Eesti teadlaste tulised arutelud Science’is ({{commentsTotal}})

Mari Moora (pildil paremal krohmseente uuringul Koerus) ja tema kolleegid on viimastel aastatel jälginud, milline on krohmseente mitmekesisus lokaalselt ja globaalselt ning kuidas reageeritakse keskkonnamõjudele.
Mari Moora (pildil paremal krohmseente uuringul Koerus) ja tema kolleegid on viimastel aastatel jälginud, milline on krohmseente mitmekesisus lokaalselt ja globaalselt ning kuidas reageeritakse keskkonnamõjudele. Autor/allikas: Martin Zobel

Viimase poole aasta jooksul on teadusajakirja Science diskussiooni osas juba kahel korral saanud lugeda arutelusid, milles oma töö üle argumenteerivad aktiivselt ka Eesti teadlased.

Möödunud aasta juulis ilmus Science’is vabatahtlike teadlaste võrgustiku HerbDivNet artikkel, kus väideti, et elurikkuse maksimum on rohumaadel võimalik saavutada ainult mõõduka produktiivsuse tingimustes. Ühelt poolt selgitas see ökoloogia põhitõdesid, teisalt aga andis ainest tuliseks aruteluks.

Artikli autorite loetelus seisavad ka Tartu Ülikooli taimeökoloogide Martin Zobeli ja Mari Moora nimed. “Me räägime, kuidas mitmekesisus on oluline, samas reaalsed uurimisandmed on hästi fragmentaarsed – palju on modelleeritud või isegi n-ö fantaasial põhinev. See Science’i töö oligi algselt mõeldud selleks, et koguda üks korrektne üleilmne andmestik näitamaks, milline see seos siis on,” selgitab Zobel.

Ajend tööks tuli ühest varasemast 2012. aastal Science’is avaldatud artiklist, milles leiti, et taimede produktiivsuse ja mitmekesisuse vahel ei ole seost. Kuna uurijate kogemuslik info ütles, et seos siiski peaks olemas olema, otsustasidki HerbDivNeti teadlased koguda andmeid üleilmselt. Ja selgus, et seos produktiivsuse ning mitmekesisuse vahel on siiski olemas.

“Seos tähendab, et seal, kus ökosüsteemid on loomulikult kõige mitmekesisemad, on nende produktiivsus veidi alla keskmise. Seal, kus nad on loomulikult veidi liigivaesemad, on nad produktiivsemad,” ütleb Zobel. Sellest võib järeldada, et kui olla väga mitmekülgne, ei pruugi produktiivsus nii hea olla. “Aga kui sa annad mitmekesisuses veidi järgi, lubad ka mõnda dominanti, on produktiivsus kõrgem.”

Nagu öeldud, andis välja pakutud seos ainest tuliseks aruteluks. Teadlaste mõttevahetuseks avatud Science’i kommentaari rubriigis järgnesid mainitud artiklile arvamusavaldused, teiste hulgas ka kolleegidelt Eesti Maaülikoolist.

“See algne Science’s ilmunud artikkel kirjeldas ainult mustreid,” ütleb Mari Moora. “Seal rõhutasime ka, et mehhanismi, mis nende taga on, me ei tea ning seda tuleb edasi uurida.”

Arutelu, mis Science’is järgnes, püüdiski leitud seost kriitiliselt analüüsida. Maaülikooli vanemteadur Lauri Laanisto koos Sussexi ülikooli emeriitprofessori Michael J. Hutchingsiga avaldas analüüsi, milles nad väitsid, et mitmekesisuse ja produktiivsuse vaheline seos sõltub olulisel määral suureskaalalistest protsessidest, nagu liigiteke ja liikide regionaalne levimine, mis kujundavad liigifondi. Need autorid väitsid, et kui liigifond statistilisse mudelisse sisse lülitada, siis seos produktiivsuse ja liigirikkuse vahel kaob.

Küsimusele miks on seos liigirikkuse ja produktiivsuse vahel just selline võib esimese vastuse anda lähtuvalt taimede interaktsioonidest ehk sellest, kuidas taimed omavahel suhtlevad. Teine võimalik seletuste grupp on ajalooline: kuidas taimed üldse siia jõudsid ja kui palju neid tuli. “Lauri Laanisto rõhutas just viimast aspekti – taimede mitmekesisuste mustrite kujunemisel on ajaloolised tegurid olulised. See on tegelikult just see, mida meiegi oleme kogu aeg väitnud – me oleme sellega väga nõus,” selgitab Zobel. Kuid ta lisab: “See oli väga õige aspekt. See, kuidas ta seda näitas, ei olnud aga puhtmatemaatilises plaanis just parim lahendus. Me tegime oma vastuses selle matemaatiliselt uuesti üle, pakkudes välja meie arvates parema lahenduse.”

Seega, Science’i arutelus esitatud vastuses ei väitnud Zobel ja Moora koos kolleegidega, et Laanisto ja Hutchingsi väidetu oleks vale, vaid et seda saab teha paremini.

Kriitika ja kriitika kriitika

Tõsi, Laanisto ja Hutchingsi argumentatsioon polnud ainus reaktsioon HerbDivNeti autorite artiklile. Näiteks osutati asjaolule, et üleilmse uuringu staatuse tarvis pidanuks andmestik olema esinduslikum. “Sellega on alati nii, et arengumaadest ei saa andmeid kätte. Troopika oli suhteliselt vähe esindatud – Brasiiliast ja Aafrikast oli natuke. Aga muidugi oli see parem, kui kõik senised andmestikud,” märgib Zobel.

Üleilmsete uuringutena esitletud andmestikke lähemalt vaadeldes tuleb tihtilugu ette, et tegelikult on andmed ikka kogutud Euroopast, Põhja-Ameerikast, Jaapanist ja lisaks mõnest üksikust punktist (näiteks Panamast), kus asuvad USA uurimisbaasid.

Ehk lihtsalt võttes on materjali kogutud arenenud riikidest ning esindamata on näiteks troopika, kust materjali kogumine on väga keeruline. Esiteks takistavad troopika uurimist infrastruktuuri puudumine ja turvalisus. Teiseks nõuab see väga spetsiifilisi teadmisi kohalikust mitmekesisusest – uurijad on tihtipeale silmitsi olukorraga, kus osa liike on väga raskesti määratavad, teine osa aga lausa veel teadusele tundmatu.

Kolmanda asjaoluna toob Mari Moora välja, et arutelu algatanud artikli aluseks olnud uuringu tegi vabatahtlike teadlaste võrgustik. “Selle uurimiseks ei olnud kellelgi uurimisgranti. Taolise globaalse uurimuse tegemiseks ei olegi maailmas olemas ühtki granti. Sellist uurimist sai ja saab ka tulevikus teha ainult kohtades, kus juba reaalselt eksisteerivad uurimisgrupid,” nendib Moora. Kuna troopika pole uurimisgruppidega kaetud – pole vahendeid ja pole ka seal eksisteerivat teadust – jääb taoliste uurimuste kandmine ikka suhteliselt rikka lääne pärusmaaks.

Kui palju võiks aga täielik üleilmne andmestik muuta praegust väidet, et rohumaade mõõdukas produktiivsus käib käsikäes taimekoosluse kõrge mitmekesisusega? “Ma ei usu, et kuigi palju muudab. See on küllalt esinduslik andmestik ja troopikas olid põhirohumaatüübid hõredalt ka kaetud,” sedastab Zobel.

 

Produktiivsuse ja liigirikkuse seoste uuringud algasid saastevihmast 
Ökosüsteemi produktiivsuse ja liigirikkuse seose uurimine muutus aktuaalseks 1970. aastate lõpus, kui hakati tundma huvi milline mõju on lämmastikusaastel taimedekooslustele. Lämmastikuühendeid, mis on ühtlasi taimedele toitaineks, sadeneb tööstusriikides alla suurtes kogustes. Toona asetati probleemi keskmesse küsimus, kuidas selline saaste, mis tõstab produktiivsust, mõjutab ökosüsteemide mitmekesisust? Sellele küsimusele vastamiseks oli esimesena oluline uurida, milline on üleüldse produktiivsuse ja liigirikkuse seos looduses? Sealt edasi liiguti küsimusele, mis juhtub mitmekesisusega siis, kui saaste produktiivsust tõstab.

 

Arutelu silmale nähtamatute seente üle

Teine arutelu tõstatus aga üsna värskelt. 19. veebruari Science’i diskussiooninurgas pakkusid aruteluainest hoopis seened, mida palja silmaga ei näe, kuid mida Mari Moora koos kolleegidega uurib. Sellesse arutellu süüvimiseks tuleb aga enne teha kõrvalepõige Mari Moora uurimisaluste, krohmseente juurde.

Krohmseened on mikroskoopilised seened, mis elavad 80 protsendi maismaataimede juurtes. Neid leiab nii looduslikult kasvavatelt kui kultuurtaimedelt. Viimaste hulgas on erandiks ainult raps ja mõned teised ristõielised, kel pole krohmseentega sümbioosi.

See mikroskoopiline juurseen kasutab taimelt saadavaid suhkruid, mida taim toodab fotosünteesil. Vastutasuks “laiendavad” krohmseened taime juurestikku, aitavad mullast hankida toitaineid ja vett. Teataval määral pakuvad nad kaitset haigustekitajate vastu ning tõstavad taime stressitaluvust. Kõlab nagu taime hea abiline?

Nii ongi. Mari Moora märgib, et krohmseened tõepoolest aitavad taimel kasvada ning toetavad tema elutegevust. Omal moel toimivad krohmseened niisiis taimekaitsjate- ja abilistena ning piltlikult võiks neid nimetada n-ö bioloogiliseks väetiseks, kuna aitavad lõppkokkuvõttes taimel mullast toitaineid paremini omastada.

Selle teadmise juures tasub aga korraks mõelda, kuidas toimib tänapäevane taimekasvatus. Seemneid töödeldakse juba enne külvamist fungitsiidide ehk seenetõrjevahenditega. Paraku pole olemas fungitsiide, mis tapaksid ära ainult haigustekitajatena tuntud seened ja jätaksid kasulikud seened alles.

“Seega juba praegu lähevad taimed mulda vähenenud võimega moodustada sümbioosi seentega. Kui pidevalt, igal aastal külvatakse fungitsiididega töödeldud seemneid, lisaks töödeldakse kasvuperioodilveel mitmesuguste kemikaalidega – nii taimekaitsevahenditega kui väetistega – siis me surume alla seenekoosluste kasuliku poole, selle võimaliku bioloogilise väetise,” kirjeldab Moora.

Viimasel kümnendil on hakatud üha rohkem otsima viise, kuidas just krohmseeni kasutada bioloogiliste väetistena, et vähendada keskkonda paisatavate kemikaalide hulka. Praegu on see aga tulevik, sest neid seeni ei suudeta veel kultuurina kasvatada. Päris täpselt on teadmata seegi, millised taimed millist liiki krohmseentega sümbioosi moodustavad.

Krohmseente avastamata maailm

Tartu Ülikooli teadlasi viis nende uuringute juurdee elkõige huvi, kuidas mõjutavad mükoriissed seened taimede kasvu. Aastakümnete jooksul erinevates riikides tehtud katsed on näidanud, et nendel seentel on positiivne mõju taime kasvule: kui püüda kasvatada taimi steriilsetes tingimustes, siis krohmseente peremeestaimed küll kasvavad, kuid väga kiduralt.

“Üldiselt oleme ikka alles lapsekingades arusaamisega, kuidas on krohmseente ja nende peremeestaimede liigiline mitmekesisus omavahel seotud,” märgib Moora. Arvatakse, et mida rohkem on ühes koosluses peremeestaimi, seda rohkem on ka erinevaid krohmseeni.

Teada on, et ühe taime juurtel võib elada ligikaudu 5-20 erinevat liiki krohmseeni. Päris täpselt pole aga veel võimalik öelda, mida erinevad seened teevad – kas nad teevad samu asju või on ülesanded kuidagi taimejuures jagatud.

Eestis võrdlesid teadlased ökosüsteeme viiel erinevat tüüpi kooslusel. Taimi koguti 1) intensiivselt majandatavatelt põldudelt; 2) jätkusuutlikult majandatud põldudelt ehk nn mahepõldudelt; 3) stabiilselt hooldatavtelt rohumaadelt ehk lihtsalt öeldes Tartu linna muruplatsidelt; 4) kuuseistanduselt, mis rajatud kunagisele põllumaale; 5) Järvselja ürgmetsast ehk ökosüsteemist, mida inimese käsi pole põlluharimisega mõjutanud.

Mustri järgi, mida teadlased selle põhjal suutsid kirjeldada, leidis kinnitust fakt, et põllumajandusmaastikud muutuvad harimise tõttu seente poolest vaesemaks. “Üks asi on küll selge: kogu see kaasaegne väga intensiivne ja kemikaale kasutav põllumajanduspraktika mõjutab kindlasti krohmseente olemasolu ja kasulikkust taimele,” nendib Moora. Seda fakti on kinnitanud nii siinsed kui üleilmsed uuringud.

350 või 50 000 liiki?

Kuigi krohmseente olemasolust on teatud juba viimased sada aastat ning neid on teaduslikult uuritud ligi poolsada aastat, siis jätkuvalt pakuvad aruteluainest küsimused, nende levikust ja liigilisest mitmekesisusest.

Mari Moora ja tema kolleegid on viimaste aasate jooksul vaadanud, milline on krohmseente mitmekesisus lokaalselt ja globaalselt ning kuidas see võiks reageerida keskkonnamõjudele.

Eesti teadlased hakkasid molekulaarsete meetoditega krohmseeni uurima 15 aasta eest ning tegid seda alguses väga lokaalselt – võtsid ette Koeru salukuusikust tillukese 100-ruutmeetrise ala. Ja leidsid eest ootamatult suure mitmekesisuse: kui maailmas oli selleks ajaks kirjeldatud umbes 200 liiki krohmseeni, siis Koeru salukuusiku lapilt määrasid teadlased juba 53 erinevat liiki. See andis aluse püstitada hüpoteesi, et maailma pole piisavalt uuritud ning arvatava 200 liigi asemel on äkki hoopis 50 000 liiki krohmseeni.

„Selle hetke hüpoteesi kohaselt arvasime, et see on reaalne,“ meenutab Moora. See innustas tegema laiaulatuslikku uurimust, et kirjeldada üleilmset krohmseente liigirikkust.

Kui ühtsete meetoditega üle maailma kogutud proovidel põhinev andmestik oli kokku kogutud, sai selgeks ka see, et hüpotees ei pea paika. „Martinil oli artikli põhi juba valmis kirjutatud ja ma mäletan, et ta oli alguses väga pettunud, eks me kõik olime, sest nägime, et meie eeldused ei pea paika – krohmseened on peaaegu igal pool sarnased,“ meenutab Moora.

Praeguseks on molekulaarselt kirjeldatud umbes 350 liiki krohmseeni ning ilmselt väga palju rohkem neid liike määrata polegi. Eesti teadlaste töö krohmseente kirjeldamisel on seni olnud maailma suurim.

Teada on, et samu krohmseeni leidub kõigil mandritel, ehkki teada on ka see, et praegu esinevad liigid on tekkinud pärast mandrite jagunemist. Viimane asjaolu annab seega teadmise, et need väga laialdase levikuga seened on erinevatele mandritele levinud mingil moel, kuid millisel? Uurijad on näidanud, et väikesed loomad nagu närilised, aga ka näiteks vihmaussid, kannavad neid edasi. Need kaks viisi aga pole tõenäolised selgitama mandrite vahelist levikut.

Mari Moora pakub ühe alternatiivse viisina välja tolmutormid, mis oleksid suutelised kandma krohmseente eoseid kaugete vahemaade taha. See on praegu siiski pelgalt teooria, kuivõrd puuduvad teaduslikud uuringud, mis seda kinnitaksid või ümber lükkaksid. Samuti on võimalik, et inimtegevus mängib krohmseente globaalses levikus olulist rolli.

Levikuviisidest enam huvitab Mari Moorat aga küsimus, miks ei ole nii laia levikuga seened rohkem divergeerunud ehk miks neist ei ole rohkem liike tekkinud? Kui mõelda, et peremeestaimi, kellega nad sümbioosi moodustavad, on ligikaudu 200 000, siis võiks eeldada, et seente liigispekter on samuti väga-väga palju suurem. See kõik ongi viinud edasi arutelu algatanud küsimuse juurde.

Mis on liik ja millega teda võrrelda saab?

Avastamata maad on krohmseente uurimises üksjagu. Näiteks lihtne teadmine: kui palju on erinevat liiki krohmseeni? Varasem krohmseente mitmekesisuse uurimine põhines niinimetatud “paljunemiskehakestel” ehk eostel, mida võib leida mullast. Liike eristati eose kuju ja suuruse järgi.

Samas polnud teada, millistelt taimejuures elavatelt seentelt need eosed pärinesid. Taimede juuri asustavaid seeni saab küll mikroskoobi abil näha, aga visuaalselt tunduvad kõik seeneliigid olevat ühesugused. Liikide eristamine sai võimalikuks alles siis, kui kasutusele võeti molekulaarsed meetodid – pärilikkuseaine DNA uurimine.

DNA analüüs on paljudes teadusvaldkondades avanud täiesti uued horisondid. Seni on teadlased olnud spetsialiseerunud kindlate organismide tundmisele, näiteks botaanikud tunnevad ja uurivad taimi, entomoloogid putukaid jne.

DNA uurimine võimaldab aga ökosüsteemide uurimisel juba praegu ületada ka n-ö kuningriigi piire ehk uurida paralleelselt erinevaid organisme. Näiteks igikeltsa DNA ekstrakti põhjal on ka Eesti teadlaste osalusel suudetud kirjeldada korraga nii taimekooslusi, imetajaid, kes oma jälje mulda jätnud, ning määrata mulla nematoodid (Willerslev jt 2014).

Viimased 200 aastat on liikide määramine tuginenud teadlase eksperthinnangul. See omakorda on tuginenud kirjeldusel, milles omakorda on alati oma subjektiivne aspekt. DNA proovidel tuginevad andmed võimaldavad määrangute subjektiivsust vähendada. Ja kindlasti võimaldab see olla täpsem.

See täpsus omakorda ongi tõstatanud ühe viimase diskussiooni Science'is, millele on ajendiks Eesti teadlaste juhtimisel kirjutatud artikkel. Mis on liik, mikroorganismide osas ja mis on liik makroorganismide puhul ning kas nende biogeograafiat saab omavahel võrrelda?

Mikroorganismide liikide taksonoomia on just molekulaarsete meetodite tõttu läinud ümberhindamisele. „Ja see hindamine muudkui kestab ja kestab. Taksonoomid diskuteerivad, mis on liik, milliste DNA regioonidega me saame paremini organisme ja rühmi kirjeldada,“ selgitab Moora. Teadlased suudavad küll kirjeldada kehtivaid mustreid, kuid ei oska veel alati sellele DNA järjestusele n-ö nägu külge panna.

See kõik on loonud aluse diskussiooniks, kus klassikaline kirjeldamisel tuginev ökoloogia ja taksonoomia põrkuvad molekulaarsetel meetoditel tugineva ökoloogia ja taksonoomiaga. „Nende vahel on kohati veel küllalt tuline võitlus ja õigustatult. Meil ei ole praegu veel globaalses mõttes nii palju kogemusi, et öelda igas olukorras kindlalt, millise organismi külge vastav DNA molekul kuulub,“ räägib Moora. Traditsiooniliselt on organisme klassifitseeritud välise ehituse alusel. Kuidas aga ühendada klassikalist lähenemist uute metoodikatega, kus liike määratakse DNA järjestuste alusel, selle üle käibki Science'is debatt.

Uurijate ees seisab palju lahendamist vajavaid probleeme. Näiteks olukorras, kus ei järjendata uuritava organismi kogu genoomi, mis oleks ülimalt töömahukas ja kallis, vaid töötatakse mingi piiratud DNA lõigu alusel, tekib kohe küsimus, milline DNA lõik on parim? Kas ja mil määral on tulemus võrreldav klassikalise organismide taksonoomiaga? Kas erinevat tüüpi organismide mitmekesisust on üldse mõtet võrrelda, või peegeldab see pelgalt valitud metoodika omapära?

Artikkel ilmus ajalehes Sirp.



Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: