Arktisten mikrobien valtasuhteet ovat kohtalonkysymys myös ihmisille

23.3.2020
Arktisen maan mikrobien valtasuhteet ovat kohtalonkysymys myös ihmisille. Niistä riippuu, paljonko sulava ikirouta hönkii metaania.

Jenni Hultmanin työhuoneen valkotauluun on tekstattu tikkukirjaimilla terveiset tutkimusryhmän palaverista: ”JENNI VOISI MENNÄ LABRAAN!” Laboratorion pakastimessa odottaa nimittäin Kilpisjärven tutkimusaseman ympäristöstä kairattuja näytteitä, jotka polttelevat.

— Niiden voi ajatella kertovan tulevaisuudesta, mikrobiologi, akatemiatutkija Hultman sanoo.

Hänen ryhmänsä on paneutunut arktisen maaperän mikrobeihin ja siihen, kuinka olojen muuttuminen vaikuttaa bakteeriyhteisöjen toimintaan. Tutkijat pyrkivät eristämään maanäytteistä mikrobien yhteenlaskettua perimää. Lisäksi he haluavat selvittää, mitkä mikrobisuvut ovat aktiivisia ja mitkä viettävät hiljaiseloa.

Kohti kosteampaa

Tutkijat ovat rakentaneet Kilpisjärvelle Saanan maisemiin mittauspisteiden verkoston. Sen kuivempien kohtien näytteet on jo analysoitu, mutta osa märempien alueiden näytteistä odottaa yhä vuoroaan. Ne kurottavat kohti tulevaisuutta sikäli, että ilmastonmuutoksen eteneminen muuttanee arktista aluetta entistä kosteammaksi — keskimäärin.

Odotettavissa olevien muutosten yksityiskohdista ei kuitenkaan ole varmuutta. Yksi suurista epävarmuuden lähteistä ovat juuri Hultmanin tutkimat eliöt. Hajottaessaan eloperäisiä maakerroksia mikrobit tuottavat ja vapauttavat hiljalleen ilmaan kasvihuonekaasuja kuten hiilidioksidia, metaania ja typpidioksiduulia. Toisaalta on olemassa myös sellaisia bakteereja, jotka hapettavat metaania ja käyttävät sitä näin hyväkseen.

Mutta kummat mikrobit ovat voitolla, hiilensyöjät vai -päästäjät: ihmisen aiheuttaman ilmastonmuutoksen hillitsijät vai ongelmien vauhdittajat? Juuri tämä on keskeinen kysymys Hultmanin laboratoriossa.

Mitkä lajit ovat aktiivisimpia ja niskan päällä nykyoloissa ja mitkä taas hyötyvät, kun ilma ja maa lämpenevät, talvi lyhenee, ikirouta sulaa, jään suojista vapautuu ravinteita ja kosteus lisääntyy?

Ratkaiseva hiilivarasto

Oikeiden vastausten tiellä riittää avoimia kysymyksiä kuin Saanan talvipeittona lunta, nietoksittain. Kuinka selvittää muuttuvien olojen vaikutusta, kun maan mikrobeista ylipäänsä tiedetään kovin vähän? Vieläkin heikommin ymmärretään niiden keskinäistä vuorovaikutusta.

Kysymyksiin täytyy silti uskaltaa tarttua, sillä vastaukset ovat elintärkeitä, Hultman tähdentää. Arktisen ikiroudan suojassa on jättiläismäinen hiilivarasto — kaksinkertainen ilmakehän hiileen nähden ja suurempi kuin maailman kaikissa metsissä yhteensä. Siitä riippuu planeetan tulevaisuus.

— Ei voi sanoa, että me tutkimuksillamme saisimme paljastetuksi edes jäävuoren huipun. Nyt on kyse vasta hippusesta. Emme yritä päästä kiinni yksittäisiin bakteerilajeihin, vaan analyysit tehdään bakteerisukujen ja -heimojen tasolla. Niitäkin riittää kymmeniä tuhansia.

Tärkeitä löytöjä on silti jo tehty.

— Mikrobilajisto vaikuttaa kautta arktisen alueen suhteellisen samanlaiselta. Ollaanpa Alaskassa tai Kilpisjärvellä, DNA-tutkimuksissa piirtyy esiin vain pieniä eroja. Suuret erot löytyvät RNA:sta eli siitä, mitkä mikrobit ovat aktiivisia eri ympäristöissä.

Iloisia yllätyksiä

Ensin käsitellyistä näytteistä paljastui iloisia yllätyksiä. Metaania hyödyntäviä bakteereja löytyi odotettua enemmän.

Hultmanin aavistukset märkien näytepisteiden kairauksista ovatkin sitten synkempiä. Hän on aiemmin perannut Alaskasta kerättyjä näytesarjoja, sulamisgradientteja, ja uskoo löytöjen antavan vihiä myös Kilpisjärven tilanteesta.

— Kun ikirouta sulaa nopeasti eikä sulava maa ehdi metsittyä vaan romahtaa niin kutsutuksi termokarstisuoksi, kasvihuonekaasujen tuotanto kasvaa merkittävästi. Kosteat, hapettomat olot suosivat metaania päästäviä lajeja.

Tällä hetkellä kilpisjärveläiset mikrobiyhteisöt viettävät Hultmanin olettamuksen mukaan varsin rauhallista elämää suuren osan vuodesta. Vasta kun ravinteikkaat sulamisvedet pääsevät alkukesällä valloilleen, syke tihenee.

— Kiihkeimmän kasvukauden ajan tilanne on kiinnostava tutkimuskysymys.

Yksi tunturiseudun tarjoama yllätys on ollut se, kuinka paljon maaperästä löytyy huonosti tunnettuja thaum-arkeoneja. Arkeoneja pidettiin vielä hiljattain kuumien lähteiden tapaisissa ääriympäristöissä elävinä organismeina. 

— Havaintomme kertovat maaperän eliöstön monimuotoisuudesta, jota tiede ei vielä tunne.

Typpisäliö ja vasara

Mikrobien aktiivisuuden paljastava RNA-tutkimus on DNA-tutkimuksiin verrattuna työlästä. Hultman ryhmineen on kulkenut tunturissa nestetyppisäiliöt mukanaan, jotta tosielämän muuttujat saadaan jäädyttämällä tallennettua reaaliajassa.

— Sanon aina opiskelijoille, että RNA:ta ei saa unohtua tuijottelemaan. Se hajoaa nopeasti.

Välivarastona palvelee Kilpisjärven biologisen aseman kylmin pakastin, ja näytteiden kuljetus Helsinkiin tapahtuu jälleen nestetypessä. Laboratoriossa Viikissä työt tehdään kuivajäiden turvaamassa syväjäässä.

Järeille vasaroille on käyttöä.

Kastemadon vaikutus

Hultman haluaa sekä RNA- että DNA-testauksen täsmälleen samasta näytteestä.

— Aivan pienetkin paikalliset vaihtelut maastossa vaikuttavat eri mikrobilajien runsauteen: yhdessä kohtaa on ehkä lojunut kuollut kastemato ja toisessa luikertaa paljon hiiltä maaperään vuotava kasvin juuri. Molemmilla voi olla iso merkitys.

Tutkija on kiinnittänyt työpöytänsä ylle karttasovelluksesta printtaamaansa ilmakuvan. Tuloste on tunkkaisen vihreä, mutta Hultman on iloinen ja ylpeä kuvaan ikuistetusta maisemaikkunasta. Karttaa täplittävien 118 mittauspisteen kautta pääsee hyvin kiinni tunturiseudun luonnonolojen vivahteisiin.

Hultman kollegoineen kairaa joka pisteestä koepalan kahdesta eri syvyydestä: viiden sentin orgaanisesta pintakerroksesta sekä syvemmältä mineraalimaasta, sikäli kuin kivinen tunturin kuve antaa myöden.

Näytepisteet pystytettiin palvelemaan maantieteen professori Miska Luodon ryhmää, mutta ne kuitenkin sopivat kuin nakutettu myös biologien käyttöön. Yhteisvoimin tutkijat pitävät säännöllistä lukua mittapisteiden lämpötiloista, happamuudesta ja kosteudesta.

Horros pelastaa

Hultmanin akatemiatutkijan kausi ja näytteiden tulkitseminen jatkuvat vuoteen 2022 asti. Avoimiin kysymyksiin on siis tiedossa lisävastauksia, mutta joitakin havaintojen linjoja voi jo nyt hahmotella.

— Pääosa bakteereista on sitkeitä peruslajeja ja opportunistiset bakteerisuvut ovat vähemmistö. Emme kuitenkaan voi keskittyä tutkimaan pelkästään aktiivisimpia lajeja, sillä uudet olot saattavat nostaa esiin mustia hevosia, Hultman arvioi.

Myös sukupuuttoja on tiedossa, vaikka mikrobien sietokyky on ihailtava: moni laji selviää hurjistakin muutoksista horrostamalla.

Artikkeli on julkaistu Yliopisto-lehdessä 2/2020.