Ekosysteemiä voi ymmärtää yksilöiden kautta

Matematiikassa elegantti todistus on simppeli. Vastaavasti biologian puolella akatemiatutkija Anna Kuparinen haluaa löytää yksinkertaisia lainalaisuuksia selittämään mutkikkaiden systeemien toimintaa.

FT, dosentti Anna Kuparinen valmistui aikoinaan Helsingin yliopistosta matematiikan sovelletulta linjalta mutta tutkii nyt kaloja. Siis kaloja tutkiva matemaatikko? Se on tietenkin karkea yksinkertaistus. Kalat ovat vain nykyinen väylä todelliseen kiinnostuksen kohteeseen.

"Oikeasti tutkin syy-seuraussuhteita ja systeemin eri tasojen välisiä vuorovaikutuksia. Tarkoituksena on kehittää uusia teorioita ja ymmärtää laajemmin systeemien toimintaa." Kuparinen luonnehtii itseään ekologian ja evoluutiobiologian tutkijaksi. Eko-evolutiivinen dynamiikka tarkoittaa yksilötason muutosten yhdistämistä ekologiaan.

Matematiikkaa soveltava tutkija lähestyy ongelmia sillä mielellä, että jokin havaittu ilmiö on jonkin teorian yksi realisaatio. Kysymys kuuluu, mikä "pinnan alla" vaikuttava prosessi saa ilmiön aikaan. Toisin sanoen seuraus tunnetaan, syytä ei.

Tutkimus alkaa tutkittavan ilmiön mallintamisella. Saadut tulokset tulkitaan, ja havainnolle etsitään laajempaa teoreettista selitystä. Tavoitteena on, että selitys soveltuu muidenkin kuin tutkitun systeemin selittämiseen.

Kalakanta voi muuttua nopeasti ja lähes peruuttamattomasti

Akatemiakaudella 2013-2018 Kuparinen tutkii, miten kalojen muutokset vaikuttavat koko ekosysteemiin. Siihen nivoutuu kalojen ekologiaa ja evoluutiobiologiaa. Tärkeä linkki yhteiskuntaan on kalastuksen vaikutusten arvioinnin kautta.

Jos populaatiosta kalastetaan isoja kaloja suhteellisesti liikaa, pienikokoisten kalojen geenit yleistyvät. Jo muutaman sukupolven aikana keskikoko voi pienentyä lähes peruuttamattomasti. Geneettisesti muuttuneet kannat eivät nimittäin seurannan mukaan palaudu entiselleen, vaikka ylikalastus lopetettaisiin. Tämän ajatuksen varassa on kuitenkin toimittu pitkään.

Kuparisen tutkimus korostaa geneettisen monimuotoisuuden arvokkuutta myös systeemin kannalta. Koska kalat ovat ravintoverkon yläosissa, muutokset ravistelevat koko verkkoa, jopa planktonin tuotantoa. Dynaamisessa systeemissä vaikutukset usein heijastuvat takaisin "lähteeseen". Esimerkiksi planktontuotannon tiedetään vaikuttavan ahventen jälkeläistuotantoon jopa enemmän kuin kutevien naaraiden lukumäärän.

"Kalakantojen arvioinnin pitäisi perustua koko ekosysteemiin, mutta aika usein se on raskaasti jäljessä alan tieteellisestä osaamisesta. Kalastuksen tutkimus on turhaan erotettu ekologisesta tutkimuksesta."

Konferenssimatkoilla voi nähdä muutakin kuin postereita. Kanadan Kelownassa huuhkaja ja sen poikanen viihtyivät samassa B&B-paikassa kuin ihmisetkin.

Tulokset skaalataan pienestä mittakaavasta suureen

"Toisin kuin biologinen tutkimus perinteisesti, tutkimukseni on enimmäkseen prosessipohjaista mallinnusta."

Prosessipohjaisen mallinnuksen etuna ovat skaalattavuus ja sopivuus ekosysteemipohjaiseen lähestymistapaan. Lähtökohta voi olla pienen mittakaavan kokonaisuus, jonka mutkikkaita sisäisiä vuorovaikutuksia  tutkitaan. Silti tuloksilta odotetaan laajempaa sovellettavuutta.

"Annan datana esimerkiksi tiettyjä parametreja, vaikkapa kalan koon. Sitten simuloidaan ja nähdään, miten se selviytyy ja tuottaa poikasia. Liikkeelle lähdetään pienistä yksityiskohdista, mutta silti kalastus on vain yksi ekologisen ja evolutiivisen teorian sovellusalue. Tarkoituksena on, että kalojen avulla löydetyt mallit ja teoriat soveltuvat muihinkin systeemeihin."

Tutkijan ei tarvitse lokeroitua

Kun tutkimustyötä tekee laajasta kuvakulmasta, pääsee näkemään lähikuvan monista maailman ilmiöistä.

"Jos mittariksi otetaan tutkittujen lajien lukumäärä, listani taitaa olla pitempi kuin keskivertobiologilla. Lajeja on huuhkajista viljelykasveihin ja planktoniin."

Kuparinen arvostaa ennen kaikkea tutkimuskysymysten laajuutta ja on elinikäisen oppimisen malliesimerkki.

"Ekosysteemimallinnus, ravintoverkot ja muut olivat minulle tätä tutkimusta aloittaessani uutta, ja nyt saan laajentaa osaamistani."

Jatko-opintojen aikana hän arvioi geenimuunneltujen kasvien ympäristöriskejä. Sen jälkeen syttyi halu siirtyä uuteen ympäristöön ja aiheeseen, ja tie vei kasvien leviämisen mallinnuksen kautta kalastuksen aiheuttamaan evoluutioon. Kalastusekologian tullessa mukaan tutkimusympäristö muuttui jälleen, tällä kertaa ekologisesta genetiikasta ympäristötieteisiin.

Kansainvälisyys on panostusta tutkijan tulevaisuuteen

Kansainvälinen liikkuvuus ja verkostoituminen korostuvat, kun Kuparinen kertoo ammatistaan.

"Kyllä! Tieteelliseen korkeatasoisuuteen liittyvät ajan viettäminen ulkomailla, julkaiseminen, luottamustehtävät. Neuvoni jatko-opiskelijoille on kansainvälistyä heti kun mahdollista. Se auttaa eteenpäin väittelyn jälkeen. Ja kuukausikin toisella laitoksella voi antaa enemmän kuin yksittäinen konferenssikäynti."

Monen tutkijan ammattiin sisältyy matkustamista. Näkymä työpisteeltä vuorille Arizonan yliopistolla Yhdysvalloissa on vain yksi esimerkki Kuparisen usein vaihtuvista maisemista

Ajatus professorin porukasta saman katon alla tai vain omalla laitoksella pysymisestä sotii Kuparisen mielestä ammatillista kehittymistä ja akatemiatutkijan tehtäviä vastaan. Tähtäimessä pitää olla oma kansainvälinen verkosto ja vapaa tieteellinen keskustelu, joka poikii ideoita ja yhteistyökuvioita. Se on myös panostus tulevaisuuteen, sillä kontakteilla on helpompi vetää projekteja ja rahoituksia kotimaahan sitten, jos sinne jää.

"Minulle tutkimusryhmä on verkosto". Omaan ydinporukkaan kuuluvat nyt omat opiskelijat ja tärkeinä yhteistyökumppaneina senioritutkijoita. "Kanadassa minulla on dosentuuri ja akatemiarahoitukseen verrattavan apurahan avulla muutama opiskelija."

Suomessa ollessaan Kuparinen asuu enimmäkseen mökillä. Siellä avautuu mahdollisuus meloa, lukea ja hoitaa mökin puutarhaa, joka laajenee vuosi vuodelta. Häntä kiinnostaa myös pienimuotoinen antiikki- ja taidekeräily.

"Tarvitaan vain läppäri ja nettiyhteys"

Maailmalla paljon liikkuvat ja monia luottamustehtäviä hoitavat tutkijat saattavat jäädä kotimaassa hieman etäisiksi. Eräs keino saada korkeatasoisia tutkijoita jäämään Suomeen voisi Kuparisen mielestä olla tulosten konkreettinen esillepano kotimaiselle tiedeyhteisölle. Ulkomailla tunnetaankin käytäntö, että julkaisuista pidetään listaa näkyvällä paikalla. Näin saadaan helposti seurattava mittari siitä, millaista tutkimusta kukin tekee ja kuinka paljon.

"Epävarmuus jatkuvuudesta on tietenkin läsnä. Ei minullakaan vielä ole tietoa siitä, mitä teen vuonna 2018 tämän rahoituskauden päätyttyä. On vapaus valita tutkimuskysymykset ja yhteistyökumppanit, mutta toisaalta tutkija tarvitsee kykyä tehdä tällaisia päätöksiä itsenäisesti."

Kuparisen työ ei ole sidottua aikaan eikä paikkaan, joten hommiin voi ryhtyä missä tahansa, kunhan avaa tietokoneen ja nettiyhteyden. Kirjoituspöytätutkijasta on silti turha puhua. Mallinnustyön ja artikkelien ohella toimeen kuuluu omanlaistaan kenttätyötä, kuten luottamustehtäviä, tutkimus- ja puhujavierailuja ja ennen muuta tieteellisten lehtien toimitustyötä editorina ja refereenä.

"Onhan tutkijan ammatti minulle vähän elämäntapakin, joka ei katso kellonaikoja tai viikonpäiviä", Kuparinen summaa.

Teksti: Nina Mäki-Kihniä
Kuvat: Anna Kuparinen