Sieniä voidaan käyttää monella tapaa ilmastonmuutoksen vaikutusten ennakoinnissa ja niihin sopeutumisessa
Endofyytit ja mykorritsasienet ovat tulevaisuudessa merkittäviä ilmastonmuutoksen torjunnassa kasveilla
Tuoreesta ilmastonmuutoskirjallisuudesta löytyy ilmastonmuutoksen hillitsemisestä ja sopeutumisesta erilaisten sienien avulla monia kansainvälisiä esimerkkejä, joita voitaisiin hyödyntää myös meillä Suomessa.
Erilaisia mikrobeja mukaan lukien sienet voidaan tehokkaasti käyttää jätevesien käsittelyssä. Siinä tulevaisuuden tutkimustarpeet kohdistuvat etenkin hybriditeknologioiden kehittämiseen: miten jätevesistä saataisiin puhdistettua erilaiset orgaaniset ja epäorgaaniset saastukkeet? Tämä nivoutuu yhteen ilmastonmuutoksen seurauksena syntyvän puhtaan veden tarpeen ja sen tulevaisuuden puutteen kanssa. Nykyiset fysikaaliset, kemialliset ja biologiset puhdistusmenetelmät voitaisiin korvata kestävällä ja vihreällä teknologialla, jossa mikro-organismeilla on olennainen rooli, koska ne ovat tehokkaita veden puhdistuksessa. Uusia teknologioita on esitetty muun muassa eräässä tuoreessa vertaisarvioidussa artikkelissa.
Uusista ekoystävällisistä tekniikoista esimerkkinä on myös biolannoitus, joka maaperään lisättynä parantaa maan tuottokykyä ja ravinteisuutta. Biohajoavaisuutensa takia biolannoitteet eivät lisää maan saastuneisuutta. Biolannoitteina voivat toimia bakteerit, sienet, levät ja kasvit. Niitä voidaan eristää niin elävistä organismeista kuin niiden jäännöksistä. Maataloudessa ei biolannoitteista jää esimerkiksi raskasmetalleja maaperään.
Symbioottisilla mykorritsasienillä on suuri merkitys kasvien kasvulle ja kehitykselle etenkin ankarissa ympäristöolosuhteissa. Mykorritsasienien siirto uusiin ympäristöihin on kuitenkin vähän tutkittu asia. Sienen laadulla, maaperällä ja ilmasto-olosuhteilla on vaikutusta mykorritsasienten juurten asuttamiskykyyn. Tutkimuksissa sienen laadulla on havaittu olevan suurempi merkitys juurten sienilajiston koostumukseen kuin maaperällä ja ilmasto-olosuhteilla. Sen sijaan juurten asuttamisen laajuus riippuu ilmastollisista ja maaperäominaisuuksista riippumatta sienilajista. Esimerkiksi tutkimuksissa mesquiteheinällä uusiin ympäristöihin siirretyt mykorritsakasvustot sopeutuivat hyvin uusiin abioottisiin olosuhteisiin eli ympäristön elottomiin kemiallisiin ja fysikaalisiin tekijöihin.
Tutkimuksessa taimet kasvoivat parhaiten maassa, jossa niiden oma mykorritsasieni esiintyi yleisimpänä. Taimet kasvoivat heikoimmin varttuneessa saman puulajin metsikössä, kun sateita oli niukasti. Tutkimuksessa ektomykorritsasienten lajisto erosi metsikössä riippuen siitä, vallitsiko metsikössä ektomykorritsasieniä vai arbuskelimykorritsasieniä vaativat puulajit. Mikrobisymbionttien erikoisvaikutus kasvin toimintoihin voi mennä myös yli lajirajojen. Tutkimuksessa juurten asuttamilla ektomykorritsasienillä oli päinvastainen vaikutus vedenottoon ja ilmarakojen kuivuuden säätelyyn koloradonpähkinämännyn kuivuuden alttiilla ja kestävillä perimätyyppeillä. Siten kasvin perimätyypin ja mikrobiseuralaislajin valinnalla on tärkeä merkitys ilmastonmuutoksen lieventämisessä kasveissa.
Endofyyttejä, jotka ovat kasvien sisällä eläviä organismeja aiheuttamatta kasville itselleen oireita, voidaan käyttää kasvien suojaamistarkoituksessa, mikä on ekologisesti ystävällistä. Niillä voidaan vähentää muun muassa kasvien stressiä abioottisiin tuhoihin, parantaa kasvien kasvua ja edistää maa- ja metsätalouden kestävää kehitystä. Siksi on tärkeää etsiä endofyyttisieniä, jotka hyödyttävät kasveja erikoiskasvupaikoilla. Etenkin kuivuutta kestävät endofyyttisienet ovat tärkeitä. Tutkimuksessa sarjatuhkapensaan endofyyttejä kerättiin ja niiden kasvin kasvua edistävää kykyä testattiin eri kuivuusolosuhteissa. Kestäviä endofyyttilajeja eristettiin useista eri sienisuvuista, joista osa paransi isäntäkasvin kasvua. Tulevaisuudessa kuivuuden kestävien endofyyttisienten ymppäys kasveihin maa- ja metsätaloudessa voi parantaa kasvien kuivuuden kestävyyttä ja kasvua.
Jäkälät koostuvat sieni- ja leväosasta. Jäkälien sieniosan osuus on merkittävä jäkälien ravinnekierrossa ja ulkoisten ympäristön stressitekijöiden suojauksessa. Tutkimuksissa on havaittu, että kasvupaikkatekijät ovat merkittävämpiä kuin yhden tai useamman geenin yhdessä periytyvät vaihtoehtoiset muodot vaikuttamaan jäkälän sieniosan rakenteeseen. Monet säätekijät vaikuttavat jäkälän sieniosan kasvuston diversiteettiin ja sieniosan tiettyjen lajien dominointiin. Siten ympäristötekijöitä tulee tarkastella tutkittaessa jäkälän sieniosan rakennetta. Tulevaisuudessa jäkälän sieniosan sopeutuminen muuttuviin ilmasto-olosuhteisiin, muutokset sieniosan lajirakenteessa ja edelleen vaikutukset jäkälän toimintaan ovat tärkeitä tutkimuskohteita.
Mikrobiyhteisöt vaihtelevat suuresti eri kuivuusalueiden ja vuosien välillä suhteessa abioottisiin tekijöihin kuten pH:hon, hiilipitoisuuteen ja sateisiin. Tutkimuksissa vähäravinteisiin kasvupaikkoihin sopeutuneiden mikrobien, mukaan lukien sienet, suhteellinen osuus lisääntyi pitkittyneen kuivuuden aikana. Pitkittyneen kuivuuden aikana sienet olivat kuitenkin bakteereita herkempiä, ja sienilajien joukossa kantasienet dominoivat vähentyneiden sateiden aikana. Äärimmäisten lämpö- ja kuivuusjaksojen aikana 2018–19 tiettyjen maaperän bakteerien, sienien ja virusten suhteellinen määrä kasvoi sekä viljely- että ruohomailla Keski-Euroopassa. Ääriolosuhteiset kesät näkyivät myös organismien geneettisessä materiaalissa. Aktinobakteerit hyötyivät kilpailullisesti ääriolosuhteisista kesistä. Ruohomaat olivat kuitenkin lajistoltaan joustavampia kuin viljelymaiden lajisto maaperässä.
Haitalliset kasvilajit voivat hyötyä ilmastonmuutoksesta. Tutkimuksessa viljely- ja pensasmaille levinneen haitallisen nystyvalkolatvan juuriin ja lehtiin lisätyt sieni- ja bakteerikasvustot vaikuttivat kasvin reagoimiseen ympäristöolosuhteisiin. Useat sienilajit lisääntyivät juurissa reaktiona korkeaan lämpötilaan ja kuivuusstressiin, kun taas bakteerit lisääntyivät lehdissä reaktiona alhaisiin lämpötiloihin ja kuivuusstressiin. Kuivuus, mikrobikanta ja lämpötila vaikuttivat suoraan nystyvalkolatvan kasvuun. Ilmastonmuutos muuttaa kasvien ja sienien vuorovaikutusta. Ilmastonmuutos vaikuttaa myös sekä suoraan että epäsuorasti mikro-organismeihin.
Sienien avulla voidaan parantaa kasvien kuivuuden kestävyyttä. Esimerkiksi koreanpihdan kestävyyttä on voitu parantaa ymppäämällä musta, hiivamainen Aureobasidium pullulans -sieni kasviin. Sieni on potentiaalinen kasvien kasvuun ja elinvoimaan vaikuttava organismi, joka lisää koreanpihdan kuivuuden kestävyyttä hyödyllisten juuristomikrobien muutosten kautta. Myös Välimeren ekosysteemissä aavikolta, vuoristosta ja Etelämantereelta kerätyt endofyyttisienet ovat lieventäneet kuivuuden ja suolapitoisuuden vaikutusta lehtisalaatin, tomaatin ja paprikan toimintaan. Kasveissa, joihin tutkimuksessa lisättiin näitä endofyyttisieniä, sato ja selviytyminen kaksinkertaistuivat kontrollikasveihin verrattuna. Äärimmäisissä olosuhteissa esiintyvillä endofyyttisienillä saattaa olla käyttöä viljelykasvien kasvatuksen edesauttajina.
Ilmastonmuutos vaikuttaa puulajien kasvuolosuhteisiin. Tarkasteltaessa männyn ja kuusen sienilajistoa juuristossa ja kasvusolukoissa, leveyspiirillä ja puulajilla oli vähän merkitystä lajidiversiteettiin Euroopassa. Tämä selittyi ympäristötekijöillä kullakin kasvupaikalla ja kasvimateriaalilla. Sekä kuusen että männyn sienilajistot siirtyvät kasvupaikoille, joissa vallitsee alhaisempi lämpötilan vaihteluväli ja lisääntynyt kosteus vuoden kuivimpana kuukautena. Tällaisten kasvupaikkojen ennustetaan vähenevän tulevaisuudessa. Ulkolaisten puiden viljely on lupaava keino käsiteltyjen metsien sopeutumisessa ilmastonmuutokseen. Saksassa eliödiversiteetti, johon kuuluivat sienet, kasvit, niveljalkaiset ja piennisäkkäät, oli suurempi douglaskuusi- ja kuusimetsiköissä kuin pyökkimetsiköissä. Sekapuustoisten metsiköiden diversiteetti oli puhtaiden metsiköiden diversiteettien välimaastossa. Metsikön kasvupaikan laatu vaikutti diversiteettiin ja oli lajispesifinen. Douglaskuusikoissa oli korkein diversiteetti. Sekapuustot ulkolaisten ja kotimaisten puulajien yhdistelminä voivat olla kasvatusvaihtoehtoja. Saksassa tehdyssä tutkimuksessa diversiteetti ei kuitenkaan kokonaisuudessaan parantunut, kun douglaskuusta tai kuusta viljeltiin pyökin sekapuustona.
Tunnettujen sienitautien aiheuttamia epidemioita on analysoitu menneiltä vuosikymmeniltä ja laadittu niistä ennusteita tulevaisuudelle ilmastonmuutoksen vallitessa. Analyyseissä merkittävistä sienitaudeista versosurman vaivaamien alueiden on todettu toipuvan tuhoista kymmenessä vuodessa, jolloin puiden kasvu vähenee merkittävästi sekundääristen hyönteisiskeymien riskien lisääntyessä. Tuhojen estämisessä männyn alkuperävalinta on olennaisen tärkeää. Joillakin alueilla ilmastonmuutos tulee lisäämään tuhoriskiä sienelle suotuisten olosuhteiden kasvaessa, kun taas toisilla alueilla, joissa lämpötila nousee ja kosteus vähenee, tuhoriski alenee. Kuivuus edesauttaa myös uusien sienitautien kuten etelänversosurman yleistymistä. Itävallassa tehdyissä tutkimuksissa etelänversosurma aiheutti douglaskuusella pidemmän sinistymän ja kuolleisuuden kuin männyllä. Sieni voi tappaa jopa aikuisia douglaskuusia kuivuuden vallitessa. Sienen on arvioitu uhkaavan douglaskuusen viljelyä koko Euroopassa. Ilmastonmuutos voi vaikuttaa puiden organismeihin suoraan ja välillisesti uusiin isäntäkasveihin siirtymisen myötä. Isäntäkasvin vaihto voi hyödyttää uusia leviäviä tauteja ja tuholaisia. Taudit ja tuholaiset kulkeutuvat myös ihmisen toiminnan vuoksi.
Kirjoittaja
Juha Kaitera
Juha Kaitera toimii Luonnonvarakeskuksessa erikoistutkijana. Hän on myös dosentti Oulun yliopistossa erikoisalueenaan ’Ruostesienten epidemiologia’. Kirjoittaja toimii Valtakunnallisessa vihreän siirtymän koordinaatiohankkeessa asiantuntijana teemassa Ilmastonmuutokseen sopeutuminen ja hillintätoimet.