimuotoisuus vaihtelee saariston eri osien välillä sekä mitkä ympäristömuuttujat vaikuttavat eniten monimuotoisuuden vaihteluun.
Mitä tutkimuksessa löydettiin?
Havaitsimme, että piilevien monimuotoisuudella ja ekosysteemin tuottaman biomassan määrällä oli positiivinen yhteys. Erityisen selvä yhteys oli, kun käytimme monimuotoisuuden mittarina lajipiirteiden monimuotoisuutta lajien monimuotoisuuden sijaan. Toisin sanoen mitä enemmän hyvin erikokoisia ja eri ominaisuuksin varustettuja piileviä yhteisöstä löytyi, sitä tehokkaammin yhteisö pystyi kasvamaan.
Yhteys ei ollut kuitenkaan suoraviivainen. Kun lajipiirteiden monimuotoisuus oli alhainen eli yhteisössä oli paljon ominaisuuksiltaan samankaltaisia piileviä, biomassan tuotanto oli vaihteleva: usein matala (matalimmillaan 3 µg klorofylliä grammassa sedimenttiä), mutta joissain näytteissä se saattoi olla korkeakin. Sen sijaan kun lajipiirteiden monimuotoisuus oli korkea, eli yhteisö koostui monipuolisesti eri ominaisuuksilla varustetuista piilevistä, biomassan tuotanto oli aina korkea (korkeimmillaan 44 µg klorofylliä grammassa sedimenttiä) (Kuva 3). Se johtui luultavasti siitä, että lajipiirteiltään hyvin erilaisista lajeista koostuva yhteisö pystyy täyttämään kaikki ympäristön tarjoamat ekolokerot ja siten käyttämään ravinteet sekä muut luonnonvarat tehokkaasti hyödykseen.5
Lisäksi huomasimme, että piilevälajien monimuotoisuus vaihteli huomattavasti tutkimuspaikasta ja sedimenttinäytteestä toiseen, ja että eri tutkimuspaikkojen piileväyhteisöt koostuivat hyvin erilaisista lajeista. Siitä voidaan päätellä, että saaristot monimutkaisine rantaviivoineen ja vaihtelevine ympäristöolosuhteineen muodostavat hyvin monipuolisen elinympäristön, josta monenlaisten eliöiden ja lajien on mahdollista löytää itselleen sopiva paikka.
Monimuotoisuuden vaihtelu johtui suurimmaksi osaksi eloperäisen aineksen määrästä sedimentissä: mitä enemmän sedimentissä oli eloperäistä ainesta, sitä enemmän siinä oli myös erilaisia piilevälajeja. Tämä saattaa johtua siitä, että piilevät voivat käyttää eloperäistä ainetta ravintonaan, jos esimerkiksi valon vähyys estää niitä yhteyttämästä. Eloperäisen aineen määrä on kuitenkin myös yhteydessä muihin ympäristötekijöihin, jotka osaltaan vaikuttavat piileväyhteisöihin; tutkimusalueellamme eloperäistä ainetta on eniten suojaisissa lahdissa, joissa tuulen ja aaltojen vaikutus on vähäistä ja joissa on vain vähän pohjaeläimiä. Näiden tekijöiden yhteisvaikutuksen vuoksi näissä lahdissa kasvaa sellaisia piilevälajeja, jotka eivät pärjää muualla. Esimerkiksi piilevät, joiden lajipiirteisiin kuuluvat suuri koko ja kyky muodostaa suuria kolonioita, joutuisivat toisenlaisissa olosuhteissa helposti joko aaltojen mukaansa tempaamiksi tai pohjaeläinten syömiksi, mutta suojaisista lahdista kerätyistä näytteistä niitä löytyi paljon.
Lopuksi
Tutkimuksemme osoitti, että mikroskooppisten pienten piilevien monimuotoisuus on erittäin tärkeää ekosysteemin toiminnalle. Koska ilmastonmuutos vaikuttaa tällä hetkellä kaikkien, myös mikroskooppisen pienten eliöiden monimuotoisuuteen, on mahdollista, että myös piilevien tuottaman biomassan ja hapen määrä muuttuu tulevaisuudessa. Tämän tutkimuksen pohjalta ei kuitenkaan voi ennustaa ilmastonmuutoksen vaikutuksia piileviin ja niiden toimintaan, vaan siihen tarvitaan lisää sekä luonnonvesissä tapahtuvaan näytteenottoon että laboratoriossa tehtävään kokeelliseen tutkimukseen perustuvaa työtä.