tiistai 8. tammikuuta 2013

Lisääkö monimuotoisuus vakautta?

Olen moneen kertaan toistellut, että korkea biodiversiteetti lisää ekosysteemien vakautta, ja on tämä yleisemminkin hyvin toistettu argumentti. Mutta onko näin?

Lyhyesti: joo kait

Pitkästi:

Asiasta ollaan noin periaatteessa yhtä mieltä, mutta tarkempi vastaus riippuu paljolti tarkastelutasosta. Ravintoverkkojen kohdalla kysymys on vaikea.


Yksinkertainen ravintoverkko. Kuva: Virtuaalimetsä
Jo 50-luvulla tehtiin tutkimuksia, joissa perusteltiin korkean lajimäärän tuomaa vakautta, mutta tuolloin käytetyt mallit olivat tutkijoiden itsensäkin mielestä yksinkertaisia. Vuonna 1972 Robert May esitti kuitenkin päinvastaista. Hän mallinsi, miten ravintoverkon populaatiot muuttuvat lajimääriä muutettaessa pois tasapainotilasta. Hän havaitsi, että kun S on ravintoverkon lajimäärä, C ravintoverkon connectance eli suoraan toisiinsa kytkeytyvien lajiparien (eli viivojen) osuus ja β näiden lajiparien interaktioiden vahvuuden (viivojen "paksuuden") keskiarvo, pysyy satunnaisesti määritetty ravintoverkko kasassa (so. populaatiot palaavat häiriöiden jälkeen tasapainotilaansa) vain, kun:

β(SC)1/2 < 1

Matemaattisesti orientoituneet huomaavat heti, mistä on kysymys, meille muille pitää kertoa, että tuon periaatteen mukaan ravintoverkot kestävät muutoksia vain silloin, kun lajimäärä tai connectance on pieni, eli kun ravintoverkko ei ole liian monimuotoinen. Eli monimuotoisuus päinvastoin vähentää lajiyhteisön vakautta.

No, Mayn tulokset on sittemmin haastettu. Tuossa mallissa esim. voi olla mukana biologisesti järjettömiä luuppeja (A syö B:n, joka syö C:n, joka syö A:n). Eri tavoin rustailemalla ja tarkentamalla tuo Maynkin malli on saatu tukemaan vakauden riippuvuutta monimuotoisuudesta.

Mutta matematiikallahan nyt voi tehdä mitä vain. Mitäpä empiiriset kokeet sanovat asiasta? Mayn mallia on verrattu eri määriin ravintoverkkoja. Joihinkin malli sopii, joihinkin ei. Tämä kertoo paitsi siitä, että erilaiset ravintoverkot ovat erilaisia, myös siitä, että mallit ovat aina yleistyksiä. Esimerkiksi S:n ja C:n suhde tai β eivät välttämättä ole suinkaan vakioita, niinkuin tutkijat ovat olettaneet, vaan esimerkiksi generalistinen petoeläin voi vaihdella saaliseläimiään tilanteen mukaan. Toisaalta hyvin pitkälle spesifististen eliöiden ravintoketjuissa ja -verkoissa Mayn tilanne pitää enemmän kutinsa.

Mutta nyt olemme oikeastaan tarkastelleet asiaa vain populaatiotasolla. Kokonaisten yhteisöjen ja ekosysteemien tasolla vastaus on suoraviivaisempi: kyllä, monimuotoisuus lisää vakautta. Tämä tasohan on ainakin meikäläisen mielestä kiinnostavampi, sillä ekosysteemien toiminta kokonaisuutena on se, mikä meitä ihmisiäkin hyödyttää.

Monimuotoisissa yhteisöissä esimerkiksi tuotantoon ja biomassaan liittyvä dynamiikka on vakaampaa. Jotkin samanlaisesti "toimivat" lajit muodostavat ns. funktionaalisia ryhmiä (vaikka hajottajat, jos ollaan hyvin suurpiirteisiä), jolloin eri lajien populaatiot tasaavat toistensa heilahteluja. Kun toisella ötökällä menee huonosti, sen kilpailijalla voi mennä suhteessa paremmin. Näin ne ylläpitävät vakautta ekosysteemisissä prosesseissa, kuten aineiden kierrossa. Myös empiriikka tukee tätä olettamaa.

¤¤¤

Oman hankaluutensa tuo se, ettei sitä ekosysteemin romahtamista ole mitenkään helppo ennustaa. Lajimäärän kehityksestä ei suoraan voida kertoa, mitä ekosysteemille käy. Ja tässä vaiheessa määrittelen ekosysteemin "romahdukseksi" sen muuttumisen niin paljon, ettei se enää pysty palautumaan entisekseen. Joskus se on huono asia, joskus vanhan ekosysteemin raunioille nousee jotain hyvää, mutta ne muutokset ovat usein hallitsemattomia - ja hyvin vaikeasti palautettavissa. Siksi se varovaisuusperiaate. Lajimäärän vaikutuksesta ekosysteemin vakauteen on esitetty (ainakin) seuraavanlaisia hypoteeseja:
  • Voidaan ajatella, että ekosysteemin toiminta riippuu suoraan sen lajimäärästä. Jokaisen lajin poistaminen vaikuttaa siis yhtä paljon ekosysteemin toimintakykyyn. Tämän meille ennustaa diversiteetti-vakaushypoteesi.
  • Niin kutsuttu niittihypoteesi sen sijaan olettaa, ettei lajien poisto näy ekosysteemissä välittömästi. Tässä hypoteesissa ekosysteemin toimintaa on verrattu usein lentokoneeseen. Periaatteessa jokaisella ruuvilla ja niitillä on lentokoneessa paikkansa - aivan kuin lajeilla ekosysteemissä - mutta aluksi voi irrottaa jokusen ruuvin toisaalta ja pari niittiä toisaalta. Lentokone pysyy ilmassa ja ekosysteemi toiminnassa. Jossain vaiheessa kuitenkin tulee raja vastaan: lentokoneen siipi repeää ja ekosysteemi romahtaa nopeasti.
  • Redundanssi- tai vaihdettavuushypoteesin mukaan taas ekosysteemeissä on reilusti "ylimääräisiä" lajeja suorittamassa samaa ekologista "tehtävää". Lajeja voi siis hypoteesin mukaan poistaa paljonkin, mutta kun raja tulee vastaan, on ekosysteemin romahdus vielä dramaattisempi kuin niittihypoteesissa.
  • Tämän lisäksi on myös idiosynkraattinen hypoteesi, jonka mukaan eri lajien vaikutusta ekosysteemin toimintakykyyn ei voi verrata toisiinsa. Niin kutsutut avainlajit vaikuttavat ekosysteemiin hyvin oleellisesti, kun taas toisten lajien häviämistä ei huomaa kukaan. Esimerkiksi haapa on usein mainittu avainlaji. Vanhan haavan ympärille on muodostunut melkoinen lahottaja-arsenaali ja näiden lahottajien ympärille omat laiduntajansa omine ravintoverkkoineen. Jos otat tästä systeemistä haavan pois, koko tuo systeemi tuhoutuu täysin. Sen sijaan melkoisen moni laji jää toimimaan, vaikka poistaisimme systeemistä punahärön (Cucujus cinnaberinus).

Kuva Metsän kätköissä – Suomen metsäluonnon monimuotoisuus -kirjasta (pdf)








Ja Luonnollisesti löytyy kaikkia näitä hypoteeseja tukevia tutkimuksia. Itse uskoisin, että luonnossa jokainen ekosysteemi on yhdistelmä näitä kaikkia, eri periaatteet painottuvat sitten eri lailla ekosysteemien välillä.

¤¤¤

Palataas vielä niihin ravintoverkkoihin, sillä itse ainakin hahmotan luonnon toimintaa pitkälti niiden kautta. Elämä tuolla luonnossa kun on lähinnä syömistä, lisääntymistä ja syödyksi tulemista.

Lienee varmaan jo tullut selväksi, että jokainen laji on osa suurempaa ravintoverkkoa. Yhden lajin poisto vaikuttaa muuhunkin eliöyhteisöön. Mutta me harvoin tiedämme, miten. Emme me tunne ravintoverkkoja niin hyvin, että osaisimme kunnolla ennustaa mitä muualla tapahtuu, kun jokin laji häviää. Voimme tietämättämme poistaa jonkin avainlajin, tai ainakin jossain määrin merkityksellisen lajin.

Esimerkki: alla on kuva ravintoverkosta. Siis ihan oikeasta ravintoverkosta eikä mistään tämän postauksen alussa olleesta pilipalihöskästä, jossa mustikat syövät karhuja. Voitte kuvitella, millainen duuni tuon kasaamisessa on. Ja tämä esimerkkikin on vain jonkin lammen planktonyhteisöstä, joidenkin kaukana liihottavien kanahaukkojen kanssa työmäärä ei olisi enää hyvän maun rajoissa.

Full-size image (50 K)
Tässä teille ravintoverkko! Lajit merkitty numeroin.
Kuvan perusteella jokainen laji on suorassa vuorovaikutuksessa noin parinkymmenen muun lajin kanssa. Näin ollen ainakin ensisilmäyksellä voisi sanoa, että on aika sama, poistammeko lajin 2 vai lajin 8. Kummassakin tapauksessa viivoja poistuu ja verkko rakentuu ehkä hetken jotenkin toisenlaiseksi.

Ei. Tuo kuva ei kerro todellakaan kaikkea. Ekosysteemin toiminnan kannalta pelkillä peto-saalissuhteiden määrillä ei ole väliä, vaan ennen kaikkea niiden laadulla. Esimerkiksi aineiden kiertoon vaikuttaa ratkaisevasti, millaisia määriä mikäkin peto syö ja mitä. Katsotaanpa toista kuvaa kyseisestä verkosta:

Full-size image (35 K)
Kvantitatiivinen ravintoverkko. Ja te luulitte, että edellisen kuvan laatimisessa oli iso työ.
Kvantitatiivisessa ravintoverkossa on otettu lisäksi huomioon juuri eri interaktioiden voimakkuudet, eli esim. kuinka paljon saalista 10 peto 5 kuluttaa. Tästä kuvasta näemmekin jo, että on aivan eri asia, poistammeko lajin 2 vai lajin 8. Lajin 2 poisto vaikuttaa paljon dramaattisemmin ravintoverkon ainevirtoihin. Ja niiden lopullisten muutosten arvioiminen on vaikeaa, paljon vaikeampaa kuin laji 8 poistettaessa.

Alkanette jo ymmärtää, miksi me biologit ollaan vannoutumattomia varovaisuusperiaatteen kannattajia. Tuollaisten ravintoverkkojen kokomisessa on niin järjetön duuni, ja ne ovat kuitenkin joka paikassa aivan erilaisia, ettemme me tule saamaan selkoa niistä. Ja sen takia me emme tiedä, mitä alueen muussa luonnossa tapahtuu, kun hävitämme sieltä jonkin lajin. Voi olla, että emme huomaa sitä, voi olla että poistimme lajin 8. Toisaalta voi olla, että poistimmekin lajin 2, ja se voi vaikuttaa alueeseen suurestikin.

HC-ravintoverkon lähde: Woodward, Speirs & Hildrew 2005: Quantification of a Complex, Size-Structured Food Web – Ecology 36: 85–135

¤¤¤

Näin. Oleellista minusta on ymmärtää se, että luonto toimii jollakin tavalla, ja poistamalla ekosysteemin komponentteja (lajeja, biotooppeja) me vaikutamme vääjäämättä siihen toimintaan. Ja koska ihminen on täysin faktisesti biosfäärin osa ja riippuvainen ekosysteemeistä, kannattaisi meidän pitää ne toiminnassa. Ei luonnon monimuotoisuudella ole minulle mitään kummempaa itseisarvoa. Tai siis, tottakai on, mutta en minä voi sen varaan rakentaa mitään argumentteja. Monimuotoinen luonto nyt vain vaikuttaa olevan se, mikä turvaa olemassaolomme täällä.

Enkä minä halua niinkään suojella luonnon lajeja, vaan sen luonnon. Lajeissa on  se sviddumainen puoli, että niitä pitää opetella. Ei minusta esmes kannata laittaa kauheasti paukkuja jonkin sellaisen kämmekän, jota on jäljellä vain yksi yksilö, suojeluun. Haluan sen sijaan pitää laajassa skaalassa ravintoverkot toiminnassa, loissysteemit monimutkaisina, turvata nykyisenkaltaiseen hydrologiaan sopeutuneiden biotooppien tulevaisuuden, pitää järvet puhtaana ja niin edelleen. Kun mahdollistamme monimuotoisen ekosysteemidynamiikan ympärillämme, saamme paljon vastalahjaksi. Tästä syystä minä haluan Helsingin seudulle mahdollisimman monimuotoisen luonnon erilaisine biotooppeineen ja lajiyhteisöineen, jottei mitään jää ainakaan puuttumaan.

Että vaalikaa sitä biodiversiteettiä prkl.

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti