ELÄINPLANKTON

Keskeisiä käsitteitä:
Lammet ja järvet
– pohjaeläimet ja eläinplankton
Kaisa Huttunen
Vesieläimistön tuntemus ja ekologia
4.-10.6.2015
Materiaalit: Kaisa Huttunen, Pauliina Louhi, Heli Suurkuukka
Seisovan (makean) veden ekosysteemit:
Järvi vai lampi?
lampi
järvi
Hierarkkisuus:
• suurempi kokonaisuus
muodostuu pienemmistä paloista
• ylemmät paikat vaikuttavat
alempiin
Järvet Suomessa
kostea ja viileä ilmasto
maaston painanteet ja murroslaaksot
vettä heikosti läpäisevä maa- ja kallioperä
http://www.jarimanninen.com
mutta muitakin raja-arvoja käytetään
• Vesimassan sekoittumisen
perusteella:
- tuuli
järvi
- konvektiovirtaukset
http://www.indiana.edu
• Paljon järviä
• Järven ja lammen välillä ei selvää
rajaa
nimistö vaihtelee suuresti
• Koon (pinta-alan) perusteella:
< 1 hehtaari
> 1 hehtaari
• VEDENJAKAJA = ympäristöään
korkeammalla oleva alue, joka
jakaa vedet kulkemaan eri suuntiin
• VESISTÖ = jokien ja järvien yhdessä
muodostama alue, jolla on
yhteinen laskujoki
• VALUMA-ALUE = alue, jolta vedet
kerääntyy määrättyyn vesistöön
~ 190 000 kpl (kooltaan > 5 a)
~ 56 000 kpl (kooltaan > 10 ha)
• Suurimmat Saimaa, Inari ja Päijänne
• Tyypillisesti:
www.ymparisto.fi
– matalia
keskisyvyys ~ 6,9 m
– vähävetisiä
– helposti rehevöityviä
lampi
http://www.kuvaset.com
• Yleisin nimi on Saarijärvi (250)
www.ymparisto.fi
Järvet elinympäristönä
Järvien alkuperä
tärkeimpiä fysikaalisia ominaisuuksia:
• Glasiaaliset = jääkauden synnyttämät
-suppajärvet, mannerjään painaumat & salpausaltaat
-suurin osa Suomen järvistä
• Tektoniset = kallioperän siirrosten synnyttämät
• Fluviaaliset = joenuoman muutosten synnyttämät
– makkarajärvet eli juoluat
•
•
•
•
Vulkaaniset = tuliperäisen toiminnan synnyttämät
Meteoriitti- eli kraaterijärvet
Rannikkoalueen fladat & kluuvit
Antropogeeniset = ihmisen rakentamat tekoaltaat
Dimiktisten järvien vuodenajat
Oligotrofiset järvet
holomiktinen = koko
vesimassa sekoittuu
epilimnion
metalimnion
hypolimnion
Kevät
Kesä
• Veden tiheys (< eliöiden tiheys)
• Veden turbulenttiset virtaukset (tuuli & konvektio)
• Lämpötila
• Valo
• Veden väri
• pH
• Ravinteet
• Happi
• Habitaatin pysyvyys
Huom! Luonnolliset ominaisuudet vs. ihmistoiminnan
aikaansaamat muutokset
termokliini = lämpötilan
harppauskerros
• Yleensä syviä ja kirkasvetisiä
• Matala perustuotanto
• Matala biomassa johtuen matalista typpi- ja
fosforipitoisuuksista
- kokonaisfosfori < 15 g/l
• Yleensä happisaturoituneita
ei happikatoa talven aikana
Syksy
Talvi
vs. monomiktinen, polymiktinen, meromiktinen
Source: Bick 1999
• > 60 % Suomen järvistä
Iso-Tiilijärvi:
oligotrofinen järvi (Hollola)
Eutrofiset järvet
Mesotrofiset järvet
• Korkea perustuotanto ja biomassa, pieni
näkösyvyys
• Korkea ravinnepitoisuus
- kokonaisfosfori > 25 g/l
- Alusveden happipitoisuus voi laskea hyvin
pieneksi kesällä ja talvella
• Luontaisesti rehevät vs. ihmistoiminnan
rehevöittämät
• Muuttumassa oligotrofisesta eutrofiseksi
- kokonaisfosfori 15-25 g/l
• Alusveden happipitoisuudessa pientä laskua
kerrostuneiden kausien aikana
• 1/10 Suomen järvistä
noin kymmenesosassa Suomen
järvistä selviä rehevöitymisen
merkkejä
• leväkukinnat
• vedenlaadun huononeminen
Luolalanjärvi:
eutrofinen järvi (Naantali)
Suomen järvien tyypittely
ympäristöhallinnon mukaan
www.ymparisto.fi
Lämsänjärvi:
mesotrofinen järvi (Oulu)
Vyöhykkeet:
1. Pienet ja keskikokoiset
vähähumuksiset järvet
2. Pienet humusjärvet
3. Keskikokoiset humusjärvet
4. Suuret vähähumuksiset
järvet
5. Suuret humusjärvet
6. Runsashumuksiset järvet
7. Matalat vähähumuksiset
järvet
8. Matalat humusjärvet
9. Matalat runsashumuksiset
järvet
10.Hyvin lyhytviipymäiset järvet
11.Pohjois-Lapin järvet
12.Runsasravinteiset järvet
13.Runsaskalkkiset järvet
Source: Bick 1999
Muut järvityypit:
• Ruskeavetiset (dystrofiset) järvet
paljon valuma-alueelta
huuhtoutuvia orgaanisia yhdisteitä
(humushappoja)
• Pohjavesilammet
• Kluuvijärvet
maankohoaminen, suolainen vesi
Seisovan veden eliöyhteisöt
Vyöhykkeet
LITORAALI
PELAGIAALI
- lähellä rantaa
- valo ulottuu pohjaan
- makrofyytit
(putkilokasvit,
vesisammalet)
- perustuotanto
- tärkeä elinympäristö
selkärangattomille ja
kaloille
- avoin vesi
- valaistu kerros ei
ulotu pohjaan
- ei makrofyyttien
perustuotantoa (vs.
kasviplankton)
- tärkeä elinympäristö
eläinplanktonille ja
kaloille
PROFUNDAALI
- pimeä pohjakerros
pelagiaalin alla
- +/- pysyvät olot
- ei makrofyyttejä tai
kasviplanktonia
ei perustuotantoa
- selkärangattomia
pohjan sedimentin
sisällä/päällä
Pohjan selkärangattomat
eli pohjaeläimet (=benthos)
• Sedimentin pinnalla tai sen sisällä
elävät selkärangattomat
– litoraalipohjaeläimet
enemmän lajeja, pieni
kokonaisabundanssi/-biomassa
– profundaalipohjaeläimet
vähemmän lajeja,
korkea kokonaisabundanssi/-biomassa
• Lajikoostumus vaihtelee suuresti
vesistöjen välillä
– riippuu mm. ravinne- ja
happipitoisuudesta
• rehevöitynyt
vähän lajeja, korkea
kokonaisbiomassa
• karu
enemmän lajeja, pieni
kokonaisbiomassa
Source: Brönmark & Hansson 1998
Litoraalipohjaeläimet
• +/- samat pääryhmät kuin
profundaali-, joki- ja
puronäytteissä, mutta eri lajeja
• Enemmän lajeja kuin
profundaalissa, mutta yleensä
pienemmät yksilömäärät
• Elävät pääosin kivikkopohjilla,
vesikasvien lehdillä ja juurakoissa
tai kaivautuneena sedimenttiin
• Syövät pääosin levää (kaapijat) ja
kuollutta kasviainesta eli detritusta
(pilkkojat), myös petoja
Tyypilliset pääryhmät:
• Sudenkorennot (Odonata)
• Päivänkorennot
(Ephemeroptera)
•
•
•
•
•
Vesiperhoset (Trichoptera)
Kaksisiipiset (Diptera)
Nilviäiset (Mollusca)
Kovakuoriaiset (Coleoptera)
Juotikkaat (Hirundinae)
Profundaalipohjaeläimet
• Elävät pohjan sedimentin päällä/sisällä
• Vähän lajeja, mutta korkeat yksilömäärät
(kokonaisabundanssi)
• Ravintona pohjalle laskeutuva
eloperäinen aines
Tyypillisiä ryhmiä:
• Surviaissääsket (Chironomidae)
• Harvasukamadot (Oligochaeta)
• Sulkahyttyset (Chaoboridae),
lähinnä vapaassa vedessä
PLANKTON: käsitteitä
• PLANKTON = keijuva eliöstö, keijusto
kasviplankton (phytoplankton)
eläinplankton (zooplankton)
• TRIPTON = kuollut hiukkasmateriaali
• SESTON = elävä plankton + tripton
• HOLOPLANKTON = koko elinaika planktisena
• MEROPLANKTON = jossain elämänvaiheessa
planktisena (esim. simpukoiden toukat)
• PSEUDOPLANKTON = satunnaisesti planktonissa
tavattavat eliöt (esim. surviaissääsken toukat, vesipunkit)
Miksi pohjaeläimiä tutkitaan?
• Elävät kaikissa vesistöissä, helppo kerätä ja tunnistaa
• Isot erot lajien ekologiassa
herkkiä monille ympäristömuutoksille hyviä
indikaattorilajeja
• kertovat vesistön pidemmän aikavälin tilasta kuin
hetkellinen vesinäyte
• Lyhyehkö elinkerto mahd. tarkastella monta
sukupolvea muutosten havaitseminen
Matalaan happipitoisuuteen
sopeutunut surviaissääskilaji
pH-muutoksille herkkiä
päivänkorentoja
ELÄINPLANKTON
Ekologiaa 1/3
• pieniä - koko usein < 5
mm
• keijunta = passiivista
ajelehtimista
vesimassassa
keijuntaa edistäviä
ominaisuuksia
• esim. tiheys, öljypisarat,
hyytelövaipat, muoto,
sukaset, liikehdintä,
siimat, kaasurakkulat
veden virtaukset
• turbulenttiset virtaukset
• konvektiovirtaukset
• esiintyvät kaikenlaisissa
vesissä
• eläinplanktonin määrään
ja lajistoon vaikuttavia
tekijöitä:
– fysikaaliset tekijät
• lämpötila, valo, veden
väri…
– kemialliset tekijät
• happi, pH, ravinteet,
raskasmetallit…
– ravinnon määrä ja laatu
– predaatio
ELÄINPLANKTON
Ekologiaa 2/3
MIKROBISILMUKKA
• tärkeä väliporras
vesiekosysteemien
ravintoverkossa
– nopea lisääntymiskyky
– sijainti ravintoketjun alussa
mikrobisilmukka
• ravinnonottotavat:
– passiiviset (suodattajat) vs.
aktiiviset
– detrivorit, herbivorit, pedot,
loiset
• lisääntyminen suvullista tai
suvutonta
(Brönmark & Hansson 1998)
TOP DOWN - säätely
(Brönmark & Hansson 1998)
KOKOSELEKTIIVISYYS
• suuri eläinplanktoniin
kohdistuva predaatiopaine
= small planktivore without a
piscivore large planktivore
vähän eläinplanktonia
(pieniä yksilöitä;
kokoselektiivisyys)
paljon kasviplanktonia
(suuria yksilöitä;
kokoselektiivisyys)
• vs. alhainen predaatiopaine
= piscivore present
(Brönmark & Hansson 1998)
(Brönmark & Hansson 1998)
ELÄINPLANKTON
Ekologiaa 3/3
Vertikaalivaellusta selittäviä hypoteeseja:
• Eläinplanktonin esiintyminen ei ole tasaista vedessä
vertikaalinen ja horisontaalinen jakaantuminen
• Predaatiohypoteesi
= esiintymissyvyys
vaihtelee vuorokauden
ajan mukaan
• Kilpailuhypoteesi
• Ravintoon liittyvät
hypoteesit
• yövaellus
= yöllä levien laatu ravintona
parhaimmillaan
• päivävaellus
= UV-säteilyltä
suojautuminen
= vähentää saalistuspainetta
= erilaistaa kilpailijoiden
ekolokeroita
VERTIKAALIVAELLUS
• Fotoprotektiohypoteesi
• Lämpötilakerrostuneisuus
-hypoteesi
= edullista ruokailla
lämpimässä pintavedessä
• Itsesäätelyhypoteesi
= lisääntymisnopeuden
kontrollointi ympäristön
kantokyvyn mukaiseksi
(Brönmark & Hansson 1998)
ELÄINPLANKTON: sukupuu
ASCHELMINTHES
lieriömadot
ROTIFERA
rataseläimet
ELÄINKUNTA
ARTHROPODA
niveljalkaiset
ELIÖKUNTA
CRUSTACEA
äyriäiset
PROTOZOA
alkueläimet
BRANCHIOPODA
kidusjalkaiset
CLADOCERA
vesikirput
CALANOIDA
COPEPODA
hankajalkaiset
CYCLOPOIDA
HARPACTICOIDA
PROTOZOA - alkueläimet
• erittäin heterogeeninen ryhmä
• tunnetaan noin 40 000 lajia
• tavallisesti yksisoluisia, vain
soluelimiä
• voivat muodostaa kolonioita
• kolme ryhmää:
– siimaeliöt (flagellates)
– ripsieliöt (ciliates)
– juurijalkaiset (rhizopoda)
• ravinto: bakteerit, levät, detritus,
muut alkueläimet
• Lisääntyminen: suvuton /
suvullinen (= konjugaatio)
Vorticella sp.
ROTIFERA - rataseläimet
• noin 1800-2000 lajia,
valtaosa sisävesissä
• koko 40 m-3mm
• esiintyvät yksittäin /
ryhmissä
• vertikaalivaellus
• erikoistuneita soluja
• ekologisesti monimuotoinen
ryhmä:
– herbivoreja
– bakterivoreja
– petoja
ROTIFERA –
lisääntyminen ja elinkierto
somaattinen
partenogeneesi
haploidit
sukusolut
Asplanchna sp.
CLADOCERA - vesikirput
• tunnetaan Suomessa noin 70-80 lajia, useimmat
sisävesissä
• valtaosa herbivoreja, osa petoja
• tärkeä ravintokohde monille kaloille ja
selkärangattomille
• syklomorfoosi osalla lajeista
• vertikaalivaellus
SYKLOMORFOOSI
CLADOCERA –
lisääntyminen ja elinkierto
partenogeneesi
syngamy
= suvullinen
lisääntyminen
• Ei muodonvaihdosta!
(exp. Leptodora kindti)
COPEPODA - hankajalkaiset
• Suomessa 24 lajia
– 14 makeassa, 12 murtovedessä
• tärkeä ravintokohde monille kaloille ja
selkärangattomille
• pääosin herbivoreja / petoja
• vertikaalivaellus
• kolme lahkoa:
- Calanoida l. keijuhankajalkaiset
- Cyclopoida l. kyklooppihankajalkaiset
- Harpacticoida l. ryömijähankajalkaiset
COPEPODA –
lisääntyminen ja elinkierto
• EI partenogeneettistä lisääntymistä
• koiraan siittiöt siirtyvät naaraan siittiösäiliöön
hedelmöitys (pian parittelun jälkeen tai vasta viikkojen kuluttua)
• muodonvaihdos:
~11 toukkavaihetta (= 6 naupliusastetta, 5-6 kopepodiittiastetta)
a)
b)
c)
d)
e)
nauplius
kopepodiitti
Calanoida (aik.)
Cyclopoida (aik.)
Harpacticoida (aik.)
(Brönmark & Hansson 1998)
Pohjaeläinnäytteenotto
seisovissa vesissä
Järvet ja lammet – pohjaeläimet ja eläinplankton
NÄYTTEENOTTO
1) Kvantitatiivinen (”määrällinen”)
- lajimäärä + runsaudet & tiheydet suhteessa pintaalaan/tilavuuteen
- esim. Ekman-Birge -noudin pehmeille pohjille
2) Semi-kvantitatiivinen
- lajimäärä + arvio runsauksista & tiheyksistä
- potkuhaavi (esim. 4 näytettä x 30 sekuntia/näyte)
3) Kvalitatiivinen (”laadullinen”)
- lajimäärä
- potkuhaavi + muut menetelmät
Pohjaeläinnäytteen käsittely
Eläinplanktonin näytteenotto
• Kestävöinti mahd. pian
näytteenoton jälkeen
• Huomioitavaa:
– planktoneläinten esiintyminen vedessä voimakkaasti laikuttaista
tihentymien sijainti muuttuu nopeasti
vuorokaudenajan, virtausten jne. mukaan
= hälyä, joka on pyrittävä poistamaan
RATKAISU: paikan sisäinen replikointi useita näytepisteitä
– Denaturoitu etanoli
– Pakastaminen
• Laboratoriossa
– Eliöiden poiminta muun materiaalin
joukosta
– Poimitun näytteen säilöntä (etax)
– Mikroskopointi
• Tunnistaminen
• Yksilöiden laskeminen
• tutkimuskysymys vaikuttaa miten ja miltä syvyydeltä näytteet
otetaan
yleensä keskeltä vesialuetta tai ainakin riittävän kaukaa rantaalueesta
• näytteenottosyvyys:
a) erillisnäytteet eri syvyyksiltä (esim. epi- vs. hypolimnion)
b) kokoomanäyte koko vesipatsaasta
– Käsitellyn näytteen säilöntä (etax)
Eläinplanktonin näytteenotto
1) Kvantitatiivinen (”määrällinen”)
• vesinäytteet halutussa syvyydessä sulkeutuvalla putkinostimella
esim. Limnos, Ruttner, Sormunen
lajisto, tiheys, biomassa
• Yleensä koko pystysuuntainen vesipatsas
vs. yksi näyte halutulta syvyydeltä / erilliset päällys- ja alusveden näytteet
2) Kvalitatiivinen (”laadullinen”)
• näytteenotto planktonhaavilla (silmäkoko 10-50 m)
konsentroitu näyte
pienikokoisin plankton puuttuu
haavi lasketaan halutulle syvyydelle
näyte otetaan ylöspäin olevasta vesikerroksesta
• saadaan käsitys lajistosta, mutta ei pystytä laskemaan esim. tarkkaa tiheyttä
•
Eläinplanktonnäytteen käsittely
• puhtaat näytteenottovälineet
• 100-200 ml:n pullot, ravisteluvara
• tarvittavat tiedot pullon etikettiin:
–
aika, paikka, syvyys, säätila
• kuljetus pimeässä ja viileässä
• tarvittaessa näytteen kestävöinti:
–
hapan/emäksinen Lugol, formaliini, 70 % etanoli
tappavat eläimet ja lisäävät niiden painoa, mikä edistää eläinten
laskeutumista näytteen pohjalle
MIKROSKOPOINTI
• tunnistus, laskenta (ja mittaus) käänteismikroskoopin avulla
• jos eläimiä runsaasti tehdään ositus laskentaa varten
• lajit/lajimäärä suhteessa tiettyyn vesimäärään
• tiheys/biomassa tilavuusyksikkönä