Luku 1.2 (Lukion Biologia (BI3))

Johdanto

Ekologia tutkii eliöiden määriä, levinneisyyttä ja niihin vaikuttavia ympäristötekijöitä. Lisäksi ekologia selvittää eliöiden välisiä vuorovaikutus- ja riippuvuussuhteita sekä eliöiden ja niiden ympäristön välistä vuorovaikutusta. Ekologista tietoa sovelletaan muun muassa maankäytön suunnittelussa sekä luonnon- ja ympäristönsuojeluun liittyvässä päätöksenteossa.

Ympäristöekologia perustuu ekologiseen tietoon. Minne sijoitetaan asuinalueita tai jätteenpolttolaitos? Saako rakennuksen purkaa, vaikka siellä elää lepakoita? Onko susia liikaa? Katkaiseeko tien rakentaminen liito-oravien kulkureitit?

Ympäristöviranomaisten ja suunnittelijoiden lisäksi kansalaiset tarvitsevat ekologista tietoa myös arkipäivän asioissa, kuten kompostin, kasvimaan ja kasvihuoneen hoidossa, kierrätyksessä tai arkipäivän kulutusta koskevissa valinnoissa.

Ekologista tietoa käytetään hyväksi päätöksenteossa. Ympäristöekologia selvittää, seuraa ja tutkii ympäristön tilaa ja siinä tapahtuvia muutoksia. Hydrobiologi ottaa vesinäytteitä analysoitavaksi.

Mitä ympäristöekologia on?

Ympäristöekologia on ekologian ala, joka tutkii ihmisen aiheuttamia vaikutuksia ympäristöön, luonnon monimuotoisuuteen, eliöiden laji- ja lukumääriin sekä lajien levinneisyyteen.

Ympäristöekologialla on ympäristönsuojelullisia tavoitteita. Ekologista tutkimustietoa voidaan käyttää apuna, kun selvitetään ympäristöongelmia, suunnitellaan maankäyttöä ja tehdään luonnonsuojeluun liittyviä päätöksiä. Esimerkiksi lajeja suojeltaessa täytyy tietää lajin elinpaikkavaatimukset ja levinneisyysalue.

Ihmisen toiminnan seurauksena luonnontilaiset ekosysteemit ja biologinen monimuotoisuus eli biodiversiteetti ovat vähentyneet. Lisäksi monet luonnonvarat ovat ehtymässä. Yhä useampi laji kuolee tai on vaarassa kuolla sukupuuttoon. Siksi on tullut tarve säilyttää elinympäristöjä ja suojella harvinaistuvia eliölajeja. Näin sai alkunsa luonnonsuojelu. Luonnon, luonnonvarojen ja elinympäristöjen suojelu ja hoito kuuluvat luonnonsuojeluun. Luonnonsuojelun tavoitteena on ylläpitää luonnon monimuotoisuutta ja palauttaa luonnontilaisia ympäristöjä entiselleen.

Ympäristöekologia tutkii ihmisen ja ympäristön vuorovaikutusta. Koralliriutan tutkimista Malesiassa.

Pelkästään maisema-arvojen ja luonnonkauneuden säilyttäminen ei ole riittävää, sillä ihminen aiheuttaa teollisen toiminnan ja metsä- ja tehomaatalouden takia yhä enemmän ympäristöongelmia, kuten ilman, maaperän ja vesistöjen pilaantumista. 1960-luvulta alkaen alettiin kiinnittää huomioita ympäristömyrkkyihin, kuten torjunta-aineisiin. Tähän vaikutti muun muassa muuttohaukkojen kantojen romahdus Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa. Romahduksen aiheuttajaksi osoittautui DDT, jota käytettiin hyönteisten torjunnassa. Se on ympäristömyrkky, joka rikastuu ravintoketjuissa ja kertyy lopulta huippupetoihin, kuten muuttohaukkaan.

Ekologista tietoa käytetään apuna luonnon- ja ympäristönsuojeluun liittyvässä päätöksenteossa. Laulujoutsen oli 1950-luvulla sukupuuton partaalla Suomessa. Onnistuneen suojelutyön ansiosta laulujoutsenkanta on elpynyt.

Myös maapallon kantokyky sekä luonnon- ja energiavarojen riittävyys nousivat puheenaiheiksi 1960-luvulla. Suomessa luontoaktivistit nostivat esille 1970-ja 1980-lukujen taitteessa erityisesti vanhojen metsien ja vesistöjen suojelutarpeen. Luonnonsuojelu laajentui 1960-luvun Suomessa ympäristönsuojeluksi. Luonnonsuojelu sisältyykin ympäristönsuojelun käsitteeseen.

Luonnonsuojelualueiden perustaminen on yksi tärkeä keino monimuotoisuuden ylläpitämiseksi. Suomessa ensimmäinen luonnonsuojelulaki astui voimaan vuonna 1923, jolloin ensimmäiset eliölajit rauhoitettiin ja suojelualueet perustettiin. Ensimmäiset kansallis- ja luonnonpuistot perustettiin valtion maille vuonna 1938. Suomen luonnonpuistot on perustettu luonnonsuojelua ja tieteellistä tutkimusta varten. Niiden alkuperäinen luonto pyritään suojelemaan ihmistoiminnalta.

Kansallispuistojen suojelumääräykset ovat löyhemmät kuin luonnonpuistojen, sillä niissä retkeily ja liikkuminen ovat sallittuja. Kansallispuistojen avulla säilytetään Suomen luonnon maisemallisesti ja lajistollisesti arvokkaimmat kohteet mahdollisimman luonnontilaisina. Esimerkiksi Kolin kansallismaisemat ovat osa kansallispuistoa.

Luonnonsuojelu kuuluu ympäristöekologiaan. Varhaisessa luonnonsuojelussa pyrittiin säilyttämään kansallismaisemat ja luonnonkauneus. Kolin kansallismaisemaa.

Ympäristönsuojelu hakee ratkaisuja ihmisen aiheuttamiin ympäristöongelmiin sekä pyrkii ehkäisemään ja vähentämään ihmisen aiheuttamia häiriöitä ja muutoksia ympäristössä. Lähes kaikkeen ihmisen toimintaan liittyy ympäristöhaitan riski. Ympäristöongelmia aiheuttavat muun muassa teollisuus, liikenne, energiantuotanto, maa- ja metsätalous sekä asuminen. Ympäristönsuojelun tavoitteita ovat ekologisesti kestävä kehitys sekä hyvä, elinkelpoinen ja viihtyisä ympäristö. Ekologisesti kestävällä kehityksellä tarkoitetaan ihmisen taloudellisen toiminnan suhteuttamista maapallon luonnonvarojen riittävyyteen siten, että tulevillakin sukupolvilla on mahdollisuus elää hyvinvoivalla maapallolla.

2000-luvulla tieto ympäristönsuojelun tarpeellisuudesta on lisääntynyt ja ympäristönlainsäädäntö kehittynyt niin Suomessa kuin Euroopan Unionin tasolla. Kuntia, yksityisiä henkilöitä ja teollisuusyrityksiä velvoitetaan ottamaan huomioon ympäristönäkökulmat entistä paremmin. Ympäristön huomioimisesta on tullut yrityksille myös kilpailu- ja imagotekijä.

Ympäristöongelmia aiheuttavat esimerkiksi maa- ja metsätalous, asuminen, liikenne ja energiantuotanto. Kestävän kehityksen tavoitteena on turvata luonnonvarojen säilyvyys. Aurajoen kansallismaisema.

Ympäristöekologinen tutkimus

Ympäristöekologia tutkii ihmisen ja ympäristön vuorovaikutusta sekä ihmisen vaikutusta ympäristöön. Ympäristöekologiassa perehdytään luonnonvarojen kestävän käytön ekologisiin perusteisiin ja ihmistoimintojen ekosysteemeissä aikaansaamiin häiriöihin, kuten rehevöitymiseen, happamoitumiseen, ilmastonmuutokseen, kemikalisoitumiseen ja biodiversiteetin eli monimuotoisuuden vähenemiseen.

Vesistö- ja maaperäekologia, kaupunkiekologia, ekotoksikologia, aeroekologia, bioindikaattori- ja seurantatutkimukset sekä ympäristökemia kuuluvat kaikki ympäristöekologiseen tutkimukseen. Ympäristöekologista tutkimustietoa voidaan soveltaa ympäristöongelmien ratkaisemiseksi sekä lajien ja elinympäristöjen suojelemiseksi.

Ympäristötutkimuksen tavoitteena on säilyttää sekä luonnon monimuotoisuus että ihmisen elinympäristö hyvänä ja turvallisena sekä ennaltaehkäistä ympäristöhaittoja. Ympäristöekologia selvittää, seuraa ja tutkii ympäristön tilaa ja siinä tapahtuvia muutoksia.

Tutkimusalus Arandaa käytetään monitieteelliseen merentutkimukseen.

Ekologista tietoa tuotetaan tieteellisen tutkimuksen keinoin. Tieteellinen tutkimus alkaa usein havainnoista, joiden pohjalta laaditaan hypoteesi eli olettamus.

Hypoteesi on mahdollinen selitys tutkittavalle ilmiölle. Sitä testataan lisähavainnoilla tai kokeellisella tutkimuksella. Tekemällä havaintoja ei aina pystytä selvittämään tutkittavaan ilmiöön vaikuttavia tekijöitä täysin luotettavasti.

Kokeissa selvitetään usein yhden muuttujan osuutta tutkittavaan ilmiöön. Kun koetulokset ovat hypoteesin mukaiset, hypoteesi pitää paikkansa. Ekologiassa tutkimuskohteet vaihtelevat ekosysteemitasolta yksittäisen lajin tutkimukseen. Ekologinen tutkimustyö auttaa ratkaisemaan muun muassa ympäristöongelmia ja selvittämään luonnonvarojen kestävän kehityksen mukaista käyttöä.

Tieteellinen tutkimus jaetaan perustutkimukseen ja soveltavaan tutkimukseen. Ekologinen perustutkimus tuottaa uutta tieteellistä perustietoa eliölajeista, luonnosta ja ympäristöstä. Perustutkimuksen ensisijaisena tavoitteena ei ole tuloksien taloudellinen hyödyntäminen.

Soveltava ekologinen tutkimus hyödyntää perustutkimuksessa saatua tietoa suoraan ratkaistakseen ympäristöongelmia. Uhanalaisen lajin suojelu onnistuu käytännössä vasta sitten, kun tiedetään, mitä ympäristötekijöitä kyseinen laji vaatii selviytyäkseen.

Esimerkiksi liito-oravan säilymisen kannalta tiedot sen lisääntymis- ja levähdyspaikoista ovat tärkeitä, jotta ne voidaan ottaa huomioon hakkuita suunniteltaessa.

Tieteellisen tutkimuksen vaiheet
Kuvagalleria: Tutkimusta
Itämerestä tutkitaan mikroroskia, jotka ovat < 5 mm:n kokoisia, vapaana vedessä tai sedimentissä olevia hiukkasia. Niitä on tutkittu toistaiseksi melko vähän. Mikroroskan kulkeutuminen ravintoverkossa saattaa aiheuttaa suurta haittaa meriluonnolle.
Näkösyvyyttä mitataan secchi-levyllä (valkolevy). Idean keksi vuonna 1865 paavin luonnontieteellinen avustaja Pietro Secchi.
CTD-sondi on veteen laskettava laite, joka mittaa koko vesipatsaasta mm. lämpötilan, suolaisuuden, happipitoisuuden sekä klorofyllin eli lehtivihreän määrää.
Itämeren tilaa tutkitaan ja arvioidaan eliöstön avulla.
Limnoksella otetaan vesinäytteitä laboratorioanalyysejä varten.
Näkösyvyyden tutkiminen
Sedimenttinäytteen otto

Ekologista tietoa voidaan hyödyntää muun muassa kalastuksessa, metsästyksessä, metsänhoidossa ja riistanhoidossa. Tiedot kalakannoista vaikuttavat lajikohtaisiin kalastuskiintiöihin. Metsästys on mitoitettava ekologisesti kestävän käytön periaatteiden mukaisesti. Metsästys ei saa vaarantaa riistaeläinkantojen kehitystä verottamalla kantoja liikaa.

Riistanhoidon tavoitteena on säilyttää riistaeläinkannat ekologisesti oikealla tasolla säätelemällä eri eläinlajien välistä määrällistä tasapainoa ja säilyttämällä riistaeläinten elinolosuhteet hyvinä.

Riistanhoitoon kuuluu myös riistaeläinkantojen säännöstely metsästämällä. Jotta riistakantoja ei metsästetä liikaa tai liian vähän, edellyttää tämä ajan tasalla olevaa tietoa riistakantojen koosta ja niiden kehityksestä.

Luonnonvarojen kuten puuvarojen, riistaeläinten ja keräilytuotteiden (sienet, marjat) hyödyntämisen tulee olla kestävän kehityksen mukaista. Kestävän kehityksen tavoitteena on luonnon monimuotoisuuden ja ekosysteemien toimivuuden säilyttäminen, joten ihmisen hyödyntäessä luonnonvaroja ekosysteemien tasapaino tulee säilyttää.

Luonnonvarojen hyödyntämisessä taloudellisten näkökulmien rinnalle ovat tulleet myös tuotteiden laatuun ja puhtauteen liittyvät arvot.

REC: Monimuotoisuustieteen lyhyt oppimäärä (YouTube)

  • Kalastuksessa
  • Metsästyksessä
  • Metsänhoidossa
  • Riistanhoidossa
  • Luonnonsuojelussa
  • Yhteiskunnallisessa päätöksenteossa

Seurantatutkimukset

Ympäristöekologiassa seurataan ympäristön tilaa ja sen muutoksia seurantatutkimusten avulla. Seurantatutkimuksiin kuuluvat monenlaiset eliökartoitukset ja laskennat. Niiden avulla saatua tietoa käytetään hyödyksi, kun tehdään ympäristöä koskevia päätöksiä. Esimerkiksi Itämeren kalojen ympäristömyrkkypitoisuuksia seurataan säännöllisesti. Tämän perusteella voidaan antaa kuluttajille kalan syöntisuosituksia, koska ympäristömyrkyt saattavat aiheuttaa terveydellistä haittaa.

Suomen ympäristökeskuksen merentutkimusalus Aranda tekee vuosittain talviseurantamatkoja, joiden aikana tutkitaan esimerkiksi meriveden lämpötilaa, suolaisuutta, happitilannetta ja ravinteiden määrää. Talven ravinnetietoja käytetään apuna muun muassa, kun laaditaan seuraavan kesän Itämeren leväennusteita. Riistalaskennan tuloksia tarvitaan arvioitaessa eläinten suojelutarvetta ja metsästyskiintiöitä. Biodiversiteettiin liittyvissä seurannoissa kerätään havaintotietoa kaikista biodiversiteetin tasoista: ekosysteemeistä, lajeista tai lajinsisäisestä perinnöllisestä monimuotoisuudesta sekä niissä tapahtuvista muutoksista. Seuranta voi kohdistua johonkin uhanalaiseen lajiin tai elinympäristöön. Yleensä seurannan tulee olla säännöllistä ja pitkäaikaista, koska muutokset monimuotoisuudessa tapahtuvat tyypillisesti pitkän ajan kuluessa.

Lintujen rengastaminen on harrastepohjaista vapaaehtoistyötä, jonka avulla saadaan yksilö- ja lajikohtaista tietoa erilaisiin tutkimustarkoituksiin.
Tieto perhosten kannanvaihteluista perustuu lähes kokonaan vapaaehtoisten harrastajien keräämiin aineistoihin. Nokkosperhonen.

Myös luontoharrastajien vapaaehtoisen havainnoinnin kautta saadaan tietoa Suomen luonnon eliöiden kannanvaihteluista. Esimerkiksi linnuston seurantatutkimusta suoritetaan pääosin harrastajayhteistyönä. Seurantatuloksia käytetään arvioitaessa lajien uhanalaisuusluokitusta. Samoin päivä- ja yöperhosseurantaa suoritetaan vapaaehtoisten perhosharrastajien tekemänä.

Päiväperhostutkimuksesta saadun tiedon avulla voidaan seurata esimerkiksi maatalousympäristön biodiversiteetin köyhtymistä. Biodiversiteetin muutoksia voidaan arvioida seuraamalla päiväperhosten laji- ja yksilömääriä maatalousalueilla sijaitsevilla laskentalinjoilla. Tietoja päiväperhosten esiintymisistä voidaan käyttää apuna maatalousalueiden biodiversiteetin seurannassa sen ansiosta, että päiväperhosten perusekologia tunnetaan hyvin ja päiväperhoset ovat herkkiä tehomaatalouden aiheuttamille ympäristömuutoksille.

Ympäristön havainnoinnissa hyödynnetään myös kansalaisten aktiivisuutta. Vapaaehtoisten tarkkailijoiden keräämää tietoa on saatu muun muassa valtakunnallisesta sinileväseurannasta, vieraslajihavainnoista sekä punkin levinneisyysalueen selvittämisessä. Apuna käytetään myös älypuhelinsovelluksia ja nettisivustoja, joiden avulla kansalaishavainnot kootaan. Näitä tietoja voidaan hyödyntää tutkimus- ja viranomaiskäytössä.

Bioindikaattorilajit ympäristön tilan seurannassa

Ympäristön tilaa voidaan tutkia seuraamalla abioottisia (fysikaaliset ja kemialliset) ja bioottisia (eliöt) ympäristötekijöitä ja selvittämällä niiden välisiä vuorovaikutuksia. Näin saadaan tietoa muun muassa haitallisten aineiden vaikutuksista eliöihin.

Väestönkasvun aiheuttaman lisääntyneen kulutuksen vuoksi ympäristön kuormitus kasvaa. Ihminen kuormittaa ympäristöä monin tavoin esimerkiksi rikki-, lyijy- tai fosforipäästöjen kautta. Jotkin eliölajit reagoivat toisia herkemmin ihmisen aiheuttamiin ympäristömuutoksiin. Tietty laji voi yleistyä tai jopa kadota merkkinä siitä, että jokin ympäristötekijä on muuttunut. Tällaisia lajeja käytetään apuna ympäristön tilan seurannassa.

Bioindikaattori on eliö, jonka avulla voidaan selvittää ympäristön tilaa. Esimerkiksi lohikalat ovat herkkiä vesistön happamuuden ja happipitoisuuden muuttumiselle.

Bioindikaattoriksi (lat. indicare = osoittaa, ilmaista) sanotaan eliötä, jonka avulla selvitetään ympäristön tilaa, laatua ja muutoksia, joihin ihminen on toiminnallaan vaikuttanut. Bioindikaattori reagoi ympäristön vaihteluun, jolloin sen yksilömäärä tai esiintymisalue voi muuttua. Myös eliön kemiallisessa koostumuksessa tai toiminnassa voi tapahtua muutoksia, joita käytetään hyödyksi tehtäessä päätelmiä ympäristön tilasta.

Bioindikaattorilajin perusbiologia täytyy tuntea hyvin. Sen sietoalueen on oltava selvärajainen ja kapea tutkittavan ympäristötekijän suhteen. Käytettävän bioindikaattorin pitää reagoida tutkittavaan ympäristömuutokseen nopeasti ja mahdollisimman yksiselitteisesti. Jotkut eliölajit ovat erityisen herkkiä tietylle ympäristömuutokselle, joten niiden sietoalue kyseisen ympäristötekijän suhteen on poikkeuksellisen kapea.

Esimerkiksi ilmanlaadun indikaattoreina käytetään männyn rungoilla kasvavien jäkälien ja havupuiden neulasten määrää ja kuntoa. Lohikalat ovat herkkiä vesistöjen happamoitumisen ja happipitoisuuden muutoksille. Rakkohauru on rehevöitymisen indikaattorilaji. Rakkohaurukasvustot kärsivät rehevöitymisestä, kun taas rihmalevät hyötyvät siitä. Rihmalevien runsastuminen johtaa vesien samentumiseen. Tällöin rakkohaurujen valonsaanti pienenee, mikä nopeuttaa niiden häviämistä.

Ihmisen aiheuttama ympäristökuormitus voi näkyä myös lajin populaation kasvuna. Esimerkiksi levät runsastuvat vesistöjen ravinnekuormituksen lisääntyessä. Rehevöitymisen arvellaan olevan myös hyödyksi esimerkiksi kyhmyjoutsenen esiintymiselle, sillä rehevöityminen lisää kasviravinnon määrää. Tietyn lajin yksilömäärissä tapahtuvat muutokset voivat heijastua ravintoketjujen kautta myös muihin ekosysteemin lajeihin, sillä lajien välillä on vuorovaikutussuhteita. Monet ympäristömyrkyt rikastuvat ravintoketjussa korkeamman asteen kuluttajiin, kuten petolintuihin, hylkeisiin ja ihmisiin. Joihinkin eliöihin kertyy ympäristömyrkkyjä toisia lajeja herkemmin joko niiden elinympäristöstä (sammalet) tai ravinnon kautta (pedot). Tällaisten lajien avulla voidaan arvioida ympäristömyrkkyjen määrää ekosysteemissä.

Teollisuuden aiheuttamia ilmansaasteita, kuten raskasmetallipitoisuuksia, voidaan tutkia sammalpallomenetelmän avulla. Tutkittavalle alueelle ripustetaan puihin sammaleesta tehtyjä palloja muutaman kuukauden ajaksi, jonka jälkeen määritetään sammalnäytteiden raskasmetallipitoisuudet (esimerkiksi lyijy, elohopea ja kadmium).

Rakkohauru on Itämeren avainlaji, sillä se tarjoaa suojaa ja ravintoa monille eläinlajeille. Se on myös indikaattorilaji, joka kertoo ympäristön tilasta.

Sammalpallomenetelmällä voidaan tutkia esimerkiksi teollisuuslaitosten raskasmetallipäästöjen ympäristövaikutuksia. Rahka- ja seinäsammal sopivat hyvin raskasmetallilaskeumien tutkimiseen, sillä ne keräävät suurimman osan hiukkaslaskeumasta sisäänsä. Tämä perustuu siihen, että sammalet ottavat lähes kaikki tarvitsemansa ravinteet suoraan sadevedestä ja kuivalaskeumana eivätkä maaperästä.

Sammalpallomenetelmällä tutkitaan ilman raskasmetallipitoisuuksia.

Bioindikaattori on

  • eliö, jonka avulla voidaan selvittää ympäristön tilaa.
  • eliö, joka reagoi herkästi ympäristön tilaan.
  • eliö, jonka populaatiossa on vain vähän muuntelua.
  • eliö, jonka sietoalue on kapea.

Biodiversiteetin tutkiminen ja mittaaminen

Biodiversiteetti ilmenee kolmella eri tasolla, joten sen mittaamiseksi ei ole yhtä ainoaa menetelmää. Yleisin biodiversiteetin mittaamistapa on laskea tietyn alueen lajilukumäärä. Toisaalta yksilöiden DNA-rakenteen vertailua hyödynnetään esimerkiksi geneettisen monimuotoisuuden selvittämisessä.

Lajien lukumäärän laskemisessa ei huomioida populaatiokokoa. Vaikka kahdella alueella olisi sama lajilukumäärä, voi niiden monimuotoisuus poiketa toisistaan, jos lajikohtaiset yksilömäärät ovat erisuuruiset. Todellisen monimuotoisuuden selvittämiseksi on lajilukumäärän lisäksi tiedettävä myös eliöyhteisössä elävien lajien runsaussuhteista. Lajimonimuotoisuuden ohella tarvitaan tietoa myös taksonomisesta monimuotoisuudesta.Tällä tarkoitetaan sitä, kuinka kattavasti eri eliöryhmien edustajia esiintyy tutkittavalla alueella.

Biodiversiteetin tilaa voidaan arvioida havainnointiin perustuvalla seurannalla. Sen kohteena on yleensä laji tai populaatio (lajiseuranta). Kohteena voi olla myös elinympäristöjen määrä ja laatu (lehto, aarniometsä) tai eliöryhmän kannalta merkittävä ympäristöresurssi.

Metson soidinalueilla linnusto on runsaampaa ja monimuotoisempaa kuin muilla ympäröivillä metsäalueilla. Tästä syystä metsoa voidaan käyttää metsien monimuotoisuuden säilyttämisessä yhtenä bioindikaattorina.

Biodiversiteetin tutkiminen on vaikeaa. Tieteelle tuntemattomia ja vielä löytämättömiä lajeja on paljon, eikä maapallon tarkkaa lajilukumäärää tunneta. Lisäksi vaikeasti saavutettavien alueiden kuten merenpohjan syvänteiden tutkiminen on niiden olosuhteiden vuoksi vaikeaa.

Oman haasteensa tuo mikroskooppisen pienten (esimerkiksi bakteerien) ja piilottelevien eliölajien löytäminen. Lajimonimuotoisuuden tutkiminen on työlästä, koska eliölajien tunnistaminen on hidasta ja vaatii kattavaa lajintuntemusta. Yleensä voidaankin tutkia vain osaa lajistosta. Monimuotoisuuden kehitystä voidaan tutkia käyttäen apuna biodiversiteetti-indikaattoreita eli seurataan tunnettujen eliölajien (esimerkiksi lintu- ja riistaeläinlajien) populaatiokoon muutoksia pitkällä aikavälillä.

Biodiversiteetti-indikaattorilla tarkoitetaan jotakin monimuotoisuuden osatekijää, joka kuvastaa biodiversiteettiä laajemmin. Jonkin lajin populaatiomuutokset voivat olla merkki suuressa mittakaavassa koko elinympäristön muutoksista. Esimerkiksi kuukkelin katoaminen Etelä-Suomen metsistä kertoo metsien pirstoutumisesta ja luonnonmukaisten korpimetsien häviämisestä. Kuukkelin katoamisen perusteella voidaan tehdä päätelmiä ”kuukkelimetsissä” elävien muidenkin eliölajien (pohjantikka, metso, liito-orava) kohtalosta. Tällaiset laji-indikaattorit ovat voimakkaasti riippuvaisia tietystä elinympäristöstä tai resurssista.

Suurikokoisten eläinten laskemisessa voidaan käyttää apuna esimerkiksi helikopteria tai lämpökameroita. Usein kaikkia populaation yksilöitä ei kuitenkaan voida laskea. Esimerkiksi pienikokoisten, arkojen ja nopealiikkeisten lajien laskeminen on vaikeaa. Tällöin populaatiokoon arvioimiseksi käytetään erilaisia menetelmiä kuten jälkilaskentaa, kasvillisuuskartoituksia ja pyynti-merkintä-takaisinpyynti -menetelmää.

Kuukkeli on biodiversiteetti-indikaattori, eli muutokset sen Suomen populaatiokoossa kertovat muutoksia Suomen metsäluonnossa.

Perinnöllinen monimuotoisuus on evoluution edellytys. Sen ansiosta lajit pystyvät sopeutumaan ympäristöönsä olosuhteiden muuttuessa. Siksi luonnonvaraisten lajien geneettisen muuntelun väheneminen voi olla uhka lajin säilymiselle. Lajinsisäistä perinnöllistä monimuotoisuutta voidaan tutkia vertaamalla eliöiden DNA:ta, jolloin saadaan uutta tietoa lajeista ja niiden välisistä sukulaisuussuhteista. DNA-teknologian kehittyminen tuo jatkuvasti uusia mahdollisuuksia geneettisen diversiteetin tutkimiseen.

Ekosysteemin rajaaminen omaksi erilliseksi kokonaisuudekseen on vaikeaa, koska ekosysteemit vaihtuvat vähitellen toiseksi ekosysteemiksi ja ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Esimerkiksi metsän keskellä oleva suoekosysteemi on yhteydessä sitä ympäröivän metsäekosysteemin kanssa. Ekosysteemien koossa on suuria eroja.

Lepakkojen liikkeitä voidaan seurata säätutkilla, lämpökameroilla ja radiovastaanottimilla. Vaivaislepakko (Pipistrellus pipistrellus) muuttaa talveksi etelämmäs.

Viime vuosina vedenalaisen luonnon monimuotoisuuden kartoittaminen on lisääntynyt niin sisävesistöissä, Itämeressä kuin valtamerissä. Vedenalaisen luonnon biodiversiteetin selvittäminen on vaikeaa. Vedenalaisen maiseman tutkiminen vaatii biologisten tutkimusmenetelmien lisäksi geologisia menetelmiä. Geologisten (syvyystiedot, pohjan maalajit ja pohjanmuodot), oseanografisten (suolaisuus, lämpötila ja virtaukset) ja biologisten paikkatietoaineistojen tietoja yhdistämällä saadaan yleiskäsitys vedenalaisen luonnon elinympäristöistä (vedenalainen maisema).

Vesiluonnon tutkimisessa käytetään apuna esimerkiksi kaikuluotaimia ja vedenalaista videointia. Tietoja voidaan kerätä myös satelliitti- ja ilmakuvien avulla sekä sukeltamalla. Tuloksia voidaan hyödyntää merialueiden käytön suunnittelussa, kuten siltojen, kulkuväylien ja merenalaisten johtojen ja kaapelien sijoittamisessa. Tietoja voidaan käyttää myös pienentämään ruoppauksen, läjityksen ja sora-aineksen oton meriluonnolle aiheuttamia ympäristöhaittoja.

Ilmakehä (aerosfääri) on biosfäärin ehkä vähiten tunnettu ja tutkittu osa. Aeroekologia (ilmakehän ekologia) on tutkimusala, joka selvittää lintujen, lepakoiden, hyönteisten, siitepölyn ja mikrobien liikkumista ja leviämistä ilmakehässä.

Ohdakeperhosia vaeltaa kesäisin Suomeen lisääntymään

Se on monitieteellinen ala, jossa käytetään hyödyksi ekologian, fysiikan, meteorologian tietoja luoden tietokonemallinnuksia ilmakehässä "matkaavien" eliöiden liikkeistä ja ilmakehän muutosten (lämpötila, sadanta, tuulisuus) vaikutuksista muuttavien eliöiden (linnut, lepakot, perhoset) muuttokäytäytymiseen. Huomioitavaa on, että ilmastonmuutoksen myötä ilmakehän olosuhteissa tapahtuu monia muutoksia, jotka siten vaikuttavat ilmakehässä liikkuvien eliöiden muuttokäyttäytymiseen.

REC: Kuka tutkii monimuotoisuutta? (YouTube)

Ympäristötiede

Ympäristötiede on melko uusi tieteenala, jossa tutkitaan ympäristön tilaa ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Se tarkastelee ympäristöongelmia, joiden ratkaisemiseksi tarvitaan ekologista tietoa eri ekosysteemien toiminnasta ja aineiden kierroista.

Ympäristötiede on luonteeltaan soveltava ja monitieteellinen. Siihen kuuluu osia biologiasta, kemiasta, historiasta ja juridiikasta. Ympäristöongelmia tarkastellaan sekä luonnontieteiden että yhteiskuntatieteiden näkökulmasta.

Ekologinen tutkimus hyödyntää nykyisin tietotekniikkaa esimerkiksi luontokartoitusten tulosten siirtämiseen suoraan maastosta tietokoneelle ja tilastomatematiikkaa tulosten analysoimiseen. Lisäksi erilaisia vesi- ja kemikaalinäytteitä analysoidaan ympäristölaboratorioissa (ympäristökemia).

Eri lajien populaatioiden ja populaatioista koostuvien eliöyhteisöjen tutkiminen edellyttää maastossa tapahtuvaa kenttätutkimusta. Kenttätutkimus vaatii monipuolista lajintuntemusta. Sen avulla saatavan tiedon perusteella voidaan tehdä päätelmiä ympäristössä tapahtuneista muutoksista.

Pohjanäytteen seulontaa Saaristomerellä.

Esimerkki bioindikaattorien käytöstä

Pietarin vesilaitos (Vodokanal) arvioi Nevan veden puhtautta jokirapujen avulla. Likainen vesi aiheuttaa ravuille stressiä. Ravut aistivat vedestä erilaisia epäpuhtauksia ja kemikaaleja.

Rapuihin kiinnitetään stressitasoa mittaava tunnistin. Tunnistimen rekisteröimistä arvoista piirtyy tietokoneen näytölle käyriä, joita työntekijät seuraavat. Veden laatua tarkkaillaan tietysti myös laboratoriotekniikalla.

Ravut ovat herkkiä veden laadulle ja reagoivat pieniinkin muutoksiin. Ne ovat veden laadun bioindikaattoreita.

Rapujen lisäksi seurannassa käytetään myös kaloja, joiden liikkeitä tarkkaillaan videokameran avulla. Huonovointiset kalat liikkuvat vähän.

Täplärapu

Tiivistelmä

  • Ympäristöekologinen tutkimus perustuu ekologiseen perustutkimukseen ja soveltavaan tutkimukseen.
  • Ekologista tietoa voidaan hyödyntää muun muassa kalastuksessa, metsästyksessä, metsänhoidossa, riistanhoidossa ja luonnonsuojelussa.
  • Tutkimus alkaa yleensä havainnoista, joiden pohjalta tehdään hypoteesi. Hypoteesia testataan kokeilla, joiden perusteella tehdään päätelmiä hypoteesin paikkansapitävyydestä.
  • Seurantatutkimuksissa seurataan ympäristön tilaa sekä siinä tapahtuvia muutoksia.
  • Bioindikaattori on eliö, jonka avulla selvitetään ympäristön tilaa, laatua ja muutoksia.
  • Ympäristötieteessä tutkitaan ympäristön tilaa sekä siihen vaikuttavia tekijöitä. Ympäristötiede on luonteeltaan poikkitieteellistä.
Miten korallieläin muuttuu ihmistoiminnan seurauksena muuttuneessa meressä? Kyse on ympäristöekologisesta tutkimuksesta.

Haastattelu

Jari Hännisen haastattelu

Kuka olet ja missä vaikutat? 

Olen Jari Hänninen ja toimin Turun yliopiston Saaristomeren tutkimuslaitoksen asemanjohtajana.

Koulutuksesi ja "urasi'? 

Koulutukseltani olen ekologi. Erikoistuin opintojen loppuvaiheessa meribiologiaan, jonka tiimoilta valmistin väitöskirjan vuonna 2000. Liki koko urani olen ollut töissä Saaristomeren tutkimuslaitoksella (harjoittelija → tutkimusapulainen → tutkija → väitöskirjatyön tekijä → erikoistutkija → asemanjohtaja) yhtä vuotta lukuun ottamatta. Vuoden 2002 toimin Riista- ja kalatalouden tutkimuslaitoksella Saaristomeritutkimuksen koordinaattorina.

Mitä kuuluu työtehtäviisi ja toimenkuvaasi? 

Millainen on tyypillinen työpäiväsi? Asemanjohtajan päätehtävä on tutkimuslaitoksen toiminnan yleinen pyörittäminen eli tehtäväkuvani on pääasiassa hallinnollinen. Toimenkuvaan kuuluvat mm. resurssien, eli rahan ja työvoiman riittävyyden varmistaminen. Tutkimuspuolella tähän liittyy myös tutkimusinfrastruktuurin hankkiminen sekä resurssien tehokas käyttö. Lisäksi työtehtäviini kuuluvat tutkimusprojektien rahoituksen hankkiminen, johtaminen ja jossain määrin myös varsinainen tutkimustyö. Opetuksessa tehtäviini kuuluvat luennoinnit, kenttäkurssien pitäminen sekä opinnäytetöiden ohjaaminen. Jatko-opinnoissa ohjaan väitöskirjatyöntekijöitä.

Luonnontieteellinen tutkimus jaetaan perus- ja soveltavaan tutkimukseen. Mitä näillä tarkoitetaan? Kerrotko sopivia esimerkkejä? 

Perustutkimuksella tarkoitetaan tutkimustyötä, jolla pyritään esimerkiksi lisäämään ymmärrystä siitä miten jokin asia on tai miten jokin systeemi toimii. Sen päämääränä ei suoraan ole jokin soveltava elementti. Esimerkkinä tästä on meren tilan seuranta, jolla voidaan havaita meriympäristössä hitaasti tapahtuvat pitkäaikaismuutokset esim. ilmastomuutoksesta johtuen. Soveltavassa tutkimuksessa, joka usein on tilaustutkimusta, on aina päämäärä selvittää jonkin tapahtuman seuraukset mahdollisia toimenpiteitä varten. Tästä esimerkkinä on tutkimus läjitettävien ruoppausmassojen kalataloudellisista vaikutuksista pohjoisella Airistolla.

Ympäristöekologian menetelmiin kuuluvat mm. seurantatutkimukset ja kartoitukset. Seurantatutkimuksella eli monitoroinnilla tarkoitetaan säännöllisin aikavälein tehtävää havainnointia (mittaukset, näytteenotot, silmämääräinen havainnointi) aina samoilla menetelmillä ja samoilla paikoilla. Painopiste on temporaalinen eli ajan funktiona tapahtuvat muutokset ja siten mittaustuloksista muodostuu aikasarja. Kartoituksissa taas painopiste on enemmän spatiaalinen eli tilassa alueellisesti tapahtuvat muutokset. Kartoituksia tehdään selvästi harvemmin kuin monitorointia ja päämääränä on selvittää millaisia muutoksia ympäristössä on tapahtunut ajanjaksojen välillä.

Kerro hieman ympäristöekologisesta tutkimuksesta ja esimerkkejä niistä.

Esimerkkinä tästä on Seilissä tehtävä meriympäristön tilan monitorointi. Seilin Päiväluodossa on samassa mittauspisteessä seurattu meriveden lämpötilassa, suolapitoisuudessa ja eläinplanktonyhteisön koostumuksessa tapahtuvia muutoksia vuodet ympäri 10 päivän välein tapahtuvilla mittauksilla ja näytteidenotolla. Näillä toimilla on saatu tietoa siitä miten esimerkiksi meriveden suolapitoisuus vaikuttaa eläinplanktonyhteisön koostumukseen. Itämeren eläinplankton on sekoitus mereisiä ja makean veden lajeja, jolloin muuttuva suolapitoisuus aina joko suosii tai haittaa jompaakumpaa ryhmää. Ilmastonmuutoksen vuoksi merivesi on hiljalleen makeutumassa valuma-alueella lisääntyneen sadannan vuoksi mikä on suosinut makean veden lajeja ja karkottanut mereisiä lajeja eläinplanktonyhteisössä. Tällä on ollut epäedullisia vaikutuksia silakkaan, joka on merikala ja tottunut käyttämään ravintonaan suurikokoisia mereisiä hankajalkaisia. Mereisten hankajalkaisten kadottua ja silakan jouduttua tyytymään pienempikokoiseen makeanveden eläinplanktoniin, silakka on alkanut nähdä nälkää, minkä seurauksena Airistolle kutemaan saapuvan silakan keskimääräinen pituus on lyhentynyt 25 % ja keskimääräinen yksilöbiomassa pienentynyt 40 %.

Mallintaminen on yksi luonnontieteellisen tiedon havainnollistamiskeinoista. Annatko tästä jonkin esimerkin? 

Mallinnuksella voidaan saada parempi käsitys käynnissä olevista luonnollisista prosesseista, tekijöiden keskinäisistä vaikutussuhteista, sekä luoda jopa ennusteita kehityksestä tulevaisuudessa. Esimerkkinä tästä on Itämeren meriveden suolapitoisuuden mallintaminen jokiveden perusteella. Jokivalumilla on suora yhteys suolapitoisuuteen merivettä makeuttavan tekijän kautta. Olen omassa työssäni onnistunut rakentamaan toimivan siirtofunktiomallin tämä suhteen välille. Siirtofunktiot ovat tilastotieteellinen aikasarjamenetelmä, joilla voidaan testata onko yhden tai useamman ympäristömuuttujan välillä keskinäinen dynaaminen yhteys, ja mikäli sellainen löytyy, voidaan yhden aikasarjan käyttäytymistä simuloida toisella sen kanssa läheisessä suhteessa olevan muuttuja-aikasarjan avulla. Työssäni olen mm. huomannut että Gotlannin syvänteessä noin 200 metrin syvyydessä olevan meriveden suolapitoisuutta voidaan mallintaa Itämereen laskevien jokivalumien avulla. Myös mereisten hankajalkaisten runsauksia on mahdollista mallintaa pelkästään meriveden suolapitoisuuksien avulla.

Odota