Saaristomeren tutkimuslaitos

Kenttäasema täynnä tarinoita

Tag: aikasarjat

Silakan rasvapitoisuus ei ole sama kuin ennen ja se johtuu muuttuneista ympäristöolosuhteista

Mikä mahdollistaa silakan menestyksen Itämeren omalaatuisessa ympäristössä, jossa suolapitoisuus on alhainen ja vaihtelee alueellisesti ja ajallisesti? Kysymys on askarruttanut läpi silakkaprojektimme reilun 30-vuotisen historian ja askarruttaa edelleen vaikka tiedämme silakan elosta Saaristomerellä nykyään paljon enemmän kuin mitä projektin alkuaikoina. Tällä viikolla otimme yhden askeleen kohti tämän moniosaisen palapelin ratkaisua, kun Turun yliopiston Biokemian laitoksen kanssa toteutettu tutkimuksemme hyväksyttiin julkaistavaksi Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences -lehdessä. Tutkimuksessa tarkastelimme Saaristomerellä kutevan silakan lihasrasvavarastojen vaihtelua vuosina 1987-2006 ja 2013-2014.

Rasvavarastot vaikuttavat kalan kaikissa elämänvaiheissa, niiden antama energia mahdollistaa muun muassa lisääntymisen, kasvun ja selviytymisen epäedullisina ajankohtina. Ilmastonmuutoksen aiheuttamien ympäristömuutosten odotetaan muuttavan kalojen energiapitoisuutta (fysiologisten vaikutusten ja ravinnon muutosten kautta), mikä tekee aiheen tutkimisesta mielenkiintoista. Useimmat kalat varastoivat rasvaa huonon päivän varalle lihaksiinsa tai sisäelimiinsä. Saaristomeren rysäkalastajilta saamamme silakkanäytteet osoittivat, että touko-kesäkuussa Saaristomeren matalille rannoille kutemaan saapuvien silakoiden lihasrasvapitoisuus laski keskimäärin 45% (5-6 prosentista 1.5 prosenttiin tuorepainosta). Sama suuntaus havaittiin myös niiden silakoiden rasvoissa, jotka Selkämeren sijaan talvehtivat Saaristomerellä. Havaittua muutosta selittävät parhaiten meriveden makeutuminen ja Selkämeren silakkakannan voimakas kasvu. Myös talvikauden (tammi-huhtikuu) veden lämpötilan nousu oli yksi rasvapitoisuuden pienentymistä selittävä tekijä.

Matkalla kohti Selkämerta. Tutkijat Mikael Elfving ja Marjut Rajasilta Seili 1-veneen kyydissä matkalla eteläiselle Selkämerelle keräämään tutkimuksessa hyödynnettyjä eläinplanktonnäytteitä. Kuva: Katja Mäkinen.

Vaikka rasvapitoisuuden laskun ja suolapitoisuuden, lämpötilan ja populaatiokoon välisiä syy-seuraussuhteita ei voidakaan havaintoaineistostamme päätellä (tähän pystyvät vain kokeelliset tutkimusasetelmat), on kuitenkin selvää, että noin 20-vuotta kestäneen tutkimusjakson aikana silakan elinympäristö on muuttunut. Vuoden 1987 jälkeen pintaveden suolapitoisuus on laskenut Selkämerellä noin 10 prosenttia ja meriveden lämpötila talvikaudella noussut keskimäärin 1.5 asteen verran. Silakoiden lihasrasvapitoisuuden lasku saattaakin liittyä kasvaneeseen energiankulutukseen: veden makeutumisen seurauksena silakat joutuvat käyttämään enemmän energiaa ruumiinsa nestetasapainon säätelyyn (osmoregulaatioon) ja talvien lämpenemisen vuoksi energiaa kuluu myös muun muassa lisääntyneeseen uintiaktiivisuuteen. Rasvapitoisuuden suuri yksilöiden välinen vaihtelu ja Selkämeren silakkakannan kasvu viittaavat myös siihen, että kalat joutuvat kilpailemaan aiempaa enemmän ravinnosta.

On mahdollista, että makean veden hankajalkainen Limnocalanus macrurus on yksi syy silakan rasvojen hyvään laatuun ja, toisaalta myös silakkakannan kasvuun Selkämerellä. Kala on sitä, mitä se syö.

Silakka

Saaristomeren silakoita. Kuva: Johannes Sahlsten

Mielenkiintoista oli havaintomme, että vaikka lihasrasvan määrä on laskenut, oli rasvojen laatu sen sijaan pysynyt hyvänä ja jopa parantunut aiempiin tutkimuksiin verrattaessa (Linko ym. 1985). Tutkimamme silakat sisälsivät paljon tärkeitä omega-3 rasvahappoja EPA:a ja DHA:ta sekä muita monityydyttämättömiä rasvahappoja (engl. Polyunsaturated fatty acids; PUFA). On mahdollista, että suolapitoisuuden laskusta Selkämerellä yleistynyt makenveden hankajalkainen Limnocalanus macrurus on yksi syy silakan rasvojen hyvään laatuun ja, toisaalta myös silakkakannan kasvuun Selkämerellä. Kala on sitä, mitä se syö. Toisin kuin kasvit ja muut omavaraiset eliöt, toisenvaraiset eliöt eivät pysty itse tuottamaan ns. tärkeitä rasvahappoja (engl. Essential fatty acids, EFA) vaan ne täytyy saada ravinnosta. Limnocalanus on saalislajiksi otollinen runsautensa, suuren kokonsa ja suurien rasvavarastojensa vuoksi (Mäkinen ym. 2017). Se myös sisältää paljon hyviä rasvahappoja sisältäviä vahaestereitä. Vuonna 2015 julkaistussa tutkimuksessamme (Rajasilta ym. 2015) osoitimme, että Limnocalanus on Selkämerellä suosittu ja tärkeä saalislaji touko-kesäkuussa, ajankohtana jolloin kalat valmistautuvat kutemaan.

Mitä merkitystä muutoksilla on?

Rasvat ovat vesiekosysteemien pääpolttoaine. Korkea rasvapitoisuus muun muassa parantaa selviytymistä ja mahdollistaa lisääntymisen epäedullisina aikoina. Lihasrasvapitoisuuden lasku voi jatkuessaan siten vaikeuttaa esimerkiksi silakan lisääntymismenestystä. Tämä ei kuitenkaan ole varmaa, sillä toisaalta rasvojen hyvä laatu (tärkeät rasvahapot, EFA) on lisääntymisen onnistumisen kannalta rasvapitoisuutta tärkeämpi tekijä. Selkämerellä tapahtuneet ympäristömuutokset voivat tässä mielessä olla silakan kannalta suotuisia, koska rasvojen laatu näyttää parantuneen.

Selkein merkki Itämeren muuttuneista energiavirroista on silakan koon pieneneminen viimeisten vuosikymmenien aikana. Koon pienentyminen on yksi tapa vähentää energiankulutusta, mutta kalat voivat mahdollisesti myös säästää energiaa muilla tavoin, esimerkiksi muuttamalla vaellusreittejään tai pidättäytymällä lisääntymästä kunnes energiavarastot ovat elpyneet. Silakkakannan rasvapitoisuuden pieneneminen ei  vaikuta pelkästään silakoihin vaan lihasrasvapitoisuuden lasku yhdessä siitä seuranneiden ilmiöiden kanssa voi  mahdollisesti vaikuttaa laajemmin ravintoverkossa – silakka on tärkeä saalislaji esimerkiksi lohikaloille, harmaahylkeelle kuin myös monille merilinnuillekin. Silakka on myös yksi kaupallisen kalastuksen tärkeimmistä saalislajeista. Konkreettisimmin silakan kääpiöityminen ja laihtuminen näkyykin ruokalautasella: 1980-luvun alussa Airistolta kalastettu nelivuotias silakka oli keskimäärin 21-senttinen, nyt noin 16-senttinen. Vastaavasti paino oli 80-luvulla keskimäärin 45 grammaa, nyt noin 25 grammaa.

Lihasrasvapitoisuuden laskulla voi toisaalta olla positiivisiakin vaikutuksia. Esimerkiksi PCB:t ja dioksiinit ovat rasvaliukoisia yhdisteitä ja rasvapitoisuuden lasku on voinut osaltaan vähentää näiden aineiden määriä silakoissa vaikka alentuneet pitoisuudet silakassa heijastavat myös toki aineiden pitoisuuksien pienentymistä ympäristössä.

Julkaisu:

Rajasilta, M., Hänninen, J., Laaksonen, L., Laine, P., Suomela, J.-P., Vuorinen, I. & Mäkinen, K. 2018. Influence of environmental conditions, population density, and prey type on the lipid content in Baltic Herring (Clupea harengus membras) from the northern Baltic Sea. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences (hyväksytty julkaistavaksi)

Muut lähteet:

  • Linko, R. R., Kaitaranta, J. K,. & Vuorela, R. 1985. Comparison of the fatty acids in Baltic herring and available plankton feed. Comp. Biochem. Physiol. 82B: 699–705.
  • Mäkinen, K., Elfving, M., Hänninen, J., Laaksonen, L., Rajasilta, M., Vuorinen, I., & Suomela, J. P. 2017. Fatty acid composition and lipid content in the copepod Limnocalanus macrurus during summer in the southern Bothnian Sea. Helgoland Marine Research71(1), 11. Linkki tutkimukseen
  • Rajasilta, M., Hänninen, J., & Vuorinen, I. 2015. Decreasing salinity improves the feeding conditions of the Baltic herring (Clupea harengus membras) during spring in the Bothnian Sea, northern Baltic. ICES J. Mar. Sci. 71(5): 1148-1152. Doi:10.1093/icesjms/fsu047. Linkki tutkimukseen
  • Rajasilta, M. 2014. Kutupaikkojen kartoituksesta kalakannan vaihteluiden syihin – 30 vuotta silakkatutkimusta. Seili – Saaristomeren tutkimusta 50 vuotta. s. 81-98.

Lue lisää:

Silakkaprojektin kotisivut (englanniksi)

Keep calm and keep monitoring – ympäristön tilan seurannan luonteesta ja merkityksestä

Viime viikolla kotimaisissa ja ulkomaisissa tiedotusvälineissä (mm. täällä ja täällä) uutisoitiin laajasti Saksassa tehdystä pitkäaikaistutkimuksesta, jossa lentävien hyönteisten määrän havaittiin vähentyneen vuodesta 1989 lähtien peräti 76 prosentilla. Tässä Plos One- lehdessä julkaistussa tutkimuksessa hyönteisten biomassamääriä seurattiin 27 vuoden ajan 63 eri luonnonsuojelualueella. Tutkimuksen tulokset hyönteisten määrän rajusta vähenemisestä ovat hälyttäviä, sillä useilla hyönteislajeilla, kimalaisten ja mehiläisten lisäksi, on tärkeä rooli niin kasvien pölyttämisessä kuin myös lintujen ja muiden eläinten ravintona. Hyönteisten määrän vähenemisen vaikutukset ovat siten kauaskantoisia ja ulottuvat lopulta myös ihmisiin asti.

Hyönteiskadon vaikutusten lisäksi, tutkimus sai minut ajattelemaan ympäristön tilan seurantaa ja niissä kerättyjen pitkäaikaisaineistojen merkitystä. Suurin osa ekologisesta tutkimuksesta tehdään lyhytaikaisen projektiperusteisen rahoituksen turvin ja seurantaohjelmia kritisoidaan usein siitä, että ne “maksavat liian paljon ja tuottavat liian vähän”. Niinpä miksi ympäristön tilaa kannattaa seurata? Mitä hyötyä ympäristöseurannasta on ihmiskunnalle?

Lentäviä hyönteisiä kerättiin saksalaistutkimuksessa telttamaisten Malaise-pyydysten avulla. Kuvassa Seilin  eteläosiin pystytetty Malaise-pyydys ja maaselkärangattomat kenttäkurssin opiskelijoita tutkimassa näytteitä. Kuva: STL:n arkisto.

Ympäristöseurannalla tarkoitetaan pitkäaikaista ja säännöllisesti tapahtuvaa tutkimusta, millä pyritään selvittämään ympäristön tilaa ja erottamaan ihmisen toimien aiheuttamat ympäristömuutokset luonnon omista mekanismeista. Seurantaa eli monitorointia tehdään useista eri syistä ja tavoitteet voivat erota ohjelmien kesken, seurantaohjelman tavoitteena voi olla esimerkiksi ympäristön tilan lähtötilanteen selvittäminen tai ympäristössä tapahtuvien kehitysuuntien eli trendien tutkiminen. Tästä johtuen, myös monitoroinnin ajallinen ja alueellinen laajuus voi vaihtella myös suuresti eri ohjelmien välillä.

Seurannan yhteydessä puhutaan usein seurannan/tutkimuksen pitkäaikaisuudesta, mutta mitä pitkäaikaisuudella loppujen lopuksi tässä yhteydessä tarkoitetaan? Määritelmä on moniselitteinen ja eroaa tutkimusaiheiden ja -kohteiden välillä. Ekologeille ja muille ympäristön tilaa tutkiville biologeille käsite kuitenkin viittaa yleensä aineistoihin, jotka ulottuvat vähintään 5 vuoden ja parhaimmillaan useita vuosikymmeniä käsittävälle ajanjaksolle.

Eläinplanktonyhteisön tilaa seurattaessa voi kaksikymmentäkin vuotta olla vielä kohtuullisen lyhyt aika paljastamaan populaatioiden kehityssuunnat. Vuosikymmeniä jatkuneeseen seuranta-aineistoon sisältyy monta näytepulloa. Kuvassa tutkimuslaitoksen Airistolta keräämiä eläinplanktonnäytteitä.

Hyönteiskadon osoittaneessa  tutkimuksessa aineisto oli kerätty pitkälti vapaaehtoisten hyönteisharrastajien (Entomological Society Krefeld) työpanoksen ansiosta. Luontoharrastajien keräämät havainnot ja kokoelmanäytteet kuin myös muu yhteistyökumppaneiden tuki onkin ensiarvoisen tärkeää luonnossa tapahtuvien muutosten seurannassa. Tästä hieno esimerkki saatiin jälleen tällä viikolla turkulaistutkijoiden julkaisemassa peltovirnaperhosen identiteettiä ja levinneisyyttä selvittäneessä tutkimuksessa.

Ympäristöseurantaa on perinteisesti harjoitettu kenttäasemilla, joiden luonnonläheinen sijainti, infrastruktuuri ja asemalla ympärivuoden työskentelevä henkilökunta mahdollistavat ympärivuotisen ja tiheän näytteenoton toteuttamisen. Seilissä on seurattu punkkien määrää vuodesta 2012 lähtien. Tavoitteena on saada aikasarja myös puutiaisista. Kuva: Esko Keski-Oja.

Seilissä on tutkittu silakkakannan vaihteluiden syitä jo yli 30 vuosikymmenen ajan ja yhteistyönä on saatu aikaan Itämeren piirissäkin ainutlaatuisia tutkimusaineistoja. Airiston silakankalastajat ovat vieneet tutkimusta eteenpäin omalta osaltaan, sillä ilman kalastajien apua olisi kalanäytteiden hankkiminen vaikeaa. Kuva: Juha Kääriä.

Millaista on laadukas ympäristöseuranta? Vertailukelpoisten ja luotettavien tulosten kannalta aineiston järjestelmällinen keräys niin näytteenottomenetelmien kuin myös ajallisen täsmällisyyden osalta on pitkäaikaistutkimuksissa keskeistä ja niistä piittaamatta jättäminen voi pahimmassa tapauksessa tehdä kerätystä aineistosta käyttökelvotonta. Hyönteiskadosta raportoivassa tutkimuksessa tämä tarkoitti muun muassa hyönteispyydyksen koon, muotoilun ja värin, pyydyksen sijoittelun ja sijainnin yhdenmukaistamista. Myös näytteiden säilöntä ja käsittely biomassan mittaamisen ja lajintunnistuksen suhteen täytyi olla yhdenmukaista. Vaatimus ei ole helppo ja vaatii järjestelmällisyyttä, sillä vuosikymmeniä kestävän ympäristöseurannan aineiston keruuseen ja käsittelyyn osallistuu lähes poikkeuksetta useita kymmeniä henkilöitä.

Vertailukelpoisten ja luotettavien seurantatulosten kannalta aineiston järjestelmällinen keräys niin näytteenottomenetelmien kuin myös ajallisen täsmällisyyden osalta on pitkäaikaistutkimuksissa keskeistä. Kuvassa Seilin lentäviä hyönteisiä keräävän valorysän aineistoa määritettävänä.

Seurantaohjelmia kritisoidaan usein siitä, että ne “maksavat liian paljon ja tuottavat liian vähän” ja rahoituksen puute onkin  monesti johtanut joko näytteenottovälien tai -paikkojen harventamiseen tai koitunut kokonaisten seurantaohjelmien kohtaloksi. Pitkäaikainen, laadukas ympäristön seuranta ja tutkimus on kuitenkin olennaista ympäristössä tapahtuvien pitkäaikaisten trendien eli kehityssuuntien havaitsemiseksi. Erityisesti ilmastonmuutoksen vaikutuksia tutkiessa, on menneiden suunnanmuutosten ja lajien sopeutumiskyvyn ymmärtäminen tärkeää, jotta tulevaisuudessa tapahtuvia muutoksia voidaan ennustaa ja mahdollisiin vaikutuksiin osataan varautua. Hyvä esimerkki ympäristöseurannan merkityksestä on yhdysvaltalaisen tutkijan Charles David Keelingin Mauna Loan saarella Havaijilla vuonna 1958 aloittama ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden seurantaohjelma, jonka ansiosta saatiin aikanaan ensimmäistä kertaa tutkittuja todisteita ihmisen vaikutuksesta ilmaston lämpenemiseen (kuuluisa Keelingin käyrä). Muun muassa tämän pitkäjänteisen työn ansiosta ihmisen aiheuttama ilmastonmuutos on tänä päivänä yleisesti hyväksytty tieteellinen fakta!

Pitkäjänteinen ympäristön seuranta on myös keskeistä ympäristöpoliittisessa päätöksenteossa – seurantahankkeiden avulla saavutettu tieto antaa päätöksenteolle pohjatason, jonka päälle esimerkiksi ympäristönsuojelutoimia voidaan suunnitella ja niiden vaikutuksia arvioida. Seurantaohjelmien aineistoja hyödynnetään jatkuvasti myös taustatietoina muissa tutkimus- ja kehittämishankkeissa.

Kustannustehokkuus vaatii monitorointiohjelmia tehostamaan näytteenottoaan. Tulevaisuutta on monitoroinnin automatisoituminen, jolloin aineistoa saadaan reaaliaikaisesti vuorokauden ympäri. Kuvassa Seilin automaattinen vedenlaadun seuranta-asema, joka mittaa meriveden ominaisuuksi pinnasta pohjaan neljästi päivässä. Vuonna 2015 seuranta-aseman yhteyteen asennettiin ilman lämpötilaa, ilmanpainetta, ilmankosteutta, sadantaa sekä tuulen nopeutta ja suuntaa mittaavia antureita. Lisätietoa: Saaristomeri.utu.fi

Lue lisää: Seilin ympäristömonitoroinnilla on pitkät perinteet

Teksti ja kuvat: Katja Mäkinen, tutkimusteknikko ja pitkäaikaisten ympäristö- ja eläinplanktonaineistojen parissa työskentelevä väitöskirjatutkija