Aikamatkailun perusteet

Ekologina minua kiinnostaa tietää, missä lajit esiintyvät. Jos en löydä jotakin lajia sieltä, mistä aina ennen olen sen löytänyt, huolestun.

Keväällä 2019 ilmestynyt Suomen lajien uhanalaisuuksia listaava Punainen kirja kertoo, että vuoden 1800 jälkeen Suomesta on hävinnyt jo 213 lajia. Vaikka monikaan hävinneistä eliöistä ei ole heittänyt maapallollemme kokonaan hyvästejä, niiden menettäminen pelkästään Suomestakin on jo ikävä ja huolestuttava käänne.

Sen lisäksi, että huolestun, tulen myös uteliaaksi. Haluan tietää, miksi lajia ei löydy. Mihin se on hävinnyt? Mitä on tapahtunut? Ehkä voisin tehdä lajin suojelemiseksi jotakin, jos tietäisin mitä.

Kun tavoitteena on luonnonsuojelu, ei tietenkään ole järkevää olla tekemättä mitään ja vain odotella, kunnes lajeja alkaa kadota.

Fiksu ennakoi. Se monesti säästää aikaa, vaivaa ja rahaa. Siis kaikkia niitä asioita, joita luonnonsuojelussa on yleensä niukasti käytettävissä.

Niinpä jo hyvissä ajoin, ennen kuin mitkään lajit katoavat, haluaisin ottaa selvää, mitkä lajit, ja missä, ovat katoamisuhan alla. Näin lajiensuojelutoimia voidaan kohdistaa eniten apua tarvitseville.

Olisi siis hyvä, jos löytäisin keinon ennustaa tulevaisuutta luotettavasti.

Ihmiset ovat povanneet tulevaisuutta esihistoriallisista ajoista lähtien. Enemmän tai vähemmän tieteellisin keinoin.

Nyt käytössä ovat tulevaisuutta ennustavat tietokonemallit. Sään ymmärtämisessä olemme jo pitkällä ja osaamme tehdä siitä varsin luotettavia ennusteita. Eliölajien levinneisyyden ennustamisessa olemme sen sijaan vielä lapsenkengissä.

Eliöiden levinneisyyden muutoksia on aikoinaan alettu tutkia tietokonemalleilla, jotka selittävät lajien esiintymistä ainoastaan ilmastotekijöillä (esimerkiksi lämpötila ja sadanta). Lajeilla ajatellaan olevan ilmaston suhteen tietyt sietorajat. Jos lajin optimaalisten ilmasto-olojen ennustetaan liikkuvan ilmastonmuutoksen myötä pohjoisemmaksi, myös lajin oletetaan siirtyvän optiminsa perässä.

Yksi levinneisyysmallinnuksen pioneereista on brittitutkija Brian Huntley. Vuonna 2007 hän julkaisi yhdessä kollegoineen kirjajärkäleen, joka sisälsi levinneisyysennusteen jokaiselle Euroopan lintulajille. Ennusteet perustuivat tuolloin vain ilmastomuuttujiin. Myös Suomessa SYKE:n tutkijat Raimo Virkkalan johdolla tekivät vuonna 2008 vastaavia ennusteita 27 kotoiselle lintulajille.

Pääpiirteisesti lajit näyttävät siirtyneen ilmasto-optimiensa perässä, aivan ennusteiden mukaisesti.

Virkkala palasi ennusteidensa pariin vuonna 2014, kuusi vuotta myöhemmin. Hän huomasi, että suurin osa tutkituista lintulajeista oli ennusteiden mukaisesti siirtynyt kohti pohjoista ja niiden
levinneisyysalue oli kutistunut.

Vain tilhellä ennusteet olivat menneet pieleen. Se olikin levittäytynyt laajemmalle. Tutkimusjakson aikana pihlajan marjantuotanto oli lisääntynyt (luultavasti ilmastonmuutoksen takia), mikä puolestaan hyödytti sen marjoilla herkuttelevia tilhiä. Tällaista lajien välistä suhdetta malli ei ollutkaan osannut huomioida ennusteissa.

Mitä tarkempia ennusteita malleilla on yritetty luoda, sitä useammin on jouduttu toteamaan, ettei ilmasto-optimin seuraaminen aina olekaan ihan mutkatonta. Uuden alueen pedot ja kilpailijat tai matkalle osuvat levittäytymisesteet, kuten vuoristot tai vesistöt, voivat estää tai hidastaa lajin leviämistä ja monimutkaistaa ennustamista. Sattumallakin on välillä näppinsä pelinsä.

Lajien selviytymiseen, kuolevuuteen, lisääntymiseen, liikkumiseen ja vuorovaikutussuhteisiin vaikuttavat lukemattomat tekijät, joista meillä tutkijoilla ei vielä ole hajuakaan. Usein kyse on myös niin moniulotteisista asioista, että niiden mallintaminen on vaativaa supertietokoneellekin.

Linnuista ja perhosista tarvittavaa tietämystä on jo kuitenkin kertynyt ja tulevaisuuden ennusteiden tekeminenkin alkaa näyttää mahdolliselta.

Mallitkin ovat kehittyneet. Nykyään niissä voidaan huomioida myös esimerkiksi maanpeitteen muuttumista, lajien välisiä suhteita tai levittäytymiskykyä. Tekijöitä, jotka pystyvät ilmastoa tarkemmin selittämään, missä lajit esiintyvät ja kuinka runsaina. Ala on kehittynyt viime vuosina nopeaa tahtia, ja levinneisyysmallitutkijana minäkin pääsen osaksi tätä kehityskulkua.

Tarkoitukseni on siis laatia ennusteita Suomen lintulajien tulevaisuudesta käyttämällä parhaimpia malleja, joita saatavilla on. Tätä työtä tehdessäni olen kuitenkin joutunut pysähtymään hetkeksi ja miettimään, mitä ennustaminen oikeastaan on ja mitä vaikeuksia siihen liittyy.

Kerrataanpa siis hieman.

Ennusteiden laatimista varten minun tulee tietää, mitä on tapahtunut menneisyydessä tai tuntea asiat, jotka vaikuttavat siihen, mitä parhaillaan tapahtuu. Tiedän esimerkiksi, että pohjantikat tarvitsevat elinympäristökseen vanhaa metsää lahopuineen. Lahoava puu tarjoaa pohjantikalle elintärkeän hyönteistoukkabuffetin. Nuoresta talousmetsästä pohjantikkoja tavataan harvoin. Lisäksi tiedän, että vuosien saatossa pohjantikkojen kanta on kutistunut eniten alueilla, joilla lahopuisen vanhan metsän osuus on vähentynyt.

Tarvitsen lisäksi skenaarion eli hahmotelman tulevasta kehityskulusta. Pohjantikan tulevaisuutta ennustaessa lahopuun määrän kehitys on olennaista. Joidenkin skenaarioiden mukaan lahopuun määrä Suomessa lisääntyy ilmaston lämmetessä ja hajotusprosessin nopeutuessa. Toisen skenaarion mukaan Suomen tehometsätalous pitää jatkossakin lahopuun määrän minimissään.

Yhdistelemällä historiallista seuranta-aineistoa, lajitietämystä ja erilaisia tulevaisuuden skenaarioita voin laatia lajeille ennusteita niiden tulevaisuuden levinneisyydestä tai runsaudesta. Kätevää.

Vai onko?

Mistä tiedän varmasti, voiko ennusteisiini luottaa? Rehellinen vastaus on: en mitenkään.

Lopullinen ja täydellinen ennusteideni luotettavuuden tuomio tulee vasta ajan kanssa. Jos teen ennusteita kymmenen vuoden päähän, minun on odotettava kymmenen vuotta. Sitten vasta tiedän, menivätkö ennustukseni oikein. Virkkalakin odotteli kuutisen vuotta ennen kuin pystyi arvioimaan ennusteidensa paikkansapitävyyttä. Odottelu ei kuitenkaan sovi suunnitelmiini koska tarkoitukseni on selvittää lajien häviämistä ennen kuin ne katoavat. Kuten ilmastonmuutoksen torjunnan, myös luonnon monimuotoisuuden säilyttämisen eteen tarvitaan toimia heti pikimmiten.

Ennusteiden luotettavuutta on siis pystyttävä arvioimaan jo niiden laatimishetkellä. Tätä varten on turvauduttava toteumatestaukseen. Menetelmään, joka perustuu eräänlaiseen aikamatkailuun.

Toteumatestaus (englanniksi ’backtesting’ tai ’hindcasting’) on historiallisen tietoaineksen käyttöä tulosten ennustamisessa. Siinä koetellaan teoriaa soveltamalla sitä menneisyydestä kerättyyn aineistoon ja päätellään, voidaanko tuloksia käyttää ennustamaan asioita nykyisestä aineistosta.

Pohjantikan tapauksessa toteumatestaus toimii suurin piirtein näin: hyppään aikakoneen kyytiin ja matkaan 30 vuotta ajassa taaksepäin, vuoteen 1990. Kerään kaiken aineiston, mitä pohjantikoista on tuohon mennessä saatavilla ja sen pohjalta laadin ennusteen lajin levinneisyydestä vuonna 2020. Tämän tehtyäni palaan aikakoneella takaisin vuoteen 2020 ja vertaan ennustettani pohjantikan nykyhetken levinneisyyskarttaan. Jos ne täsmäävät, voin päätellä, että olen onnistunut tekemään suht luotettavia ennusteita. Se tarkoittaa, että voin käyttää samoja menetelmiä myös oikeiden ennusteiden tekemiseen.

Eliöiden levinneisyysennusteiden arvioinnissa toteumatestausta on käytetty vasta vähän aikaa. Se näyttäisi paljastavan epäluotettavia ennusteita paremmin kuin edeltävät menetelmät mutta aivan aukoton ei sekään näytä olevan. Kehiteltävää siis on. Ilmastonmuutoksen aiheuttama epätietoisuus on kuitenkin räjäyttänyt alan ja yhä enemmän ja tarkempia ennusteita kaivataan nyt päätöksentekijöiden tueksi.

Kuten sään tai ilmaston, on myös eliölajien ennusteiden kanssa varmistuttava, että niissä on järkeä. Vain luotettavien ennusteiden pohjalta on fiksua suojella lajia tulevaa varten. Esimerkiksi uusiksi luonnonsuojelualueiksi kannattaa valita alueita, joilla uhanalaisten lajien voi ennustaa viihtyvän myös tulevaisuudessa.

Niinpä olen tutkimukseni edetessä päätynyt ensin selvittämään, miten lintujen levinneisyysennusteiden luotettavuutta voidaan arvioida toteumatestauksen avulla. Millaisin menetelmin toteumatestausta voidaan tehdä? Vasta tämän työn valmistuttua hyppään taas aikakoneeni kyytiin ja matkaan tulevaisuuteen, eli teen ennusteita lintulajien levinneisyydestä ja runsaudesta Fennoskandian alueella vuonna 2050.

Paluu tulevaisuuteen – Safarioppaasta ennustajaeukoksi

Oli kevät 2017. Joulupukin Pajakylässä Rovaniemellä lumet hupenivat kevätauringossa ja pitkä turistisesonki oli päättymässä, kuten myös työni safarioppaana. Takanani oli kolme kuukautta ajoittain hektistäkin poro-, husky-, lumikenkäily- ja moottorikelkkarallia. Olin juuri paimentanut päivän viimeiset vieraani kotimatkalleen, kun istahdin safaritalon penkille selaamaan sähköpostejani. Yhden viestin kohdalla totesin, että perhana, nää safarihommat loppuu nyt tähän. Minusta tulee tutkija! Olin saanut Suomen Kulttuurirahaston Lapin rahastolta apurahan. Siitä kolmen kuukauden päästä istuinkin jo omassa työhuoneessani Lapin yliopiston tiedekeskuksessa, Arktikumissa.

Aloin tehdä tutkimusta siitä, mitä lintuja meillä täällä pohjoisessa on tulevaisuudessa, tarkemmin ottaen vuonna 2050. Eli noin 30 vuoden päästä. Ryhdyin siis ennustajaeukoksi. Tieteellisempi ilmaisu olisi varmaankin levinneisyysmallinnustutkija.

Tulevaisuuden ennustamisen lisäksi minua tietysti kiinnosti, miksi jotkut lintulajit ovat vähentyneet, kun taas toiset ovat runsastuneet? Onko kenties kaikkien puhumalla ilmastonmuutoksella näppinsä pelissä?

No, jotta voi nähdä tulevaisuuteen pitää tietysti rakentaa aikakone, aivan kuten Doc rakensi DeLorean-autoaan Paluu tulevaisuuteen -elokuvissa. Ja näin me päätimme tehdä yhdessä Helsingin yliopiston luonnontieteellisessä keskusmuseossa työskentelevän ohjaajani Aleksi Lehikoisen kanssa. Aikakoneet eivät kuitenkaan olleet erityisalaamme. Niinpä otimme yhteyttä saman yliopiston biotieteilijäprofessoriin Otso Ovaskaiseen ja pyysimme häneltä jeesiä.

Aikakoneemme on periaatteessa lajien levinneisyysmalli, joka kertoo, mitä lintulajia missäkin paikassa voi esiintyä. Sen toimintaperiaate on yksinkertainen. Meillä on tietoa siitä, missä ja milloin lintuja on havaittu, missä määrin ja millaista elinympäristö ja ilmasto olivat havaintopaikalla. Esimerkiksi Rovaniemen Mortinmännikössä on voitu havaita viisi talitiaista kuivassa kangasmetsässä kesällä 1985, jolloin kesäkuun keskilämpötila oli 12,5 astetta.

Kun vastaavia havaintoja kertyy eri paikoista ja useilta vuosilta tuhansia, voidaan niistä päätellä, että jos jossain paikassa on tällaista metsää ja näin lämmintä, niin sieltä pitäisi suurella todennäköisyydellä löytyä näin monta talitiaista. Koska reippaimmatkaan vapaaehtoiset lintulaskijat eivät ole voineet kartoittaa Suomen jokaista kolkkaa, voidaan levinneisyysmallin avulla päätellä, mitä lajeja mistäkin päin Suomea pitäisi löytyä. Mallille syötetään tiedot Suomen elinympäristöistä ja ilmasto-oloista, ja se päättelee kullekin lajille mahdolliset esiintymisalueet.

Aikakoneena levinneisyysmalli toimii vain, jos lintuhavaintoja on kertynyt useilta vuosilta, mieluiten vuosikymmeniltä. Ekologiset ilmiöt kun ottavat yleensä aikansa. Meidän aikakoneemme perustuu lintuhavaintoihin, joita on kerätty Skandinaviassa jo vuodesta 1975 lähtien. Aineistomme on kattavuutensa takia kansainvälisestikin tarkasteltuna tieteelle varsin arvokas. Siitä voidaan kaivella vastauksia moniin muutoksiin liittyviin kysymyksiin.

Aikakoneen virittäminen tulevaisuuteen, vuoteen 2050, tapahtuu ilmastoennusteiden avulla. DeLoreanin kojelautaan näppäiltiin päivämäärät ja sen jälkeen auto kaasuteltiin ärhäkästi tulevaisuuteen. Vähemmän vauhdikkaaseen levinneisyysmalliimme sen sijaan näppäillään ennusteita tulevasta ilmastosta tai elinympäristöstä ja painetaan enteriä. Me viritämme aikakoneemme vain ilmastoennusteilla koska olemme kiinnostuneet nimenomaan ilmastonmuutoksen vaikutuksista. Toki elinympäristötkin muuttuvat kovaa vauhtia mutta tutkimuksessa on hyvä edetä yksi asia kerrallaan, pienissä paloissa.

Ilmatieteen laitoksen nohevat tutkijat ovat laatineet käyttöömme ilmastoennusteita neljälle eri skenaariolle riippuen siitä, miten paljon tai vähän pystymme lähitulevaisuudessa hiilidioksidipäästöjämme hillitsemään. Aikakoneemmekin sylkee siis ulos neljät eri ennusteet lintujen tulevaisuudesta. Näistä ennusteista voimme sitten päätellä, ketkä ovat lintumaailmassa ilmastonmuutoksen häviäjiä ja voittajia.

Aikakoneemme on nyt viritetty, vain kiihdytys puuttuu. Jää siis toki seuraamaan, miten urani ennustajaeukkona etenee ja millaista tulevaisuutta povaan Suomen lintulajeille.

Vien sinut vielä hetkeksi takaisin Joulupukin Pajakylään. Työskennellessäni viimeisiä päiviä safaritalon palveluksessa meiltä kausityöntekijöiltä kyseltiin haluja jatkaa yrityksen leivissä myös tulevana talvena. Eräänä iltana, ripustaessamme asiakkaiden pilkkihaalareita naulakkoon, valokuvausta rakastava opaskollegani Michael uteli minulta jatkoaikeistani. Hieman kangerrellen vastasin hänelle, että ”Well, I would rather be a biologist”, viitaten siihen, että toivoisin mieluummin löytäväni jatkossa töitä biologina. Michael veti virneen kasvoilleen ja ilmoitti sarkastisesti, että ”Yeah, and I would rather be an astronaut!”. Näin ne toiveet kuitenkin toteutuvat, ja vaikka Michaelista ei astronauttia tullutkaan, vastaa hän nyt erään safariyrityksen visuaalisesta ilmeestä. Näin se elämä kantaa.