Fashion largely determines what is studied in (aquatic) toxicology

Perjantai 18.10.2019 klo 17:37 - Mikko Nikinmaa

I finished as editor-in-chief of Aquatic Toxicology at the end of July after 14 years. During that time, I have handled more than 6000 manuscripts, which makes it possible to evaluate, what the scientists are studying. It also gives an indication about what is funded, since adequate funding is a prerequisite of being able to carry out the research. Overall, I must say that I am disappointed, since it appears that the funders mainly support fashionable topics, and scientists are naturally willing to do what gives them funding. Associated with this is the positive correlation between fashionable topic and the impact factors of journals. If you have many articles in a journal on a fashionable topic, its impact factor increases, even if the real environmental relevance of the work were poor. I present some major problems, which are the result of trying to do fashionable things instead of thinking already at the outset, what the real environmental relevance of the studies is.

First, it seems that using the newest possible methodology enables you to do work, which has little importance, and still get funded. In the past 15 years the -omics methods have increasingly been utilized by environmental toxicologists. Although they give new possibilities, if properly interpreted and utilized, their improper use is common, and many conclusions are faulty. Most studies use a very small number of organisms, typically 3. This is far too small number for any conclusions with natural populations of animals, especially as their environmental responses may involve changes in variability. I suppose everybody accepts that the responses to toxicants depend on the functions of proteins and their disturbances. Yet, most studies forget this, and based on real-time PCR, microarray or RNA-seq data, which show an increase in steady-state mRNA level conclude that the function encoded by the gene studied has increased. However, this need not be so: if the protein activity decreases because of the action of a toxicant, transcription is increased as a compensatory response. Yet, even after the compensatory response, protein activity may be reduced. In fact, some studies have seen this happening, but have not indicated this obvious explanation just being surprised of the finding. While the above concerns the commonly used transcriptomics, one can find problems with proteomics and metabolomics also. Basically, since toxicants can only affect organisms, if they disturb some functions, functional measurements are required. The -omics data help in finding the genes and consecutively functions, which may be affected. The reason why this is seldom done is twofold: functional measurements are time-consuming, and it is hard to make them high-throughput; the methodology is usually classical and does not attract funders as the use of fancy methodology does.

Second, nanotoxicology was in fashion a couple of years back. Between 2010 and 2015 one could publish virtually anything showing that nanomaterials can be toxic. In most cases, the amount of nanomaterial used has little bearing to what the environmental levels are or may be in future. Yet, relating the toxic actions to nanoparticles to their environmental occurrence is virtually undone. I fear that the same is happening with the new fashionable topic: microplastics. Horror stories are told about the effects of microplastics. Yet, virtually nothing is known about the effects of environmentally occurring levels of microplastics on the function of organisms.

Third, climate change and interactions of toxicants with temperature or oxygen level, or other environmental variables has hitherto been understudied. This knowledge gap is presently being filled. However, a significant problem remains, and most studies do not even indicate its existence. The studies are typically short, often 1-20 days, and the temperature, carbon dioxide or oxygen level change are typically imposed with virtually no lag time using values expected to occur a hundred years from now. This means that the stress levels in the studies are completely different from naturally occurring ones.

Finally, we are suffering from the tyranny of the mean. Virtually always a toxicological response is considered to be a change in the mean of a parameter. Changes in variance are virtually never considered as a toxicological endpoint. One is considering the heterogeneity of data only as determining if data transformation is needed for statistical testing. Yet, when I went over many toxicological studies, I observed that in most of them variability changed without a change in mean. In those cases, variability is undoubtedly a more sensitive indicator of a toxicological response than the mean. We have pointed out the possible importance of variability as a toxicological end point (Nikinmaa, M., Anttila, K. Individual variation in aquatic toxicology: not only unwanted noise. Aquatic Toxicology 207, 29-33; open access)

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: nanotoxicology, microplastics, omics

Nobel Prize for Oxygen Sensing and Hypoxia: the Environmental Relevance of Phenomena

Tiistai 8.10.2019 klo 9:37 - Mikko Nikinmaa

One of the most conspicuous changes that occur in the aquatic environment is the increasing occurrence of hypoxic areas. The Nobel Prize in Physiology and Medicine is this year given to three scientists, Kaelin, Ratcliffe and Semenza, who have studied and discovered the mechanism of how oxygen deficiency controls gene expression in man. Compared to air-breathers, fish and other aquatic animals must get by with 1/30th of the oxygen concentration. They are further faced with marked variations in oxygen level both daily and seasonally (or unknown periods of time). Further, since fish are poikilothermic, temperature changes affect their oxygen requirements conspicuously.

The oxygen sensing and transport system of fish must therefore be more vHIF.bmpersatile than that of mammals. We have studied the oxygen sensing and hypoxia-inducible factor (HIF) system, i.e. the phenomena now awarded Nobel Prize, since the late 1990’s. First, we observed that hypoxia-inducible factor was present in cells already in normal venous oxygen tension, although it increased in hypoxia (in humans and laboratory rodents it is only found in hypoxic conditions). Second, we observed that although the hypoxia-inducible factor level was controlled posttranscriptionally, also gene transcription could be modified. The HIF transcription depended on the number of hypoxic bouts experienced by the animal (in humans the control of HIF level occurs posttranscriptionally). Finally, we observed that HIF level was affected by temperature (something that is irrelevant for us homeotherms). These facts, together with the observations of interactions between HIF and circadian rhythms and environmental pollutants show that the system given the Nobel Prize for is more versatile in poikilothermic water breathers than humans.

Given that oxygen is a limiting factor in aquatic environment, it is no surprise that HIF system in fish has evolved differently in different fish groups depending on their oxygen requirements. In continuation, the possibilities of fish to adapt to climate change and environmental pollution are markedly affected by what their HIF system is. Thus, the Nobel Prize winning studies have a significant environmental angle. This has been reviewed to some extent in Nikinmaa, M. and Rees, B.B. (2005) Oxygen-dependent gene expression in fishes. Am. J. Physiol. - Regul. Integr. Comp. Physiol. 288, 1079-1090 and in Prokkola, JM and Nikinmaa M (2018) Circadian rhythms and environmental disturbances - underexplored interactions. J. Exp. Biol. 221, jeb179267. The evolution of HIF system in animals was explored in Rytkönen KT et al (2011) Molecular Evolution of the Metazoan PHD–HIF Oxygen-Sensing System. Mol. Biol. Evol. 28: 1913-1926.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: climate change, temperature, hypoxia, evolution, environmental pollution

Heat and Carbon Dioxide Absorption of the Seas; How Long Can it Help Us?

Sunnuntai 6.10.2019 klo 17:53 - Mikko Nikinmaa

Reading the IPCC Special Report on “The Ocean and Cryosphere in a Changing Climate”, a couple of things, which can have important effects, have got very little attention in the news. The news have mainly concentrated on melting ice and sea level rise, but the role of oceans hitherto taking up most of the carbon dioxide and heat can become a significant problem in the future, if it starts to reach the limit.

First, the oceans have absorbed much of the heat. This may lead to the following consequences. The temperature increase and temperature variations are a major contributor to the hurricanes and typhoons, and to the increase in their strength. Further, the aggravated temperature changes in the oceans will influence the rains, their strength and predictability. The second major effect of heat uptake by the oceans is that it increases the temperature of the surface water. This, together of the melt water from the glaciers, decreases the density of surface water and increases stratification. Since mixing of water is necessary for proper oxygenation, it is no surprise that oxygen-minimum zones in oceans have recently increased in area. The lack of oxygen decreases the habitats available for fish and other marine animals. Increased stratification and decrease Valimeri.jpgin temperature difference between tropical and polar areas will also reduce the generation of water currents, e.g. the Gulf stream, which partially maintains the favourable climate of Europe. Finally, if the heat capacity of oceans is exhausted, for the same amount of heat energy an increase of air temperature becomes   larger.

The absorption of carbon dioxide in the oceans acts like any other carbon dioxide sink by decreasing the amount of carbon dioxide free in atmosphere thereby decreasing temperature increase. However, an increase of temperature decreases the solubility of carbon dioxide in water. Thus, the heat absorption by the sea will decrease carbon dioxide absorption, and decrease the role of the ocean as carbon dioxide sink. In addition, carbon dioxide causes ocean acidification. Ocean acidification causes problems for all the animals with calcium carbonate shells. Calciferous shell production is made more difficult, and since the shells have carbonate, their reduced production and sinking of dead animals to sea bottom will further reduce carbon dioxide removal. In addition to effects on calcification, ocean acidification has effects on, e.g., sensory and other functions of fish  (Cattano et al 2018. Living in a high CO2 world: a global meta‐analysis shows multiple trait‐mediated fish responses to ocean acidification. Ecological Monographs 88, 320-335; Esbaugh 2018. Physiological implications of ocean acidification for marine fish: emerging patterns and new insights. J. Comp. Physiol 188B, 1-13; Tresguerres and Hamilton 2017. Acid–base physiology, neurobiology and behaviour in relation to CO2-induced ocean acidification. Journal of Experimental Biology 220, 2136-2148). We have written an overview of the effects of ocean acidification on animal function (Nikinmaa M and Anttila K. 2015. Responses of marine animals to ocean acidification. In: Climate Change and Marine and Freshwater Toxins, Botana, LM, Louzao, C and Vilarino, N (eds.) De Gruyter: Berlin, pp. 99-123).

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: climate change, ocean acidification

Good News - the Number of Children in the World Is Decreasing

Lauantai 5.10.2019 klo 16:18 - Mikko Nikinmaa

First, I need to point out that I like children, and the future of mankind depends on an adequate number of children. However, population growth is the root of all environmental and climate problems we have. It was quite shocking to see, for example, a picture where world population change and change of energy consumption were both included. The two figures could have been superimposed. This is because during recent years the energy consumption in areas with high energy use has decreased, but in developing countries every additional person increases the (per person small) energy consumption.

In view of this, the recent report that the number of children has decreased in every part of the world is really something positive. This opinion is opposite to the worry that the proponents of continuous growth preach. According to them the population needs to grow in order to guarantee future well-being. However, isn’t the outset behind limitless growth untenable? For continuing until eternity, it would require that there are no limits in the earth’s resources. The climate change, environmental pollution, erosion and decrease of suitable agricultural land, overfishing, and biodiversity loss all indicate that we have reached the limits of the earth. Since it is largely caused by increasing human population, any decrease and even stop of population growth is welcome.

It is even more welcome that population is starting to shrink in industriIMG_20170803_0028.jpgalized countries. This is because every person in, e.g., Europe uses a given amount of resources 5-10 times faster than a person in Asia or Africa. Thus, a modest population increase in Africa and a small population decrease in Europe will mean an overall decrease in resource use. However, the closer the gross national product in African countries gets to that of European and North American countries, the smaller the possible effect is.   

In view of the above considerations we need to start thinking in global (environmental) terms. Putting walls between nations and thinking nationalistically is the worst we can do – since none of the environmental problems and their consequences follow national boundaries. It is further important to note that even if population growth already decreases, without additional measures the world population increases another hundred years. Because of this, the two measures which are the most effective means of decreasing birth rate, improving education and women’s status, should be in the centre of any developmental aid. One cannot and must not accept patriarchal aspects of culture: people should be treated equal regardless of their gender, colour, ethnicity or disability.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: population growth, resource use, climate change

Dohan yleisurheilun MM-kisat - nyt katkesi kamelin selkäranka

Tiistai 1.10.2019 klo 11:43 - Mikko Nikinmaa

Olen aina ollut innokas penkkiurheilija. Viisikymmentä vuotta sitten heräsin keskellä yötä katsomaan Meksikon olympialaisissa yleisurheilun karsintakilpailuja ja olen varmaan katsonut suunnilleen kaikki televisioidut jalkapallon MM-kisojen ottelut 1966 Lontoon kisoista lähtien. Mutta kaikelle tulee näköjään loppu. Ja se loppu tuli nyt yleisurheilun MM-kisojen katsomisen osalta.

Olen jo pitkään tiedostanut, että huippu-urheiluun liittyy paljon luonnonvarojen tuhlailua ja piirteitä, joita emme mitenkään voi yhdistää ilmastomuutoksen vastaiseen taisteluun. Siitä huolimatta olen horjunut periaatteistani ja katsonut hyvää viihdettä – sillä sirkushuvejahan kaikki urheilu on. Enkä ole horjunut periaatteistani yksin. Kun yleisurheilun MM-kisat olivat viimeksi Lontoossa, katsojia oli kymmenen päivän kuluessa 750 000. Siihen verrattuna päivittäiset muutama tuhatta katsojaa Dohan kisoissa tuntuu naureIMG_20170729_0016.jpgttavalta. Paikallisia kiinnostavat kameliratsastuskilpailut enemmän. Ei edes katsojien vähäisyys olisi viimeinen naula arkkuun, mutta stadionin energiankulutus on. Kun Quatarin lämpötila tällä hetkellä on nelisenkymmentä astetta niin urheilijoiden suorituspaikat – eli koko avoin stadion – ilmastoidaan. Stadionin suorituspaikkojen lämpötila lasketaan suunnilleen viisitoista astetta ympäröivän ilman lämpötilasta. Suomessa on sanonta, että lämmitetään harakoille, kun talojen lämmitystä menee hukkaan. Ehkä Dohassa sitten jäähdytetään kameleille. Avoimen stadionin jäähdytys on suunnilleen sama, kuin täällä yritettäisiin lämmittää hiihtokisojen ulkokatsomot niin lämpimiksi, ettei talvitakkia tarvitsisi. Ja miten jäähdytys sitten tehdään: totta kai öljyvaltiossa öljyä käyttäen. Yleisurheilun MM-kisojen kymmenessä päivässä tuottama hiilidioksidipäästö fossiilisia polttoaineita käyttäen ei ole mitätön.

Urheilujohtajat puhuvat aina siitä, ettei politiikkaa ja urheilua pidä sotkea toisiinsa. Ehkä näin. mutta toisaalta erilaisia kisoja ei pitäisi saada lahjomalla. Ja näin on ilmeisesti käynyt niin tämänhetkisten yleisurheilun MM-kisojen ja parin vuoden päästä olevien jalkapallon MM-kisojen osalta. Jos oikeudenmukaisuuden periaatteita olisi näissä MM-kisoissa noudatettu, olisivat lähes kaikki joukkueet boikotoineet kisoja. Tämä olisi tervehdyttänyt kisojen hankintaa osoittaen, että lahjomalla saatujen kisojen tyhjille katsomoille ei tulla urheilemaan. Onneksi en ole nuori huippu-urheilija, koska siinä tapauksessa en olisi kisoihin lähtenyt, vaikka olisin ollut maailmantilaston kärjessä, kolmesta syystä: 1. Kisojen aiheuttama hiilidioksidikuorma on järjetön, 2. Kisat on saatu lahjomalla, 3. Suorituspaikkoja rakentaneet siirtotyöläiset ovat olleet orjien asemassa.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: ilmastonmuutos, fossiliset polttoaineet, yleisurheilun mm-kisat

Meillä on ongelma

Keskiviikko 25.9.2019 klo 19:47 - Mikko Nikinmaa

Helsingin Sanomien kysely ilmastoasioista toi esiin ongelman, jonka vuoksi merkittäviä toimia on vaikea tehdä. Vaikka puolet ihmisistä haluaisikin Suomen olevan ilmastoteoissa edelläkävijä, toinen puoli väestä on sitä mieltä, että ilmastonmuutoksesta puhuminen on turhaa vouhotusta eikä edes perustu tosiasioihin. Tämä toinen puoli pitää päänsä vaikka kuinka näytetään kuvia arktisen jääpeitteen pienenemisestä, vaikka lämpötilan nousua ei voi kiistää ja vaikka Alpeilta tuskin jäätiköitä enää löytyy. Kun näin suuri osa väestöstä kieltäytyy uskomasta tosiasioihin, on vaikeata tehdä päätöksiä – niitä kun suuri joukko äänestäjäkuntaa vastustaa. Ja jos epämiellyttäviä ilmastopäätöksiä tekee, voi seuraavissa eduskuntavaaleissa olla jyrkästi ilmastomuutosvastainen eduskuntaenemmistö.

Tällainen tilanne ei ole vain Suomen ongelma, vaan kaikkein pahimpana tilanne on tullut näkyviin Yhdysvalloissa sen jälkeen kun Donald Trump valittiin presidentiksi. Hänen ja Suomenkin menneisyyden vankien mielestä ympäristö ei saa asettaa mitään rajoituksia taloudelle. Tästä luin äskettäin vitsin, jossa kovan linjan taloustieteilijä toteaa: ”Maapallon muuttuminen elinkelvottomaksi on vain asia, jonka joudumme hyväksymään menestyvään talouteen pyrkiessämme.”

Niinpä. Kun ympäristöön eniten vaikuttavat ratkaisut olisivat hallituksen määräyksiä, niiden tekeminen on vaikeaa niin kauan kuin suuren osan ihmisistä mielestä ympäristöasiat ovat vain viherpiipertäjien vouhotusta ilman todellisuuspohjaa. Ja valitettavasti en usko, että nämä tosiasioista piittaamattomat ihmiset hyväksyvät tekojen tarvetta ennen kuin muutokset ovat korjaamattomia.  



Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: ilmastonmuutos, talouselämä

On ihan sama mitä polttaa jos tuotetun hiilidioksidin poistaa

Tiistai 24.9.2019 klo 13:53 - Mikko Nikinmaa

Kaikki polttaminen tuottaa hiilidioksidia ja savukaasuissa on erilaisia pienhiukkasia. Niinpä periaatteellisena lähtökohtana pitäisi olla sen, että mikä tahansa poltto on ilmastoa lämmittävää. Hiilidioksidia poistuu ilmakehästä, kun kasvit ja levät sitä yhteyIMG_20170810_0082.jpgttävät. Jos tämä on lähtökohta, niin puun poltto, turpeen käyttö ja fossiiliset polttoaineet, maakaasu, öljy ja kivihiili, ovat täsmälleen toistensa kaltaisia. mikäli jokainen tuotettu hiilidioksidilitra poistetaan ilmakehästä esimerkiksi puita istuttamalla. Olisi sangen helppoa laskea, miten paljon kasvillisuuden tulee yhteyttää, jotta tuotettu hiilidioksiditonni tulee syödyksi. Energian tuotantomuodoista tuuli-, vesi- aurinko- ja aaltovoima ovat täysin päästöttömiä.

Myös kaikki kasvipeitteiset pellot kuluttavat hiilidioksidia. Kun lisäksi niistä vapautuva fosforin määrä on paljon pienempi kuin kynnöspelloilta, tulisi ympäristösyistä maksimoida aika, jolloin pelloilla kasvaa jotakin. Paksu juurikerros ja eloperäinen maa on myös suuri kasvihuonekaasujen varasto, mitkä muokkauksen yhteydessä vapautuvat ilmakehään.

Siis, istuta puita jos ajat autolla ja anna lähiympäristössäsi kasvien vallata maa. Kasvipeitteen lisääminen voi myös lisätä alueen sateisuutta, mikä puolestaan lisää kasvien  kasvua ja hiilidioksidin kulutusta. Tämä voi johtaa positiiviseen kierteeseen.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: ilmastonmuutos, metsätalous, turve, maatalous

Phenotypic plasticity- a key to environmental responses

Maanantai 23.9.2019 klo 16:54 - Mikko Nikinmaa

We have argued that individual variability is very important in responses to toxicants, not just unwanted noise (Nikinmaa and Anttila 2019. Individual variation in aquatic toxicology: Not only unwanted noise. Aquatic Toxicology 207, 29-33; the article is open access, so everyone is free to read it). Reading all the work nowadays with the outset that plasticity is integral to environmental responses convinces me more and more that plasticity of the responses of animals and individual variability are very much overlooked features in how animals can tolerate environmental changes. Just recently, scientists from Israel (Segev et al 2019. Phenotypic plasticity and local adaptations to dissolved oxygen in larvae fire salamander (Salamandra infraimmaculata). Oecologia 190, 737-746) exposed salamander larvae from stream and pond environment to normoxia and hypoxia. The hypothesis was naturally that, since stream larvae never get exposed to hypoxia whereas pond larvae do, pond larvae would respond more to hypoxic conditions than stream larvae. A simple measure of responding, a change in gill size was taken. However, the results show that regardless of the origin of the larvae, the gill size change between normoxia and hypoxia was the same. This is possible only if the animals can respond plastically to oxygen level. If plasticity is great, and is maintained, genetic changes are not required for environmental responses. In fact, genetic changes are a worse alternative than large plasticity within a genotype, since variation achieved by genetic heterogeneity will decrease as soon as conditions are such that some genotypes of the population will not tolerate them. That will not happen, if the variance is a property of one plastic genotype.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: environmental adaptation, variability, hypoxia

Autoilu - miten päästä menneisyyden painolastista kestävään kehitykseen

Sunnuntai 22.9.2019 klo 12:10 - Mikko Nikinmaa

Kun olin lapsi, menimme kilometrin päähän valtatien varteen odottamaan, että amerikkalainen autokaravaani kulkisi ohitse. Myöhemmin auto ja sen omistaminen leimasivat koko toisen maailmansodan jälkeen syntyneen sukupolven elämää. Ennen muinoin kaikki käyttivät joukkoliikennettä. Olen esimerkiksi käyttänyt bussivuoroa Helsinki-Göteborg. Mutta kun rikastuimme, kaikki ostivat oman auton. Tuulilasista ja Tekniikan Maailmasta luimme autoarvostelut ja kuolasimme, kun katsoimme autonäyttelyistä otettuja kuvia hienoista autouutuuksista. Samaan aikaan kun omasta autosta tuli kaikkien normi, joukkoliikenne kuihtui: missä ennen kulki kolmen eri bussiyhtiön linjoja vähintään puolen tunnin välein, menee nyt yksi bussi aamulla koululaisia vieden ja toinen iltapäivällä koulun loputtua.

Totisesti olemme eläneet yksityisauton aikaa ja se on monessa suhteessa helpottanut elämää: on voinut lähteä ja tulla milloin on halunnut, kaupoista on voinut tuoda hankalasti kuljetettavia ja painavia tavaroita sekä asuinpaikalla ei ole ollut suurtakaan väliä, kun autolla on päässyt tarvittaviin paikkoihin. Mutta perinteisestä yksityisautoilusta on nyt tullut menneisyyden taakka, mikä estää kehitystä ympäristö- ja ilmastoystävällisempään suuntaan.

Oikein hätkähdin, kun luin lauantain Helsingin Sanomia. Lehden lauantai-osiossa on edelleen auto-osa. Ja siinä auto-osassa käsitellään autoa pääasiassa auton ostamiseen liittyvästä näkökulmasta. Tietysti voidaan väittää, että auto-osa on tärkeä tuomaan sähköautoja ym. tulevaisuuden ratkaisuja esiin, mutta koko lähtökohta yksityisautoilun ihailusta on kestävän kehityksen kannalta väärä. Autojen haitat eivät nimittäin rajoitu päästöihin, joiden merkityksestä voidaan kiistellä, vaan niihin liittyy kolme täysin käyttövoimasta riippumatonta ongelmaa.

Ensinnäkin maankäyttö – tiet vaativat paljon tilaa, sitä enemmän mitä enemmän autoja teillä liikkuu. Eurooppalaisissa kaupungeissa on usein tiiviit keskukset – ne kun rakennettiin ennen autojen aikakautta, mutta amerikkalaisissa kaupungeissa, jotka on rakennettu autoilun ehdoilla, voi olla mahdotonta päästä haluamaansa paikkaan ilman autoa. Eivätkä autojen aiheuttamat maankäytön ongelmat rajoitu vain kaupunkeihin, vaan maailmanlaajuisesti tiet vievät merkittävän osan muihin tarkoituksiin soveltuvasta maasta. Teiden ja autoliikennettä helpottavien muiden ratkaisujen aiheuttamia kustannuksiakaan ei voi vähätellä. Parasta aikaa pohditaan taas sitä, pitäisikö Helsingin alitse tehdä tunneli helpottamaan autojen kulkua. Kustannusarvio liikkuu tällä hetkellä 1-2 miljardissa eurossa. Tarvetta rakentamiselle ei olisi, jos autojen määrä Helsingin kaduilla rupeaisi vähenemään, mikä olisi kestävän kehityksen kannalta toivottava suuntaus. Keskustatunneli edustaa siis menneisyyden ajattelutapaa.

Toiseksikin mikromuovi. Autojen renkaista irtoavat partikkelit ovIMG_20170803_0065_NEW.jpgat suurin mikromuovien lähde Suomessa ja maailmanlaajuisesti. Irtoavien partikkelien määrä riippuu pelkästään autojen määrästä käyttövoimasta riippumatta. Viime vuosina on puhuttu vain nastarenkaiden aiheuttamasta asfalttipölyn lisääntymistä, mutta renkaiden kuluessa vapautuvat pienpartikkelit ovat lisääntyvän autokannan vääjäämätön seuraus.

Kolmanneksi, edelleenkään ei ole keksitty asfalttia parempaa teiden päällystettä. Näin ollen teiden pinnoitus perustuu suurelta osin öljyn käyttöön. Vaikka teiden asfaltin hiilidioksidipäästöt ovatkin mitättömät, minun on hankala nähdä, että asfaltissa olevien painavien fraktioiden lisäksi muut öljyfraktiot jätettäisiin käyttämättä.

Kun auton omistaminen ja yksityisautoilu on siis menneisyyden lumia, mitä sitten tilalle? Taajamien välinen liikenne onnistuisi suurelta osin raideliikenteenä. Koska ihmisten matkanpää on usein taajamien ulkopuolella, tulisi junaterminaaleissa olla kaupunkipyöriin verrattava kaupunkiautojen noutopiste. Niistä ihmiset voisivat ottaa auton tarpeisiinsa muutamasta tunnista muutamaan päivään. Ne ihmiset, jotka tarvitsevat autoa jatkuvasti ja asuvat haja-asutusalueella, voisivat edelleen hankkia yksityisauton – erityislupien hallinta ei voi olla mahdotonta, tehdäänhän tämä jo nyt, kun vammaiset saavat autoveron palautuksen. Jos ajattelee Helsingin osalta, niin keskustatunnelin kustannuksia paljon pienemmällä rahamäärällä saisi käyttöön 5000 kaupunkiautoa. Kun nämä olisivat asukkaiden käytössä tarvittaessa, niin veikkaanpa, että suuri joukko helsinkiläisistä luopuisi auton omistuksesta ja yhtenä tuloksena olisi autoilusta aiheutuvien haittojen ja kustannusten merkittävä väheneminen.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: ilmastonmuutos, mikromuovit, yksityisauto, joukkoliikenne

Temperature increases but day length does not: an additional problem caused by climate change

Keskiviikko 18.9.2019 klo 15:59 - Mikko Nikinmaa

In temperate and arctic environments most organisms use the predictable day length changes as cues to respond appropriately to oncoming temperature changes (coming of winter or spring; availability of food; time to reproduce; change of fur colour). The day length-temperature interrelationship has remained constant so long that many evolutionary adaptations have taken place. Hares and squirrels change fur colour, hedgehogs start to hibernate, virtually all temperate and arctic mammals and birds reproduce, when food is plentiful, and coastal Arctic fish produce mRNA from gene encoding antifreeze protein in expectation that the protein is needed.

The day length-temperature relationship is unique for geographIMG_0529.JPGically distinct populations. For this reason, even if the temperature tolerance of a southern population of a species would be right for migration to north, the day length temperature mismatch would, for example, make the animal to reproduce, when the food availability is not optimal. Similarly, animals from different latitude change their fur colour at different times. Because of this, even if climate change resulted in temperatures that would be suitable for a southern population of a species, its day length requirements would be inappropriate.

With climate change, the day length-temperature mismatch becomes a serious problem. It is aggravated by the fact that plants and insects with short generation time will be able to respond to temperature increase much more rapidly than vertebrates, which have evolved seasonality. Consequently, food availability during breeding may not be optimal, leading to reduced reproductive success. This kind of indirect effect of climate change on animals is seldom mentioned, but can be even greater that temperature effects themselves alone. We pointed out the problem in Prokkola and Nikinmaa (2018) Circadian rhythms and environmental disturbances – underexplored interactions. J. Exp. Biol. 221, jeb179267; it has recently been reviewed by Walker et al. (2019) Global climate change and invariable photoperiods: A mismatch that jeopardizes animal fitness. Ecology and Evolution 9:10044–10054. Owing to their long generation time, vertebrates can hardly adapt (i.e. accumulate required genetic changes) to the changing day length-temperature relationship. However, tolerance is possible if the plasticity is large: this requires either large genetic variability within population or large phenotypic plasticity (=individual variation) of a genotype.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: biological rhythms, seasonality, arctic, light cycle

Iron availability limits well-being of fish in open oceans?

Maanantai 16.9.2019 klo 11:46 - Mikko Nikinmaa

Iron is essential for production of haemoglobin and many enzymes (e.g. cytochromes, which include most detoxification enzymes). It is known that iron availability is very low in some parts of the open ocean, notably the Southern Seas, areas around Antarctica. It is also known that iron availability limits phytoplankton growth in the oceans. A recent article in Frontiers in Marine Science (Galbraith et al (2019) Growth Limitation of Marine Fish by Low Iron Availability in the Open Ocean. Frontiers Mar Sci 6:509) argues quite convincingly that this may be the case also for fish. One of the good points made by the authors is that the icefish without haemoglobin have only evolved in the iron-poor waters of Antarctica, not in the much iron-richer Arctic waters, although the temperatures in both are the same, and the low temperature is usually used as the reason for the possibility to the evolution of icefish devoid of haemoglobin. If the evolution has been just a random event, the question remains: why has not this random event taken place in the Arctic? Now, because the low temperature allows it, the haemoglobinless icefish benefits immensely from not having to produce haemoglobin. Compared to fish with haemoglobin, its iron requirements are about 20 times smaller, enabling it to live comfortably in iron-poor environment.

If iron availability limits the well-being of fish, it also causes problems with pollutants requiring cytochrome-dependent detoxification. Usually the detoxification system produces more cytochromes upon toxic insults. However, this may be difficult or impossible for species living in iron-poor areas. If this is the case, pollution of the Southern Seas may be a much more serious for fish inhabiting the area than, e.g. for fish living in North Atlantic.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: environmental pollution, icefsh, low temperature

From Acid Rain to Ocean Acidification

Keskiviikko 11.9.2019 klo 18:42 - Mikko Nikinmaa

In 1980’s the environmental problem in the news in Europe was acid rain. The sulphur dioxide (and to smaller extent oxides of nitrogen) emitted in the smoke from coal burning, condensed in clouds, and was part of the rain entering Scandinavian poorly buffered lakes. The pH of the lakes could decrease from 7 to 4 and wipe out virtually all the fish, shellfish and crayfish of the lakes. The toxicity of acid rain was aggravated by aluminium (Al). Aluminium is insoluble at high pH values, but acid rain solubilized it. The free metal ion, predominant at pH-values below 5 is highly toxic, and kills fish and crustaceans by disturbing their ion regulation. At higher pH values the aluminium hydroxides precipitate on the gills of aquatic animals causing their death. As a result of acid rain, the lakes had clear water, but virtually no animal life. At that time aluminium was considered to be a very bad toxicant. Having studied the acid rain-aluminium toxicity, it is difficult for me to understand that presently aluminium sulphate is used to “restore” lakes. Toxic aluminium will kill fish and invertebrates also in this case. Naturally, if the purpose is to get clear water, that is the thing to do, but as the acid lakes justify, clear water does not mean water, where animals can live.

In comparison to freshwater acidification, where water pH could decrease up to 3 pH-units, the most likely pH-decrease in ocean acidification is 0.3-0.4 units by 2100. Asranta.jpg a pH change this would not be a problem for animals, if it were not the result of changes in the carbon dioxide-bicarbonate-carbonate equilibria. In 1970’s and 1980’s the acid-base regulation of animals was studied extensively, using, e.g., hypercapnia (increased carbon dioxide level) as a disturbance. It was found that fish and other aquatic animals are quite poor in handling external carbon dioxide loads. While the degrees of hypercapnia used were much higher than the environmentally relevant ones during ocean acidification, it seems quite clear that any disturbances observed in animals are due to hypercapnia. The reasons for this are at least the following: (1) Aquatic animals have low total carbon dioxide levels. Consequently, any increase in external carbon dioxide tension, as happens during ocean acidification, will decrease the efficiency of carbon dioxide excretion. Since carbon dioxide is the major end product of aerobic energy metabolism, this causes disturbances of energy metabolism. (2) Increased carbon dioxide level can only be achieved at the expense of carbonate levels, which must decrease. All the shells of invertebrates are made of calcium carbonate. Thus, shell formation may be disturbed by ocean acidification. So, it is really the problems of handling carbon dioxide, i.e. hypercapnia, and not the pH-changes, that are the questions in ocean acidification.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: carbon dioxide, pH, climate change, aluminium

World Bank: Anhropogenic Contamination of Aquatic Resources Reduces Economic Growth

Keskiviikko 4.9.2019 klo 18:16 - Mikko Nikinmaa

Just recently, the World Bank published a booklet: Quality Unknown. The Invisible Water Crisis. What it basically says is that the water resources throughout the world are so much affected by human actions that it causes a significant slowing down of economic growth. Reading through the booklet, there is naturally no big news to us water researchers, but it is a good summary of the things that are anthropogenic problems in our water resources, and how these problems affect agriculture, industry and our everyday affairs. However, I bring the World Bank document forward, because earlier on economy and environment have always been brought forward as opposites. And virtually in every case that economic and environmental considerations have clashed, the environmental one has lost. The World Bank report gives a sad tale of what the result is. Economic growth is slowing down largely as a result of decisions, which have been taken in order to boost economy. This indicates that economic thinking should be changed so that environment (natural capital) is primary and must be maintained in good condition. All economic actions must be done so that if they harm environmental balance in one dimension, they must improve it in another so that the overall status is not affected. It is the path to sustainability.

The Quality Unknown report can be found at, where also the ideals of the World Bank are brought forward. Quickly reading through them, I feel that should be the direction that economic thinking in united world goes to.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: natural capital, water pollution, sustainability

Liputuspäivä Suomen luonnolle

Lauantai 31.8.2019 klo 12:23 - Mikko Nikinmaa

Tänään on liputuspäivä Suomen luonnolle. Vaikka uutisointi yleensä tuokin esiin vain ongelmat ympäristön tilassa kuten sen, että eliöiden lajikirjo on köyhtymässä – joka kymmenes Suomen eliölaji on uhanalainen – ja että Itämeren rehevöitymisen seurauksena sinileväkukinnat ovat lisääntyneet, ajattelin, että liputuspäivän kunniaksi toisin esiin luonnossa tapahtuneita positiivisia asioita.

Vaikka eliöiden lajikirjossa onkin suuria ongelmia – esimerkiksi 1960-1970-luvuilla yleiset isokuovi, peltosirkku, hömötiainen ja tavallinen varpunen ovat kovaa vauhtia harvinaistuneet – useat lajit ovat huimasti yleistyneet. Kaikista suurin muutos on tapahtunut merimetsokannassa. Merimetsohan herättää suuria tunteita, kun sen pesimäpaikoilta häviää kasvullisuus lähes täysin. Kuitenkin varmaan on niin, että jos Suomessa olisi aina ollut nykyiset 10000-15000 pesivää merimetsoparia, mihin kanta näyttää nyt vakiintuvan, kukaan ei olisi erityisen paljon kiinnittänyt huomiota pesimissaarten ongelmiin. Merimetson suurin synti on se, että hävittyään Suomen alueelta pari sataa vuotta sitten, se rupesi 1990-luvulta alkaen levittäytymään takaisin. Itämeren tilassa tapahtunut muutos todennäköisesti mahdollisti sen.

Merimetsojen lisäksi hylkeet ovat melkein aina otsikoissa vain negatiivisessa mielessä. Itämeren hylkeet olivat katoamassa 1970-luvulla. Tuolloin vain 10-20 % hyljenaaraista oli lisääntymiskykyisiä ja Suomen harmaahyljekanta oli pienimmillään alle 500. Ennen 1940-luvun lopussa alkanutta vähenemistään kanta oli suunnilleen sama kuin nykyisin, eli n. 20000 yksilöä. On ilman muuta selvää, etteivät 500 eläintä pysty aiheuttamaan kalastukselle samanlaisia ongelmia kuin 20000, mutta minusta meidän pitäisi miettiä syitä siihen, miksi lajin yksilömäärä pieneni huimasti ja rupesi sitten palautumaan.

Varsinkin kun samaan aikaan kuin hylkeet, merikotka oli kuolemassa sukupuuttoon 1970-luvun puolivälissä, jolloin koko Suomen vuotuinen poikasmäärä oli alle Itameri_1.jpgviiden. Tänä kesänä poikasmäärä ylittää 550. Huomattavaa on, että merikotka käyttää ravintonaan muun muassa merimetsoja, joten lajin yleistyminen säätelee osaltaan merimetsokantoja.

Lajien yleistyminen Suomen vesialueilla viime vuosina ei rajoitu vain eläimiin, vaan esimerkiksi rakkolevä (nykyiseltä nimeltään rakkohauru) on viime vuosina taas yleistynyt huolimatta siitä, että veden rehevöitymistä on pidetty kantaa vähentävänä tekijänä.

Itämeren rehevöitymisen on katsottu aiheuttavan viimeaikaiset sinileväkukinnot. Sinilevien kasvua kiihdyttääkin erityisesti korkea fosforipitoisuus. Jos Itämeren vesi ei olisi rehevää, sinileväkukintoja ei esiintyisi. Tämä on totta. Mutta Itämeren veden ravinnepitoisuus on ollut lähes muuttumaton 1980-luvulta alkaen, enkä ainakaan muista silloin olleen massiivisia sinileväkukintoja. Niinpä tuolloin on vedessä täytynyt olla jotakin muuta, mikä on vähentänyt sinilevien kasvua. Tämä samainen jokin muu aiheutti hylkeiden ja merikotkien lisääntymishäiriöt ja oli yhtenä syynä rakkolevien vähenemisessä. Pysyvien ympäristömyrkkyjen pitoisuudet Itämeren vedessä ovat vähentyneet jopa kymmenekseen pahimpien aikojen pitoisuuksista. Kun PCB- ja dioksiinipitoisuudet vieläkin usein ylittävät EU:n ravinnolle asetetut rajat silakassa ja lohessa, voi vain aavistella, kuinka korkeita pitoisuudet olivat 30-40 vuotta sitten. Mutta silloin ei ollut sinileväkukintoja.

Suomen luonnon juhlapäivänä meidän kannattaakin muistaa, että negatiivisista uutisista huolimatta moni luontoon liittyvä asia on nyt paremmin kuin esimerkiksi 50 vuotta sitten. Lisäksi keskimäärin ihmisten ympäristötietoisuus on selvästi parantunut ja voikin ruveta miettimään, että ympäristön tila tulee ensisijaiseksi taloudellisia ratkaisuja tehtäessä. Tämä on välttämätöntä, koska talouselämää ei ole, jos ympäristö ei ole hyvässä kunnossa.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: Itämeri, sinilevät, merikotka, pysyvät ympäristömyrkyt

The World Is Burning

Sunnuntai 25.8.2019 klo 11:36 - Mikko Nikinmaa

Massive forest fires rage in Amazonas, mainly Brazil, in Indonesia, in Siberia, in Alaska, in Canary Islands…Probably Portugal, Spain, California and Australia are next in line. In several of the Amazonian fires it is clear that they are intentionally started to clear the unproductive rainforest to economically productive agricultural land to produce especially soya beans (and to less extent cattle and different crops). The present President Bolsonaro has said that the international concern about Brazilian wildfires is to slow down the development of Brazilian economy. This is another example of how the nationalistic agenda surpasses what is needed to maintain a healthy earth. In this nationalistic rant it is forgotten that the Amazonian rainforest actually keeps the temperatures down and generates rain that is needed worldwide to maintain agricultural production. When the forest is cut, first the drier parts of the area turn into savanna and with time into desert. One has earlier had forest in a large part of Sahara. To maintain a healthy earth one thus needs a change from nationalistic thinking to globalism, but not the globalism that has earlier been mainly Savanni.jpgthought of as economic globalism. Instead we need environmental globalism.

The huge difference between the two has become apparent in the reaction of many European politicians to the negotiated trade deal with South American countries (as the most important partner Brazil) and European Union. As far as I have understood, the agreement has the provision that it may not be accepted by EU, if the Paris Climate Accord is not followed (mainly by South American countries). The intentional ignition of the forest fires is certainly an action against the Climate Accord. Despite this, so far only France and Ireland have indicated that ratifying the trade deal should be stopped.

Overall, the presently burning forest fires release so huge amount of carbon dioxide that they surpass the yearly emissions of at least all of Scandinavia but soon most of Europe. They contribute to the vicious circle – an increase of carbon dioxide level increases the temperature, which increases droughts and the likelihood of new, uncontrollable fires.

What we need is a change in attitudes, also in economic circles and among state leaders. Nationalism and nation states should be history just as economic globalism. Instead we need environmental globalism. If we approach the climate and other environmental problems this way, we can all live quite comfortably in the world. The technological solutions are there, if we can just stop being selfish and nationalistic, and stop the approach that economy and environmental thinking are opposites. There is no economy without livable environment.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: climate change, globalization, forest fires, nationalism

Asennemuutos - Nyt!

Perjantai 23.8.2019 klo 12:03 - Mikko Nikinmaa

Siperian, Alaskan ja Amazonasin metsät palavat kaikkien aikojen ennätystahdilla. Mitenhän Kalifornian metsät palavat, kun siellä pian alkaa metsäpaloaika. Alaskassa jokiin nousevat Tyynenmeren lohet ovat kuolleet ennen kutua, kun korkeasta lämpötilasta johtuen kalojen hapenkulutus on ylittänyt maksimihapenottokyvyn. Grönlannin rannikolla sulavat ja mereen loiskahtavat jäävuoret ovat pelästyttäneet melojat rannan lähellä. Useiden asuttujen paikkojen lämpötila on ylittänyt 50 astetta ja jopa Hollannissa ja Saksassa korkeimmat mitatut lämpötilat ovat olleet päälle 40 astetta. Tieteellisessä artikkelissa on jo osoitettu ikiroudan sulamisesta aiheutuvaa metaanin lisääntymistä (Lara ym, 2019, Journal of Geophysical Research – Biogeosiences 124, 1560-1573).

Kaikesta tästä huolimatta maailman johtajissa Brasilian presidentti Bolsonaro, USA:n presidentti Trump ja Venäjän presidentti Putin kiistävät, että mitään merkittävää olisi tapahtumassa maailman ilmastolle ja talouspiirit kaikkialla vannovat taloudellisen kasvun nimiin. Populismin yleisimpinä piirteinä ovat rajat kiinni-mentaliteetti ja kansallistunteen korostaminen. Tähän liittyen Suomessa korostetaan aina, kuinka pienen osan mistään maailman päästöistä me aiheutamme, joten millään, mitä teemme, ei ole maailmanlaajuista merkitystä. Esimerkiksi, vaikka turpeen käyttö energianlähteenä on ilmaston kannalta pahempi kuin kivihiilen (itse turpeen polton lisäksi turvesoista vapautuu keräyksen yhteydessä mm. metaania), saa lehtien yleisönosastoista lukea seuraavaa: ”Siksi turvetuotantoa koskevien päätöksien pitää perustua tosiasioihin eikä mielipiteisiin.” Tämä sen jälkeen, kun kaikkea tietämystä turpeen käytön haitallisuudesta vähätellään muun muassa Suomen pienuuteen vedoten. Samaten kuulee: ”Meillä Suomessa ei ole väestökasvuongelmaa, tehkööt ne jotakin, missä ongelmat ovat.” Samaan aikaan keskimääräinen suomalainen on kuluttanut osuutensa maailman luonnonvaroista jo huhtikuussa, kun kaikkien maailman asukkaiden ylikulutuspäivä on vasta elokuussa. Tällä hetkellä kulutamme kaikkialla tulevien sukupolvien luonnonvaroja.

Ilmastomuutokseen liittyvät ongelmat ovat nykyisin niin suuria, että yksilöiden pikkunäpertelyllä niitä ei pysty ratkaisemaan varsinkaan, kun suuri osa ihmisistä maailmanlaajuisesti ei tiedosta/hyväksy ongelman olemassaoloa. Jotta merkittävä muutos saataisiin aikaan, tarvitaan asennemuutos päättäjätaholla. Kaiken kaikkiaan asennemuutos ja sen jälkeinen toiminta mahdollistaisi kohtuullisen elämän meille ja jälkipolvillemme – vielä. Mutta jos asennemuutosta ei tapahdu, ajamme täyttä vauhtia viimeiseen jäävuoreen ja maapallon ongelmat ratkeavat niin, että suurin osa ihmiskunnasta tuhoutuu, minkä jälkeen ei enää ole ilmastomuutosongelmaa, kun ihmispopulaatio on romahtanut. Ilmeisesti sitä populistit haluavat, kun ummistavat silmänsä kaikilta merkeiltä ongelmista ja esittävät toimia, jotka vain nopeuttavat katastrofin tuloa.

Asennemuutokseen, joka antaisi meille edelleen mahdollisuuden hyvään elämään, kuuluvat seuraavat tekijät:

  1. Koska meillä on vain yksi maapallo, meidän on kokonaan unohdettava kansallisrajat. Globalisaatio on aikaisemmin toiminut talouselämän ehdoilla, mutta nyt on tullut aika muuttaa ympäristö globalisaation lähtökohdaksi.
  2. Taloudellisen kasvun ja talouskilpailun sijaan on etsittävä uudet lähtökohdat menestyksekkään toiminnan mittaamiseksi. Negatiivinen kasvu, taantuma, voisi olla toivottava ilmiö, jos sen tuloksena ihmisten kiire vähenisi. Kaiken toiminnan lähtökohtana pitäisi olla ympäristön hyvinvointi. Meillä ei voi olla toimivaa taloutta, jos ympäristö ei ole elinkelpoinen.
  3. Väestönkasvu on saatava loppumaan. Muutos voi käytännössä tapahtua vain, jos naisen asema parantuu ja keskimääräinen koulutustaso nousee. Suuret lapsimäärät ovat tyypillisiä erityisen patriarkaalisille ”kulttuureille”, joissa naiset eivät ole juuri muuta kuin synnytyskoneita ja miesten tarpeiden tyydyttäjiä. Meidän tulee kaikin keinoin kohottaa naisen asemaa käyttäen esimerkiksi kehitysapua tähän.
  4. Erilaiset ympäristön hyväksi tehtävät investoinnit on tehtävä sinne, missä niistä on suurin hyöty. Näin ollen voi olla, että suomalainen ympäristöinvestointi tehdään Indonesiaan, mutta koska kansallisuusajattelusta on luovuttu, suomalaisetkin riemuitsevat ympäristön tilaan saadusta parannuksesta.
  5. Verosuunnittelu lopetetaan. Kaikki yritykset maksavat kohtuullisen, liikevoittoon perustuvan veron, jossa konsernien sisäisiä varainsiirtoja ei voi käsitellä veroa vähentävinä lainoina. Lisääntyvä verokertymä, joka on varmaan satoja miljardeja euroa, käytetään ympäristöinvestointeihin.
  6. Maiden puolustusbudjettien ylärajaksi asetetaan 2 %. Tämän ylimenevä osuus käytetään ympäristön tilan parantamiseen. Kun rajan ylimenevällä osalla nykyisin palkataan henkilöstöäkin, näiden tehtävä muuttuu oman kansallisvaltion puolustamisesta ihmiskunnan eloonjäämisen puolustamiseen. Tuloksena taas vähintään satoja miljardeja tTuloksena taas vähintään satoja miljardeja tulee nykyistä parempaan käyttöön.

Ehkä edellä oleva teksti on utopiaa, mutta sen kaltaista utopiaa tarvitaan, jos halutaan, että ihmiskunta jatkaa eloaan joutumatta katastrofiin. Viime aikojen populismin ja yksinvaltiuden nousua on paljon pidetty liberaalin demokratian loppuna. Minusta näin ei suinkaan ole laita, vaan kaikkialla missä ihmisten koulutustaso sen mahdollistaa, ihmisarvoon perustuva liberaali demokratia on nousemassa takaisin. Paremminkin on niin, että populismin valtaan nostamat johtajat ovat osoittaneet kelpaamattomuutensa.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: ilmastonmuutos, kehitysapu, tasa-arvo

Kalakuolemat - hellesäiden riesa

Keskiviikko 21.8.2019 klo 12:09 - Mikko Nikinmaa

Taas on jouduttu uutisoimaan kalakuolemista. Tällä kertaa Rautalammilla. Kuten viime vuonnakin, mitään saasteita tai sairauksia ei löydetty syyksi. Näin ei kyllä olekaan. Yhteistä viime- ja tämän vuoden tapauksille on se, että ne ovat näkyneet matalissa vesissä kuuman jakson aikana. Kun veden lämpötila matalassa vedessä nousee, ei mistään löydy kylmää vettä, jossa kalojen elintoiminnat (ja hapenkulutus) säilyisivät elämän mahdollistavalla alueella. Suomessa elävät kalat ovat kaikki kehittyneet vuosituhansien kuluessa suhteellisen alhaista lämpötilaa kaipaaviksi, kun veden lämpötila on pitkään lähellä nollaa. Tästä on seurauksena se, että ne sietävät korkeita lämpötiloja huonosti. Sama laji Keski-Euroopassa voi sietää useita asteita korkeampia lämpötiloja kuin suomalainen. Kala voi kuolla, vaikka happipitoisuus ei olisikaan laskenut ja vaikka kalan kiduksissa tai verenkierrossa ei olisikaan aluksi mitään näennäisiä ongelmia. Vaihtolämpöisen kalan solujen minimiaineenvaihdunta on vain noussut niin korkeaksi, ettei se enää riitä tyydyttämään solutoimintojen hapen tarvetta. Ja tästä sitten ajaudutaan tilanteeseen, jossa sydämen pumppausteho vähenee, verenkierto hidastuu, solut saavat vähemmän happea ja kärsivät hapenpuutteesta entisHeinakuu7.jpgtä kauheammin – vaikka veden happipitoisuus ei olisikaan laskenut.

Kun kuolleita kaloja tutkitaan, havaitaan aina, että kidusepiteeli on paksuuntunut. Tämä havaitaan kuolinsyystä riippumatta Amazonasilla, Alaskassa, Australiassa tai Suomessa. Kuolleen kalan kidukset ovat turvonneet eikä siitä voi tehdä mitään johtopäätöksiä kuolinsyystä. Tämän takia kidusten histologinen tarkastelu kuolleista kaloista on hukkaanheitettyä puuhaa. Kuolleista kaloista saatava informaatio rajoittuu kemiallisiin ja mikrobiologisiin analyyseihin: ympäristömyrkkyjen ja tauteja aiheuttavien mikro-organismien osuus kalakuolemissa voidaan perustellusti osoittaa.

Suomen järville on tyypillistä, että ne ovat sangen matalia. Kylmä ilmanalamme on mahdollistanut sen, että kalat ovat sopeutuneet alhaisiin lämpötiloihin. Nyt kun ilmastonmuutos aiheuttaa lämpötilan nousun kesällä, koko järviemme vesimassa lämpenee, minkä seurauksena kylmään sopeutuneet kalapopulaatiomme voivat kuolla. Veden lämpötilan nousulla saattaa olla merkityksensä siinä, että härkäsimppu on viime vuosikymmeninä harvinaistunut Suomenlahdella. Se on erityisen kylmän veden laji, joka kuteekin keskellä talvea.

Kun luin Rautalammin kalakuolemista, minua järkytti yksi asia. Matalaan järveen oli istutettu kuhanpoikasia. Rautalammin kaltaisen matalan järven happipitoisuus vaihtelee väistämättä paljon. Kuha puolestaan on erityisen hyvähappisia olosuhteita vaativa kala, happivaatimuksien osalta verrattavissa lohikaloihin. Useimmiten se elää vähävaloisissa syvissä vesissä, mutta Suomessa kuhia on myös sameissa vesissä matalassa edellyttäen, että veden happipitoisuus on korkea. Näin on ennen voinutkin olla, mutta nykyisin on melkein varmaa, että matalaan järveen istutetut kuhat kuolevat jossain elämänsä vaiheessa ennen kuin ehtivät syödä särkikaloja.

Kaiken kaikkiaan lämpötilan noususta johtuvat kalakuolemat ovat melkoinen ongelma, kun kylmään sopeutuneet kalakannat häviävät ja mistään ei ehdi tulla tilalle korkeampiin lämpötiloihin sopeutuneita geneettisiä kantoja. Tällöin tuloksena voi olla kalaton järvi.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: ilmastonmuutos, kalakannat, geneettinen vaihtelu

Temperature Increase and Melting Ice, What Are the Results

Keskiviikko 14.8.2019 klo 9:53 - Mikko Nikinmaa

Climate change as a result of human actions does not come as a surprise. Already more than 40 years ago for example JH Mercer wrote on Nature (Nature 271, 321-325, 1978) that a large temperature increase may occur, with a threat that ice in Western Antarctica may start melting. It is of note that natural temperature cycles in 1940-80 were such that little anthropogenic temperature increase was observed even with an increase in atmospheric carbon dioxide level. From 1980 onwards the temperature increase has been aggravated by the natural temperature cycle. We may soon be again going to the part of the cycle, when temperature would decrease without human influence, but human actions and what has already happened to the environment are likely to ensure that temperature increase continues, although, hopefully, it is slowed down. In the by climate sceptics widely cited non-refereed preprint by Kauppinen and Malmi in (2019) says that climate scientists don’t take clouds into account in their models, and consequently Kauppinen and Malmi claim that no anthropogenic temperature increase occurs, but all the changes can  be explained by cloud cover changes. This claim (among many other false or unsubstantiated statements in the paper) is not true: already in 1970’s any model not considering cloud effects were taken to be quite unrealistic, and the uncertainty caused by cloud cover has been taken into account.

One of the major effects of temperature increase is melting ice. This has several important effects. First, sea level rises. Up to a billion people live in coastal areas, which Jainen_meri.jpgmay become uninhabitable. As a result, mass migrations of people will take place. One must remember that only ice that is on the ground affects sea level. Sea ice does not do it. Thus, the sea ice of Arctic does not influence sea level. The major sea level rise in the Arctic will come from melting Greenland glaciers. In contrast, most of the ice on Antarctica is land-based and will consequently affect sea level much more.

In addition to affecting sea level, melting Greenland ice may influence ocean circulation affecting, e.g., the Gulf stream. The generation of streaming requires that the water of the stream sinks to the bottom of the sea when it becomes cold and heavy. The sinking generates the northward current on the surface and southward current on bottom. The fresh melting water of Greenland ice is lighter than the seawater generally, and thereby the sinking of the surface water is diminished and current generation consequently slowed down. As much of the North American and West European population gets the benefit of the warm Gulf Stream, its slowing can have surprising and unpredictable effects.

Although melting of sea ice does not affect sea level, it has significant effect on further climate change. The media have mainly concentrated on how melting of the Arctic sea ice is beneficial as in makes both North-Western and North-Eastern passages possible to be utilized as shipping routes thus markedly decreasing the shipping distance between, e.g. China and Europe. However, the effect is mainly negative, because instead of the radiation being reflected back by the light ice with little effect on temperature, the heat will be absorbed by the dark open sea aggravating temperature increase.

Melting of smaller glaciers on mountains affects the river systems radically. Many of the world’s largest rivers start from mountain glaciers. With the glaciers becoming smaller, the river flow will be diminished, and the agriculture depending on the river flow will suffer. Increasing drought periods and decreased agricultural production will be consequences. Also, good quality drinking water will be reduced.

Finally, skiing, especially downhill skiing is major livelihood in many areas. We have already seen how Central European tourism is suffering from mild winters, and the situation is likely to get worse.

I have taken all these different points, as it is often forgotten how many different effects melting ice has. Because of the negative effects, which have all been predicted for almost half a century, we need a radical change in economic thinking: economy and environmental thinking are not opposite. Rather, there is no economy without healthy and habitable environment.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: climate change, sea ice, sea level

IPCC raportti maankäytöstä ja sen yhteydestä ilmastomuutokseen

Perjantai 9.8.2019 klo 17:30 - Mikko Nikinmaa

Eilen julkaistu IPCC:n erikoisraportti maankäytön merkityksestä ilmastonmuutokseen on ollut pääuutinen kaikkialla. Suomessa näyttää erityinen huomio kiinnittyneen nautakarjan ja lampaiden laidunnukseen, metsätalouteen ja turpeentuotantoon. Nämä ovat kiistämättä tärkeitä asioita, mutta muutama muukin asia on poimittavissa jo yhteenvedosta – asioita, joiden merkitys on suunnattoman suuri ihmiskunnan tulevaisuuden kannalta.

Tällä hetkellä maan kulutus on vähintään kymmen- mutta jopa satakertainen verrattuna uuden mullan muodostumiseen. Maan viljavuus siis koko ajan heikkenee ja vieläkin lisääntyvä ihmismäärä on pystyttävä ruokkimaan, vaikka maan laatu heikkenee. Jo nyt yli 70 % jäättömästä maa-alueesta on ihmistoiminnan käytössä ja suuri osa käyttämättömästä maasta on autiomaata. Johtuen maan laadun heikkenemisestä joudutaan metsiä hakkaamaan ruuan tuotantoon. Tämä taas lisää ravinteiden huuhtoutumista vesistöihin ja nopeuttaa maan laadun heikkenemistä ruuan tuotantoon otetuilla maa-alueilla. Vaikka punaisen lihan (naudan ja lampaan liha) käytöstä luovuttaisiinkin eläinkasvatuksen vaatiman huiman maapinta-alan vuoksi, tällä ei saavutettaisi kuin hetkellinen helpotus, koska muuhun ruuantuotantoon otetun maan laatu heikkenee nopeammin kuin koko ajan peitteisen laidunmaan. Lisäksi peitteisen elollisen maaperän hiilidioksidin sitomista verrattuna kynnettyyn ja äestettyyn peitteettömään maahan on todennäköisesti aliarvioitu.

Maaperä kuluu nopeimmin trooppisilla alueilla, joten siellä, missä väestö kasvaa nopeasti, ruuan tuotanto heikkenee. Maataloustuotannon pieneminen näkyy jo selvästi itäisen Afrikan alueella, missä väestö kasvaa äärimmäisen nopeasti. Siellä on myös aliravittujen ihmisten osuus ruvennut kasvamaan pitkän positiivisen kehityksen jälkeen. Kun ilmastomuutoksen vuoksi korkeimmat lämpötilat useilla alueilla ylittävät 50 astetta, ei ole ihme, että ihmiset uhmaavat vaikka mitä vaaroja ruvetessaan ilmastopakolaisiksi paremman elämän toivossa. Niinhän varmaan meistä jokainen tekisi?

Kun maaperän köyhtymiseen liitetään äärimmäiset sääilmiöt: kuivuus, Kuivuus.jpgmyrskyt, rankkasateet ym., jotka aiheuttavat ruuantuotannon ongelmia ja tuhoavat viljelymaita ja asutusalueita, on selvää, että jotakin pitää tehdä. Ehkä kaikkein merkittävin välttämätön muutos on ajattelussa: emme voi enää ajatella niin, että tekojemme pitäisi koskea vain Suomea, vaan meidän on hyväksyttävä se, että meillä on vain yksi maapallo, missä täytyy pyrkiä vaikuttamaan. Ja koska me olemme rikkaita, osa varallisuudestamme voidaan laittaa sinne, missä siitä on ympäristön kannalta eniten hyötyä.

Enää ei ole helppojen ratkaisujen aika, vaikka populistit ja ilmastomuutoksen kieltäjät meille näin uskottelevat. Päinvastoin, jokainen vuosi, jonka he pystyvät muutoksien tekoa hidastamaan, tekee niistä vaikeampia ja kalliimpia. Tässä voi vetää analogian Itämeren tilaan: jos noin 50 vuotta sitten olisi uskottu tutkijoita, jotka vaativat välitöntä vedenpuhdistuslaitoksien rakentamista, tämänhetkisiä sinileväongelmia ei olisi – ja rahaa olisi siihen kulunut kaikkiaan suunnilleen saman verran kuin nyt menee vuodessa ilman näkyvien tulosten saamista. Se kansantaloudellisista säästöistä, kun aikaperspektiiviä ei oteta huomioon.

Ja lopuksi päivän hyvä uutinen: näyttää siltä, että tämänvuotiset hiilidioksidipäästöt jäävät viimevuotisia pienemmiksi. Jos ja kun näin on, tämä on ensimmäinen osoitus siitä, että ilmastomuutosuutisointi ei ole aikaansaanut vain ahdistusta vaan sen, että asialle on tehtävä jotakin.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: eroosio, ilmastopakolaisuus, globalisaatio

Leväkukinnot Itämeressä - pikkujuttu Karibianmeren nykyiseen tilaan verrattuna

Maanantai 5.8.2019 klo 18:16 - Mikko Nikinmaa

Kun turisti menee Karibianmeren tai Meksikon hiekkarannoille, mielikuva siitä, mitä odottaa on puhdas hiekka, kirkas vesi ja palmut, joiden varjossa voi nauttia vilvoittavaa juomaa auringon paistaessa lämpimästi. Mielikuva vain ei enää pidä välttämättä paikkaansa. Vedessä lilluu nykyisin muoviroskaa ja rannat ovat täynnä mädältä munalta haisevaa ruskeaa mönjää. Atlantin valtamerellä on kaikkien aikojen levävuosi. Satelliittikuvat ovat näyttäneet, kuinka Amazonin pohjoispuolinen Atlantti on täynnä mikroskooppisia leviä, jotka kuollessaan rupeavat haisemaan ja likaavat rannat, joilla on miljoonia turisteja enneValimeri_2.jpgn kaikkea Pohjois-Amerikasta mutta jossain määrin myös Euroopasta. Massaesiintymien joukossa saattaa olla myös myrkyllisiä leviä, mutta yleinen rantojen likaantuminen taitaa kuitenkin olla akuutein ongelma.

Leväkukintojen primäärinen syy kaikkialla, niin Itämeressä kuin Atlantilla, on rehevöityminen. Atlantin nykyongelma näyttää johtuvan erityisesti siitä, että Amazon tuo mereen hirvittävän määrän ravinteita. Tähän on erityisesti kaksi syytä. Ensinnäkin Amazonin alueen maatalouden lannoitemäärät ovat kasvaneet ja toiseksi alueen metsänhakkuut ovat räjähdysmäisesti kasvaneet viimeisen vuoden aikana. Kun leväkukintojen määrä on lisääntynyt samanaikaisesti, näyttää jälkimmäinen syy tärkeämmältä. Kun hakkuut ovat lisääntyneet, huuhtovat sateet lisääntyvässä määrin maaperän ravinteita jokeen aiheuttaen leväkukinnot. Amazonista tuleva vesimäärähän on niin suuri, että Atlantin pintavedessä sen osuus on suuri useita satoja, jopa tuhat, kilometriä suistosta merelle päin.

Se, että Amazonasin hakkuut ovat räjähdysmäisesti lisääntyneet tänä vuonna, ei ole mikään yllätys. Niinhän Brasilian presidentiksi tullut Jair Bolsonaro lupasikin. Hakkuiden kaksinkertaistuminen viimeisen vuoden aikana näkyy selvästi satelliittikuvissa. Sen vuoksi, että Brasilian kansallisen avaruustutkimusinstituutin johtaja Ricardo Calvao toi tämän julki, hänet erotettiin. (Asia olisi varmasti tullut julkisuuteen muutenkin, mutta silloin informoija ei olisi ollut brasilialainen, joten Bolsonaron hallinto ei olisi voinut erottaa häntä.) Amazonasin hakkuut ovat juuri tällä hetkellä merkittävä ongelma, koska Etelä-Amerikan ja Euroopan Yhteisön kauppasopimuksen eteneminen edellyttää, että Pariisin Ilmastosopimusta noudatetaan. Ja siltähän ei oikein näytä.

Aikaisemmin ajateltiin, että Amazonasin metsänhakkuut olisivat ongelma vain ilmastomuutoksen kannalta, mutta nyt näyttää siltä, että hakkuiden aiheuttama ravinteiden lisääntyminen Atlantilla aiheuttaa Karibian hiekkarannoille ajautuvan haisevan levämassan. Senkin voisi välttää, jos Amazonasin hakkuut vähenisivät tai loppuisivat.  

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: ilmastonmuutos, Amazonas, rehevöityminen

Vanhemmat kirjoitukset »