Kasvikunnan kemiallinen kehitys on kasvattanut luonnon monimuotoisuutta miljoonien vuosien ajan. Mutta millainen on luonnon kemiallisen monimuotoisuuden tila nyt, tai sen tulevaisuus? Mihin suuntaan puolustusyhdisteiden ja potentiaalisten lääkeaineiden kehitys kulkee kasvikunnassa? Turun yliopiston tutkijat ovat analysoineet tuhansien kasvilajien kemiallisen koostumuksen aiempaa tarkemmin. Yleisölle tuloksia avataan uudessa videosarjassa sekä Turun yliopiston kasvitieteellisen puutarhan uusissa kasvikylteissä.
Kasvit valmistavat tuhansia erilaisia kemiallisia yhdisteitä omaksi puolustuksekseen. Puolustusta tarvitaan moneen tarkoitukseen, kuten kasvinsyöjiä, sienitauteja ja auringon haitallista UV-B-säteilyä vastaan. Toisaalta, osalla yhdisteitä pyritään vuorostaan houkuttelemaan pölyttäjiä ja siementen levittäjiä.
Miljoonien vuosien kuluessa kasvikunnan kemiallinen puolustus on muovautunut tietynlaiseksi laji lajilta, ja mielenkiintoisia eroja löytyy etenkin kasvisukujen ja -heimojen väliltä. Samalla myös kasvinsyöjät ovat kehittyneet käsittelemään näitä puolustusyhdisteitä. Jatkuva vuorovaikutus on ajanut yhä uusien lajien syntyä ja kasvattanut myös luonnon kemiallista monimuotoisuutta.
– Kasvien kemiallinen monimuotoisuus on hätkähdyttävä. Kemistinkin on vaikea käsittää, miten yksi kasvilaji pystyy valmistamaan jopa yli 10 000 erilaista yhdistettä. Lisäksi uusilla analyysimenetelmillä löydetään kasveista koko ajan lisää uudenlaisia yhdisteitä, kertoo luonnonyhdistekemian professori Juha-Pekka Salminen.
Osaa näistä yhdisteistä ihminen on oppinut hyödyntämään vaikkapa lääkeaineina, hyönteiskarkotteina, mausteina, ruuan lisäaineina, parfyymeissä, kosmetiikkatuotteissa tai jopa elektroniikassa. Kasvien kemiasta on kuitenkin tunnettu vain murto-osa. Lajien häviämisen myötä tai lajeihin kohdistuvien ulkoisten paineiden muutosten myötä kasvien kemiallinen monimuotoisuus voi pienentyä. Siitä voidaan myös menettää osia, joita ei edes tunneta.
– On huolestuttavaa, miten miljoonien vuosien aikana tapahtunut hyödyllinen evolutiivinen kehitys on vaarassa taantua poikkeuksellisen nopeasti. Muutokset eläinkunnassa ovat jo nyt silminnähtäviä ja näillä muutoksilla on vääjäämätön vaikutus myös kasvikuntaan monella eri tavalla, Salminen toteaa.
Hyönteiskato laskee kasvien puolustautumista – kemiallinen monimuotoisuus heikkenee
Salmisen johtama Turun yliopiston luonnonyhdistekemian tutkimusryhmä selvittää parhaillaan tuhansien kasvilajien kemiallista koostumusta. Salmisen mukaan uusien yhdisteiden jäljille pääseminen vaatii pitkäjänteisyyttä ja muistuttaa tarkkaa salapoliisin työtä.
– Usein käytettävät analyysimenetelmät on lisäksi kehitettävä itse, koska tavanomaisilla menetelmillä ei välttämättä löydetä kuin tavanomaisia yhdisteitä. Kun kymmenisen vuotta sitten löysimme esimerkiksi kasvikunnan suurimmat ellagitanniinit, havainto piti varmistaa monella erilaisella rinnakkaismenetetelmällä, Salminen kertoo.
Juuri näitä maailman suurimpia ellagitanniineja tuottavien iltahelokkien avulla Salmisen tutkimusryhmä pystyi yhdessä yhdysvaltalaisten ja kanadalaisten yhteistyökumppanien kanssa osoittamaan, miten kasvinsyöjähyönteiset vaikuttavat kasvien evoluutioon. Hyönteisten läsnä ollessa helokkien mikroevoluutio kulki kohti yhä suurempien ellagitanniinien tuotantoa. Kun hyönteiset poistettiin kuvasta helokkipopulaatioiden ellagitanniinikoostumus muuntui yksinkertaisemmaksi, pienempiä ellagitanniineja suosivaksi.
– Nyt nähtävä hyönteiskato saattaa saada aikaan kasvikunnassa paikallisia relaksaatioita, joiden kautta kasvit rentoutuvat ja niiden puolustusyhdisteiden tuotantokyky saattaa alkaa heiketä. Pitkällä aikavälillä tällainen kehitys voi pysäyttää uusien yhdisteiden valmistustarpeen. Todennäköisesti kasvikunnan kemiallinen monimuotoisuus tulee ajan saatossa heikkenemään, jos luontokatoa ei saada pysäytettyä.
Toisaalta, paikallisesti kasvinsyöjäpopulaatiot voivat kilpailun puuttuessa yksinkertaistua ja kasvaa. Tästäkään ei välttämättä ole kasvikunnalle hyötyä, päinvastoin. Esimerkkinä vaikka tammen sekä muiden puiden ja kasvien taimia popsivat metsäkauriit, joita vastaan kasvit eivät ole vielä kyenneet tuottamaan riittävän tehokkaita yhdisteitä.
– Tammestahan löytyy runsaasti tanniineja. Juuri tanniineja pidetään hyvinä puolustusyhdisteinä, jotka vahvistavat kasvien puolustuskykyä kasvinsyöjiä vastaan. Mutta kasvit tuottavat tuhansia erilaisia tanniineja, eivätkä ne kaikki toimi samalla tavalla erilaisia kasvinsyöjiä vastaan. Jotkin voivat toimia hyvin hyönteisiin ja toiset hirviin ja peuroihin. Tämä on tärkeää ymmärtää, Salminen tähdentää.
Kasvitieteellinen puutarha ja uusi videosarja tuovat kasvien kemian kaikkien ulottuville
Turun yliopiston biodiversiteettiyksikön kasvitieteellinen puutarha Ruissalossa on jo vuosia tehnyt yhteistyötä luonnonyhdistekemian tutkimusryhmän kanssa. Tavoitteena on ollut selvittää tuhansien puutarhalla kasvavien eksoottisten lajien kemiaa.
Nyt lajeja on analysoituna noin tuhat. Merkittävä osa Ruissalon kasvitieteellisessä puutarhassakin kasvavista eksoottisista lajeista on ollut aiemmin kemiallisesti tutkimattomia. Kasvitieteellisen puutarhan kasvilajeista vajaat kaksisataa on uhanalaisia ja maailmalta uhanalaisia lajeja löytyy tietenkin valtavasti enemmän.
– Nyt olemme saaneet talteen arvokasta tietoa uhanalaisten lajien kemiasta ennen kuin on myöhäistä. Toisaalta joskus tieto kasvien hyödyistä valitettavasti johtaa lajien ylikäyttöön ja sitä kautta sukupuuttoon, vaikka tärkeämpää olisi suunnitella näiden arvokkaiden lajien hyötykäyttöä ja suojelua käsi kädessä, Salminen korostaa.
Ensimmäisten lajien kemiallista koostumusta on kuvattu puutarhan uudistetuissa kasvikylteissä. Kyltteihin on koottu neljä kasvien puolustusyhdisteiden biologisesta aktiivisuudesta kertovaa mittaria.
Tutkijat selvittivät muun muassa miten paljon lääkinnällisiä yhdisteitä, antioksidantteja, hapettuvia yhdisteitä sekä tanniineita kasveissa esiintyy. Lisäksi kyltit paljastavat lajien kemiallisen monimuotoisuuden.
– Näytteet on analysoitu kahdeksalla erilaisella kemiallisella menetelmällä, jotka olemme varta vasten kehittäneet kasvien puolustusyhdisteitä varten. Kaikki näytteet on analysoitu samoilla menetelmillä, joilla muutenkin kartoitamme kasvikuntaa viideltä eri mantereelta. Näin voimme pitää kasvitieteellistä puutarhaa ikään kuin kasvikunnan testilaboratoriona ja vertailla muualta saamiamme tuloksia puutarhan kasvien antamiin tuloksiin, Salminen innostuu.
Lisäksi Salminen on käynnistänyt Luonnollista kemiaa -videosarjan, jossa kasvien kemiasta kerrotaan innostavasti ja kaikille ymmärrettävästi. Johdantovideot avaavat kasvikylteistä löytyvää informaatiota ja lajivideot esittelevät esimerkiksi eri lajien välisiä kiinnostavia uusia kemiallisia yhteyksiä. Samalla innostetaan kasviharrastajia kiinnostumaan siitä, millaisia yhdisteitä heidän lajeistaan löytyy. Uusia videoita julkaistaan sarjassa viikoittain.
– Varsinaisiin lajivideoihin pyrin aina löytämään yhden tai kaksi kantavaa teemaa joka lajin kemiasta. Jotain sellaista, mitä kaikki eivät välttämättä ole tulleet ollenkaan ajatelleeksi. Ehkä jätän myös kysymyksiä kytemään, jotta katsoja samalla myös aktivoituu kasvien kemiasta. Kasvi- ja puutarhaharrastajat saattavat innostua vertailemaan omien lajiensa kemiaa puutarhalta löytyviin lajeihin. Jos näin käy, niin tarjoamme siihenkin mahdollisuuden, Salminen lupaa.
Syksyllä Salminen tutkimusryhmineen käynnistää Suomen Akatemian rahoittaman uuden hankkeen, jossa pyritään linkittämään kasvikunnan ja hyönteiskunnan kemialliset monimuotoisuudet toisiinsa. Hankkeessa tullaan hyödyntämään kansalaistiedettä ja toivotaan etenkin hyönteisharrastajien osallistumista aineiston kartuttamiseksi.
