Chapter 1.2 (Lukion Biologia (BI2–BI3))

Ympäristötekijät ja eliöiden sopeutuminen

Johdanto

Auringon valo- ja lämpösäteily ylläpitävät elämää maapallolla. Lisäksi vesi on kaiken elämän edellytys. Eliöiden selviytymiseen ja levinneisyyteen vaikuttavat elinympäristön elottomat ja elolliset ympäristötekijät. Lämpötilan ja veden saatavuuden ohella mm. suolapitoisuus ja happamuus vaikuttavat eliölajien maantieteelliseen levinneisyyteen.

Eliömaailma on monimuotoisinta alueilla, missä elämän perusedellytykset ovat suotuisimmat, kuten trooppisissa sademetsissä. Mitä kauemmaksi päiväntasaajalta kohti napa-alueita siirrytään, sitä suuremmat ovat erot vuodenaikaisissa valo- ja lämpöoloissa. Eliöiden on täytynyt sopeutua näihin vuodenajoittain vaihteleviin ja ankariin olosuhteisiin. Vaativissakin olosuhteissa esiintyy kuitenkin eri eliöryhmien edustajia. Tämä johtuu osittain eliöiden hyvästä sopeutumiskyvystä.

Monimuotoisimmat eliöyhteisöt ovat päiväntasaajan tuntumassa.

Ekologian tarkastelutasot

Ekologia tutkii eliöiden ja niiden elollisen ja elottoman ympäristön välisiä vuorovaikutussuhteita sekä eliöiden runsauteen ja levinneisyyteen vaikuttavia tekijöitä.

Ekologisen tutkimuksen tarkastelutasot vaihtelevat eliöyksilöstä koko maailmanlaajuisen elokehän (biosfäärin) toiminnan selvittämiseen. Yhdestä yksilöstä kerätty tieto ei aina ole yleistettävissä muihin saman populaation yksilöihin, sillä esim. tutkittavan yksilön käyttäytyminen voi poiketa lajille tyypillisestä käyttäytymisestä. Tutkimuskohteeksi valitaankin usein kaikki samalla alueella elävät tietyn lajin yksilöt, eli populaatio.

Tarkastelutasona voivat olla myös alueen kaikki populaatiot yhdessä, eli eliöyhteisö. Tämä on perusteltua, sillä eri lajien yksilöt ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Vaikka vuorovaikutus ei olisi suoraa (kuten esim. saalistus), lajit vaikuttavat toisiinsa välillisesti ravintoverkossa toisten lajien kautta.

Eloton luonto, kuten vesi ja lämpötila, vaikuttavat merkittävästi eliöiden menestymiseen, kasvuun ja lisääntymiseen. Ekosysteemiekologiassa tutkitaankin järven, metsän tai pellon ekosysteemiä kokonaisuutena, ts. alueen kaikkia populaatioita sekä niihin vaikuttavaa elotonta luontoa.

Ekologisen tutkimuksen avulla saadaan tietoja eliöiden elinvaatimuksista ja elinmahdollisuuksista. Tätä tietoa voidaan soveltaa ympäristön- ja luonnonsuojelussa.

Ympäristötekijöiden luokittelu

Eliölajeilla on erilaisia vaatimuksia ympäristönsä suhteen. Eliön hyödyntämät ympäristötekijät, esim. ravinto, vesi ja valo, ovat resursseja. Yksilön resurssit voidaan jakaa elollisen ja elottoman luonnon tekijöihin.

Elolliset, bioottiset tekijät liittyvät samalla alueella eläviin eliöyhteisön muihin eliöihin. Bioottiset tekijät ovat lajin menestymiseen vaikuttavia muiden lajien yksilöitä tai lajitovereita. Ne voivat olla ravintoa, saalistajia, lisääntymiskumppaneita, kilpailevia lajeja, loisia tai taudinaiheuttajia.

Varikset (Corvus corone cornix) ruokailemassa talvella. Talven kylmyys haittaa eliöitä, mutta elossa säilymiselle on vielä tärkeämpää bioottiset tekijät, kuten ruoan saaminen ja petojen välttäminen.

Abioottiset, elottoman luonnon tekijät liittyvät maan, ilman ja veden ominaisuuksiin. Abioottiset tekijät voidaan jakaa kemiallisiin ja fysikaalisiin tekijöihin. Kemiallisia ympäristötekijöitä ovat mm. kallioperän kivilajit, maaperän pH, suolapitoisuus ja ravinteiden määrä. Fysikaalisia ympäristötekijöitä ovat esim. valon määrä ja laatu, lämpötilojen ja sademäärien vaihtelu sekä tuuli.

Valo mahdollistaa elämän maapallolla. Kasvit tarvitsevat valoa fotosynteesiin.

Eliöille tärkeitä elottomia ympäristötekijöitä ovat mm. vesi, ravinteet, valo, happi, lämpö, happamuus ja suolapitoisuus. Mitä suotuisampi eloton ympäristö on, sitä enemmän lajeja alueella esiintyy ja sitä paremmin eliöt kasvavat ja lisääntyvät. Mikään eliö ei tule toimeen ilman vettä. Kaikki solut sisältävät vettä. Eliön elintoiminnot perustuvat pääosin vesipitoisessa solulimassa tapahtuviin kemiallisiin reaktioihin. Vesi on yksi fotosynteesin raaka-aine, ja fotosynteesi on puolestaan kaiken elollisen elämän perusta.

Abioottisista tekijöistä yksi tärkeimmistä on auringonvalo, jota kasvit tarvitsevat yhteyttämiseen veden ja hiilidioksidin ohella. Yhteyttämisessä kasvit valmistavat glukoosisokeria, jonka avulla ne kasvavat ja lisääntyvät. Kasvien valmistama sokeri ja siitä valmistetut aineet ovat muiden eliöiden ravintona ja energianlähteenä suoraan (kasvinsyöjät) tai välillisesti (pedot). Valon määrä ja laatu voivat vaihdella alueittain ja vuodenajoittain. Esimerkiksi Suomessa auringonvalon määrä on vähäisempi kuin päiväntasaajalla, ja toisaalta kesällä valoa on lähes vuorokauden ympäri. Auringon lämpösäteily eli infrapunasäteily on maapallon eliöille tärkeä ympäristötekijä.

Kasveille muita merkittäviä abioottisia tekijöitä ovat ravinteet (esim. typpi, fosfori ja kalium), yhteyttämiseen tarvittavat hiilidioksidi ja maaperän sopiva happamuus (pH). Ravinteiden liukeneminen maaperään riippuu maaperän happamuudesta. Kasvien kasvua rajoittaa voimakkaimmin typen puute. Vesissä fosfori rajoittaa usein levien kasvua. Toisaalta vesistöissä on usein ongelmana rehevöityminen, joka johtuu usein maatalouden fosforipäästöistä.

Kasvihuoneessa pyritään lisäämään kasvien kasvua muun muassa säätelemällä lämpötilaa, valaistusta, kasvualustan kosteutta ja ravinnepitoisuutta.

Minimitekijä on abioottinen ympäristötekijä, joka rajoittaa eniten eliön kasvua, esiintymistä ja levinneisyyttä. "Niukkuustekijä" voi olla lajista riippuen mikä tahansa ympäristötekijä, kuten valo, kosteus tai ravinne. Typpeä on usein maaperässä niukasti saatavilla kasveille käyttökelpoisessa muodossa, joten se on fosforin ohella kasvien minimitekijä. Tiettyä abioottista tekijää, kuten vettä, voi olla ympäristössä niukkuuden sijaan myös liikaa. Esimerkiksi kuivakkokasvit eivät menesty kosteassa ympäristössä.

Valon voimakkuus, valoisan ajan pituus ja lämpösumma vaihtelevat leveyspiirien ja vuodenaikojen mukaan. Päiväntasaajan tropiikissa on tasaiset olosuhteet lämpötilan, valon ja sademäärän suhteen ympäri vuoden, kun taas Pohjolan luonnossa eliöiden on ollut sopeuduttava kylmyyteen, pimeyteen ja ravinnon niukkuuteen vuodenaikojen mukaan. Eri eliölajit ovat sopeutuneet evoluution aikana erilaisiin olosuhteisiin ja siten levittäytyneet lähes kaikille maapallon alueille. Eliölajin sopeutuminen elinympäristöönsä näkyy eliön rakenteessa ja elintoiminnoissa.

Kasvillisuusvyöhykkeiden välillä abioottiset eli elottomat tekijät vaihtelevat.

Myrskyt, tsunamit tai metsäpalot voivat vaikuttaa voimakkaasti elolliseen luontoon. Puun taimet kärsivät palossa eniten, kaarna taas yleensä suojaa isoja puita. Toisaalta metsäpalot ovat luonnollinen osa metsien uudistumista, sillä joidenkin kasvilajien siemenet itävät vasta metsäpalon jälkeen.

Ympäristötekijät

Elollisia tekijöitä

ravinto

Ravinnon määrä ja laatu vaikuttavat yksilön menestymiseen.

kasvinsyöjät

Kasvinsyöjät vaikuttavat paljon ravintokasvien menestymiseen.

kilpailijat

Joko saman tai toisen lajin yksilöt voivat kilpailla keskenään esimerkiksi ravinnosta.

pedot, loiset, taudinaiheuttajat

Mikään eläinlaji ei voi runsastua loputtomasti, vaikka ruokaa olisi tarjolla runsaasti, sillä jossain vaiheessa pedot, loiset tai taudinaiheuttajat alkavat verottaa populaatiota.

Elottomia tekijöitä

auringon valo

Valon määrä (voimakkuus eli intensiteetti, päivän pituus) on tärkeä tekijä kasvien menestymiselle.

vesi

Kaikki eliöt tarvitsevat vettä.

kasveilla ravinteet

Kasvit tarvitsevat mm. typpeä ja fosforia kasvuunsa.

maaperän pH, tuulisuus

Monet ilmasto- ja maaperätekijät vaikuttavat erityisesti kasveihin ja niiden kautta eläimiin.

Kuvagalleria: Bioottiset ja abioottiset ympäristötekijät

Valon määrä on elolliseen luontoon vaikuttava elottoman luonnon tekijä eli abioottinen tekijä. Se kuuluu fysikaalisiin ympäristötekijöihin.
Lajitoverit vaikuttavat samalla alueella eläviin toisiin saman lajin edustajiin. Lajitoverit ovat esimerkki bioottisesta tekijästä.
Saalistajat ovat myös bioottinen tekijä. Ne vaikuttavat saaliseläimiin ja niiden kautta myös moniin muihin lajeihin.
Puutiainen eli punkki on verta imevä ulkoloinen. Loiset kuuluvat bioottisiin tekijöihin.
Hirvikärpänen hyötyy hirvikannan kasvusta, mutta hirvikärpäset saattavat heikentää hirvien elossasäilvyyttä.
Lehto on rehevä elinympäristö. Lehtojen maaperä on usein kalkkipitoinen. Kuvassa Turun Ruissalon tammilehtoa.
Kallioperän kivilaji vaikuttaa myös elolliseen luontoon. Kuvassa rapakivi.
Rakkolevä (Fucus vesiculosus) on veden laadun (rehevöityminen) ilmentäjälaji. Ilmentäjä- eli indikaattorilajeilla on pieni sietoalue jonkin ympäristötekijän suhteen.

Sietoalue ja indikaattorilajit

Sietoalueeksi sanotaan tietyn abioottisen tekijän vaihteluväliä, joka rajoittuu minimi- ja maksimiarvon väliin. Parasta mahdollista ympäristöä eliön kasvulle ja lisääntymiselle sanotaan optimiksi. Kullakin lajilla on lajikohtaiset optimit eri ympäristötekijöille mm. ravinteiden, pH:n ja lämpötilan suhteen.

Oikea lämpötilaoptimi on tärkeää yhteyttämisen kannalta. Pohjolan kasveille yhteyttäminen on tehokkainta n. 20–30 ˚C vaihteluvälissä, kun taas tropiikin kasveilla lämpötilaoptimi on yli 30 ˚C:n. Yleensä yhteyttäminen alkaa, kun lämpötila nousee yli 0 ˚C:n. Jos joku ympäristötekijä ylittää tai alittaa sietoalueen, se rajoittaa yksilön ja populaation menestymistä.

Sietoalue ja optimialue. Sietoalueella lajin yksilöt pystyvät elämään. Optimialueella ne lisääntyvät parhaiten ja säilyvät pisimpään hengissä.

Jos jonkin lajin sietoalue on laaja, sen elinpaikkavaatimukset ovat väljät. Tällöin laji voi esiintyä erilaisissa ympäristöissä ja olosuhteissa. Esimerkiksi isorotta on laji, jota tavataan kaikilla mantereilla Antarktista lukuun ottamatta.

Indikaattorilaji on eliö, joka on erityisen herkkä tietylle ympäristötekijälle ja sen muutokselle. Tästä syystä ilmentäjälajin sietoalue on kyseisen ympäristötekijän suhteen kapea. Rakkolevän sietoalue veden puhtauden suhteen on kapea. Siten rakkohaurun esiintymismäärät kertovat veden rehevöitymisestä. Rakkohauru on veden laadun ilmentäjä- eli indikaattorilaji.

Muutos jo yhdessäkin ympäristötekijässä voi heikentää eliön menestymistä, vaikka kaikki muut tekijät olisivat sietoalueella. Esimerkiksi naavat ja jäkälät sietävät huonosti ilmansaasteita, ts. ne ovat ilman laadun ilmentäjä- eli indikaattorilajeja. Jäkälälajien kesken on eroja, esim. sormipaisukarve, jolla on laaja sietoalue, kestää ilmansaasteita paremmin kuin naavat, joilla on kapea sietoalue.

Rakkolevän eli rakkohaurun esiintymistä Itämeressä rajoittaa rehevöitymisestä johtuva veden samentuminen.

Ekologinen lokero

Jokaisella lajilla on lajikohtaiset tarpeet elottoman ja elollisen ympäristönsä suhteen. Kun huomioidaan resurssit, jotka laji tarvitsee, mm. pesäpaikka ja ravinto ja lajin menestymiseen vaikuttavat muut ympäristötekijät, esim. saalistajat, lajikumppanit, taudit ja lämpötila, muodostuu niistä kokonaisuus, jota nimitetään lajin ekologiseksi lokeroksi.

Valokuvan lajien erilaisen rakenteen perusteella on helppo päätellä, että niillä on erilaiset ekologiset lokerot. Lajit elävät savannin eri osissa, syövät erilaista ravintoa jne.

Ekologinen lokero kuvaa siis kaikkia niitä luonnon tarjoamia resursseja, joita laji tarvitsee. Ekologinen lokero ilmaisee lajin vuorovaikutussuhteet elottomaan ympäristöön ja muihin eliöihin saalistuksen ja kilpailun kautta.

Lajien erilaisen rakenteen perusteella on helppo päätellä, että niillä on erilaiset ekologiset lokerot.

On olemassa eriasteisia ekologisia lokeroita. Peruslokero on laaja-alaisin, ja sitä esiintyy tilanteessa, jossa kilpailua ei ole. Kilpailu supistaa peruslokeron toteutuneeksi lokeroksi. Ydinlokeroa ahtaammassa lokerossa populaatio ei enää tule toimeen.

Kahden lajin (lokeroiden) suhdetta voidaan kuvata lokeroiden päällekkäisyyden määrällä. Jos kaksi eliötä käyttää osittain samoja resursseja, ne joutuvat kilpailemaan keskenään.

Tämä johtaa eliöiden ekolokeron supistumiseen. Jos kahdella lajilla on täysin sama ekologinen lokero, se voi johtaa kiristyvään lajien väliseen kilpailuun. Tästä voi vielä seurata syrjäyttävä kilpailu, joka voi päätyä jopa toisen lajin sukupuuttoon.

Minkki on Pohjois-Amerikasta kotoisin oleva tulokaslaji, joka on ollut osallisena vesikon (pikku kuva) häviämiseen Suomen luonnosta (syrjäyttävä kilpailu).

Sukupuuttoon päättyneestä kilpailusta on esimerkkinä minkki (oikealla) ja vesikko (vasemmalla). Minkki tuotiin Suomeen tarhattavaksi Pohjois-Amerikasta 1920-luvulla. Minkkejä pääsi tarhoista karkuun niin paljon, että ne alkoivat lisääntyä luonnossa. Minkki valtasi ekolokeron, joka ennen oli kuulunut vesikolle. Vesikon häviämistä Suomen luonnosta minkin tulo ei kuitenkaan kokonaan selitä.

Afrikan savannien lajeilla on erilaiset ekologiset lokerot.

Elinympäristöön mukautuminen

Luonnonvalinnan avulla eliölajit ovat sopeutuneet erilaisiin elinympäristöihin, jolloin populaatiot selviytyvät uusissa ja muuttuvissa ympäristöoloissa. Eliölajeille on kehittynyt sopeumia (adaptaatio), jotka voivat periytyä jälkeläisiin ja saattavat siten yleistyä populaatiossa. Esimerkiksi vesikasvit ovat sopeutuneet evoluution kuluessa vesiympäristöön ja poikkeavat siksi rakenteeltaan maakasveista. Vesikasvien edeltäjissä on tapahtunut mutaatioita, jotka ovat edistäneet vesiympäristöön sopeutumista. Nämä mutaatiot ovat olleet hyödyllisiä ja nostaneet lajien kelpoisuutta. Vähitellen ne ovat yleistyneet populaatioissa. (Katso tarkemmin BI1-moduulin kirjasta).

Vesikasveilla on erilaisia sopeumia vesielämään. Ahvenvita (vasemmalla) on uposlehtinen vesikasvi. Sen varsi on rento, joten se myötäilee veden liikkeitä katkeamatta. Varressa olevat ilmatiehyet kannattelevat kasvia. Monilla vesikasveilla, kuten ulpukalla (oikealla), on kelluslehtiä.

Lisäksi yksilöt voivat mukautua erilaisiin ympäristöolosuhteisiin kasvupaikasta johtuvien tekijöiden takia (muovautumismuuntelu). Eliöyksilö voi sopeutua luonnossa moneen ympäristötekijään (esim. ilmasto-olosuhteeseen) samanaikaisesti. Tällöin on kyse  akklimatisaatiosta. Tällaisia usein vuodenaikojen vaihteluun liittyviä, muuttuvia tekijöitä ovat mm. valaistus, lämpötila, kosteus ja ravinnon määrä. Muovautumismuuntelu ja akklimatisaatio ovat ympäristön aiheuttamia, joten niiden aikaansaamat muutokset eivät periydy eliön jälkeläisille.

Kun eliöyksilö mukautuu ympäristöönsä, tapahtuu aineenvaihdunnallisia (fysiologisia) muutoksia, jotka nostavat eliön suorituskykyä muuttuneessa ympäristössä. Tällaisia muutoksia voidaan havaita mm. eliön entsyymiaktiivisuuksissa, hormonitasoissa ja hermoston toiminnassa. Mukautuminen tapahtuu yksilössä melko lyhyessä ajassa päivien ja viikkojen aikana. Esimerkiksi ihmisen fysiologinen tottuminen helteeseen kestää n. kaksi viikkoa mm. hikoilutehon parantuessa. Jos välillä on pari viikkoa kylmää, alkaa tottuminen alusta.

Vuorikiipeilijän pitää varata aikaa, jopa vuorokausia, jotta elimistö ehtii tottua vähähappiseen vuoristoilmaan.

Vuorikiipeily yli 2 500 metrin korkeudessa edellyttää elimistön toimintojen tottumista pienempään ilmanpaineeseen ja vähentyneeseen hapen osa-paineeseen. Vuoristotaudin oireet alkavat kehittyä, jos vuorikiipeilijä nousee liian nopeasti korkeammalle eikä hänen elimistönsä ehdi fysiologisesti tottua uuteen korkeuteen.

Laboratorio-olosuhteissa lauhkeiden vyöhykkeiden kasvit voidaan eri lämpötiloihin totuttamalla saada kestämään pakkaslämpötiloja, tai toisaalta kylmien vyöhykkeiden kasvit voidaan totuttaa elinympäristöään korkeampiin lämpötiloihin.

Fysiologista tottumista käsitellään myös BI1-kirjassa.

Lajien levinneisyysalueeseen vaikuttavia tekijöitä

Eliömaantiede on biologian ja maantieteen osa-alue, joka käsittelee kasvien ja eläinten maantieteellistä levinneisyyttä. Lajin levinneisyys riippuu lajin ympäristövaatimuksista, ympäristötekijöiden saatavuudesta, sopeutumiskyvystä ja lajin kyvystä levittäytyä uusille alueille. Lajin levinneisyysalue kattaa vain sellaiset alueet, joissa olosuhteet ovat lajin menestymisen kannalta sopivat, eli ovat sietoalueella.

Eliön levinneisyyttä rajoittaa usein abioottiset tekijät, kuten lämpöolot. Esimerkiksi puutiainen (punkki) esiintyy pääasiassa Suomen rannikkoseudulla ja saaristossa. Puutiainen on kuitenkin vähitellen levittäytynyt sisämaahan ja pohjoiseen. Nykyään puutiaisen levinneisyys kattaa koko Etelä- ja Keski-Suomen, ja niitä on tavattu aivan pohjoisinta Lappia lukuun ottamatta. Ympäristöoloista johtuen alueelliset erot puutiaisen yleisyydessä ovat suuret. Puutiaisen kannalta tärkeimmät ympäristövaatimukset ovat oikea kosteus ja lämpötila. Kun lämpötila nousee keväällä yli viiden asteen, puutiaiset lähtevät liikkeelle.

Puutiaisen ja TBE-viruksen levinneisyys Suomessa vuoden 2009 tilanteen mukaan.

Oheisessa kartassa on esitetty puutiaisen ja sen kantaman TBE-viruksen levinneisyys Suomessa. TBE-virus leviää puutiaisen ­piston välityksellä ja aiheuttaa puutiaisaivokuumetta (Kumlingen tauti). Sen lisäksi puutiaiset levittävät bakteeriperäistä borrelioosia.

Laji ei aina pysty levittäytymään kaikille niille alueille, joissa sen elinpaikkavaatimukset toteutuvat. Syynä voi olla maantieteelliset ja biologiset leviämisesteet. Esimerkkeinä maantieteellisistä esteistä ovat valtameret, aavikot ja maakannakset. Toisaalta maakannakset toimivat maaeläinten leviämiskäytävinä. Myös kilpaileva laji tai tehokas saalistaja voi estää leviämisen.

Lajien levinneisyysalueet vaihtelevat levinneisyysalueen laajuuden ja yhtenäisyyden suhteen. Lajin levinneisyysalue voi koostua erillisistä alueista (mosaiikkimainen).

Kosmopoliitit lajit (esim. isorotta) ovat levinneet lähes kaikille mantereille, ja toisaalta endeemisten (kotoperäisten) lajien levinneisyys on rajoittunut pienelle maantieteelliselle alueelle. Esimerkiksi monet eristyksissä olevien valtamerten saarten eliöt ovat kotoperäisiä. Endeeminen laji esiintyy vain alkuperäisellä levinneisyysalueella, joka on usein suppea. Joidenkin lajien levinneisyysalue on nykyisin aikaisempaa huomattavasti suppeampi. Tällainen relikti eli jäännelaji on esim. Itämeren kilkki.

Levinneisyysalueen laajenemisesta on usein hyötyä lajin kannalta, koska näin voidaan välttää sekä sukusiitoksen että ylitiheän populaation aiheuttamat haitat, kuten kilpailu, resurssipula ja taudit.

Kuvagalleria: Lajien levinneisyys

Rotta, puutiainen, jääkarhu ja kilkki. Mitkä tekijät selittävät näiden lajien levinneisyyttä?
Sammakkoeläinten levinneisyyttä Suomessa rajoittaa mm. talven kylmyys. Rupikonna.
Tunturisopuli on endeeminen laji, jota tavataan vain mm. Suomen, Norjan, Ruotsin ja Venäjän pohjoisosissa.
Kalasääski on kosmopoliitti laji. Sitä esiintyy lähes kaikkialla maapallolla. Monin paikoin laji on kuitenkin uhanalainen.

Ympäristötekijöiden muutokset vaikuttavat eliöiden levinneisyyteen

Jokaisen lajin hengissä säilyminen, kasvu ja lisääntyminen riippuvat monista eri abioottisista ja bioottisista ympäristötekijöistä. Olosuhteet voivat olla lajille suotuisat tai toisaalta ylittää sietokyvyn rajat. Ympäristöolosuhteet vaikuttavat ekosysteemien toimintaan esim. kasvien perustuotannon kautta. Veden saatavuus ja lämpötila vaikuttavat kasvien fotosynteesitehokkuuteen ja sitä kautta niiden kasvuun ja lisääntymiseen. Lisääntynyt kilpailu voi puolestaan kaventaa lajin suotuisaa elinaluetta ja levinneisyyttä. Pitkittynyt kuivuus voi pienentää populaatiokokoa ja lämpötilamaksimin ylitys aiheuttaa kuolleisuutta (havaittu mm. metsäpalojen yhteydessä Australian lepakoilla).

Lajit ovat sopeutuneet pitkän ajan kuluessa tietynlaisiin paikallisiin elinolosuhteisiin. Ilmastonmuutoksen (kohonneet lämpötilat, kuivuus, tulvat, sään ääri-ilmiöt) myötä useilla alueilla elinolosuhteet ovat muuttuneet liian nopeasti, ja monet elinympäristöt ovat pienentyneet tai kokonaan katoamassa. Ilmaston lämpeneminen näkyy jo monien eliölajien levinneisyysalueissa tapahtuneissa muutoksissa. Ilmastovyöhykkeiden siirtyminen kohti napoja siirtää lajeille suotuisten elinympäristöjen sijaintia ja laajuutta. Eliöiden levinneisyysalueet (painopisteet) ja niiden pohjoisrajat voivat siirtyä ja ovat jo osin siirtyneet kohti napoja. Esimerkiksi osa perhoslajeista on hyödyntänyt ilmaston lämpenemistä levittäytymällä kohti pohjoista. Toisaalta arktisten tundra-alueiden eliöt ovat vaarassa, kun pohjoinen havumetsävyöhyke siirtyy pohjoisemmaksi, ja Jäämeri rajoittaa samanaikaisesti tundran eliöiden siirtymistä pohjoisemmaksi. Esimerkiksi jääkarhu on taantunut pohjoisen jäätilanteen muututtua epäsuotuisaksi ja elinalueiden supistuessa Jäämeren toimiessa myös leviämisesteenä. Tällöin arktisille lajeille ei löydy sopivia alueita, mille levittäytyä.

Ilmastonmuutoksen vaikutukset lajien levinneisyyksiin ja monimuotoisuuteen vaihtelevat maapallon eri osissa. Muutokset keskeisesti sääoloihin vaikuttavissa lämpötilan ja sateisuuden keskiarvoissa sekä niiden vuotuisissa jakaumissa saavat aikaan suuria muutoksia ekosysteemien elinolosuhteissa, ja asettavat siten lukuisten lajien sopeutumiskyvyn koetukselle. Vaikutukset näkyvät muutoksina eliöryhmien runsaussuhteissa ja levinneisyysalueissa.

Eräiden päiväperhoslajien levinneisyysalueet ovat siirtyneet pohjoisemmaksi. Paatsamasinisiipi on Suomen kansallisperhonen.

Ilmastomuutoksen vaikutukset ovat kuitenkin ekosysteemi- ja lajikohtaisia. Eliölajit voivat joko sopeutua muutokseen tai siirtyä suotuisammalle alueelle pysyäkseen hengissä. Pahimmillaan laji voi ajautua sukupuuttoon. Näihin vaihtoehtoihin vaikuttavat lajikohtaiset sopeutumis- ja leviämiskyvyt, lajityypilliset ekologisen lokeron mukaiset ympäristövaatimukset ja sopivien elinympäristöjen esiintyvyys. Joka tapauksessa laji- ja yksilömäärämuutokset häiritsevät ekosysteemin toimintaa kokonaisuutena monimutkaisten ekologisten vuorovaikutussuhteiden (saalistus, loisinta, kilpailu) kautta. Ekologisten vuorovaikutussuhteiden muutokset vaikuttavat luonnon monimuotoisuuteen. Jos tarkastellaan toisistaan riippuvaa lajiparia, voi toisen lajin populaatiokoon pienentyminen aiheuttaa siitä riippuvan lajin kannan taantumisen. Uusille levinneisyysalueille siirtyvät lajit saattavat kilpailla alkuperäislajien kanssa sekä aiheuttaa erilaisia tauteja ja häiriöitä kasvi- ja eläinlajeissa (esim. loiset, sienitaudit ja vertaimevät hyönteiset).

Talvi vaatii sopeutumista ja mukautumista

Pohjoisilla leveysasteilla eliöiden on täytynyt sopeutua valon ja lämmön vuodenaikaiseen vaihteluun. Talveen valmistautumista tapahtuu niin kasveilla kuin eläimillä. Osa talveen varautumisesta on nähtävissä syksyisessä luonnossa. Esimerkiksi kasvien lehdet varisevat yhteyttämisen loppuessa. Muuttolinnut kerääntyvät parviin ja muuttavat etelämmäksi talvehtimaan.

Talvehtivien lajien on täytynyt sopeutua evoluution aikana ympäristöoloihin monin rakenteellisin ja toiminnallisin muutoksin. Talvinen luonto ei ole kuollut. Monivuotiset kasvit "lepäävät" talven yli. Monet eläimet viettävät talven horroksessa tai talviunessa.

Klikkaa ja tutki eliöiden talven viettoa interaktiivisen kuvan avulla.

Eläimet ja talvi

Monet eläimet keräävät vararavintoa, talvivarastoja tai vaihtavat kesäturkin talviturkiksi. Myös lumipeite antaa suojaa ja toimii lämmöneristäjänä monille eliöille, mm. hiirille ja myyrille. Useat linnut muuttavat talveksi etelämmäksi, koska talvella ei ole ravintoa tarpeeksi, ja energiaa kuluisi runsaasti ruumiinlämmön ylläpitoon.

Valon määrän väheneminen vaikuttaa hormonitoiminnan kautta rasvakerroksen ja talviturkin paksuuntumiseen. Osa muutoksista on solutason kemiallisia tapahtumia, jotka lisäävät solujen kylmän- ja kuivuudenkestävyyttä. Joillakin talviaktiivisilla hyönteisillä solunesteet korvautuvat osin glyserolilla, joka estää pakkasnesteiden tavoin solujen jäätymisen ja rikkoutumisen. Esimerkiksi Etelämantereen merissä elävän jääkalan elimistö tuottaa luontaista jäänestoainetta.

Monilla talviaktiivisilla eläimillä tapahtuu joko ruumiinrakenteessa tai käyttäytymisessä muutoksia, jotka liittyvät lumeen, kylmyyteen ja talviravinnon hankintaan. Erikoista on, että esim. päästäisen kallo kutistuu talvisin ja kasvaa takaisin taas keväällä. Näin nisäkkään ravinnon ja energian tarve vähenee talvella.

Metsäkanalinnut, esim. riekot, viettävät kaiken ajan ruokailuhetkiä lukuun ottamatta lumeen kaivautuneena kiepissä. Lumi suojaa kylmältä ja saalistajilta, eikä energiaa kulu turhaan ruumiinlämmön ylläpitoon. Pikkulinnut käyttävät koko talvipäivän lyhyen valoisan ajan ravinnon etsimiseen, ja tiaiset saattavat talvella etsiä ravintoa myös hämärässä. Käyttäytymistä muuttamalla esim. hippiäiset voivat hyödyntää toistensa tuottamaa lämpöä. Linnut viettävät yön vieri vieressä puiden oksilla niin, että reunimmaiset yksilöt vaihtavat paikkaa rivissä keskimmäisenä olevien kanssa.

Osa eläimistä vähentää aktiivisuuttaan viettäen talven talviunessa, talvihorroksessa tai kylmänhorroksessa, koska talvella ravintoa ja lämpöä on niukasti. Kaikille näille talvenviettotavoille on yhteistä elintoimintojen hidastuminen. Energiaa säästyy, kun ruumiinlämpö ja sydämen syke laskevat sekä hengitys hidastuu.

Monet vaihtolämpöiset eläimet, kuten matelijat, sammakkoeläimet ja hyönteiset, viettävät talven kylmänhorroksessa. Hyönteiset talvehtivat usein toukka- tai kotelovaiheena aikuisvaiheen sijaan. Tasalämpöiset eläimet ovat talviaktiivisia tai vaipuvat joko talviuneen tai talvihorrokseen. Esimerkiksi karhu ja mäyrä viettävät talven talviunessa, kun taas siili ja lepakot ovat talvihorroksessa.

Yle: Linnut ja talvi

Kasvien talvi

Syksyllä valon ja lämmön väheneminen lopettaa kasvien yhteyttämisen. Lisäksi kasvi ei saa talvella vettä ja ravinteita jäätyneestä maaperästä. Lehtivihreän eli klorofyllin sisältämä typpi ja fosfori otetaan talteen kasvin talvehtiviin osiin, esimerkiksi runkoon. Siksi lehden keltaiset ja oranssinpunaiset väriaineet tulevat näkyviin ruska-ilmiönä. Lehtipuut pudottavat lehtensä otettuaan niistä klorofyllin talteen.

Mustikka ja puolukka eroavat talvehtimistavaltaan. Puolukan lehdet ovat ainavihreät, mustikka pudottaa lehtensä talveksi (kuvassa näkyy vain mustikan lehdetöntä vartta).

Puiden versot silmuineen talvehtivat lumikerroksen yläpuolella. Talven jälkeen kasvien kasvu jatkuu silmusta, jossa on lehtien ja kukkien aiheet valmiina. Osa kasveista, mm. varvut, talvehtii lumen suojassa. Monilla kasveilla maanpäälliset osat kuolevat talveksi ja vain maanalaiset osat säilyvät yli talven. Kasvilajista riippuen talvehtivia osia ovat sipulit, mukulat, juurakot tai siemenet. Yksivuotiset kasvit kuolevat talven tullen. Ne talvehtivat kylmyyttä ja kuivuutta kestävän siemenen muodossa. Kasvu jatkuu keväällä siemenistä, jotka itävät yleensä vasta keväällä talven aiheuttaman kylmäkäsittelyn jälkeen. Jos kasvien siemenet itäisivät jo syksyllä, niiden taimet eivät kestäisi talven yli.

Monivuotiset kasvit, kuten puut, varastoivat yhteyttämäänsä ravintoa talvea varten kasvin talvehtiviin osiin runkoon, varteen ja juuriin seuraavan kevään kasvua varten. Ainavihreiden havupuiden solujen vesipitoisuus pienenee ja sokeripitoisuus kasvaa. Mitä väkevämpää solun soluneste on, sitä alhaisempi on sen jäätymispiste. Näin solut eivät jäädy ja rikkoudu niin helposti, ja niiden kylmänsietokyky paranee. Monet kasvit, kuten havupuut ja sammalet, talvehtivat vihreinä. Ne pystyvät yhteyttämään jo aikaisin keväällä, koska niillä on lehdet valmiina. Esimerkiksi kevätpiippo talvehtii lehtiruusukkeena, ja aloittaa siksi yhteyttämisen aikaisin sekä kukkii muiden kasvien vasta availlessa silmujaan. Havupuut voivat kärsiä keväällä veden puutteesta, kun maa on vielä jäässä, ja kun lehdet alkavat haihduttaa vettä lämpötilan noustessa.

Lähisukuisillakin lajeilla voi olla eroja talvehtimistavassa. Valokuvan mustikka tiputtaa lehtensä syksyllä ja talvehtii lehdettömänä, kun taas puolukka talvehtii vihreänä ja lehdellisenä.

Kuvagalleria: Kasvien talvenviettotapoja

Manty ja kuusi ovat ikivihantia puita. Se tarkoittaa sitä, että ne eivät pudota lehtiä (neulasia) talveksi. Neulaset ovat keväällä siten valmiina yhteyttämään heti, kun valoa ja lämpöä on riittävästi.
Kielo pudottaa lehdet talveksi. Se talvehtii maavarren ja juurakon avulla. Siemeniäkin voi pitää talvehtimismuotona.
Kasvien talveenvalmistautuminen alkaa syksyllä kun päivät lyhenevät. Kasvi hajottaa lehdissä olevaa lehtivihreää ja siirtää niitä varteen ja juuriin talvivarastoihin. Lehtivihreän vähetessä lehdissä paljastuvat muut väriaineet.
Monilla lajeilla maanpäällinen verso lakastuu talveksi. Monivuotiset lajit varastoivat tarpeelliset aineet juurakkoon, kun yksivuotiset lajit talvehtivat siemenenä.
Riekonmarja on Lapin kasvilaji. Se on varhainen maaruskakasvi, joka peittää syksyisin punaisena mattona tunturialueita.
Sammalet talvehtivat vihreinä. Sammaleilla ei ole juurakkoa, johon varastoida yhteyttämistuotteita.
Talventörröttäjiksi kutsutaan ruohovartisia kasveja, jotka varsinaisen kasvukauden jälkeen varistavat siemenensä lumihangen pinnalle.

a) Mikä talvehtimisstrategia on vaihtolämpöisillä eläimillä?

  • talviuni
  • talvihorros
  • kylmänhorros

b) Talviuni, kylmän- ja talvihorros. Laskeeko näissä kaikissa eliön ruumiinlämpötila?

  • kyllä
  • ei

c) Mikään normaalisti tasalämpöinen eläin ei vietä talvea talvihorroksessa. Onko väite totta?

  • kyllä
  • ei

d) Siili viettää talven

  • talviunessa
  • talvihorroksessa
  • kylmänhorroksessa.

e) Sammakkoeläimet viettävät talven

  • talviunessa
  • talvihorroksessa
  • kylmänhorroksessa.

f) Käärmeet viettävät talven

  • talviunessa
  • talvihorroksessa
  • kylmänhorroksessa.

g) Hyönteiset viettävät talven

  • talviunessa
  • talvihorroksessa
  • kylmänhorroksessa.
  • Ilmakehän hiilidioksidi on kasveille tärkeä bioottinen tekijä.
  • Kasvit tarvitsevat ilmakehän hiilidioksidia fotosynteesiin eli yhteyttämiseen.
  • Auringon valo on kasveille resurssi.
  • Järvikalojen veden suolapitoisuuden optimi on pienempi kuin valtameren kalojen.
  • Indikaattorilajien sietoalue on kapea.
  • Endeeminen laji on laajalle maapallon osalle levinnyt laji.
  • Lepakot talvehtivat talvihorroksessa.

Tiesitkö?

Useimmat suomalaiset tunnistavat metsäjäniksen käpälien jättämän kuvion lumelta. Metsäjänistä tavataan lähes kaikkialla Suomessa tunturikoivikoista etelän lehtometsiin. Se on siten sopeutunut vaihteleviin elinympäristöihin. Kesällä jäniksellä ei ole pula ravinnosta, talvella sen on puolestaan tyydyttävä lehtipuiden kuoreen.

Metsäjäniksen elinpiirin koko on talvella suurempi kuin kesällä. Tämä johtuu pääasiassa ravinnon saatavuudesta. Kesällä on ruohoa, lehtiä ja silmuja runsaasti ravinnoksi. Huolimatta tehokkaasta lisääntymiskyvystä metsäjäniskannat ovat pienentyneet suuressa osassa Suomea 2000-luvulla.

Metsäjänis (Lepus timidus) talvipuvussa keväisessä maastossa.

Jäniksen kannanvaihteluihin vaikuttavat monet ympäristötekijät, kuten ravintotilanne, taudit, metsästys ja kilpailu rusakon kanssa. Yhtenä syynä voi olla ilmastonmuutoksen aiheuttama mahdollinen talvien lämpeneminen ja lumipeitteen oheneminen. Erottuuhan valkoinen jänis vähälumisesta ympäristöstä hyvin. Lumen vähyys helpottaa myös ketun saalistusta, sillä kettu uppoaa syvemmälle lumeen kuin jänis.

Metsäjänis on sopeutunut erinomaisesti Pohjolan talveen. Karvanvaihto kesäisen ruskeasta valkoiseen talviturkkiin ja takajalkojen ”lumikengät” ovat hyviä sopeutumia lumiseen elinympäristöön.

Testaa tietosi

Talvenviettotapa

  • talviuni
  • talvihorros
  • talvivarastot

Talvenviettotapa

  • vararavinto
  • yhteyttäminen
  • horros

Talvenviettotapa

  • kylmänhorros
  • talvehtii aikuisena
  • talvehtii munana

Talvenviettotapa

  • talviuni
  • talvihorros
  • talvivarastot

Talvenviettotapa

  • vararavinto,
  • talvihorros
  • talvipuku

Talvenviettotapa

  • kylmänhorros
  • talvihorros
  • talviuni
  • abioottinen
  • biosfääri
  • biotooppi
  • ekologinen
  • ekosysteemi
  • eliöyhteisö
  • ilmentäjä
  • karhu
  • kylmänhorros
  • minimitekijä
  • populaatio
  • ravinne
  • resurssi
  • reviiri
  • sietoalue
  • talvihorros
  • talviuni
  1. Lämpötila on eloton eli  tekijä.
  2. Lajin tarvitsemien resurssien muodostama kokonaisuus on  lokero.
  3. Kasville välttämätön alkuaine, esimerkiksi typpi, on .
  4. Kasvin kasvua rajoittava tekijä, esimerkiksi liian vähäinen valon määrä, on .
  5. Indikaattorilaji eli  laji on tietyn ympäristötekijän suhteen vaatelias laji.
  6. Talvenviettotapa, jossa eläimen ruumiinlämpötila ei juuri laske, on . Suurista petoeläimistämme  viettää talven näin.
  7. Käärmeen talvenviettotapa on .
  8. Talvenviettotapa, jossa tasalämpöisen eläimen ruumiinlämpö laskee huomattavasti, on .
  9. Eläimen elinpiiri eli .
  10. Sitä osaa maapallosta, jossa on elämää, kuvaa termi .
  11. Lammen kaikkien eliöiden muodostamaa kokonaisuutta kuvaa termi .
  12. Lammen ruutanoiden muodostamaa eläinjoukkoa kuvaa termi .
  13. Lammen elottoman ja elollisen luonnon muodostamaa kokonaisuutta kuvaa termi .
  14. Ympäristötekijää, josta eliöt kilpailevat, kuvaa termi .
  15. Abiottisen tekijän vaihteluväliä, jossa eliö voi elää, kuvaa termi .
  16. Kasvilajin tyypillistä kasvupaikkaa kuvaa termi .

Tiivistelmä

Ympäristötekijät sekä eliöiden sopeutuminen ja mukautuminen

  • Eliön hyödyntämiä ympäristötekijöitä sanotaan resursseiksi.
  • Resurssit voidaan jakaa bioottisiin ja abioottisiin tekijöihin. Abioottiset tekijät voidaan jakaa kemiallisiin ja fysikaalisiin tekijöihin.
  • Tärkeimmät abioottiset tekijät ovat vesi, ravinteet, valo, happi, lämpö, happamuus ja suolapitoisuus.
  • Sallittu abioottisen tekijän vaihteluväli on sietoalue.
  • Indikaattorilaji kertoo ympäristötekijöiden muutoksista.
  • Ekologinen lokero kuvaa niitä luonnon tarjoamia resursseja, joita laji tarvitsee.
  • Lajin levinneisyys riippuu sen ympäristövaatimuksista. Leviämistä voivat rajoittaa leviämisesteet.
  • Eliöyksilö voi mukautua luonnossa ilmasto-olosuhteisiin eli moneen ympäristötekijään samanaikaisesti (akklimatisaatio).
  • Laajalle levinneet lajit ovat kosmopoliitteja ja tietylle alueelle erikoistuneet endeemisiä.

Talveen valmistautuminen

  • Eläimet valmistautuvat talveen mm. käyttäytymistä säätelemällä tai keräämällä vararavintoa.
  • Vaihtolämpöiset eläimet viettävät talven kylmänhorroksessa.
  • Tasalämpöiset voivat olla talviaktiivisia, tai ne talvehtivat talvihorroksessa tai talviunessa.
  • Lehtipuut varastoivat lehtivihreän runkoon, jonka jälkeen lehdet voidaan pudottaa talveksi.
  • Yksivuotiset kasvit talvehtivat siemeninä.
  • Monivuotisten kasvien talvehtivia osia ovat mm. sipulit, mukulat tai juurakot.
Vesi, valo ja kivet ovat abioottisia tekijöitä. Kasvit ja puut ovat bioottisia tekijöitä.
Please wait