Järvieläinten rusketus kertoo muutoksista ympäristössä

Tutkijatohtori Liisa Nevalainen nostaa laboratoriossa kellosepän pinseteillä näytettä mikroskooppiin ja katsoo pientä ruskeaa vesikirpun fossilia. Näyte on peräisin Lapin järvista, joiden pohjakerrostumista Nevalainen keräsi kuolleita ja kerrostuneita eletyn elämän jäänteitä tutkijatovereiden kanssa pari vuotta sitten. Kun jäänteitä oli saatu talteen hyttysten keskellä keräten, tutkijat siirtyivät laboratorioon tutkimaan fossiilien rusketusta.

Kun ihminen ruskettuu, se tarkoittaa, että keho synnyttää ihoon melaniinipigmenttiä merkittävimpänä aineena ihoa suojaamaan. Mitä enemmän ultraviolettisäteilyä tulee iholle, sitä enemmän iho ruskettuu. Sama ilmiö tapahtuu monilla eläimillä, jopa vesikirpuilla. Kun vesikirppu kuolee, sen ulkokuori voi vajota järven pohjaan ja säilyä siellä kymmeniä tuhansia vuosia – ja myös rusketus säilyy pohjamudan peittämässä fossiilissa.

Vesikirpun fossiillisessa kuoressa näkyy edelleenkin vuosisatojen jälkeen UV-säteilyn tuottamaa rusketusta. Kuva: Liisa Nevalainen ja otettu helmikuussa 2012 Helsingin yliopistolla.

Auringon säteily vaihtelee

Tutkijoita kuolleiden kirppujen rusketus kiinnostaa.

- Sen avulla voimme arvioida, kuinka paljon eläimet ovat menneisyydessä altistuneet auringon ultraviolettisäteilylle, kertoo Nevalainen.

Altistuksen vaihtelut taas kertovat siitä, mitä muutoksia luonnossa on ajan kuluessa tapahtunut.

- Tutkimuksen tulokset auttavat ymmärtämään nykyisten, ihmisenkin terveyttä uhkaavien ympäristönmuutosten suuruusluokkaa ja nopeutta. Niitä voidaan myös hyödyntää arvioitaessa otsonikadon aiheuttaman ultraviolettisäteilyn lisääntymisen sekä ilmaston lämpenemisen seurausvaikutuksia luonnossa, sanoo Nevalainen.

Tuhansien vuosien muutokset näkyvät

Nevalainen tarkastelee melaniini-pitoisuuksien vaihtelua sedimenttinäytesarjoissa ajassa taaksepäin viimeisimpien tuhansien vuosien ajalta. Tuloksia tehdään tiimissä erilaisten asiantuntijoiden kanssa, jotka kaikki auttavat näkemään uusia puolia ja mahdollisia tulkintoja tuloksissa. Mukana ovat muun muassa paleoklimatologi, vesiekologi ja kvartäärigeologi.

Vesikirppujen melaniinimäärä voi kertoa auringon aktiivisuudesta. Kun auringossa on paljon magneettisia ilmiöitä eli esiintyy paljon auringonpilkkuja ja aurinko säteilee voimakkaammin, tulee myös UV-säteilyä enemmän maapallolle – ja vesikirput ruskettuvat. Tutkijat ovat verranneet fossilien melaniinimäärän vaihtelua muihin lähteisiin siitä, miten auringon aktiivisuus on vuosisatojen myötä vaihdellut. Tulos näyttää, että vesikirppujen rusketus vaihtelee samaan tahtiin auringon aktiivisuuden vaihtelujen kanssa.

Nevalaisen mukaan vesikirppujen rusketus kertoo myös esimerkiksi siitä, kuinka valoaläpäisevää järven vesi on ollut, mikä taas riippuu järven ympärillä olevasta kasvillisuudesta. Liuennut orgaaninen eli eloperäinen aines vedessä, joka tulee osin ympäröivästä kasvillisuudesta, tekee veden tummemmaksi. Kun vesi on tummaa, se suojaa myös vesikirppuja UV-säteilyltä eikä melaniinia kehity yhtä paljon. Kirppu ei rusketu, ja fossiilien tutkija näkee sen laitteellaan. Muutokset saattavat johtua sateiden määrän tai lämpötilojen vaihtelusta, jotka vaikuttavat liuenneen eloperäisen aineksen määrään järvissä.

Näytteitä monin eri tavoin

Nevalaisen kiinnostus on ollut ennen kaikkea pohjoisissa järvissä. Tutkimuksen näytteet ovat Ivalo-Utsjoki-akselilta noin 30 erityyppisestä pienestä järvestä. Käytännön töihin järvillä on kuulunut sedimenttinäytteenotto pohjakerrostumia kairaten sekä erilaiset veden kemiaan ja optisiin ominaisuuksiin liittyvät mittaukset ja vesinäytteenotto.

Järvistä on ensin kerätty kalibraatioaineisto, joissa pintasedimentin perusteella on selvitetty, kuinka paljon eliöt nykyään altistuvat UV-säteilylle. Tämän jälkeen on käyty läpi syvemmällä olevista vanhemmista sedimenttikerroksista otetut näytteet. Kun verrataan nykyään saatavan rusketuksen eroa fossiilien rusketukseen, voidaan arvioida, miten UV-altistus on muuttunut ajan kuluessa.

Tutkijatohtori Liisa Nevalainen (oik.) yhdessä tohtorikoulutettava Marttiina Rantalan kanssa mittaamassa pohjoislappilaisen järven ominaisuuksia. Kuva: Tomi P. Luoto ja otettu heinäkuussa 2014 Pohjois-Lapissa.

Spektrofotometri mittaa ultaviolettivalon imeytymisen

Osa vesinäytteistä on analysoitu tarkasti laboratoriossa järvellä tehtyjen paikallismittausten lisäksi. Nevalainen on eristänyt vesikirpun jäänteet sedimenttinäytteistä, ensin pesemällä näytteistä tarpeettomat materiaalit pois ja sitten nyppimällä mitattavat jäänteet näytteistä kellosepänpinseteillä.

Tämän jälkeen Nevalainen on asetellut jäänteet yksitellen kehittämäänsä sovittimeen eli adapteriin, joka sitten on asetettu spektrofotometriin. Spektrofotometri mittaa, kuinka paljon näyte on imenyt itseensä eli absorboinut sähkömagneettista säteilyä eri aallonpituuksilla – eli tässä tapauksessa ultraviolettivaloa . Näytteen absorptio riippuu sen kemiallisesta koostumuksesta, fossiileissa siis niiden melaniinipitoisuudesta.

Tulokset mittauksista saadaan selvinä vertailukelpoisina lukuina, jotka taulukoidaan niiden iän tai tutkimusjärven mukaan. Tämän jälkeen Nevalainen vertaa tuloksia erilaisiin ympäristömuuttujiin, kuten veden väriin, valonläpäisevyyskykyyn, ravinteisiin, valuma-alueen vaikutukseen, ilmastoon ja auringon aktiivisuuteen. Näin löytyy selittäviä tekijöitä vesikirppujen melaniinin eli käytännössä järvien UV-altistuksen vaihteluun.

Teksti ja video: Visa Noronen