Lyhyt Simpunpäästöoppi 15

Torstai 4.1.2024 klo 20.01 - Mikko Nikinmaa

Nahkiaiset olivat yksi minun tärkeimmistä tutkimuskohteistani. Sen lisäksi useat muut tutkijat ympäri Eurooppaa pääsivät hyötymään minun kiinnostuksestani niihin. Lähetin nahkiaisia Hannoveriin, Lontooseen ja Tukholmaan. Nahkiaiset pysyvät hengissä useita tunteja ilmassa, jos niiden pinta ja kidusaukot säilyvät kosteina. Niinpä niitä voi hyvin lähettää kiireellisenä lentorahtina ruokakalan kuljetukseen yleensä käytetyissä styroks-laatikoissa. Laatikon pohjalle laitetaan märkää sanomalehtipaperia, sitten kerros nahkiaisia, päälle märkää sanomalehtipaperia, sitten toinen kerros nahkiaisia jne. Lontooseenkin lennätetyistä sadasta eläimestä vain muutama kuoli.

Se, että nahkiainen pysyy hengissä, jos sen kidukset säilyvät märkinä, hämäsi meitä tutkijoita pitkään. kuvittelimme, että se sietäisi vähähappista ympäristöä hyvin. Vähensimme akvaarioveden happipitoisuutta pienemmäksi ja pienemmäksi, eikä sillä näyttänyt olevan mitään vaikutusta – ennen kuin keksimme mitä otukset tekivät. Ne tarttuivat imusuullaan akvaarion seinään vähän veden pinnan yläpuolella niin että saivat pidetyksi kiduksensa märkinä, mutta kontaktissa ilman kanssa. Tämän jälkeen estimme otuksien pääsyn veden pinnan yläpuolelle sijoittamalla pleksilasilevyn vähän veden pinnan alapuolelle. Sitten saimmekin päinvastaisen ongelman. Kaikki nahkiaiset kuolivat. Nostimme veden happipitoisuutta uudestaan. Nahkiaiset kuolivat edelleen. Jouduimme jatkamaan happipoisuuden nostoa siihen asti, kun se oli suunnilleen yhtä korkea kuin lohikalojen tarvitsema.

Vesi virtaa luukalojen kidusten läpi ja kidukset pysyvät erillisinä maksimoiden hengityspinnan pinta-alan veden korkean viskositeetin ansiosta. Kun kidukset ilmassa painuvat kasaan hengityspinta pienenee niin paljon, että ilman korkea happipitoisuus ei riitä korvaamaan menetettyä hengityspinta-alaa sekä ilman ja veren välisen diffuusiomatkan suurta kasvua. Nahkiaisen kidukset ovat kiduspussien sisällä. Kiduspussit pysyvät täynnä vettä silloin, kun nahkiainen säilyy märkänä – esimerkiksi kun sen kidukset ovat vain vähän veden pintaa korkeammalla. Tällöin kidusten veteen kulkeutuu happea ilmasta, jossa sitä on paljon, ja kun kidukset eivät ole painuneet kasaan, nahkiainen saa riittävästi happea elintoimintoihinsa. Hapensaanti estyy vasta, kun nahkiaisen pääsy vedenpinnan yläpuolelle estetään.

Nahkiaiset ja muut selkärankaiset erosivat omiksi kehityslinjoikseen jo lähes puoli miljardia vuotta sitten. Tästä johtuen, vaikka monet niiden ominaisuudet ovat päällisin puolin samanlaisia kuin luukaloilla tai vaikkapa meillä ihmisillä, ne ovat kehittyneet eri reittiä ja esimerkiksi eri molekyylejä hyväksikäyttäen. Esimerkiksi sekä nahkiaiset että ihmiset kuljettavat tarvitsemansa hapen pH-herkkään hemoglobiiniin sitoutuneena. Ihmisellä hapen sitoutumiseen vaikuttaa tetrameerisen hemoglobiinin tertiäärinen avaruusrakenne. Nahkiaisen hemoglobiini on puolestaan monomeeri-oligomeeritasapainossa ja hapen sitoutuminen riippuu siitä, mikä monomeeri/oligomeeri suhde on. Nahkiaisen hemoglobiini onkin kehittynyt eri globiini-alkumuodosta kuin ihmisen. Nahkiaisen veren punasoluista puuttuu myös anioninvaihtaja, jota pidettiin aikaisemmin välttämättömänä riittävälle hiilidioksidin eritykselle. Itse asiassa tietyn japanilaisen härän osoitettiin myös elävän ilman punasolujen anioninvaihtajaa. Kun tämä havainto tehtiin 1990-luvulla, se oli suuri tiedeuutinen ja ihmetystä herätti, miten hiilidioksidin eritys oli mahdollista. No, nahkiaisia tutkien olimme jo vuosia aikaisemmin osoittaneet, että aktiivisten eläinten punasoluista voi puuttua anioninvaihto ja kuvanneet hiilidioksidin erityksen mekanismin tällöin.

Jokien rakentamisen lisäksi nahkiaiset kärsivät vesien metallisaasteista ja happamoitumisesta. Näyttää siltä, että erityisesti joissa elävät nuoret poikaset, likomadot, kärsivät metsien ojituksia seuraavia happaman veden pulsseja sekä rauta- ja mangaanipitoisuuden nousua.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: nahkiainen, evoluutio, metallisaasteet, hemoglobiini, hiilidioksidin kuljetus

Lyhyt Simpunpäästöoppi 9

Maanantai 13.11.2023 klo 17.51 - Mikko Nikinmaa

Itämeren lohella havaittiin vuodesta 1974 alkaen merkittävää ympäristöstä riippuvaa poikaskuolleisuutta (M74). Kuoriutumisen jälkeen lohen luonnonpoikasista kuoli pahimpina vuosina jopa 80-90 % ruskuaispussivaiheessa. Aluksi kuolleisuus, jota vähäisessä määrin esiintyy edelleen, liitettiin suoraan ympäristömyrkkyihin, mutta suoranaista yhteyttä mihinkään myrkkyyn ei ole pystytty osoittamaan. Sen sijaan on sangen yksiselitteisesti osoitettu, että lohiemojen alhainen tiamiinipitoisuus (b-ryhmän vitamiini) oli suorassa yhteydessä kuolleisuuteen: jos ruskuaispussipoikasten tiamiinipitoisuus nostettiin, kuolleisuus väheni. Syytä siihen, miksi emojen tiamiinipitoisuus oli alhainen, ei edelleenkään varmasti tiedetä – mahdollisuuksia ovat ainakin ravinnon tai sen ominaisuuksien muutokset. Mikä tahansa tekijä onkin suoranainen syy, se on kytköksissä kalojen syönnösvaelluksella kokemaan oksidatiiviseen stressiin. Antioksidanttien pitoisuuden vähäisyydenkin on osoitettu nimittäin liittyvän tähän ympäristöperäiseen poikaskuolleisuuteen. Mitä punaisempi emo on, sen pienempi todennäköisyys poikaskuolleisuudelle on ja punainen väri tulee astaksantiinista, joka on tärkeä antioksidantti. Lisäksi oksidatiiviset stressit vaikuttavat tiamiinipitoisuuteen. M74-tyyppistä poikaskuolleisuutta on esiintynyt vain kalalajeilla, joiden poikasten ruskuaispussivaihe – eli aika ennen kuin poikanen alkaa syödä – on pitkä. Näin ollen sitä ei ole havaittu esimerkiksi turskalla, siialla ja silakalla.

PCB:iden ja dioksiinien pitoisuudet ovat suuremmat Suomenlahdella kuin Pohjanlahdella. Pohjanlahden metallipitoisuudet taas ovat korkeammat kuin Suomenlahden. Tähän on yhtenä syynä se, että kaivoksia ja metallisulattoja on Pohjanlahden ympäristössä selvästi Suomenlahden valuma-aluetta enemmän, joten niiden huonosti puhdistettujen jätevesien pääsy mereen kasvatti pitoisuuksia. Pohjanlahden korkeat metallipitoisuudet vaikuttavat eläimiin. Esimerkiksi Vuorikemian (myöhemmin Kemira-konsernin osa) Porin tehdas (titaanioksidin käsittelijä) laski 1970-80-luvuilla jätevetensä puhdistamattomina Mäntyluodon lähivesille. Titaanin lisäksi jätevedessä oli korkea vanadiini- ja rautapitoisuus. Rautaionit värjäsivät veden jätevesiputken lähellä ja kalastajat saivat saaliikseen silmättömiä silakoita. Vaikka täyttä varmuutta yhteydestä jäteveden ja silmättömyyden aiheuttaneista kehityshäiriöistä ei saatukaan, jo se, että ongelma hävisi, kun vedenpuhdistus alkoi, osoittaa melko varmasti syy-seuraussuhteen. Nykyisin jätevesissä ympäristöön pääsevät metallipitoisuudet ovat normaalioloissa suhteellisen pieniä, mutta aina silloin tällöin sattuu lipsahduksia, joiden tuloksena jätevesi pääsee puhdistamattomana ympäristöön. Tällöin aiheutuu merkittäviä ympäristövahinkoja. Suurin viimeaikainen jätepäästö oli Norilsk Nickelin Harjavallan metallisulaton nikkelipäästö, joka tappoi simpukoita ja kaloja Kokemäenjoen alajuoksulta. Vielä joen suulla Pohjanlahdella metallipitoisuus oli selvästi kohonnut. Kuitenkin jokien mukana Pohjanlahteen luontaisesti valuvien metallien määrä on paljon suurempi kuin ihmisen aiheuttamat metallipäästöt. Tämä johtuu siitä, että suurelta osin Pohjanlahden rannikon maat ovat entistä merenpohjaa ja sulfidipitoisia. Kun nämä sulfidikerrokset muokataan ja ne pääsevät ilman kanssa tekemisiin, ne hapettuvat sulfaateiksi, jotka yhdessä maaperän metalli-ionien kanssa kulkeutuvat veden mukana mereen. Korkeimmillaan mereen jokiveden mukana tulevat metallipitoisuudet ovat Vaasan lähialueiden joissa. Niiden mereen työntämä metallikuorma ei kalpene lainkaan Talvivaaran päästöjen rinnalla. Erona on vain se, että Talvivaaran päästöt ovat kaivosteollisuuden aiheuttamat ja sekoittuvat Pohjanlahtea paljon pienempään vesimäärään.

Itämeren rehevöitymistä aiheuttivat varhemmin ennen kaikkea taajamien jätevesipäästöt. Tällä hetkellä kuitenkin lähes kaikkien suurten kaupunkien jätevedet puhdistetaan kohtuullisesti. Kun asutusjätevesien pääsy huonosti puhdistettuna ympäristöön on saatu kuriin, rehevöittävän aineksen pääsy Itämereen on selvästi vähentynyt 1980-luvun alun huippumääristä. Uudet rehevöittävän aineksen, erityisesti fosfaatin päästöt tuskin riittäisivät aiheuttamaan tämänhetkisiä leväkukintoja. Mutta kun ne yhdistyvät vuosikymmenien kuluessa pohjasedimentteihin kertyneisiin ja niistä vapautuviin ravinteisiin, tulos on nyt havaittava.

Tällä hetkellä rehevöittävien aineiden päästöt johtuvat ennen muuta maatalouden lannoitepäästöistä. Näiden lisäksi kalanviljelyn päästöt voivat olla paikallisesti merkityksellisiä ja Suomessa kesäasutus aiheuttaa jonkin verran hajapäästöjä. Kaksi rehevöitymiseen ja sitä kautta sinilevien esiintymiseen liittyvää tekijää ansaitsee huomiota. Ensinnäkin viimeaikainen veden lämpötilan keskimääräinen nousu aiheuttaa sen, että vaikka fosfaattien ja typpiyhdisteiden pääsy Itämereen vähenisi, kasvien, levien ja sinilevien kasvu tehostuisi lämpötilan nousun johdosta. Toiseksi veden virtaus Itämeressä kulkee niin, että Suomenlahden pohjukkaan vesi virtaa pääasiassa itä- ja etelärantaa pitkin ja sieltä pois pääosin pohjoisen kautta. Tämän takia Suomen rannoille tulevat kaikki Puolassa ja Baltian maissa tuotetut jätteet.

Kommentoi kirjoitusta. Avainsanat: rehevöityminen, metallisaasteet, lohen poikaskuolleisuus, oksidatiivinen stressi

Ojitukset - monitahoinen ympäristöongelma

Sunnuntai 10.10.2021 klo 14.57 - Mikko Nikinmaa

Kun olin lapsi ja nuori, metsien ja soiden ojituksen katsottiin olevan tärkeä osa metsänhoitoa. Samaten metsien lannoituksen ajateltiin olevan vain positiivista, kun se edistää metsien kasvua. Nämä ajatukset eivät lainkaan ottaneet huomioon mitään muuta kuin metsän kasvun lisäämistä tai osassa soista turvepeltojen aikaansaantia. Vieläkin on valitettavan paljon tällaista suhtautumista, kun turvepeltojen ennallistamista on toivottu osaksi maatalouden päästövähennystalkoita. Lisäksi ilmastonmuutoksen ohella metsien ja soiden ojitukset ja metsien lannoitukset aiheuttavat useita muita ongelmia, joiden takia niistä pitäisi päästä kokonaan eroon ja vanhojenkin ojitusten sulkeminen olisi tarpeen.

Miksi suot ovat olemassa? Vesi keräytyy niihin niin, että vapautuu vähin erin alapuolisiin jokiin. Tämän ansiosta jokien virtaus muuttuu vain vähän rankkasateiden, lumen sulamisen ja kuivien aikojen jälkeen. Luonnontilaisten soiden alapuolisissa joissa ei olisi mahdollista tapahtua Keski-Euroopan kaltaisia jokien tulvia. Se, että tulvat ovat lisääntyneet erityisesti Pohjanmaan ja Lapin joissa johtuu paljolti siitä, että siellä on soiden ojitus ollut yleisintä, minkä seurauksena sulamisvesien valuman viive lyhenee ja tulvien todennäköisyys kasvaa.

Sen lisäksi, että tulvat pahenevat, ojissa kulkeutuu järkyttävä määrä rauta- ja muita metalli-ioneita. Niiden pitoisuus voi nousta kesäsateiden jälkeen niin korkeaksi, että on tappava pitoisuus nahkiaiselle ja lohikaloille. Tämän havaitsimme jo 1980-luvun loppupuolella Perhonjoella tekemissämme tutkimuksissa. Pohjanmaan metsien, soiden ja peltojen ojitukset aiheuttavat suuret metalli-ionien valumat Pohjanlahteen.

Viimeisenä tuleekin sitten metsien lannoitus. Se yhdistettynä metsien ojitukseen on merkittävä osa Itämerta rehevöittävistä päästöistä. Ilman lannoitteitakin ojista valuu rehevöittävää maannosta Itämereen, mutta lannoitteet lisäävät rehevöitymistä suunnattomasti.

Niinpä, ”metsänhoito” mukaan lukien soiden käsittely ovat haitallisia sekä ilmastonmuutoksen kannalta että muiden ympäristöongelmien aiheuttajina. Huomattavaa onkin, että muualla maailmassa ollaan jo havahduttu tarpeeseen luoda suon kaltaisia alueita veden haittojen pienentämiseksi. Eiköhän meidänkin olisi aika toimia samoin?

3 kommenttia . Avainsanat: ilmastonmuutos, metallisaaste, rehevöityminen