Mitä on luonnon monimuotoisuus?

Luonnon monimuotoisuus eli biodiversiteetti kattaa kaiken elollisen luonnon ja sitä koskevan vaihtelun maapallolla. Se kuvaa lajien määrää eli sitä, montako erilaista lajia jollakin alueella esiintyy ja suhteellista runsautta eli sitä, paljonko alueella on eri lajien yksilöitä. Lisäksi se kuvaa geneettistä vaihtelua lajin yksilöiden ja populaatioiden välillä sekä sitä, kuinka monipuolisesti erilaisia ekosysteemejä tarkasteltavalla alueella esiintyy^1,2. Monimuotoisuutta ilmentävät niin maaekosysteemit, meriekosysteemit ja makean veden ekosysteemit kuin ihmisen luomat järjestelmät, joissa on elämää sen eri muodoissaan.

Kuva 1. Luonnon monimuotoisuuden kolme tasoa.

Geneettinen monimuotoisuus

Geneettisen monimuotoisuuden voidaan ajatella muodostavan biodiversiteetin perustan (Kuva 1, sisin kehä), sillä se mahdollistaa lajien evolutiivisen kehityksen ja siten niiden säilymisen elinympäristöissään sukupolvien yli³. Geneettisellä monimuotoisuudella tarkoitetaan jonkin eliölajin yksilöiden ja populaatioiden välistä vaihtelua perimäaineksessa. Populaatiot koostuvat samalla alueella samanaikaisesti elävistä saman lajin yksilöistä, jotka kykenevät lisääntymään keskenään. Geneettinen vaihtelu ilmenee populaatioiden yksilöissä erilaisina ominaisuuksina ja käytöksenä, joita luonnonvalinta joko suosii tai karsii sen mukaan, mikä edistää tai haittaa lajin säilymistä elinympäristössään. Elinympäristöjen pirstoutumisen ja tuhoutumisen tiedetään pienentävän populaatioiden sisäistä ja välistä monimuotoisuutta, mikä johtuu esimerkiksi pienentyneestä geenivirrasta populaation yksilöiden välillä elinympäristöjen yhtenäisyyden vähentyessä. Elinympäristö voi pirstoutua useampaan pienempään osaseen jonkin luontaisen tai ihmisen aiheuttaman häiriön, kuten metsäpalon tai tien rakentamisen, seurauksena, mikä vähentää yksilöiden välisiä kontakteja populaatioissa. Mitä korkeampaa geneettinen monimuotoisuus populaatiotasolla on, sitä suuremmat ovat populaation mahdollisuudet sopeutua erilaisiin lyhyen ja pitkän aikavälin ympäristönmuutoksiin.

Geneettistä monimuotoisuutta voidaan tutkia laboratoriossa erilaisten analyysien, esimerkiksi DNA-sekvensoinnin, avulla. Tutkimus on tärkeää, sillä esimerkiksi ilmastonmuutoksen edetessä lajien kykyä sopeutua ympäristönmuutoksiin koetellaan. Parempi ymmärrys lajien geneettisen monimuotoisuuden tilasta ja sen pohjalta suunniteltavat suojelutoimenpiteet voisivat edistää muutoksiin sopeutumista⁴. Dataa populaatioiden geneettisestä monimuotoisuudesta on kuitenkin vielä heikosti saatavilla ja Euroopan tasolla tarkasteltuna geneettisen monimuotoisuuden seurantaohjelmia on esimerkiksi meillä Suomessa vähäisesti maamme kokoon ja bruttokansantuotteeseen nähden⁴. Geneettinen tieto on myös kohdennettua ja paikkasidonnaista, ja näistä syistä muut kuin geneettistä monimuotoisuutta mittaavat mittarit voivat palvella paremmin silloin, kun tietoa luonnon tilasta halutaan käyttää strategisen tai yhteiskunnallisen päätöksenteon tukena.

Lajimonimuotoisuus

Luonnon monimuotoisuudesta puhuttaessa viitataan usein intuitiivisesti lajien monimuotoisuuteen. Paikallista lajitason monimuotoisuutta (Kuva 1, keskimmäinen kehä) voidaan mitata esimerkiksi laskemalla lajien kokonaismäärä jollakin alueella. Käytännössä tämä vaatii usein maastokartoituksia, joissa tehdään monimuotoisuuden arviointia paikan päällä. Elinympäristöjen rakennepiirteitä, kuten puuston rakennetta, voidaan tutkia myös kaukokartoitusteknologioiden, esimerkiksi laserkeilauksen tai ilmakuvauksen avulla.

Lajimääriä laskemalla saadaan yksinkertaistettu käsitys alueen monimuotoisuudesta – näin muun muassa sen vuoksi, ettei lajien kokonaismäärän (engl. species richness) selvittäminen kerro lajikohtaisista yksilömääristä (engl. species abundance) alueella. Eri lajien yksilörunsautta tutkimalla voidaan päästä paremmin selville lajien välisistä vuorovaikutussuhteista ja dynamiikasta. Monimuotoisuuden tutkimiseen tulisikin sisällyttää myös sellaisia mittareita, jotka huomioivat lajien yksilöiden suhteellisen runsauden tarkasteltavalla alueella. Esimerkiksi lampi, jossa yksi kalalaji dominoi muiden neljän kalalajin yksilömäärien ollessa matalat, on vähemmän monimuotoinen kuin lampi, jossa näiden viiden kalalajin edustajia on määrällisesti saman verran – vaikka vain lajien lukumäärää tarkasteltaessa lampien voitaisiin olettaa olevan yhtä monimuotoisia².

Lajien määrää tai yksilömääriä voidaan tutkia myös koko maapallolta. Tätä tehdään erilaisten matemaattisten mallien avulla. Lajin levinneisyyttä on mahdollista mallintaa, kun on olemassa riittävästi dataa tarvittavista muuttujista, esimerkiksi lajin elinympäristövaatimuksista ja vaelluskäyttäytymisestä. Matemaattisten mallien käyttö perustuu todennäköisyyslaskentaan. Niiden avulla pystytään simuloimaan jonkin järjestelmän toimintaa ja testaamaan erilaisia skenaarioita muokkaamalla mallin muuttujia. Mallien avulla myös tieteelle tuntemattomien lajien levinneisyyttä on arvioitu tiettyjen, hyväksyttävällä tarkkuudella tunnettujen lajiryhmien levinneisyyksien perusteella (esim. species distribution modelling, SDM)⁵. Näin on tutkittu esimerkiksi maailman lajirikkaimpia ekosysteemejä, joissa elävistä lajeista on pystytty tieteellisesti tunnistamaan vain pieni osuus.

Lajien kokonaismäärää tai jokaisen lajin yksilömääriä jollakin alueella ei aina käytännössä voida, saati ole kustannustehokasta selvittää, sillä lajeja on yksinkertaisesi liikaa kartoitettavaksi, minkä lisäksi osa lajeista on vaikeasti havaittavissa⁶. Tarkoituksenmukaisempaa on kartoittaa sellaisia lajeja, joiden esiintymistä voidaan tutkia suhteellisen helposti ja joiden esiintyminen merkitsee yleensä muidenkin lajien läsnäoloa elinympäristössä. Näiden niin kutsuttujen indikaattorilajien tai -lajiryhmien käyttö voi toimia edusteena laajemmalle joukolle muita lajeja⁶. Myös muuten edustavaksi arvioidut tai uhanalaiset lajit voidaan valita mittauksen kohteiksi.

Ekosysteemien monimuotoisuus

Monimuotoisuuden tasoista laajin on ekosysteemien monimuotoisuus (Kuva 1, uloin kehä), koska se pitää sisällään sekä paikallisen eliöyhteisön eli eri lajien populaatiot että elottoman luonnon. Ekosysteemien monimuotoisuus kuvaa jollakin alueella sijaitsevien luontotyyppien ja elinympäristöjen rakenteellista ja toiminnallista vaihtelua. Ekosysteemille tyypillinen rakenne ja toiminta mahdollistaa eliöiden ja ympäristön tuottamien prosessien, kuten pölytyksen, veden korkeuden vaihteluiden tasaamisen tai kasvihuonekaasupäästöjen sitomisen ja varastoinnin, luontaisen toiminnan. Näitä ekosysteemeissä tapahtuvia prosesseja nimitetään myös ekosysteemipalveluiksi, sillä ihmiset hyödyntävät luonnon tarjoamia palveluita niinkin perustavanlaatuisesti kuin esimerkiksi hengittämällä kasvien yhteyttämää happea. Ihmisen riippuvaisuutta luonnosta määrittää myös se, että kaikki ihmisen tarvitsemat resurssit, esimerkiksi polttoaineet, rakennusmateriaalit ja ruoka, ovat peräisin luonnosta. Resurssien saatavuus puolestaan riippuu luonnon kyvystä ylläpitää monimuotoisia ekosysteemejä ja uusiutua luontaisesti erilaisten häiriöiden jälkeen.

Mikäli karkeampi tieto lajien esiintymisestä jollakin alueella on riittävää ihmisen toimintaa ohjaavan päätöksenteon tueksi, monimuotoisuuden mittaaminen on usein kustannustehokkainta ja kattavinta toteuttaa ekosysteemitasolla. Tämä johtuu siitä, että luontotyyppien rakenne ja toiminta määrittävät kaikkien alueella elävien lajien tilaa – erityisesti niiden, jotka ovat alttiita ympäristönmuutosten vaikutuksille. Monimuotoisuuden mittaaminen kartoittamalla luontotyypin kunto voi siis kertoa samalla suuntaa antavasti useamman lajin elinmahdollisuuksista alueella. Elinympäristöjen ja luontotyyppien arviointi tehdään yleensä havainnoimalla tutkimusalueella luontotyyppikohtaisia rakennepiirteitä, kuten lehti- ja lahopuiden määrää metsissä.

Muutokset luonnon monimuotoisuudessa

Muutokset luonnon monimuotoisuudessa tapahtuvat suhteessa aikaan ja paikkaan. Tällä tarkoitetaan sitä, että muutos biodiversiteetissä voi tapahtua nopeasti tai hitaasti riippuen siitä, puhutaanko esimerkiksi ihmisten tuhoamasta ekosysteemistä, jolloin muutos on välitön vai lajin evolutiivisesta kehityksestä, jolloin perinnölliset muutokset saattavat tulla esiin vasta useampien sukupolvien myötä. Lisäksi luonto on monimuotoista yhdessä paikassa ja vähemmän monimuotoista toisessa, joten alue, jolla monimuotoisuuden muutokset tapahtuvat ja tarkastelun maantieteellinen mittakaava eli se, tarkastellaanko muutoksia paikallisesti, alueellisesti vai globaalisti ovat tärkeitä ottaa huomioon.

Muutokset yhdellä monimuotoisuuden tasoista eivät tapahdu erillään kokonaisuudesta, vaan saavat yleensä aikaan muutoksia muistakin näkökulmista tarkasteltuna (Kuva 2). Muutokset toimivat ikään kuin toistensa ajureina, sillä vuorovaikutus on jatkuvasti läsnä elollisen ja elottoman luonnon sisällä ja välillä.

Kuva 2. Esimerkkejä monimuotoisuuden muutoksista lajin yksilön, populaation, eliöyhteisön ja ekosysteemin näkökulmista.

Luonnossa tapahtuu siis jatkuvasti ekosysteemien luontaisesta rakenteesta ja toiminnasta johtuvia muutoksia. Luontoa kuitenkin häviää ja luonnon tila heikentyy tällä hetkellä ennätysvauhtia, minkä tiedetään johtuvan ihmisten toiminnasta. Tutustutaan kurssilla seuraavaksi ihmisten toiminnan aiheuttamiin luontohaitan ajureihin, joista esimerkkinä toimii ilmastonmuutos.