Perustuotantomittauksia humuspitoisella Mekkojärvellä

Sain LBAYS:n stipendin vuonna 2012 akvaattisten tieteiden Pro Graduani varten Jyväskylän yliopistossa, aiheenani Evolla sijaitsevan, humuspitoisen Mekkojärven perustuotannon mittaukset. Työni oli osa laajempaa Mekkojärven ravintoverkkotutkimusta, jota Professori Roger Jones Jyväskylän yliopistosta johtaa. Graduni varsinaisena ohjaajana toimi FT Shawn Devlin.

Olin suurimman osan kesästä työsuhteessa tutkimusryhmääni, poikkeuksena loppukevät/alkukesä, johon LBAYS:n stipendi tarjosi taloudellisen tuen ja mahdollisti aineiston keruun aloittamisen graduani varten jo varhain. Näytteenottokertoja graduuni tuli kevään, kesän ja syksyn aikana yhteensä kahdeksan, mutta muu projektiin liittyvä näytteiden otto ja analysointi piti kiireisenä lähes joka viikko. Asuinkin lähes koko avovesikauden Lammin biologisella asemalla ja vietin paljon aikaa laboratoriossa näytteitä käsitellen.

Tutkimuskohteeni, Mekkojärvi, on hyvin pieni, kalaton ja erittäin humuspitoinen metsäjärvi Evolla, jota on tutkittu vuosikymmenten aikana varsin paljon. Mekkojärvi jaettiin muoviverholla kahtia ja eri puolille järveä istutettiin biomassaltaan saman verran aikuisia sekä kesänvanhoja ahvenia. Tarkoitus on tutkia, miten saman lajin sisäinen kokovaihtelu vaikuttaa järven ravintoverkkoon. Oma graduni käsitteli järven perustuotantoa ja erityisesti litoraalivyöhykkeen (rantavyöhykkeen) osuutta koko järven perustuotannosta.

Litoraalivyöhyke on habitaatti, josta vesikasvit, pohjalevät, pohjaeläimet, eläinplankton sekä kalat tekevät hyvin monimutkaisen. Erityisesti kirkkaissa ja vähäravinteisissa järvissä litoraalivyöhykkeen on todettu tarjoavan tärkeän ravintoresurssin järven eliöstölle. Suurin osa tutkimuksista onkin tehty kirkkaissa järvissä ja hyvin vähän on tutkittu humuspitoisten järvien litoraalivyöhykkeitä ja niiden perustuotantoja. Koska humuspitoisissa järvissä usein valo rajottaa tehokkaasti perustuotantoa, useimmat fysikaalis-kemiallisiin parametreihin perustuvat mallit ennustavat litoraalin pohjaleville pientä osuutta koko järven perustuotannosta. Mekkojärvessä, jossa valaistua pohjaa ei ole käytännössä ollenkaan, litoraalin perustuotannon osuus kokonaistuotannosta em. mallien perusteella olisi lähes olematon. Mekkojärven litoraalivyöhyke koostuu kuitenkin pääsääntöisesti kelluvasta sammalpatjasta ja vesikasveista, jotka tarjoavat monipuolisen ja hyvin valaistun tarttumapinnan epifyyttisille leville. Mittasin gradussani litoraalin kasvillisuuden pinnalla elävien leväyhteisöjen, perifytonin, perustuotantoa epäorgaanisen hiilen pitoisuuksien eroilla pimeässä ja valossa inkuboiduissa näytteissä. Samaan aikaan mittasin vapaan veden kasviplanktonin perustuotantoa eri syvyyksissä. Lopuksi laskimme estimaatit koko litoraalin perustuotannolle ja vertasimme sitä kasviplanktonin perustuotantoon. Litoraalin perustuotanto oli koko kesän ajan hyvin voimakasta, ja tulosten perusteella litoraalin osuus koko perustuotannosta voi kesällä olla jopa 90 %.

Tulokset osoittivat, ettei varsin yksinkertaisten mallien perusteella tulisi tehdä yleistyksiä. Ennen kaikkea tutkimus antoi pohjatietoa laajemmalla ravintoverkkotutkimukselle Mekkojärvessä. Koska perustuotanto litoraalissa on voimakasta, herää kysymys, minne tuo runsas ravintoresurssi järven ravintoverkossa kulkeutuu. Lisäksi herää kysymyksiä liittyen litoraalin perustuotantoon muissa humusjärvissä, oma tutkimukseni kun edustaa poikkeuksellisen humuspitoisen järven tilannetta, eikä ole yleistettävissä kaikkiin humusjärviin.

Sain graduni valmiiksi kevään 2013 aikana, jolloin avautui myös mahdollisuus jatkaa opintoja samassa tutkimusryhmässä. Tartuin heti tilaisuuteen ja aloitin väitöskirjani teon syksyllä 2013 liittyen Mekkojärven ravintoverkkoon. Toivottavasti löydämme vastauksia edellä esitettyihin kysymyksiin seuraavien vuosien aikana. Haluan kiittää LBAYS:ia stipendistä sekä Lammin biologista asemaa ja sen henkilökuntaa loistavista puitteista, avusta ja hyvästä seurasta gradutyöni aikana. Yhteistyö jatkuu onneksi edelleen väitöskirjatyöni merkeissä tulevina vuosina.

Jussi Vesterinen

Anaerobic bacterial production

The production in lakes has always been a major interest in ecological studies. Phytoplankton, often regarded as the major photosynthetic organisms in aquatic ecosystem, are driven by the sunlight. But in the boreal region where lakes receive a large inflow of terrestrial organic matter, the light penetration is often limited from a few centimetres to a few meters. This added allochthonous matter not only reduces the amount of photosynthetically active radiation (PAR), but at the same time is utilized by bacterial biomass as a source of carbon. And along with the phytoplanktonic respiration they exceed the total phytoplanktonic production resulting in an anoxic hypolimnia. In these environments, with reduced light intensity and reduced oxygen, a community of anaerobic bacteria, or green sulphur bacteria, (GSB) flourish just below the oxic-anoxic interface.

Apart from the anoxic condition, this class of bacteria requires an environment with reduced sulphur compounds and use CO₂ as a carbon source that is fixed via reductive tricarboxylic acid cycling. The cells of GSB contain a special antenna complex, chlorosomes, with bacteriochlorophyll photopigments that are capable of absorbing low light intensity thus, helping them to survive under such conditions. There have been many studies regarding the abundance of GSB in different environments and they have been shown to dominate in anaerobic water layers of stratified water bodies. Light plays the crucial role in photosynthetic reaction and has been suggested that light is the main factor governing primary production by GSB which is required in very low intensity.

In summer 2011, I started my Master’s Thesis with the aim to quantify these anaerobic bacterial productions in small humic lakes. The study site was Evo forest region in Southern Finland and four lakes were chosen on the basis of the background study of those lakes. The primary focus of the task was to build a sampler that would allow the sampling of these bacteria without contaminating the samples by light and oxygen. Once the sampling succeeded, the next step was to measure the production by this class of bacteria. 

The results indicated that there might be some significant role of these anaerobic bacteria in humic lakes as their abundance was plenty in the hypolimnia of study lakes, and are thought to play a major role in primary production in humic lakes. The results of the findings needed to be interpreted more as the final results are still being processed (comparing with phytoplanktonic production). This study tried to shed some light in the basal resources of humic lakes that have been overlooked and still requires further research. Some of the future research questions might be: How much does their biomass fluctuates throughout the year? How does their abundance vary under the ice? How much of the carbon demand do they supply to the zooplankton, if anything at all? Thus, this new dimension, of lake functioning, needs further research in terms of their contribution to the whole lake ecosystem.

Satish Basnet, originally from Biratnagar, Nepal, is a Master's student in Bio and Environmental Science at the University of Jyväskylä, and a 2013 LBAYS grant recipient.

Val av föda hos östfinländska minkar och illrar

När två monster möts pa filmduken brukar slutresultatet vara ett episkt slagsmål och en förstörd stad. I verkligheten när två organismer möts är slutresultatet ofta mindre spektakulärt, men nog intressant. I mitt pro gradu-arbete utforskar jag mötet mellan två mårddjur, nämligen minken (Neovison vison) och illern (Mustela putorius). Jag är speciellt intresserad av att de eventuellt tävlar med varandra om samma sortens föda och ifall det lett till att illrarnas födoanvändning har förändrats. 

Illern spred sig till Finland under slutet av 1800-talet och den var redan då associerad med mänsklig bosättning och agrikulturella landskap. Beståndet ökade ända till 1930-talet, då de årliga fångsterna steg till 4000 djur per år. Antalet fångade illrar började därefter sjunka och den kraftigaste minskningen i fångstmängderna skedde på 1980-talet. Därefter har fångstmängderna hållits i kring 200-1000 individer per år. Orsakerna till illerns tillbakagång är okända, men man antar att det har att göra med fångst, förlusten av levnadsomraden, tävlan med minken och eventuellt den ökade användningen av råttgifter. För tillfället är illerstammen starkast i östra Finland och troligen utdöd eller väldigt svag i de andra delarna. Illern har i Finlands senaste Röda lista bedömts till klassen ”sårbar” just på grund av att populationen avsevärt minskat. Ordentlig kunskap i området fattas, för ingen forskning gällande illerns ekologi eller populationsstorlek har gjorts i Finland sedan år 1989.

Minken har i sin tur spridits sig till Finland via rymlingar från pälsfarmer och individer som introducerats av människan. De första minkarna förvildades i Finland på 1930-talet, men det var först efter krigen på 50-talet som dess spridning verkligen började. På 1970-talet blev minken så vanlig att den fanns i hela landet och den har sedan dess varit allmän i hela landet. Minken har ställvis visat sig vara ett allvarligt hot mot lokala populationer av fåglar och groddjur, och dess närvaro kan också rubba hela ekosystem.

Minken är rätt flexibel i sin födoanvändning. Den fångar främst fisk, kräftor och sork, men den kan också använda fåglar, groddjur och insekter som reservnäring. Även illern är mångsidig i sin födoanvändning, men den anses vara mer beroende av sorkar och groddjur. Ifall minken nu tävlar med illern om föda, och illrarna har skiftat sina födovanor som följd, så kan det också leda till illrarnas förlust. Illern med sitt smalare födspektra klarar sig inte under svårare perioder, medan minken har en hel del olika reservnäringar som den kan uttnyttja. På så sätt kan minken tävla ut illern. För att det finns en risk av att illern lider av minkens närvaro, så är det viktigt att veta om dessa två arters interaktioner i Finland när vi planerar skyddsåtgärder. Därför vill jag i mitt arbete utreda ifall minkens och illerns val av föda överlappar varandra. Ifall det här inte lyckas, så är meningen att ända försöka få ny information om de finska illrarnas ekologi.

För att undersöka saken fick jag dissekera 24 minkar och 35 illrar från östra Finland. Djuren hade, till största delen, tagits med fällor som genast dödar bytet. Jag öppnade alla djuren och tog till vara deras magsäcks- och tarminnehåll. De objekt som hittas i dem försöker jag identifiera så noggrannt som möjligt. Dessutom såg jag på detaljer som kan användas för att bestämma individernas kön, ungefärlig ålder och hälsotillstånd. Till exempeln åldern kan utredas från hanarna genom att mäta tyngden på deras penisben och från honorna genom att se på strålbenets ända. Varför är det här viktigt? För att det här inte är ett noggrant kontrollerat experiment, så måste jag i efterhand försöka kontrollera alla faktorer. Det är tänkbart att djurens kön, ålder, hålsotillstånd, bytesplats och tidpunkt påverkar mycket deras föda. Ett ungt djur är kanske sämre på att fånga viss typ av föda, t.ex. sork, medan de äldre individerna har livserfarenheter som möjliggör en annorlunda diet.

Mitt allmänna intryck tills vidare har varit att minken har ett något bredare födospektra, för det fanns främst sorkar och fisk i deras diet, men också t.ex. ödlor, fåglar och insekter. Illrarna hade däremot i flera fall ätit groddjur och fisk, eller så var deras magar och tarmar tomma. För tillfället är forskningen dock ännu på hälft. En del av magsäcks- och tarminnehållen har identifierats, men jag måste ännu gå igenom alla individer som ätit fisk eller små däggdjur. De små däggdjuren kan vara sorkar, möss eller näbbmöss och de kan eventuellt identifieras till arten genom att se på deras hår i mikroskop. Fiskarna kan igenkännas minst till närmaste ordning från deras ben och fjäll. Uppgiften är ändå utmanande och jag jobbar ännu med att utreda de exakta metoderna för igenkänningen. Till slut kommer jag också att pröva en del matematiska modeller, som bättre beskriver överlappningen av resurser hos två arter. Slutresultatet borde ge en inblick i hur mycket födan mellan illerna och minken sammanfaller.

Niko Björkell