Elämää jäässä ja jään tuntumassa

Åke Niemi

Societas pro Fauna et Flora Fennica järjesti viime marraskuussa symposion aiheesta "Mitä tapahtuu jään alla" eli mitä tiedämme vesiekosysteemistä talven aikana. Tilaisuudessa eri alojen tiedemiehet tarkastelivat eri biologian alojen talvitutkimusta. Tilaisuutta vetänyt professori Åke Niemi tarkastelee oheisessa kirjoituksessa talvisen vesiekologisen tutkimuksemme tilaa.

Talvisen meren aavat jääkentät, pureva pakkanen ja pimeys tuovat mieleen kuolleen maiseman jossa kaikki biologinen toiminta on pysähtynyt. Kun italialainen tutkimusmatkailija Guiseppe Acerbi n. 200 vuotta sitten matkalla Suomeen ylitti Ahvenanmeren jääteitse, hän kuvasi oloja seuraavasti:
Koko matkan aikana emme kohdanneet jäällä ainoatakaan ihmistä, nelijalkaista eläintä, lintua tai muuta elävää olentoa. Nuo jääaavikot ovat kuin elotonta, luonnon hylkäämää autiomaata. Siellä vallitsevan kuoleman hiljaisuuden keskeltä kuuluu vain tuulen vinkunaa sen puhaltaessa jäänkohoutumia vastaan, tai toisinaan kovaa pauketta, kun ne repeytyvät vastustamattomasti irti tästä jäätyneestä lakeudesta. Ainoat eläimet, jotka näillä jääaavikoilla asustavat ja viihtyvät ovat hylkeet.
Uudempi tutkimus on kuitenkin osoittanut, että talvellakin sekä jäässä että jään alla on runsas toimiva eliöstö joskin elollisen aineksen tuotanto on niukkaa kesäkauteen verrattuna.
Jäässä ja nimenomaan vedessä lämpötilan vuodenaikaiset vaihtelut ovat korkeilla latitudeilla sangen pienet ­ suolaisen valtameriveden lämpötila ei laske alle -2 celsiusasteen ja arktisen kesän aikana se ei paljon nouse yli 0 asteen.
Lämpötila ei kuitenkaan ole elämän kannalta ratkaiseva tekijä vaan valo, tarkemmin ilmaistuna säteilyenergia. Sehän muodostaa orgaanisen tuotannon lähtökohdan. Korkeilla leveysasteilla säteilyenergian jakautumisen erot eri vuodenaikoina ovat huomattavat. Talvi on napapiirin pohjoispuolella pitemmän tai lyhyemmän ajanjakson aivan pimeä, mutta kesällä aurinko paistaa ympäri vuorokauden.
Aikoinaan ihmeteltiin miten oli ylipäänsä mahdollista, että Pohjoisen jäämeren aavoilla jääkentillä eli jääkarhuja, hylkeitä ja naaleja. Ne olivat tietenkin riippuvaisia jääkentän alla olevasta eläimistöstä, kaloista ja äyriäisistä, mutta mistä tuli se orgaaninen aines, joka muodosti koko arktisen ekosysteemin perustan?
Norjalainen tutkimusmatkailija Fritjof Nansen oli 1893­96 tutkimusalus Framilla jääkenttään kiinnijäätyneenä kulkeutunut Pohjoisen jäämeren läpi. Tällä hän todisti oikeaksi hypoteesinsa Arktisen meren merivirtojen kulkusuunnista. Kolmisen vuotta kestäneen retkikunnan matkan aikana tehtiin  paljon luonnontieteellisiä havaintoja.
Fritjof Nansen, jolla oli luonnontieteellinen koulutus, oli itse kiinnostunut napaseudun merialueen erilaisista elämänmuodoista. Hän oli myös hyvin perehtynyt eskimoiden sopeutumiseen elämään sikäläisissä ankarissa luonnonoloissa. Matkakirjassaan Farthest North I­II (1897) hän mm. kiinnitti huomiota jään reunaan ja jään alla oleviin ruskeisiin  raitoihin jotka osoittautuivat eläviksi, kasvaviksi ja lisääntyviksi piileviksi joita oli myös jään sisällä. Hän myös kuvasi mikroskoopilla jään mikroskooppista eliöstöä ja julkaisi saamansa tiedot. Nansen kertoo mm. nähneensä jääkarhujen nuolevan jäälohkareiden ruskeita pintoja ja arveli, että se on eräs tapa millä jääkarhu saa vitamiinitarpeensa napaseutualueella tyydytetyksi.
Toisen maailmansodan jälkeen on jäisen ympäristön eliöstöä ja biologiaa tutkittu sekä Arktisella että Antarktisella merialueella ja kiinnostus polaarialueisin on kasvanut viime vuosikymmenen aikana. Nykyään tiedämme että jään alapinnalla kasvavat piilevästöt ovat pienten äyriäisten ravintoa. Kalat syövät äyriäisiä ja näin energia siirtyy ekosysteemissä korkeammalle tasolle. Etelämantereen merijään peittämillä alueilla on vastaavaa jään alla kasvavaa piilevästöä jota mm. krillit syövät. Krilli on myös pingviinien ruokaa. Jään sisällä ja alapinnalla oleva levästö on polaarimerten oleellisia perustuottajayhteisöjä.

Jo vuosisatamme alkupuolella tehtiin Itämeren jäällä havaintoja elollisesta toiminnasta. Helsingin yliopiston kasvitieteen professori Ernst Häyrén, joka aikanaan oli hyvin tarkka luonnonilmiöiden havainnoitsija, ilmoitti jo 1920-luvulla miten keväällä jään päällä kasvoi erilaisia viherleviä.
Tutkimuksissamme dosentti Guy Hällforsin kanssa olemme puolestaan löytäneet Hankoniemen edustan saaristossa erään tarttumalevän muodostaman ruskean kasvuston saariston jäärailoissa; laji on viime vuosina löydetty niinkin kaukana kuin Japanin jäistä. Omissa tutkimuksissani havaitsin 1980-luvulla Hankoniemen edustan jäissä aivan samankaltaisia piilevästöjä jäässä kuin napaseutujen merialueilla kuvatut. Itämeren jäässä kasvavat levät olivat suureksi osaksi samoja lajeja kuin ne jotka tunnettiin Siperian rannikon merijäästä. Merenkurkun alueella ruotsalaiset tutkijat ovat osoittaneet, että talvinen jää ja hyytävän kylmä vesi sisältävät runsaasti levää.
Merentutkimuslaitoksen tutkijat ovat merentutkimusalus Arandan retkillä talvisella Itämerellä selvittäneet meren talvisen ekosysteemin rakennetta ja toimintaa. Vaikka aavan meren jäiset ja lumiset lakeudet Itämerelläkin vaikuttavat kuolleilta sekä jäässä että jään alla löytyy monipuolinen eliöstö joka toimintansa osalta kuitenkin kulkee säästökierroksilla.
Viimeisten vuosikymmenien aikana on osoitettu, että myös merijään sisällä elää hyvin monipuolinen levästö johon liittyy myöskin monipuolinen toisvarainen eliöstö, sukkulamatoja, ripsieläimiä, siimaeliöitä ja bakteereja ja muita eliöryhmiä. Merijää eroaa järvijäästä siten, että jäätymisen jälkeen osa meriveden suolasta jää konsentroituna liuoksena jään sisälle pieniin suolataskuihin. Korkean suolaisuutensa ja matalan jäätymispisteensä johdosta suolaliuos sulattaa jään altaan ja ikäänkuin vajoaa jään läpi (kuten tiedämme, jään sulattamiseksi maanteille levitetään suolaa). Näin muodostuu jäähän monimutkaisia onkaloverkostoja. Näissä onkaloissa jääpinnan alapuolella elää sekä piileviä että muita leviä ja toisvaraisia mikroeliöitä.
Viime joulukuussa väitteli Johanna Ikävalko merijään eliöstöstä Helsingin yliopistossa. Hän osoitti, että sekä Arktisen meren että myös Itämeren jäässä elää hyvin monipuolinen mikroeliöstö. Tuntemattomia eliöitä oli runsaasti ja Johanna Ikävalko kuvasi jäästä myös eräitä tieteelle uusia lajeja.
Näiden jäälevästöjen merkityksestä meriekosysteemin energiabudjetille ollaan osin epätietoisia. Piileviä on jäästä runsaasti kuvattu, mutta muista eliöistä tiedämme varsin vähän.
Järvien jäässä ei ole suolaonkaloita mutta jään alapinta voisi olla sopiva alusta jääleville ja muille eliöille. Asiaa on tuskin lainkaan tutkittu. Järvien jäillä yleensä on niin paljon lunta, että sen alla on säteilyenergiasta puutetta. Kuitenkin järven jäitäkin olisi syytä tutkia kun kevätaurinko on jään päällisen lumen sulattanut ja levien yhteyttämiseen tarvittava säteilyenergia pääsee tunkeutumaan jään läpi synnyttäen otolliset olosuhteet jään alapinnalla olevien levien yhteyttämiseen.

Arktisen alueen luonnonresurssit ja näiden hyödyntäminen ovat ajankohtaistuneet viime vuosien aikana. Pohjoismaiden ja Venäjän intressit ovat yhteisiä, niin myös pelko arktisen meriympäristön vahingoittumisesta kun fossiilisia luonnonresursseja hyödynnetään, meren kalavarastoja kulutetaan liikaa ja arktiseen mereen pääsee ihmistoiminnan seurauksena yhä enemmän ympäristöä kuormittavia myrkkyjä ja radioaktiivisia aineita. Arktisen alueen tutkimiseen liittyy läheisesti maamme vesistöjen talvibiologian tutkiminen.
Kun Suomi oli liittynyt Etelämannersopimukseen, velvoitettiin meidät myös suorittamaan säännöllisesti alueella tieteellisiä tutkimuksia. Tältä pohjalta merentutkimusalus Arandalla tehdyt tutkimusretket Etelämantereen edustan hyisillä merialueilla ovat paljastaneet polaarimeriympäristössä seikkoja jotka ovat auttaneet suomalaisia tutkijoita paremmin ymmärtämään myös Itämeren talvioloja.
Euroopan yhteisössä Suomelle erityisiä luonnon tutkimuskohteita ovat järvet ja reittivesistöt kuten myös Itämeren pohjoisosien murtovesialueet. Suomen Akatemian järjestämässä hydrobiologian kansainvälisessä evaluoinnissa viime vuosikymmenellä todettiin, että suomalainen vesistötutkimus tulisi erityisesti suunnata Suomelle luonteenomaisiin ruskeavetisiin eli humusjärviin ja Itämereen. Näin onkin tehty, mutta varsinainen talvitutkimus on vasta viimeisten vuosien aikana alkanut Merentutkimuslaitoksessa ja Helsingin yliopiston biologisilla asemilla Tvärminnessä ja Lammilla.
Talvisen vesiekologian tutkimuksen lisäämiseksi onkin osoitettavissa lukuisia perusteita:

- Polaarialueiden merkitys on koko ajan kasvamassa.
- Suomen maantieteellinen sijainti ja luonnonolot Euroopan yhteisössä asettavat tutkimustavoitteillemme määrättyjä vaatimuksia.
- Kansainvälinen hydrobiologian evaluointi 1980-luvulla alleviivasi humusjärvien ja murtovesialueiden kohdistuvan tutkimuksen merkitystä.
- Pohjoisessa sijaitsevilla järvillämme on jääpeite n. 7 kuukauden ajan, etelässä n. 5 kuukautta. Subarktinen Perämerikin on jäässä, ainakin osittain, marraskuusta toukokuun loppuun.
- Mahdolliset ilmastonmuutokset tullevat ilmenemään muuttuneina talvioloina jotka muuttavat vesiekosysteemin rakennetta ja toimintaa kuten meri- ja järvibiologit Ilmastonmuutostutkimuksessa ovat osoittaneet.
- Kansainväliset sopimukset velvoittavat Suomea osallistumaan pohjoiskalotin tutkimushankkeisiin.
- Huomattavaa potentiaalia talvella suoritettavaan vesistötutkimukseen löytyy yliopiston biologisilla kenttäasemilla. Siellä työskentelevät hyvin koulutetut biosukeltajat ja analyysilaboratoriot ovat talven aikana vajakäytössä.
- Merentutkimusalus Arandalla on kansainväliset huipputason laboratoriot ja  näytteenottokalusto sekä Merentutkimuslaitoksen tutkijoilla kokemus  (Etelämantereen matkoilla saatua) myös meren talvitutkimuksista.

Se, mitä tiedämme vesistöjemme talvisista kasvi- ja eläinyhteisöistä ja koko vesiekosysteemin rakenteesta ja toiminnasta, on riippuvainen mahdollisuuksistamme tehdä myös talvella havaintoja ja suorittaa näytteenottoja. Sekä järvien että merialueiden talvisen seurannan kautta on sekä Suomen ympäristökeskukseen että Merentutkimuslaitokseen kertynyt runsaasti tietoa myös talvisista planktonyhteisöistä. Sen sijaan jään alla tapahtuvia prosesseja on tutkittu hyvin. Lammin biologisella asemalla on viime vuosikymmeninä tutkittu pienten humusjärvien talvioloja ja Tvärminnen eläintieteellisellä asemalla meriekosysteemiä. Uudella merentutkimusaluksella Arandalla Merentutkimuslaitos on viime aikoina pystynyt selvittämään uusia asioita Itämeren talvisen ekosysteemin toiminnasta. Erityisesti bakteerien ja sinilevien (=syanobakteerit) rooli eri vuodenaikoina on ollut tutkimuksen tärkeitä kohteita. Viime aikoina on molemmissa tutkimuslaitoksissa kohdistettu paljon mielenkiintoa typen merkitykseen Itämeren rehevöitymisprosessissa sekä denitrifikaatioon eli nitraattitypen pelkistymiseen kaasumaiseksi typeksi.
Jos vähitellen olemmekin pystyneet selvittämään vesiekosysteemin pelagiaalin ja pohjan oloja, niin matalien rantavesien talvisesta kasvi-ja eläinyhteisöistä tiedämme varsin vähän. Mitä makroleviä kasvaa jään alla? Miten monivuotiset lajit esiintyvät ja mahdollisesti lisääntyvät talvella, suvullisesti vai suvuttomasti? Missä ovat rantaveden äyriäiset, pikkukalat ja muut eläimet talvella?
Vasta viime vuosina, kun biosukellus, eli ilmalaitteilla sukeltaminen on yleistynyt vesibiologian tutkijoiden keskuudessa, on tietoomme tullut aivan uusia, mielenkiintoisia asioita. Esimerkiksi rannikkovesissä keväisen jään alla makrolevästö kasvaa ja lisääntyy. Valon määrä joka tunkeutuu jään läpi on toimintoja säätelevä tekijä. Kaikki pilkkimiehet ovat jo kauan tienneet, että kala siirtyy eri syvyysvyöhykkeissä talven kehittyessä.
Tvärminnen eläintieteellisellä asemalla Hankoniemen ulkosaaristossa on jo useita vuosia suoritettu jään alaista biologista tutkimusta. Asemalla myös koulutetaan opiskelijoita biosukeltajiksi. Sukelluskoulutus kehitetään EU:n kriteerien mukaisesti ja Tvärminnen eläintieteellisellä asemalla on kansallinen rooli biosukelluskoulutuksen kehittämisessä. Asemalla on tehty ja tehdään edelleen väitöskirjoja, joissa aineistot on kerätty sukeltamalla ja töitä tehden jään alla.
Kuitenkin talvibiologisessa vesistötutkimuksessa on runsaasti ongelmia ja aloja joihin tutkimuspanos olisi aiheellista kohdistaa:

- Miten toimii vesiekosysteemi jään alla? On muistettava, että humuspitoiset järvet ovat aivan toisenlaisia kuin kirkasvetiset järvet tai meri.
- Miten eroavat lämpimät talvet ankarista talvista vesiekosysteemin toiminnan suhteen? Miten se vaikuttaa levästöön tai eläinten lisääntymiseen?
- Monien taloudellisesti vähemmän tärkeiden kalojen talvibiologia on puutteellisesti tunnettu.
- Erityisesti eläinten oloja sublitoraalissa (valoisassa vesikerroksessa) ei tunneta.
- Monien planktonlajien kehityskierto ja nimenomaan talviset vaiheet ovat heikosti tunnetut.
- Jään tuntumassa esiintyvä mikroeliöstö on vasta selvitysvaiheessa. Työhön liittyy paljon taksonomista selvitystyötä.
- Miten vaikuttaa jään alle tunkeutuva jätevesi? Miten toimii luonnollisten ekosysteemien kuten ruovikon itsepuhdistus talvella meidän oloissamme?

Mainittu lista tulee nähdä vain esimerkkikokoelmana monesta asiasta ja probleemista, johon olisi mielenkiintoista ja myös tärkeätä syventyä.
Helsingin yliopistossa ja Merentutkimuslaitoksessa onkin tutkimuksen ja koulutuksen alueella jatkunut pitkään kiinteä yhteistyö. Monet yliopiston nuoret opiskelijat ja tutkijat ovat saaneet osan koulutuksestaan merentutkimusalus Arandalla, jolloin tutkimuslaitoksen tutkijat samanaikaisesti toimivat yliopiston dosentteina jotka ohjaavat pro gradu -töitä ja väitöskirjoja. Sekä Suomen ympäristökeskuksessa että Merentutkimuslaitoksessa saavat nuoret vesistötutkijat arvokasta työharjoittelua.
Levätaksonomian alalla hyvät kontaktit Kööpenhaminan yliopiston eturivin levätaksonomeihin on ollut levätaksonomian kehitykselle maassamme ensiarvoisen tärkeä. Myös talvinen vesitutkimus hyötyy yhteistyöstä ja kansainvälisistä kontakteista. Helsingin yliopisto on maaliskuussa toistamiseen järjestämässä Itämeren jään biologiaan liittyvän kurssin Tvärminnessä yhdessä Kielin yliopiston Polaariekologian tutkimuslaitoksen kanssa. Kurssiin osallistuu n. 10 saksalaista ja 10 suomalaista luonnontieteiden opiskelijaa.

TAKAISIN LEHDEN SISÄLLYSLUETTELOON