Näennäisestä hiljaiselostaan huolimatta kasvit kilpailevat jolleivät verisesti niin ainakin kiivaasti. Ankarissa oloissa versoo naapurisopua.

Metsää tai niittyä katsellessasi mieleesi ei ehkä tule, että edessäsi käydään kamppailua olemassaolosta. Vaikuttavathan kasvit vain jököttävän paikallaan. Todellisuudessa niissä kuitenkin tapahtuu valtavasti, sillä ravinteista ja valosta kilpaillaan kaikin mahdollisin asein. Jäkälä puskee maaperään kemiallisia yhdisteitä torjuakseen putkilokasvien siementen itämisen liian lähellä. Maaperän sienirihmaverkoston kautta ravinteita jaetaan - tai varastetaan.

Pienelläkin alalla voi kasvaa satoja kasviyksilöitä, ja niiden mutkikkaista suhteista riippuu, millaiseksi lajisto muotoutuu ja miten kukin laji menestyy. Suhteet voivat olla yksilöille hyödyllisiä tai haitallisia tai kumpiakin yhtä aikaa; tähän vaikuttavat esimerkiksi kasvuvaihe, ajankohta ja kasvinsyöjien mieltymykset.

Mutkikkuuden takia suhteiden lopputulosta on vaikea ennustaa. Eniten on tutkittu kasvien kilpailua ja kasvinsyöntiä. Tutkijoita on kuitenkin alkanut yhä enemmän kiinnostaa, miten kasvit hyödyttävät toisiaan. Nouseva tutkimusala on myös, miten ne vaikuttavat toisiinsa maaperän välityksellä.

Mestarikilpailija nuijii naapurit

Kasvi tarvitsee kasvaakseen ja lisääntyäkseen tilaa, valoa, vettä ja noin viittätoista epäorgaanista ravinnetta. Samoja tietenkin kaipaa myös naapurikasvi, joten kyynärpäät alkavat levitä.

Kasvi haalii resursseja kykyjensä mukaan, ja lisäksi se saattaa pyrkiä häiritsemään muita yksilöitä. Resursseista on kyse jälkimmäisessäkin tapaksessa: kun toisten kasvun saa hiipumaan, jää enemmän ravinteita ja valoa itselle.

Ravinnekilpailun voittaa kasvi, joka pystyy alentamaan maaperän ravinnepitoisuutta eniten mutta sietämään niukkuuden itse. Se voi ajan mittaan syrjäyttää muut lajit. Vastaavasti valosta kilpailtaessa korkea kasvi varjostaa muita ja saavuttaa valta-aseman.

Häirintäkilpailussa ovat käytössä myös järeät kemialliset aseet. Kotoinen variksenmarja on hyvä esimerkki kasvista, jonka tuottamat yhdisteet heikentävät muiden kasvien juurten kykyä ottaa maasta ravinteita. Se myös huonontaa esimerkiksi männyn siementen itämistä.

Menestys yleensä paikallista

Miten sitten voi olla olemassa monilajisia kasviyhteisöjä, jos aina jokin on muita parempi kilpailemaan? Miksei paras syrjäytä muita?

Käytännössä kunkin kasvupaikan kasvuolot muodostavat pienipiirteisiä mosaiikkeja, joiden kussakin palassa esimerkiksi ravinteiden, valon ja veden saatavuus on omanlaistaan. Tämä vaihtelu mahdollistaa lajien yhteiselon, koska kukin on erilainen kilpailija eri oloissa. Lisäksi eri vuodenaikoina olot voivat suosia eri lajeja. Kilpailua lieventää sekin, että eri kasvien juuret ulottuvat eri kerroksiin maaperässä.

Usein lajit, jotka ovat kilpailussa heikkoja, levittäytyvät vahvoja paremmin uusille, vapaille kasvualueille. Monet lyhytikäiset rikkakasvit ovat tästä erinomaisia esimerkkeja. Ne eivät yleensä ole kummoisia kilpailijoita mutta tuottavat nopeasti valtavan määrän siemeniä ja leviävät tehokkaasti.

Kasvinsyöjillä ja taudinaiheuttajillakin on vaikutusta. Jos kilpailussa voimakkain laji maistuu kasvinsyöjille tai lajiin erikoistunut sienitauti iskee, yhteisön muiden lajien kilpailuasema paranee.

Ravinnelisä ei aina ole eduksi

Kun olot muuttuvat, kilpailuasetelmakin menee uusiksi. Näin käy esimerkiksi, jos ravinteiden saatavuus jostain syystä lisääntyy luontaisesti vähätuottoisessa ekosysteemissä, kuten vuoristossa tai arktisella tundralla.

Ravinteikkaissa oloissa kasvit voivat kasvaa isoiksi ja alkaa varjostaa toisiaan. Hyvät valokilpailijat menestyvät kasvattamalla suuren lehvästön muiden kasvien yläpuolelle, jolloin pienikokoiset ja hidaskasvuiset lajit kärsivät.

On ennustettu, että ilmaston lämpeneminen lisää tunturien ravinteikkuutta, mikä voi muuttaa kasvien kilpailua. Toinen kirjoittajista, Anu Eskelinen, tutki tämän kehityksen vaikutusta Kilpisjärvellä lannoittamalla ja poistamalla naapurikasvit. Tulokset julkaisi Journal of Ecology -lehti.

Ravinnelisä voimisti kilpailua, mikä heikensi pienikokoisten tunturilajien kasvua ja menestymistä. Matala tunturikallioinen kärsi kilpailusta, mutta kookkaampi eteläinen kultapiisku ei ollut naapureista moksiskaan.

On siis odotettavissa, että tunturien alkuperäislajeja taantuu ja häviää ja korvautuu suuremmilla eteläisillä kasveilla.

Naapurista voi olla iloakin

Kasvit myös hyötyvät toisistaan, ja hyötyvaikutusten kirjo on laaja.
Naapurista voi olla apua esimerkiksi huonossa vesitilanteessa. Varjostamalla lehvästöllään suurempi kasvi hidastaa veden haihtumista maanpinnalta, jolloin kosteus säilyy alla kasvavien iloksi. Kun syväjuurinen kasvi pumppaa vettä itselleen, se pitää sivutuotteena maaperän kosteana myös lähellään kasvaville matalajuurisille naapureille.

Ankarissa oloissa, kuten arktisilla alueilla ja aavikoilla, avunsaannin tärkeys korostuu kilpailun rinnalla. Kylmässä, tuulisessa ja kuivassa paikassa naapurikasvit suojaavat tuulen ja auringon aiheuttamalta haihtumiselta ja lämmittävät hieman. Vuoristossa naapurin suoja auttaa alemman korkeusvyöhykkeen lajeja leviämään ja menestymään ylempänä. Apu voi siis laajentaa kasvin levinneisyysaluetta, kun taas kilpailu yleensä kaventaa sitä.

Venäjän tundralla tehtyjen tutkimusten mukaan tunturikoivun taimet menestyvät tuulisilla paikoilla paremmin kasvaessaan lähellä aikuista koivua kuin yksinään. Näin kertoo väitöskirjassaan Turun yliopiston ekologi Janne Eränen.

Isompi koivu suojaa tainta äärilämpötiloilta varjostamalla sekä keräämällä kosteutta, kariketta ja lunta. Suurten koivujen lähistöllä on todennäköisesti myös keskimääräistä sopivampi maaperä. Siellä taimet pääsevät nopeasti osallisiksi sienijuuriverkostosta ja saavat sen avulla ravinteita.

Hyviä esimerkkejä naapuriavusta ovat myös voimakkaasti laidunnetut ympäristöt, missä kasveilla on suuri riski tulla syödyksi. Laidunnusta torjuvat piikkiset, myrkylliset tai pahanmakuiset lajit voivat toimia turvasaarekkeina muille. Esimerkiksi hyvänmakuisen haavan vieressä kasvaessaan koivu kelpaa jänikselle, mutta huonomman makuisen harmaalepän lähellä se ei enää olekaan niin houkutteleva.

Kasvinsyöjä sekoittaa pelin

Kaksi kasvilajia voi olla vuorovaikutuksessa myös epäsuorasti kolmannen osapuolen kautta. Joskus tämä kiepauttaa lajien suhteen aivan toisenlaiseksi. Esimerkiksi kasvinsyöjät voivat kääntää kasvien välisen kilpailun naapuriavuksi.

Buenos Airesin yliopiston tutkija Pamela Graff työtovereineen kuvailee Ecology-lehdessä, miten lampaiden laidunnus muuttaa kasvien kilpailusuhteita Argentiinan kuivilla aroilla. Siellä, minne lampaita ei päästetä, kattarat ja nurmikat menestyvät vesikilpailun takia paremmin yksinään kuin höyhenheinän lähellä. Sen sijaan lampaiden ulottuvilla kattaroiden ja nurmikoiden kannattaa veljeillä pahemmanmakuisten höyhenheinien kanssa. Niitä vältellessään lampaat jättävät myös makoisammat heinät syömättä.

Sopiva laidunnus rikastaa

Kasvien suhteita rukkaamalla kasvinsyöjät vaikuttavat ajan mittaan lajistoon.

Voimakas laidunnus voi hyödyttää heinämäisiä kasveja muiden kustannuksella, koska heinien kasvupisteet sijaitsevat lähellä maata ja jäävät useimmiten syömättä. Omat tunturialueemme tarjoavat tästä hyvän esimerkin. Porojen raskaasti laiduntamilla alueilla kasvillisuus usein heinittyy, mutta vähemmän laidunnetuilla alueilla varvut, jäkälät ja sammalet menestyvät paremmin.

Hyvin voimakkaasti laidunnetussa ympäristössä lajisto voi yksipuolistua, koska vain harva laji sietää jatkuvaa silpoutumista. Nämä harvat alkavat vallita kasvillisuutta.

Toisaalta lajimäärä saattaa laskea myös, jos laidunnus estetään kokonaan. Tuolloin valokilpailu voimistuu, ja vain muutamat siinä parhaiten pärjäävät lajit menestyvät.

Kasviyhteisön lajimäärä pysyy siis suurimmillaan, kun kasvinsyöjät aterioivat juuri sopivasti.

Ravinteikkaassa paikassa kasvit sietävät lajien vähenemättä voimakkaampaa laidunnusta kuin niukassa. Rehevän niityn maaperä tarjoaa kasveilla paljon enemmän eväitä menetetyn lehvästön korvaamiseen kuin vaikkapa karun kankaan.

Maaperä kannattaa tehdä itse

Kasvit voivat muuttaa maaperän ominaisuuksia monin tavoin, ja muutos voi olla kasville itselleen hyödyllinen tai haitallinen.

Hyötyä voi tuottaa esimerkiksi kasvista syntyvän karikkeen laatu. Variksenmarjan kaltaisen varvun hajotessa maahan syntyy mikrobitoiminnasta vähäravinteista ainesta, joka kelpaa varpujen omaan kasvuun muttei monelle muulle kasville. Vaikutusta täydentää varpujen juurissa elävä, kariketta hajottava sieni. Se jakaa vapautuneet ravinteet takaisin isännälleen niin, etteivät muut kasvit saa niitä. Yhteisön lajikirjo saattaa supistua.

Maaperässä haittaa voi aiheuttaa vaikkapa tiettyyn lajiin erikoistuneiden taudinaiheuttajien tai juuria syövien sukkulamatojen kertyminen lajin pitkäaikaiselle kasvupaikalle. Niiden takia kasvu taantuu. Viljapelloilla yhteen lajiin erikoistuneiden tautien kertyminen on tuttu ilmiö. Luonnossa tällainen rajoittaa vahvimman kilpailijan yksinvaltaa ja lisää siksi lajikirjoa. Tämä voi osaltaan selittää esimerkiksi sademetsien puulajien valtavaa määrää.

Kasvi-maaperäsuhteiden moninaisuus on vielä pitkälti salassa tutkijoilta - pääosin siksi, että maaperän monet eliöryhmät ovat yhä tuntemattomia. Aiheessa riittää siis työsarkaa pitkälle tulevaisuuteen.

Välimeren nuoret lajit auttavat vanhempia

Välimeren tyypin ilmastovyöhykkeellä esimerkiksi monet akasiat tottuivat alun perin nykyistä kosteampaan ilmastoon. Sellainen vallitsi tertiäärikaudella 66-2,6 miljoonaa vuotta sitten. Sen jälkeinen kuivuminen toi alueelle runsaasti uusia, kuivempaan ilmanalaan sopeutuneita lajeja.

Kosteamman ajan lajeja kuitenkin jäi, minkä ansiosta vyöhyke on nykyisin biologisesti yllättävän monimuotoinen. Vaikka se kattaa alle viisi prosenttia maapallon pinta-alasta, siellä kasvaa parikymmentä prosenttia kaikista kasvilajeista.

Muinaislajit tarvitsevat nykyisin apua kuivempaan sopeutuneilta, raportoi meksikolaisekologi Alfonso Valiente-Banuet kollegoineen Pnas-lehdessä.

Kuivan ajan tulokkaat pystyvät itämään ja kasvamaan taimina aukeilla paikoilla, mutta vanhemmat lajit tarvitsevat itääkseen kosteampia oloja. Ne itävätkin useimmiten muiden kasvien latvuston antamassa suojassa.

Naapuriapu on siis ollut tärkeää alueen monimuotoisuudelle.
Tutkimustulos muistuttaa, että ilmastonmuutoksen vaikutuksia pohdittaessa pitää ottaa huomioon myös kasvien väliset suhteet. Ne saattavat vaikuttaa yllättävän paljon lajien säilymiseen nykyisillä kasvualueillaan.

 

Myskihärkä suojelee ruohoja ilmastonmuutokselta?

Grönlannissa tehdyn tutkimuksen mukaan suuret laiduntajaeläimet voivat sikäläisissä oloissa toimia ilmastonmuutoksen vastavoimana. Vaikuttamalla kasvien väliseen kilpailuun ne parhaassa tapauksessa lieventävät ilmastonmuutoksen vaikutusta arktisen alueen lajikirjoon.

Ilmaston lämmetessä pienet arktiset ruohovartiset lajit eivät pärjää valokilpailussa suurille pensaille vaan alkavat kärsiä ja hävitä. Pensaat ruokkivat muutoskierrettä esimerkiksi keräämällä ympärilleen lunta, jonka suojin ne selviytyvät ankarassa ympäristössä yhä paremmin.

Kun yhtälöön lisätään suurina laumoina alueella vaeltavat tunturipeurat ja myskihärät, lopputulos voi kuitenkin muuttua.
Näin tapahtui ainakin Tanskan Århusin yliopiston Eric Postin ja työtovereiden tutkimuksessa. Kokeessa lämmitetyllä alueella eläinten laidunnus vähensi selvästi pensaiden, kuten vaivaiskoivujen ja pohjanpajujen, runsautta. Tuloksen julkaisi Pnas-lehti.

Havainto on kiinnostava, mutta koska toisaalta liian voimakas laidunnus voi olla haitallista, asiaa pitää tutkia vielä lisää.

Julkaistu Tiede- lehdessä 2/2010 

Pirjo Rautiainen työskentelee erikoissuunnittelijana Metsähallituksen Lapin luontopalveluissa. Hän on väitellyt uhanalaisten kasvilajien populaatiobiologiasta.
Anu Eskelinen toimii tutkijana Oulun yliopiston biologian laitoksessa. Hän on väitellyt kasvien keskinäisistä sekä kasvien ja kasvinsyöjien välisistä vuorovaikutuksista tunturiekosysteemeissä.

Suomalaistutkija havaitsi, että maaseudun monimuotoinen luonto saattaa suojata koiria allergialta. Se antaa tukea biodiversiteettihypoteesille.

Kaupunkilaiskoirilla on enemmän allergioita kuin maaseudulla asuvilla. Vähiten allergioita on koirilla, jotka elävät maalla maalaismaiseen tapaan monilapsisessa, muitakin eläimiä omistavassa perheessä ja saavat ulkoilla vapaasti kotipihalla.

Tällaisia asioita koirista Jenni Lehtimäki sai selville väitöstutkimuksessaan, josta Helsingin Sanomat kertoo jutussaan.

Ihmisistä tosin ei samanlaista yhteyttä löytynyt allergioiden ja asuinpaikan väliltä.

Lehtimäki testasi biodiversiteettihypoteesia. Sen mukaan immuunijärjestelmämme häiriintyy ja allergian tapaiset tulehdusperäiset sairaudet lisääntyvät, kun ympäristön monimuotoisuus hupenee ja me altistumme entistä vähemmille luonnon mikrobeille.

Väitöskirja koostui neljästä tutkimuksesta, joista kaksi käsitteli lapsia ja kaksi lemmikkikoiria.

Kummassakaan lapsitutkimuksessa ei löytynyt merkittävää yhteyttä allergioiden ja ihon mikrobien tai luonnon monimuotoisuuden välillä.

Toisin oli lemmikkien laita. Koiranomistajille suunnatun kyslytutkimusken mukaan sairaimpia olivat kaupunkilaiskoirat, joista noin 17 prosentilla oli allergiaa. Maalla osuus oli viitisen prosenttia.

”Kysely osoittaa ensimmäistä kertaa urbaanin ympäristön ja muun nisäkkään kuin ihmisen allergian välisen yhteyden”, Lehtimäki kertoo.

Vielä selvemmän näytön tarjoaa neljäs tutkimus, johon osallistui yhteensä 170 labradorinnoutajaa ja suomenlapinkoiraa.

Se paljasti, että eniten allergioista kärsivät kaupungissa esimerkiksi kerrostalossa asuvat koirat, joilla on ”urbaani elämäntyyli”. Niiden hoidosta vastaa yksi ihminen, joka harrastaa monenlaista ja lenkkeilee paljon koiran kanssa.

Harvinaisimpia allergiat ovat maalaiseen tapaan maalla elävillä koirilla. Niiden iholla on viljalti ympäristöstä peräisin olevia bakteereja.

Lehtimäki ihmettelee, miksi ympäristön ja allergian yhteys tuli ilmi koirilla muttei lapsilla.

”Allergia on monimutkainen sairaus ja ihmiselämä on monimutkaista, mikä saattaa piilottaa ympäristön vaikutuksen”, hän miettii.

Täysin piiloon ihminen ei kuitenkaan jäänyt. Kyselytutkimuksessa paljastui, että jos allergia vaivaa koiraa, omistajakin on todennäköisesti allergikko. Tämä johtuu epäilemättä jostain yhteisestä tekijästä koiran ja omistajan elämäntavoissa tai ympäristössä.

”Maaseutumaisessa ympäristössä koiran ja ihmisen elimistö altistuu mikrobeille, jotka jollakin tavalla tukevat immuunijärjestelmän toimintaa”, Lehtimäki toteaa.

Kysely

Uskotko biodiversiteettihypoteesiin?

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.