JYUnity

Mikrometriä suuremmat sieni-itiöt virtaavat syklonikeräimen kitaan siperialaisella taigalla Jakutiassa. Sama operaatio on käynnissä parhaillaan myös Panamassa Barro Coloradon saarella ja kaikkiaan 50 paikalla eri puolilla maapalloa. Koeputkiin kertyy vuoden aikana miljardeja itiöitä – suuri osa vielä tieteelle tuntemattomista sienistä. Ne kertovat ekologisesta monimuotoisuudesta tietoa, joiden selvittämisessä akatemiaprofessori Otso Ovaskainen Jyväskylän yliopistosta ryhmineen on ensimmäisenä asialla.

Lähtökohta on Otso Ovaskaisen mukaan tässä: lajien kiihtyvä katoaminen tunnetaan, luonnon monimuotoisuudesta ei tiedetä kuitenkaan kuin murto-osa ja tieteeltä pimennossa on vielä etenkin sienilajeja, jotka ovat avainasemassa luonnon hyvinvointia mitattaessa.

Ilman sieniä luonto ei nimittäin pärjää. Sienet ovat ekosysteemeissä keskeisiä hajottajia ja kasvien apureita niin ravinteiden otossa kuin taudeilta puolustautumisessa.

Harppaus sieniyhteisöjen tutkimisessa tehtiin, kun tutkijat päättivät ottaa systemaattiseen tarkasteluun sienten rihmastojen ja itiöemien lisäksi ohella myös ilmassa leijailevat itiöt.

Akatemiaprofessori Otso Ovaskainen johtaa maailmanlaajuista LIFEPLAN-tutkimusta.

”Kokeilimme Nerea Abregon ja Veera Norroksen kanssa, voiko syklonikeräimen näytteistä tunnistaa lajit DNA:n sekvensoinnin avulla. Pilottitutkimuksemme tulokset olivat rohkaisevia ja päätimme kartoittaa koko maailman sienilajistoa lähettämällä laitteita yhteistyökumppaneillemme ympäri maailman”, Ovaskainen kertoo eräällä lounaalla vuonna 2017 syntyneestä ideasta, kun pöydän ääressä olivat Ovaskainen, Abrego ja Tomas Roslin.

Tutkimusidea tuottaakin nyt tehokkaasti tuloksia. Siperialaiselta taigalta kerätyt sieni-itiöt sekvensoidaan kanadalaisessa laboratoriossa nukleotidien jonoiksi. Tieto lajistosta avautuu monien bioinformatiikkaan ja tilastotieteeseen liittyvien laskentavaiheiden jälkeen.

Ovaskaisen merkittävä tutkimus sai  12 miljoonan euron ERC-rahoituksen vuonna 2019.

Sienten kosmopoliittisuus yllätti tutkijat – seuraavaksi selviää vuodenajan merkitys

Ensimmäiset tulokset globaalista LIFEPLAN-tutkimuksesta ovat nyt valmiina ja ne ovat Ovaskaisen mukaan todella kiinnostavia.

”Ilmasto on selvästi ratkaiseva selittäjä sienilajiston esiintymisessä. Odotimme näkevämme myös etäisyyden vaikutuksen, eli että lajiyhteisöt olisivat erilaisia esimerkiksi eri maanosissa”, Ovaskainen kertoo.

”Näin ei kuitenkaan näytä juurikaan olevan: lajisto oli hyvin samanlainen samalla ilmastovyöhykkeellä esimerkiksi Australiassa, Argentiinassa, Etelä-Afrikassa ja Kroatiassa.”

Syklonikeräin vetää ilmasta sieni-itiöt koeputkiin. Yliopistotutkija Nerea Abrego työskenteli keräimen kanssa Sipoossa.

Analyysi laajentaa tietoa jo aiemmin tunnetuista lajeista, vaikkakin valtaosa itiöistä voitiin luokitella vain sienisuvun eikä lajin tarkkuudella. Tutkimuksessa kaikkiaan 2100 keräysnäytteestä tunnistettiin 100 miljoonaa DNA:n sekvenssiä. Näytteiden perusteella mittauspisteiden ilmatilasta löytyi itiöitä sadoista tuhansista lajeista. Sienten kokonaismäärän arvellaan olevan miljoonissa, joten valtaosa sienistä jäi edelleen havaitsematta.

Kun tutkimus etenee, kertyy tietoa siitä, miten esimerkiksi vuodenaikojen vaihtelu vaikuttaa lajistoon – tästä on sienten suhteen erittäin vähän systemaattista tietoa globaalilla tasolla.

”Yksi erityinen kiinnostuksen kohde on se, kuinka pitkiä matkoja sienet leviävät.”

”Aiemmat tutkimukset kertovat, että suuri osa tuotetuista itiöistä laskeutuu muutamien metrien säteelle itiöemästä, kun taas osa saattaa lentää vaikka maapallon toiselle puolelle. Aineistossamme on suoraa tietoa tällaisesta pitkän matkan leviämisestä, esimerkiksi arktisilta alueilta talvella kerätyistä näytteistä löytyy satoja lajeja”, Otso Ovaskainen kertoo.

Mitä tapahtuu lajistolle ilmaston tai maankäytön muuttuessa?

Ilmassa leijuvat sieni-itiöt ovat vain osa LIFEPLAN-tutkimuksessa kerättävää dataa. Muitakin tutkimuslaitteistoja on jo viritetty 450 paikalle ympäri maailmaa.

Sieninäytteitä kerätään myös maaperästä. Hyönteisiä pyydystetään teltta-ansoilla, nisäkkäitä kuvataan riistakameroilla ja lintujen ja lepakoiden ääniä tallennetaan nauhureilla. Mukana on myös muuan ilves, joka asteli riistakameran kuvaan hiljattain Lammin biologisella asemalla.

”Tämä ilves on mukana systemaattisesti analysoiduissa tuloksissa ehkä vuoden päästä ja tutkimusartikkelissa ehkä parin vuoden päästä”, arvioi Otso Ovaskainen.

Kaikkiaan havainnoista kertyy dataa jopa 5000 teratavua viiden vuoden aikana. Tiedon tallennuksessa ja laskennassa Tieteen Tietotekniikan Keskus CSC on keskeisessä roolissa.

Kun aineisto on kasassa eli maastonäytteet on kerätty, DNA sekvensoitu ja lajit tunnistettu, Ovaskainen aloittaa tutkimuksessa osuuden, jolla katsotaan myös tulevaisuuteen. Hän mallintaa, miten lajisto muuttuu, kun vaikkapa ilmasto tai maankäyttö muuttuvat.

Se on tekniikan tohtori Ovaskaisen erityisalaa. Alansa huippuna Suomen Akatemia valitsi hänen tutkimusprofessoriksi syyskuussa 2021 alkavalle viisivuotiskaudelle. Jyväskylän yliopiston matemaattisen ja tilastollisen ekologian professorina hän aloitti vuoden alussa.

Ekologisella mallintamisella Ovaskainen aikoo lopulta vastata siihen, miten lajistolle käy ilmastonmuutoksessa. Sitä ennen on karsittava epävarmuuksia ja opittava ekologisia lainalaisuuksia, kuvaa Ovaskainen.

1. Ensimmäinen vaihe on lajien automaattinen tunnistaminen koneoppimisen menetelmillä. Huomioitava on kaikki tunnistamiseen liittyvät epävarmuudet. Vain osa lajeista on ylipäänsä kuvattu tieteelle, ja tunnettujenkin lajien viitetietokannoissa on virheitä, olipa kyse lintujen äänistä tai sienten DNA:n sekvensseistä.
2. Toinen vaihe on ekologisten lainalaisuuksien oppiminen tilastomallinnuksella. Sen avulla ymmärretään, miten lajien dynamiikka riippuu ilmastosta ja elinympäristötyypeistä sekä lajien välisestä vuorovaikutuksesta.
3. Kolmannessa vaiheessa tämän ymmärryksen avulla voidaan ennustaa esimerkiksi se, miten lajien käy ilmastonmuutoksen kanssa.

Sieni-itiöiden määrä romahti suomalaisessa urbaanissa ympäristössä

Maailmanlaajuisen tutkimuksen rinnalla sieniyhteisöjä on tutkittu hiljattain pienimuotoisemmin myös Suomessa. Viidessä kaupungissa, Jyväskylässä, Helsingissä, Lahdessa, Tampereella, ja Joensuussa tehdyn tutkimuksen tulokset kertovat karua kieltä kaupungistumisen vaikutuksista sieniyhteisöihin.

Ilmassa olevien itiöiden määrä romahtaa kaupunkialuella.

Tutkimuksessa päästiin ilmassa leijuvien itiöiden ja maaperänäytteiden avulla käsiksi kymmeniin tuhansiin sienilajeihin. Tulosten mukaan sienien määrä laskee rajusti, kun siirrytään metsästä rakennettuun ympäristöön.

”Yllätyimme siitä, miten ilmassa olevien itiöiden määrä romahtaa viidesosaan vain kilometrin matkalla siirryttäessä lähimetsästä taajamaan. Tämä vahvistaa sitä käsitystä, että valtaosa itiöistä liikkuu vain hyvin lyhyen matkan, vaikka osaa niistä voi lentää tuhansiakin kilometrejä” kertoo tutkimuksen pääkirjoittaja, yliopistotutkija Nerea Abrego Jyväskylän yliopistosta.

Tuloksille haetaan vahvistusta myös maailmanlaajuisessa tutkimuksessa.

”Globaalissa näytteenotossamme mukana on 100 paikkaa, joista jokaisesta on mukana sekä urbaanimpi että luonnontilaisempi ympäristö. On tosi kiinnostavaa nähdä, näemmekö yhtä selvän kaupungistumisen vaikutuksen näissä kaikissa paikoissa. Biodiversiteetin väheneminen kaupunkiympäristössä on sidoksissa ihmisen hyvinvointiin”, Otso Ovaskainen sanoo.