Korvaamaton vesikirppu auttaa ratkomaan tummuvien järvien mysteeriä
Kun kesällä kahlaa järveen, vesikirppuja kannattaa etsiskellä rantavesistä. Parvena pyörivät kirput erottuvat helposti, jos sää on tyyni ja järven pohja sopivasti vaalea. Vedessä hyörii melko varmasti muutaman millimetrin mittaisia Polyphemus-suvun edustajia.
Vesikirpun uintiliike on räpsähdys, jolla läpikuultava eliö ponnahtaa ylöspäin. Luonnontutkijan tarkkuudella kuvaten ne ovat nykäyksiä, jotka syntyvät, kun äyriäinen lyö soutusarvillaan alaspäin. Ohuet sukaset väreilevät silmin nähden soutusarvien päissä.
Läpikuultavan uimarin otsassa on iso, tumma verkkosilmä. Parvessa silmät erottuvat mustina pisteinä.
Hahmo on akatemiatutkija Minna Hiltuselle tuiki tuttu jo kymmenen vuoden takaa. Tutkijoiden suosiman äyriäisen (Daphnia magna) pariin hänet ohjasi väitöskirjan ohjaaja.
Vesikirppu on hirmu söpö olento. Vielä emon kilven alla olevat kuoriutuneet poikaset ovat hauska näky mikroskoopissa”, Hiltunen sanoo.
Järvien ekosysteemeissä pienellä vesikirpulla on avainlajin paikka. Jos se puuttuisi, alkaisivat kovat ajat järven eliöstölle: Kalanpoikaset eivät saisi niitä syödäkseen ja nääntyisivät nälkään. Mikrolevä täyttäisi järven, jos vesikirppuja ja muuta eläinplanktonia ei olisi sitä syömässä.
Vesikirpun lepomunat tuovat uutta tietoa menneisyyden järvistä
Vesikirpun elämä etenee rivakasti. Kuoriutumisen jälkeen se alkaa lisääntyä alle kymmenen päivän ikäisenä. Kirppu lisääntyy tehokkaasti suvuttomasti: yksi naaraskirppu tuottaa elämänsä aikana satoja kopioita itsestään.
Jos kirpulle koittavat huonot ajat – vaikkapa ravinto vähenee – se turvautuu suvulliseen lisääntymiseen. Kirppu munii lepomunia (efippia), joita ympäröi kova kuori. Ne laskeutuvat järven pohjamutaan, sedimenttiin. Valtaosa lepomunista kuoriutuu seuraavana keväänä, mutta osa jää uinumaan lepotilaan.
Niissä on potentiaalia tuleville, suotuisille ajoille.
Vanhimmat tietämäni lepomunat ovat kuoriutuneet lähes 700 vuoden lepojakson jälkeen”, Hiltunen kertoo.
Lepomunien kuorissa piilee tietoa, joihin Hiltunen tutkimusryhmineen on pian pääsemässä käsiksi. Ne voivat avata aivan uusia näkymiä olosuhteisiin, jotka vallitsivat Suomen pienissä järvissä sata vuotta sitten.
Ennen kuin analyysi voi alkaa, Hiltusen on kerättävä tänä kesänä käsin Suomen järvistä kymmenittäin lepomunia. Hiltunen koluaa yli 30 järveä akselilla Hanko-Kilpisjärvi.
Kalsiumin määrää ei ole vielä onnistuttu tutkimaan
Kun lepomunat aikanaan laskeutuivat järvenpohjan sedimenttiin, happamoitumisen aalto ei ollut vielä pyyhkäissyt läpi Suomen järvien.
Rikki- ja typpipäästöt happamoittivat järviä kauttaaltaan 1970-80-luvuilla. Päästöt happamoittivat maaperää, mikä lisäsi kalsiumin huuhtoutumista maaperästä. Maaperän kalsium ei ole palautunut happamoitumista edeltävälle tasolle, joten sitä ei enää valu järviinkään yhtä paljon.
Seurantatutkimuksin tiedetään, että monessa järvessä kalsiumpitoisuudet ovat laskeneet vielä senkin jälkeen, kun järvi on jo toipunut happamoitumisesta. Sen sijaan tutkijoilta puuttuu vielä tietoa siitä, millaisia määriä kalsiumia oli järvissä ennen happamoitumisen alkamista.
Vesikirpulle kalsium on tärkeä aine: se rakentaa sen avulla vahvan kuoren itselleen ja lepomunille.
Tieto kalsiumin määrästä menneisyyden järvissä tulee olemaan uutta tietoa. Tällä hetkellä historiallisten kalsiumpitoisuuksien määrittämiseen sedimenteistä ei ole olemassa toimivaa menetelmää”, kertoo Hiltunen.
Uusi menetelmä, jolla Hiltunen ryhtyy kalsiumin määrää tutkimaan, on kehitetty Jyväskylän yliopistossa. Tutkimusmenetelmä on ainutlaatuinen tunnettujen paleolimnologisten menetelmien joukossa.
Se on kehitetty biologien ja kemistien yhteistyöllä: Hiltusen kanssa tutkimusta tekevät yliopistonlehtori Siiri Perämäki Jyväskylän yliopiston kemian laitokselta sekä tutkijatohtori Henriikka Kivilä bio- ja ympäristötieteiden laitokselta. Tutkimusta rahoittaa Suomen Akatemia.
”Käytämme lepomunien tutkimiseen ICP-MS-menetelmää, jolla mittaamme alkuainekoostumusta massaspektrometrian avulla”, Hiltunen kertoo.
Järvet tummuvat, miten käy alkuaineiden kierron?
Uusi tieto kalsiumin määristä täydentää kuvaa järvien alkuaineiden kierrosta. Muun muassa sitä, miten järvien huolestuttava tummuminen on vaikuttanut alkuaineisiin.
Tummuminen on jatkunut selväpiirteisenä Suomen järvissä ja joissa ainakin 1990-luvulta alkaen, se käy ilmi laajoista seurantatutkimuksista. Sitä aikaisemmalta ajalta on tutkimustietoa vain muutamista järvistä.
Tummumisella tarkoitetaan veden värin muuttumista tummemmaksi. Se johtuu maalta peräisin olevan orgaanisen aineksen ja raudan määrän lisääntymisestä järvissä. Tummumista ovat kiihdyttäneet happamoitumisesta toipuminen, ilmastonmuutos ja maankäyttö. Orgaanista ainesta valuu järviin kiihtyvällä vauhdilla ojitetuilta soilta ja avohakatuilta metsäpalstoilta.
Tummuminen on vaikuttanut haitallisesti monien järvien eliöyhteisöihin.
Sekä ilmastonmuutos että happamoitumisesta toipuminen aiheuttavat järvien tummumista."
"Tavoitteena on selvittää, miten näiden tekijöiden vaikutukset eroavat toisistaan. Millaisia muutoksia ne ovat aiheuttaneet alkuaineiden kierrolle? Aiemmassa tutkimuksessa kaikkea tummumista on käsitelty samassa, vaikka vaikutukset voivat muuttua sen mukaan, mikä tummumista aiheuttaa”, Kertoo Hiltunen.
Tätä voidaan selvittää vertailemalla eri alueilta kerättyjä lepomunia.
”Eri paikoista kerätyt lepomunat voivat kertoa meille, ovatko alkuainekierrot sekä vesikirppuyhteisöt muuttuneet eri tavalla, jos tummumista on aiheuttanut eri tekijä.”
Tummuvat vedet heikentävät vesikirppujen oloja
Vesien tummumisella on ollut laajoja vaikutuksia järvien eliöiden elämään. Pintavedet ovat lämmenneet, eikä järvien vesi enää sekoitu hyvin, mikä on vienyt happea pohjakerroksista. Tummassa vedessä on vähemmän valoa ja se vähentää levien määrää syvemmällä vedessä.
Vesikirpuille muutos ei ole ollut hyväksi.
”Tummenevissa vesissä viihtyvät bakteerit, ja huonolaatuisen mikrolevät, joita vesikirput sitten syövät paremman ravinnon puuttuessa. Kirppujen rasvahappojen laatu heikkenee, ja siten myös niitä syövien kalojen rasvahappokoostumus heikkenee."
Jos vesikirppu syö esimerkiksi pelkkiä bakteereja, se kuolee”, Hiltunen kertoo.
Moni tutkija Hiltusen tavoin toivoo, että vesien tummumista seurattaisiin Suomessa nykyistä tarkemmin. Euroopan unionin vesiensuojelua ohjeistava niin sanottu vesipuitedirektiivi ei siihen velvoita.
”Tummumisesta johtuvat muutokset eliöyhteisöissä jäävät huomaamatta, koska vesipuitedirektiivin mukainen seuranta keskittyy rehevöitymisen vaikutuksiin, ja tummumisen vaikutukset voivat olla jopa päinvastaisia. Seurannan mittareita tulisi kehittää, jotta myös tummumisen vaikutuksia järvien ekologiseen tilaan voidaan arvioida”, sanoo Hiltunen.
Lepomunat kerätään käsin järvistä
Tärkeä osa tutkimusta on myös uuden menetelmän kehittäminen niin, että analysoimiseen tarvittaisiin mahdollisimman vähän vesikirppujen lepomunia. Nyt yhteen näytteeseen tarvitaan parikymmentä munaa, jotta alkuaineiden määristä saadaan luotettava mittaustulos. Määrä on tullut koko ajan alemmaksi.
Siihen Hiltunen on tyytyväinen.
Jos lepomunia tarvittaisiin sata, olisi aikamoinen homma keräämisessä.”
Ensi kesänä on siis paljon pelissä, kun Hiltunen matkustaa keräämään munia. Tarvitaan paljon järviä, jotta uuden menetelmän luotettavuus saadaan todennettua.
Keräysurakka on iso, mutta ei mahdoton. Hiltunen kerää lepomunia rantavesissä kahlaten ja kumiveneellä soutaen. Munia hän seuloo pohjamudista seulasarjan avulla. Viimeinen seula on se, jonka pohjalta erottuvat lepomunat, kun hienoin sedimenttiaineskin on saatu valuteltua seulan läpi.
Tulossa on monen viikon työrupeama.
Jos munia jää yli, niillekin on tutkimusaihe odottamassa. Munat laitetaan odottamaan jääkaappiin, herätetään aikanaan henkiin ja syntyneiden historiallisten vesikirppujen sietokykyä erilaisia olosuhteita kohti testataan laboratoriossa.
”Näin voisimme tutkia, onko vesikirppu sopeutunut järvien tummumiseen ja esimerkiksi kalsiumin vähenemiseen. Pärjäävätkö kalsiumpitoisissa vesissä aikaan eläneet vesikirput yhtä hyvin tummissa ja vähäkalsiumisissa vesissä kuin nykyiset vesikirppukannat?”
