Väitös: Nopeutuvan lämpötilan vaihtelun haasteet – kykenevätkö eliöt sopeutumaan sään ääri-ilmiöihin? (Räsänen)

Lämpötila on ympäristötekijä, joka vaikuttaa kaikkeen elolliseen soluista ekosysteemeihin. Ihmisen aiheuttama ilmastonmuutos on paitsi nostanut maapallon keskilämpötilaa myös lisännyt lämpötilassa tapahtuvaa vaihtelua. Sään ääri-ilmiöt, kuten pitkät hellejaksot ja nopeat lämpötilan muutokset aiheuttavat eliöille fysiologista stressiä. Sietääkseen paremmin muuttuvia olosuhteita eliöt joutuvat sopeutumaan erilaisin keinoin. Tällä hetkellä ei ole kuitenkaan varmuutta siitä, mitkä tekijät parantavat tai huonontavat eliölajien kykyä sopeutua muuttuviin lämpötilaoloihin. 

- Kun lämpötilan vaihtelu lisääntyy, eliöt joutuvat olemaan pidempiä aikoja stressaavissa ja tappavissa äärilämpötiloissa. Erityisen alttiita kuumuudelle ovat vaihtolämpöiset eliölajit, joiden ruumiinlämpötila seuraa läheisesti ympäristön lämpötilaa. Tällaisia ovat suurin osa maapallon lajeista, selventää apurahatutkija Emmi Räsänen Jyväskylän yliopistosta. 

Uutta tietoa lämmönsietokyvyn evoluutiosta 

Vuosikymmenten ajan on oletettu, että eliöyksilöt eivät kykene sopeutumaan samanaikaisesti sekä pitkään vakaina pysyviin että eri nopeuksilla vaihteleviin lämpötiloihin. Uusi väitöskirja haastaa tämän käsityksen käyttäen kahta toisiaan tukevaa menetelmää, geenikartoitusta ja kokeellista evoluutiota. Menetelmien avulla saatiin selville, että suurimmaksi osaksi samat geenit säätelevät sopeutumista sekä vakaisiin että vaihteleviin lämpötiloihin, eikä erilaisiin lämpötilaoloihin sopeutumisesta seurannut eliöille selkeitä haittoja. Tutkimuseliöinä olivat sienet ja bakteerit, joita voidaan kasvattaa nopeasti satoja sukupolvia ilmastonmuutosta muistuttavissa olosuhteissa. 

- Eliöt sopeutuvat muutoksiin perintötekijöidensä avulla. Perimä on kuin työkalupakki, jossa on erilaisia geneettisiä keinoja sopeutua. Työni tutkijana on katsoa tämän työkalupakin sisään ja selvittää, onko eliöillä keinoja sopeutua ilmastonmuutokseen ja millaisia nämä keinot ovat. Mikrobit ovat erityisen kiinnostava tutkimuskohde, sillä uusien taudinaiheuttajien ja pandemioiden odotetaan kehittyvän tulevaisuudessa, kuvailee Räsänen. 

Jatkuva kuumuus on eliölle kuormittavampaa  

Eliöt tarvitsevat kuumuutta sietääkseen paljon energiaa kuluttavia solujen suojamekanismeja. Yksi väitöskirjan mielenkiintoisimmista löydöistä oli kuumansietokyvyn selkeä poikkeavuus muusta lämmönsietokyvystä. Joillakin lajeilla sopeutumista pitkiin kuumiin jaksoihin rajoittaa vähäinen geneettisen muuntelun määrä, mutta toisaalta korkeat lämpötilat voivat johtaa voimakkaaseen luonnonvalintaan ja nopeuttaa sopeutumista. Lisääntyvä lämpötilan vaihtelu ei kuitenkaan itsessään vaikuttaisi estävän eliölajeja sopeutumasta tulevaisuuden oloihin, sillä jotkin yksilöt ja populaatiot pärjäävät hyvin lämpötilasta riippumatta.  

- Yhteenvetona voidaan todeta, että lämmönsietokyky on monimutkainen ominaisuus, johon vaikuttavat useat geenit ja ympäristötekijät. Tietoa eliöiden kyvystä sopeutua lämpötilan vaihteluun voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi luonnonsuojelussa sekä ihmiselle tärkeiden ravintokasvien ja -eläinten jalostamisessa. Saatua tutkimustietoa voidaan yleistää, koska lämmönsiedon geneettiset mekanismit ovat samankaltaisia läpi eliökunnan, summaa Räsänen. 

Emmi Räsänen valmistui filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopiston bio- ja ympäristötieteiden laitokselta vuonna 2018 ja väitöskirjatutkimuksensa hän aloitti vuonna 2019. Tutkimuksen ohjaajina toimivat apulaisprofessori Ilkka Kronholm (Jyväskylän yliopisto) ja yliopistonlehtori Tarmo Ketola (Helsingin yliopisto) ja siihen on saatu rahoitusta Emil Aaltosen säätiöltä, Jyväskylän yliopistolta sekä Suomen Akatemialta. 

FM Emmi Räsäsen väitöskirja “Adaptation to fluctuating and extreme temperatures” tarkastustilaisuus pidetään perjantaina 13.9.2024 klo 12:00 Ylistönrinteellä salissa YAA303. Vastaväittäjänä toimii professori C.-Elisa Schaum (University of Hamburg) ja kustoksena apulaisprofessori Ilkka Kronholm (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti. 

Julkaisutiedot 

Väitöskirja “Adaptation to fluctuating and extreme temperatures” on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/96758