Luonto on paikallisesti sopeutunut nykyiseen ilmastoon – sopeutuminen uuteen ilmastoon vaatii uutta evoluutiota

Toimiakseen oikein oikeaan vuodenaikaan eliöiden on seurattava vihjeitä ympäristöstään. Ilmastonmuutoksen myötä näiden vihjeiden ajoitus, kuten lämpimien päivien kertyminen, on nopeasti muuttumassa. Nyt laaja tutkijaverkosto osoittaa, että eliöiden elinkiertotapahtumien ajoitus – eli fenologia – ei pysy ympäristövihjeiden vaihtelun tahdissa. Helsingin yliopiston tutkijat ovat koordinoineet entisen Neuvostoliiton pitkäaikaisseurantojen valtavan tietomäärän ’Luonnon aikakirjat’ – arkistoon kaikkien tutkijoiden käyttöön.

Se, kuinka tarkasti eliöiden elinkiertotapahtumien ajoitus seuraa elottomien vihjeiden ajoitusta, kuvastaa eliöiden aiempaa evoluutiota. Tutkijoiden havaitsemat paikalliset sopeumat jättävät massiivisen jäljen luonnon kalenteriin. Keväällä nämä sopeumat korostavat maantieteellistä vaihtelua eliöiden elinkiertotapahtumien ajoituksessa, mutta syksyllä ne vähentävät sitä. Koska eliöt ovat kehittyneet reagoimaan eri tavoin eri alueilla, sopeutuminen uuteen ilmastoon vaatii uutta evoluutiota.

Interacting species

Pysyäkseen vuodenaikojen rytmissä lajien on reagoitava ilmaston sekä lyhyen että pitkän aikavälin vaihteluihin. Se, kuinka hyvin toistensa kanssa vuorovaikuttavat lajit – kuten nämä kukat ja kukkakärpäset – pysyvät muuttuvan ilmaston tahdissa riippuu osin evoluutiosta. Kuva: Svetlana Bondarchuk.​​​​​​​

Luonnossa lajien elinkierrot seuraavat ympäristön vuodenaikaisvaihtelua. Jotta kasvit kukkisivat samaan aikaan kun niiden pölyttäjät ovat liikkeellä, ja jotta linnut pesisivät aikaan, jolloin niiden poikasille on tarjolla ruokaa – ja sitten lähtisivät ennen kuin lumi peittää maan – on niiden seurattava ympäristöstä saatavia vihjeitä.

– Yksi tällainen vihje liittyy lämpötiloihin: lämpiminä vuosina kaikenlaiset luonnon tapahtumat ajoittuvat aikaiseen ja kylminä vuosina myöhään. Sitä, kuinka paljon tietyn tapahtuman ajoitus muuttuu vihjeen muuttuessa voidaan kuvata ns. ’reaktionormilla’, kertoo professori Tomas Roslin, toinen tutkimuksen pääkirjoittajista. Hän johtaa tutkimusryhmiä Helsingin yliopiston maatalous-metsätieteellisessä tiedekunnassa ja Ruotsin maatalousyliopistossa (SLU, Uppsala).

Koska vuodenaikojen seuraaminen on niin tärkeää siihen kohdistuu myös luonnonvalintaa. Tuloksena lajien reaktionormit voivat muovautua paikalliseen ympäristöönsä. Evoluution tuloksena eliöt voivat vastata vihjeen tiettyyn muutokseen eri tavoin eri paikoissa. Mitä silloin tapahtuu, kun paikallinen ympäristö muuttuu – kuten kaikkialla nyt tapahtuu?

Tähän kysymykseen vastaamiseksi tutkijat ovat koonneet havaintoja sadoista eri elinkiertotapahtumista sadoista eri paikoista ympäri entistä Neuvostoliittoa. Näin syntynyt valtava tietokanta on avannut ennennäkemättömän tilaisuuden tutkia ilmastonmuutoksen vaikutuksia yli valtavan alueen ja yli pitkän ajan.

Lajit reagoivat vuosienväliseen ilmastovaihteluun eri tavoin eri paikoissa

– Tarkastelimme tapahtumia talitiaisen ensimmäisestä laulusta tavallisen rupikonnan ja herkkutatin ilmaantumiseen viimeisten koivunlehtien tippumiseen puusta ", kertoo tutkimuksen toinen pääkirjoittaja Maria Delgado Oviedon yliopistosta Espanjassa. "Huomasimme yleisen ’jäykkyyden’ lajien vasteissa ilmaston vuosienvälisen vaihtelun. Mitä aikaisempi on vuosi, sitä enemmän eliöiden elinkiertotapahtumien ajoitus laahaa jäljessä suhteessa lämpötilasta saatavan vihjeen ajoitukseen."

Willow flowers

Pajujen kukat tarjoavat mettä monille alkukevään hyönteisille. Raidan (Salix caprea) kukkaan puhkeaminen onkin yksi entisen Neuvostoliiton alueella seuratuista eliöiden elinkiertotapahtumista. Kuva: Svetlana Bondarchuk.​​​​​​​

–¨Tämän lisäksi havaitsimme suuria eroja vuodenaikojen ja paikkojen välillä. Reaktionormien erot eri paikkojen välillä korostavat eliöiden elinkiertotapahtumien ajoituksen vasteita keväällä ja vaimentavat niitä syksyllä. Tämän seurauksena tapahtumien ajoitus vaihtelee kantojen välillä enemmän keväällä ja vähemmän syksyllä kuin jos kaikki kannat noudattaisivat samaa reaktionormia. Tuloksena paikalliset sopeutumat jättävät päinvastaisen jäljen kevään ja syksyn eliöiden elinkiertotapahtumiin.

Joukossa sen voima

Tutkimuksen perustana olevat havainnot perustuvat aiemmin kätkettyyn arkistoon. Vuosikymmenien – ja joissakin tapauksissa yli vuosisadan – ajan tutkijat ovat tallentaneet havaintoja luonnon kalenterista yli 150 suojelualueelle entisessä Neuvostoliitossa. Tiedot on koottu huolellisiksi vuosiraporteiksi, yksi kutakin suojelualuetta kohden. Nämä kansainvälisesti ainutlaatuiset havainnot ovat pysyneet pääosin arkistojen kätköissä.

– Viimeisen vuosikymmenen aikana olemme nyt yrittäneet mobilisoida näitä tietoja. Tätä varten olemme työskennelleet upean tutkijaverkoston kanssa, johon kuuluu yli 300 kollegaa yli 80 organisaatiossa Venäjältä, Ukrainasta, Valkovenäjältä, Kirgisiasta ja Uzbekistanista, kertoo Evgeniy Meyke, joka on yhdessä Otso Ovaskaisen kanssa koordinoinut valtavan tietokannan luomisen Helsingin yliopistosta.

Luonnon aikakirjat

Nyt koottu 'Chronicles of Nature' eli Luonnon aikakirjat tarjoaa lähes kaikilta osin poikkeuksellisen arkiston: se sisältää kaikenlaisia lajeja ja tapahtumia, ja se kattaa pitkiä ajanjaksoja (lähes vuosisata) sekä suuria alueita (puolet Aasiasta). Mitä tärkeintä, sen takana on tehtäväänsä omistautunut, tieteellisesti koulutettu henkilöstö, joka on soveltanut tarkasti vakioituja menetelmiä havaintojen keräämiseen. Monet verkostoon osallistuvat tutkijat ovat omistaneet koko elämänsä näiden tietojen keräämiseen, ja tieteellisen artikkelin ilmaantuessa kuusi on jo kuollut. Siten artikkeli on kunnianosoitus heidän työlleen.

– Matka on ollut jännittävä– ja tämä on vasta alkua. Olemme innoissamme tämän yhteistyön mahdollisuuksista. Hankkeeseen osallistuvat ympäristötieteiden ammattilaiset ovat antaneet maailmalle mahdollisuuden tutustua elämänpituisen työnsä tuloksiin. Aineisto tarjoaa kansainväliselle tiedeyhteisölle ennestään tuntemattoman aarteen, kertoo Helsingin yliopiston bio-ja ympäristötieteellsen tiedekunnan matemaattisen ekologian professori Otso Ovaskainen, itse hankkeen kantava voima.

– Valitettavasti monet suojelualueet ja niiden henkilöstö ovat tällä hetkellä suurten haasteiden edessä. Toivomme, että tuloksemme herättävät ansaittua mielenkiintoa ympäri maailmaa – ja kiinnittävät samalla huomion näiden alueiden maailmanlaajuiseen merkitykseen ja heidän henkilöstönsä korvaamattomaan tieteelliseen työhön. Jos näiden aikasarjojen annetaan katketa, silloin niitä on jälkeenpäin mahdoton korjata, summaa Roslin.

Alkuperäinen artikkeli:

Delgado, M. d., Roslin, T., [200 authors] & Ovaskainen, O. 2020. Differences in spatial versus temporal reaction norms for spring and autumn phenological events. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2002713117