Blogitekstin kirjoittaja Maria Tuomi tekee arktista yhteisöekologiaa käsittelevää väitöskirjaansa TY:n ekologian osastolla. Hänen työnsä keskittyy pienjyrsijöiden (myyrien ja sopuleiden) kasvillisuus- ja maaperävaikutusten selvittämiseen tundralla. Lisäksi hän työskentelee ekologisen kestävyyden tuntiopettajana Turun kauppakorkeakoulussa ja on hyvin kiinnostunut moni- ja poikkitieteellisestä yhteistyöstä.
Yhteisöekologia on ekologisen tutkimuksen ala, joka keskittyy lajienvälisten suhteiden syiden ja seurausten ymmärtämiseen. Tällaisia ovat esimerkiksi peto-saalissuhteet, lois-isäntäsuhteet, kasvi-laiduntajasuhteet tai koko ravintoverkon rakenteen ja siihen vaikuttavien tekijöiden selvittäminen. Yhteisöekologit kysyvät karrikoiden ilmaisten: ”Miten luontomme eliöyhteisöt toimivat?” ja tutkivat eliöyhteisöjä ja ekosysteemejä, joiden toiminnasta koko ihmiskunnan hyvinvointi lopulta riippuu. Yhteisöekologia vaihettuukin usein toiseen ekologisen tutkimuksen alaan ekosysteemiekologiaan, kun selvitämme vaikkapa sitä, miten lajienväliset vuorovaikutussuhteet vaikuttavat ekosysteemin hiilen varastoitumiseen tai ravinteiden kuten typen ja fosforin kiertoon, tai miten nämä muokkaavat lajien välisiä vuorovaikutuksia. Esimerkiksi hiilen ja ravinteiden määrä maaperässä vaikuttaa siihen, millaiset kasvilajit menestyvät tietyllä kasvupaikalla, mikä puolestaan vaikuttaa laiduntajille tarjolla olevan ravinnon määrään. Arktisilla alueilla laiduntajat ovat olennaisen tärkeä osa ekosysteemien toimintaa. Voimme esimerkiksi kysyä miten laidunnus vaikuttaa kasviyhteisöihin ja maaperään, miten kasvillisuus vaikuttaa laiduntajien elintilan käyttöön ja ravinnonvalintaan, tai miten laidunnus vaikuttaa siihen, miten ilmastonmuutos vaikuttaa kasviyhteisöihin.
Suomalaisessa mediassa väitellään nyt kiivaasti siitä, miten poro vaikuttaa maajäkälikköjen kuntoon, ja mitä siitä pitäisi ajatella. Vaikka ylilaidunnus on monitieteinen ja moniarvoinen kysymys, yhteisöekologiset näkökulmat ovat siinä vahvasti esillä. Tärkeitä, ajankohtaisia yhteisöekologisen laiduntutkimuksen kysymyksiä ovat esimerkiksi se, miten paljon ja missä laiduntajat, kuten porot, voivat ehkäistä ilmastonmuutoksen aiheuttamaa tundran pusikoitumista. Tai miten laiduntajat vaikuttavat maaperän kykyyn varastoida hiiltä ilmakehästä. Ajoittain laajasta medianäkyvyydestä huolimatta tiedämme itse asiassa hyvin vähän siitä, miten laiduntajat vaikuttavat harvinaisten lajien runsauteen. Voisi toivoa että yllä olevien kaltaisiin kysymyksiin olisi helppo vastata. Mutta ei. Jokainen ekosysteemi on omanlaisensa, ja yhden alueen tuloksia esimerkiksi laiduntajien vaikutuksesta kasviyhteisöihin, niiden monimuotoisuuteen tai maaperän hiilivarastoon ei voi välttämättä yleistää muihin alueisiin. Lajien välisiin vuorovaikutuksiin ja ekosysteemin toimintaan vaikuttavat voimakkaasti muun muassa ilmasto, kallioperä, lajisto ja myös ekosysteemin historia tavoilla, joita ei voi helposti ennustaa tai ekstrapoloida.
Ympäristömme muuttuu kuitenkin nopeasti mm. ilmastonmuutoksen, maankäytön, ravinnelaskeumien ja lajikadon myötä. Nämä muutosvoimat ovat jo johtaneet ja johtavat entistä voimakkaammin ekosysteemien suuriin muutoksiin sekä jopa ns. uusioekosysteemien syntyyn – ekosysteemeihin, jollaisia maapallolla ei ole koskaan ennen ollut olemassa (Hobbs ym. 2013). Yhteisöekologiselle tiedolle ja kattavalle teoreettiselle ymmärrykselle olisi nyt tarvetta enemmän kuin koskaan. Esimerkiksi arktisen alueen laiduntajien ja ekosysteemin moninaisten vuorovaikutusten ymmärtämiseksi vaaditaan kuitenkin laajoja aineistoja, jotka kattavat esimerkiksi tärkeimmät ilmastolliset ja lajiston vaihtelut. Tällaisten aineistojen keruu on käytännössä mahdottomuus minkään yksittäisen tutkimusprojektin sisällä, tai yksittäisen tutkijan koko elämäntyön aikana. Ja vaikka olemassa olevaa tietoa olisi suhteellisen paljon, usein tutkimusten tulosten suora vertailu on vaikeaa käytettyjen menetelmien erilaisuuden tai puutteiden vuoksi.
Kansainväliset asiantuntijaverkostot voivat tarjota erään ratkaisun ongelmaan. Arktisten laiduntajien tutkijat kutsuttiin kokoon Helsinkiin vuonna 2014, ja alan tutkijoiden asiantuntijaverkosto The Herbivory Network (HN, Barrio ym. 2016, http://herbivory.biology.ualberta.ca/) sai alkunsa. Nyt, loppuvuodesta 2016, verkostossa on yli 100 alan tutkijaa 17 maasta, ja aktiivisten jäsenten määrä kasvaa jatkuvasti. Löyhä byrokraattinen rakenne tekee HN:n kaltaisista verkostoista mahdollisen ylläpitää jopa täysipäiväisen tutkijantyön ohella. HN:n alla toimii tällä hetkellä useita eri työryhmiä, mm. allekirjoittaneenkin luotsaama maaperätyöryhmä, jossa selvitämme sitä, miten laidunnus vaikuttaa maaperään eri arktisissa ekosysteemeissä. Arktisten kasvinsyöjien monimuotoisuutta kartoittanut tutkimus puolestaan julkaistiin kesällä 2016 (Barrio ym. 2016). Verkosto on loistava alusta uusille ideoille ja yhteistyökuvioille, sekä nuorten ja kokeneiden tutkijoiden dialogille. HN:n alkuperäinen tavoite on kuitenkin vertailukelpoisen tutkimusaineiston tuottaminen: tätä varten kehitteillä on yhteinen, sirkumpolaarinen laiduntutkimuksen protokolla. Mitä mitataan, miten paljon, millä tavalla ja milloin. Protokolla toimisi joko itsenäisenä tai sen voisi liittää olemassa olevaan näytteenottoon tai joissain tapauksissa jopa tutkimukseen, jossa keskitytään pääosin muihin asioihin kuin laidunnukseen. Valmistuessaan tällainen protokolla on jo kohderyhmänsä hyväksymä, mikä lisää huomattavasti sen käytön todennäköisyyttä. Tällä tavalla tuottaisimme vihdoin täysin vertailukelpoista aineistoa koko arktiselta alueelta.
Pidemmällä aikavälillä HN:n kaltaiset asiantuntijaverkostot voisivat jopa monipuolistaa luonnontieteellisen tutkimuksen tekotapoja. Asiantuntijatiedon kerääminen haastatteluin tai työpajoissa ja sen systemaattinen käyttö aineistona on yleisempää monilla muilla tieteenaloilla kuin ekologisessa tai biologian perustutkimuksessa. Ekologeille tällaisessa tiedossa voi kuitenkin piillä suuri, alikäytetty voimavara (Kuhnert ym. 2010; Mukherjee ym. 2015), sekä teoreettisen ymmärryksen lisäämiseksi että mallinnuksen avuksi. Eksperttitietoa kartoittavan tutkimusten haasteena on usein sitouttaa tutkijoita haastatteluihin, tapaamisiin ja työpajoihin. Valmis tutkijaverkosto antaa mahdollisuuden sivuuttaa monia näitä käytännön vaikeuksia. Omakohtaisen kosketuspinnan tähän sain hiljattain HN:n vuositapaamisessa Reykjavikissa, jossa vedin maaperäprojektin työpajan yhdessä Tarton yliopiston tutkijan FT Guillermo Buenon kanssa. Työpajassa saimme asiantuntijat pohtimaan tutkimusalueemme teoreettista viitekehystä sekä kollektiivisesti kehittämään sitä. Yksinkertaiselta kuulostanut tehtävä havaittiin paitsi tärkeäksi myös vaikeaksi, kun eri ekosysteemeihin vihkiytyneet tutkijat sovittivat ajatuksiaan yhteen. Seuraavaksi työvaiheeksi sovimme nettipohjaisen haastattelututkimuksen, johon työpajan osallistujat olivat halukkaita tulemaan mukaan.
Jotta vastaavanlaisen kollektiivisen tietopääoman tehokas käyttö olisi mahdollista tulevaisuudessa, nuorten ekologien (miksei biologien ja luonnontieteilijöiden yleensä) taitoja tulisi kehittää tarvetta vastaavaksi. Loistavan työpajan vetämisen voi toki oppia vetämällä ensin monia, ei niin loistavia työpajoja, osallistujien riemuksi. Hyvän haastattelututkimuksen teon voi oppia lopulta kantapään kautta. Tai sitten voisimme ottaa hieman oppia muilta. Humanistisilta tieteenaloilta, tai jopa yksityisen sektorin asiantuntijoilta: sieltä, missä nämä menetelmät ovat aktiivisessa käytössä. Kenties voimme pohtia voisiko biologian opetus tulevaisuudessa pitää sisällään myös tällaisia taitoja.
Barrio, I. C., C. G. Bueno, M. Gartzia, E. M. Soininen, K. S. Christie, J. D. M. Speed, V. T. Ravolainen, et al. 2016. Biotic interactions mediate patterns of herbivore diversity in the Arctic. Global Ecology and Biogeography 25: 1108–1118. doi:10.1111/geb.12470.
Barrio, I. C., D. S. Hik, I. S. Jónsdóttir, C. G. Bueno, M. A. Mörsdorf, and V. T. Ravolainen. 2016. Herbivory Network: An international, collaborative effort to study herbivory in Arctic and alpine ecosystems. Polar Science 10. ISAR-4/ICARPIII, Science Symposium of ASSW2015: 297–302. doi:10.1016/j.polar.2016.03.001.
Hobbs, Richard J., Eric S. Higgs, and Carol Hall. 2013. Novel Ecosystems: Intervening in the New Ecological World Order. 1 edition. Wiley-Blackwell.
Kuhnert, Petra M., Tara G. Martin, and Shane P. Griffiths. 2010. A guide to eliciting and using expert knowledge in Bayesian ecological models. Ecology Letters 13: 900–914. doi:10.1111/j.1461-0248.2010.01477.x.
Mukherjee, Nibedita, Jean Hugé, William J. Sutherland, Jeffrey McNeill, Maarten Van Opstal, Farid Dahdouh-Guebas, and Nico Koedam. 2015. The Delphi technique in ecology and biological conservation: applications and guidelines. Methods in Ecology and Evolution 6: 1097–1109. doi:10.1111/2041-210X.12387.
****************************
The author, Maria Tuomi, is working on her PhD thesis on arctic community ecology at the Section of Ecology, more specifically on microtine rodent grazing effects on plant and soil in heterogeneous tundra landscapes. Currently, she works as a part-time teacher of ecological sustainability at Turku School of Economics and has strong interests towards multi- and cross-disciplinary collaborations.
Community ecology is a field within ecology that focuses on studying causes and consequences of interactions between species. Examples of such interactions are predator-prey, host-parasite and plant-herbivore interactions, or the study of entire food webs and factors affecting their structure and function. As a generalization, community ecologists ask: “How do the species communities in our nature function?”, and study communities and ecosystems that ultimately dictate the welfare of humanity. Often the line between community ecology and another field, ecosystem ecology, becomes blurred, for example if asking how species interactions affect carbon sequestration or nutrient cycling in ecosystems, or how these factors in turn affect species interactions. For example, the amount of carbon and nutrients (mainly nitrogen and phosphorous) strongly dictate which plant species or soil organisms thrive in a given site – the plant species composition further affects the amount of available forage to plant eating animals. In arctic areas, herbivores are an essential part of ecosystem structure and function. Here, we can for example ask how grazing affects plant communities or soil properties and processes, how vegetation affects habitat selection of herbivores, or how grazing affects the vegetation responses to warming climate.
Currently, the Finnish media hosts a heated debate about how reindeer affect ground lichen cover, and what we should think about it. In general, overgrazing is a complex question best dealt with multidisciplinary approaches, with community ecology as one prominent angle. Contemporary community ecology research topics include for example how much and where herbivores, e.g. reindeer, can counteract climate change induced shrubification (enhanced shrub / tree growth) of the open tundra. Or how grazers affect the carbon sequestration ability of soils. Despite occasional media visibility, we still know very little about how herbivory affects populations of rare or endangered plant species. We may hope that answering such questions would be an easy task. But no. Each ecosystem is unique, and generalizing results from one area to another is difficult and often questionable, be it about grazing effects on plant communities, their diversity or soil carbon stocks. Species interactions and ecosystem function are strongly affected by for example climate, bedrock type, resident species pools and also ecosystem history in ways that are not easily predictable or extrapolated.
Our environment is changing rapidly due to climate change, land use, nutrient deposition and species extinctions. These factors have already caused, and will increasingly cause, strong alterations in our ecosystems, and even the emergence of so called novel ecosystems – ecosystems that have not existed on earth before, and which would not exist without human action (Hobbs et al. 2013). The need for community ecological knowledge and broad theoretical understanding is greater than perhaps ever. However, in order to gain a general understanding of, for example the complex interactions between arctic herbivores and other ecosystem components, large datasets covering major climatic and species variations, and more, are necessary. Gathering these data is practically impossible within any single research project, or even during an entire researcher career. Even when existing research and data are relatively plentiful, comparisons between studies are often difficult due to differences or shortcomings in methodology and sampling.
International expert networks may provide one answer to the problem. Herbivory researchers of arctic and alpine areas were called together in Helsinki in 2014, and an expert network in the field, The Herbivory Network (HN, Barrio et al. 2016, http://herbivory.biology.ualberta.ca/), was established. Now, towards the end of 2016, the network includes over 100 researchers from 17 different countries, and the number of active members is increasing continuously. Light bureaucratic structures make a network such as HN possible to establish and manage, even aside full-time research work. Within the HN, several working groups operate on a variety of topics: among others a Soil Working Group (SWG) co-led by the author. Within SWG we focus on unraveling how grazing affects soils in different arctic ecosystems. Another HN project mapping the arctic herbivore diversity published their results during summer 2016 (Barrio et al. 2016). The network is an excellent platform for new ideas and collaborations, as well as for dialogue between young and senior researchers. The original aim of HN is however to facilitate production of comparable research data across the Arctic, and to do so by developing a common, circumpolar herbivory research protocol. What to measure, how much, how and when. The protocol could function either as a standalone, or it could be combined with existing sampling schemes, or in some cases even be included as add-on in research that does not originally target herbivory. Network participation in the process ensures that when ready, the protocol would be readily accepted by the target user group. This will increase the likelihood of its use considerably, and would ensure, finally, the production of comparable data from all over the Arctic.
In longer term, expert networks such as the HN could even contribute to diversification of research methods and approaches within natural sciences. Elicitation of expert knowledge through interviews, surveys or workshops and the systematic use of that knowledge as research material are far more common in many other disciplines and fields than ecological or biological research. Yet, for ecologists, expert knowledge may represent a large, underused asset (e.g. Kuhnert et al. 2010, Mukherjee et al. 2015), for both increasing theoretical understanding of a poorly known or complex topic, and to aid modelling efforts. A major challenge in expert knowledge elicitation is to commit researchers to participate in surveys, meetings or workshops. An expert network may allow for circumventing such problems to a large degree. I gained some personal experience in these issues during the recent HN annual meeting in Reykjavik, Iceland, where I co-led a SWG workshop with Dr. Guillermo Bueno from the University of Tartu. In the workshop, experts were asked to reflect on and to collectively develop the theoretical framework of our focal research topic. A seemingly simple task was deemed both important and difficult, as researchers from different ecosystem contexts strove to merge their views. Next step in the process was agreed to be an online survey, where the workshop participants were willing to be included.
To ensure possibilities to effectively utilize such collective expert knowledge in the future, young ecologists’ (why not biologists’ and natural scientists’ in general) skill sets should be developed to meet the need. Sure, one can gradually learn to host an excellent workshop through hosting a number of not-so-excellent ones – to the delight of the participants. Similarly, learning how to conduct a good survey study can be a matter of trial and error. Or, we can learn from other fields and disciplines, such as humanities and even the private sector: fields that are using and developing these methods actively. Perhaps the future biology studies could also include some of these skills. It’s worth a thought.
Barrio, I. C., C. G. Bueno, M. Gartzia, E. M. Soininen, K. S. Christie, J. D. M. Speed, V. T. Ravolainen, et al. 2016. Biotic interactions mediate patterns of herbivore diversity in the Arctic. Global Ecology and Biogeography 25: 1108–1118. doi:10.1111/geb.12470.
Barrio, I. C., D. S. Hik, I. S. Jónsdóttir, C. G. Bueno, M. A. Mörsdorf, and V. T. Ravolainen. 2016. Herbivory Network: An international, collaborative effort to study herbivory in Arctic and alpine ecosystems. Polar Science 10. ISAR-4/ICARPIII, Science Symposium of ASSW2015: 297–302. doi:10.1016/j.polar.2016.03.001.
Hobbs, Richard J., Eric S. Higgs, and Carol Hall. 2013. Novel Ecosystems: Intervening in the New Ecological World Order. 1 edition. Wiley-Blackwell.
Kuhnert, Petra M., Tara G. Martin, and Shane P. Griffiths. 2010. A guide to eliciting and using expert knowledge in Bayesian ecological models. Ecology Letters 13: 900–914. doi:10.1111/j.1461-0248.2010.01477.x.
Mukherjee, Nibedita, Jean Hugé, William J. Sutherland, Jeffrey McNeill, Maarten Van Opstal, Farid Dahdouh-Guebas, and Nico Koedam. 2015. The Delphi technique in ecology and biological conservation: applications and guidelines. Methods in Ecology and Evolution 6: 1097–1109. doi:10.1111/2041-210X.12387.