Maaperän ja metsien vaikutusta kasvihuonekaasujen sidontaan on tutkittu jo kauan. Metsien kätköistä löytyy kuitenkin myös näkymättömiä organismeja, joilla voi olla vaikutusta ilmastoon.
– Itä-Suomen yliopistossa on jo 1980-luvun puolivälistä asti tutkittu vettä, maaperää ja soita emeritusprofessori Pertti Martikaisen johdolla biogeokemian tutkimusryhmässä. Martikaisen eläköidyttyä vuonna 2016 ryhmän johtajana aloitti mikrobiologisen biokemian professori Jukka Pumpanen, kertoo akatemiatutkija Henri Siljanen ympäristö- ja biotieteiden laitokselta.
Aiemmissa tutkimuksissa esimerkiksi sammalten on havaittu toimivan suodattimina maaperässä, ja bakteerien havaittu pystyvän tuottamaan kasvihuonekaasuja.
– Nyt tutkijoiden uusi sukupolvi on alkanut nousta puuhun, Siljanen toteaa.
Tutkijat selvittävät parhaillaan puiden oksiston jäkälien kykyä sitoa ilmasta tehokasta kasvihuonekaasua, dityppioksidia eli ilokaasua. Jäkälien roolia kasvihuonekaasujen sidonnassa ei ole aiemmin tutkittu, vaan tutkimuksen kohteena ovat olleet maaperä ja kasvit.
Toinen tutkimuskohteemme ovat puissa ja maaperässä elävät mikrobit, sekä niiden symbioottinen suhde kasvien kanssa.
Henri Siljanen
Akatemiatutkija
Kuusien oksissa olevat mikrobit voivat myös kuluttaa dityppioksidia. Tähän aiheeseen liittyvä tutkimus hyväksyttiin juuri ISME Communication -julkaisusarjaan post doc -tutkija Dhiraj Paulin kirjoittamana.
Mikrobit voivat tukea puiden kasvua kasvuhormoneilla – kasvi taas tarjoaa mikrobeille sokereita, sekä sitoo metaania ilmakehästä. Kasvien ja mikrobien vuorovaikutuksen nopeus vaihtelee sen mukaan, onko kyseessä nuori vai vanha metsä.
– Jäkälissä olevien mikrobien osuutta kasvihuonekaasujen sidonnassa ei ole aiemmin tutkittu lainkaan.
– Puustossa tapahtuvia prosesseja voidaan verrata maaperän tapahtumiin, jolloin tutkimuksella on merkitystä ilmastomallien kehittämisessä. Ilmastomallit taas helpottavat päätöksentekoa esimerkiksi metsien biodiversiteettiä selvitettäessä.
Ilmakehän kaasuja voidaan kerätä ja analysoida reaaliaikaisesti kannettavilla mittalaitteilla
Meneillään olevan hankkeen tutkimusalueeksi valikoitui Puijon laella sijaitseva yli 160 vuotta vanha metsä luonnonsuojelualueen rajalla.
– Tämä alue sopii hyvin tutkimukseen, sillä täällä on paljon erilaisia jäkäliä. Tästä on myös lyhyt matka yliopistolle, Siljanen kertoo.
– Puijolla sijaitsee ilmakehän pienhiukkasia ja kaasuja selvittävä SMEAR-tutkimusasema, jonka osana olemme Suomen Akatemian rahoittamassa Ilmakehän ja ilmaston osaamiskeskuksessa (The Atmosphere and Climate Competence Center, ACCC), mutta siellä ei ole pystytty tutkimaan suoraan tätä aluetta.
Kannettavilla mittalaitteilla voidaan selvittää reaaliaikaisesti muun muassa vesihöyryn, metaanin ja ilokaasun määrää ilmassa. Puiden latvusto voi päästöjen sijaan myös sitoa ilmakehän metaania, sekä ilokaasua.
Alueelta kerätään myös jäkälä- ja mikrobinäytteitä. Ne säilötään metsässä suoraan nestemäiseen typpeen, jolloin mikrobien ja entsyymien toiminta pysähtyy. Näytteet viedään yliopiston laboratorioon, jossa niiden kosteus mitataan.
Kuivauksen jälkeen näytteistä eristetään metasekvensointityökalulla eliöiden DNA ja RNA, sekä verrataan tuloksia laajaan tietokantaan. Mikrobilajisto ja diversiteetti saadaan näin selvitettyä nopeasti ja tarkasti.
Italialainen Vincenzo Abagnale on yksi tutkimushankkeen kolmesta väitöskirjatutkijasta. Hän työskentelee tällä hetkellä laboratoriossa Puijon metsästä ja Sodankylän alueelta kerättyjen jäkälä- ja puunäytteiden parissa analysoiden, miten ilmakehän kaasujen mittaukset voidaan yhdistää mikrobien toimintaan näissä ekosysteemeissä.
Hänen tutkimuksestaan on julkaistu preprintti, joka on arvioitavana Environmental Microbiology -lehdessä.
Kiinnostuin tästä tutkimusaiheesta, kun huomasin, miten valtavasti Puijon metsässä on eri eliöitä, sieniä ja bakteereita.
Vincenzo Abagnale
Väitöskirjatutkija
– Tälle alueelle luonnonsuojelualueen vieressä oli myös helppo saada näytteenottoluvat ELY-keskukselta, Abagnale kertoo.
– Tutkimukseni keskittyy ymmärtämään, voivatko jäkälissä elävät mikroskooppiset organismit vaikuttaa aktiivisesti kasvihuonekaasujen säätelyyn ja miten nämä pienimuotoiset biologiset prosessit voivat vaikuttaa ilmastojärjestelmään laajemmin.
Ilokaasun vapautuminen on seurausta ihmisen toiminnasta, mutta myös luonnon omista prosesseista
Tutkimushankkeessa on otettu aiemmin näytteitä myös Virosta, Tšekistä ja Suomessa Pohjois-Lapista.
Suurin ilokaasupitoisuus mitattiin koivujen rungoilta Agalin kylässä Tartossa, jossa selvitettiin erityisesti nuorten koivujen käyttäytymistä. Tähän tutkimukseen liittyvä raportti on vertaisarvioitavana Microbial Ecology -lehdessä.
Tutkimusalueella on kuivattu suo, jonka vedenpinta vaihtelee paljon, majavienkin vaikutuksesta. Viime vuonna myös todella kovat sateet nostivat vedenpintaa nopeasti.
– Tulevaisuudessa olisi mielenkiintoista jatkaa tutkimusta Puijon luonnonsuojelualueella. Voisimme tutkia maaperän toiminnan palautumista ihmisen toiminnan vaikutuksesta esimerkiksi sulkemalla pienen, noin aarin kokoisen alueen kulkemiselta. Näin voitaisiin tutkia mikrobiprosessien toipumista ja maaperän kykyä sitoa ilmakehän kasvihuonekaasuja, Siljanen miettii.
Ensi vuonna mitataan maaperän, Puijon kuusien havujen sekä oksistossa olevien jäkälien kykyä kasvihuonekaasujen tuottoon ja kulutukseen. Kasvihuonekaasuvuota mitataan eri vuodenaikoina maaperän tasolla, sekä korkeammalla oksistossa nosturin avulla. Vertailukohteena toimii mittausalue Sodankylässä.
– Näin saamme vuodenaikaista vertailua kasvihuonekaasujen metabolista. Näillä tiedoilla voimme parantaa ilmastomallien herkkyyttä kasvien ja jäkälien osalta. Lisäksi tutkimme kasvihuonekaasujen kulutukseen ja tuottoon liittyvien mikrobien geenien aktiivisuutta ja diversiteettiä.
Artikkelit:
V Abagnale, C Palacin-Lizarbe, D Paul, J Kerttula, HMP Siljanen. 2023. Activity and abundance of nitrous oxide consuming bacteria in Platismatia glauca cryptogamic lichen in boreal Finnish spruce forest. bioRxiv, 2023.05. 09.539975
Dhiraj Paul, Inga Paasisalo, Anuliina Putkinen, Christopher M Jones, Lukas Kohl, Sara Hallin, Mari Pihlatie, Henri MP Siljanen. (2025) Microorganisms in the phyllosphere of Norway spruce controlling nitrous oxide dynamics. ISME Comm. DOI: 10.1093/ismeco/ycaf196.
Krishnapriya Thiyagarasaiyar, Dhiraj Paul, Johanna Kerttula et al. Genetic potential for N₂O metabolism in tree tissues: Insights into nitrogen cycling gene abundance and nosZ diversity across trees, 23 December 2025, PREPRINT (Version 1) available at Research Square [https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-8339723/v1]
