Aken minevikku, mis võimaldab näha tulevikku ehk Loodusteaduslike kogude roll ühiskonnas

LENNART LENNUK

Arusaamine ümbritsevast maailmast sõltub loodusteaduslikest kogudest, nende uurimisest ja täiendamisest. Nendes kogudes hoitakse füüsilist tõendmaterjali Maa ajaloo, protsesside ning siin elavate ja elanud eluvormide kohta.¹ Kogu maailma looduskogudes hoitavate eksemplaride arv ulatub miljarditesse (eri allikate põhjal kolm kuni viis miljardit), millest iga eksemplar on kordumatu tõend kindlas ajas ja kohas elutsenud liigi või sündmuse kohta. Nii võib mõni eksemplar olla ainus füüsiline tõend kunagi olemas olnud koosluse kohta, mis on näiteks metsamajandamise või muu loodusressursi kasutamise käigus kadunud.² Uurides kogude alusel eri ajastuid, saame aimu looduse määrava tähtsusega protsessidest. Võib öelda, et kogud on nagu aken minevikku, mis võimaldab vaadata tulevikku.

Loodusteaduslikes kogudes on jäädvustatud keskkonna seis, mis aitab paremini aru saada, millal ja kuidas mõjutavad siinset elu mitmesugused välistegurid, ning neid muutusi ja muutuste põhjusi paremini mõistes osatakse tulevikus targemini talitada.¹ Peale DNA ja liigi morfoloogia on eksemplaride peal või sees säilinud keskkonnamürgid, viirused, parasiidid ja palju muud infot, millest osa ei osata veel analüüsida või märgatagi.³

Tähtis osa on ka taksonoomial ja uute liikide kirjeldamisel. Umbkaudu 25 protsenti liike avastatakse alles 50 aastat pärast nende säilitamist kogudes.² Suur osa uusi liike, mida kogudes kirjeldatakse, lisatakse kohe ohustatud kategooriasse, ning paljusid liike, mis kunagi on määratud uurimisvahendite ja teadmiste puudumise tõttu teiseks liigiks, määratakse ümber või lüüakse lahku.¹ Iga liigi lisandumine on kui lause lisamine suurde romaani, mida nimetatakse planeet Maa ökosüsteemiks ja mille toimimise mõistmisele astutakse nii aina lähemale.

Kliimamuutused, elurikkus ja tervishoid

Looduskogud leiavad laialdast kasutust eri valdkondades, nii pandeemiate uurimisel kui ka kunstis. Ideede ja uute uurimisvahendite arenedes saadakse kogudest aina põnevamat infot. Klassikaliste meetodite kõrvale on arendatud palju uut ja järjest rohkem kasvab ka humanitaarteadlaste huvi looduskogude vastu.

Keskkonnale mürgised ained jätavad endast pikaaegse jälje. Nii annabki näiteks kuivatatud taimede, loomakarvade või sulgede analüüsimine ettekujutuse sellest, kus ja millal on erisugused mürgid levinud.² Näiteks õnnestus Taani keemikul Søren Jensenil 1960. aastatel jõuda jälile polüklooritud bifenüülide (PCB) laialdasele levikule ja mõjule Läänemere piirkonnas, sest muuseumisse kogutud merikotka topistelt võetud proovid tõestasid selle aine levikut juba 1940. aastatel. Selle uurimuse tulemusena hakati 1970. aastatel PCB kasutamist piirama, päästeti paljude kotkaste ja hüljeste elu ning hoiti ära suurem katastroof.⁴

Kliimamuutuste uurimisel on olulised vanemad andmed ajast, mil täpsemaid mõõtmisi ei tehtud. Seega tuleb leida meetodeid mineviku uurimiseks. Ühe moodusena on kasutatud kogutud taimi. Herbaarlehtede skaneeringutelt saab tehisintellekti abil lugeda, kas ja millal taim on õitsenud. Kogunenud andmestik annab teadlastele pikad ja tagasiulatuvad aegread eri liikide õitsemisaegadest. Edasi saab seda andmestikku siduda näiteks tolmeldajate andmetega. Sealt saab ka infot, mismoodi see võib meile tähtsate taimede viljumist edaspidi muuta.⁵

Sellest, kuidas loodusteaduslikke kogusid kasutades haiguste levikut ohjeldada, on 2016. aastal hea ülevaate teinud DiEuliis, Johnson, Morse ja Schindel.⁶ Kogude põhjal saab infot patogeenide arenemise ja pandeemiate tekkeprotsesside kohta. Näiteks on muuseumides talletatud 120 aasta vanustelt koaalanahkadelt leitud retroviiruse jääke, mis on aidanud teadlastel aru saada viiruste evolutsioonist ning seejärel viinud arusaamadeni, kuidas pandeemiaid paremini käsitleda.⁷

Ka mängivad looduskogud tähtsat rolli toiduvarude ohutuses. Näiteks on võimalik avastada toiduvarusid ja toidutaimede kvaliteeti kahjustavaid tegureid. DNA-uuringud herbariseeritud kartulitaimede põhjal on aidanud aru saada taimeparasiitidest ja planeerida nende ohjeldamist. Nii jõuti jälile Iirimaal XIX sajandil kartulisaagi hävimisega tekkinud näljahäda põhjusele, kus Phytophthora infestans tekitas kartuli-lehemädanikku.⁸

Elurikkuse hoidmiseks saab looduskogudest vajalikku infot pikaajaliste muutuste kohta. Näiteks on linnutopiste uurimine stabiilsete isotoopide meetodil aidanud kirjeldada putuktoidulise linnustiku muutusi 133 aasta jooksul.⁹ Linnupesadest on võimalik geneetilise info põhjal kirjeldada taime-, vetika- ja protistide liike, mis annavad hea ülevaate kindla piirkonna elurikkusest kindlal ajal ning aitavad vastata ökoloogia-alastele küsimustele.¹⁰ Elurikkusele on suur mõju võõrliikidel, kelle kohta saab kogudes esinevatest eksemplaridest infot, kuidas need võõrliigid on siia jõudnud ja kuidas selle aja jooksul kohalikku ökosüsteemi mõjutanud. Peale meid ümbritseva ja toetava keskkonna mõjutamise võivad võõrliigid märkimisväärselt kahjustada põllumajandussaadusi ja ka inimese tervist.

Nende näidete põhjal võib tõdeda, et loodusteaduslikud kogud on tähtsad nii kliimamuutuse või elurikkuse kadumise uurimisel kui ka tervishoius. Samal ajal võidab kogude põhjal koostatud näituste ja loodusõppeprogrammide kaudu haridus. Nii on loodusteaduslikud kogud järjest täienevate teadmiste, looduskaitse ja laiemalt säästvama eluviisi teenistuses.

Uued meetodid

Looduse kogumise ja säilitamise üks olulisi mõtteid on see, et tulevikus tekib aina juurde uusi meetodeid, tehnoloogiaid ja teadmisi, mis annavad uusi võimalusi loodust uurida. Kuid uue meetodi saabudes on looduses juba muutused toimunud ja üks paremaid viise andmeridade kõrval on vaadata kogudesse.

Kaks peamist suunda, mis viivad tänapäeval kogude arengut edasi, on DNA analüüsimise võimekuse paranemine ja digitaalsete kujutiste loomise meetodite arenemine. Tänapäevased meetodid on hakanud kujundama ka loodusliku materjali hoiustamise viise. Näiteks säilitatakse molekulaaruuringute tarvis taimi silikageelis või kogutakse nn voucher’eid, s.o väiksemaid tõendmaterjale nagu sulg, karvad või veri.³ Samuti kogutakse loodusest mulla-, tolmu- ja veeproove, millest on võimalik analüüsida sealse elurikkuse DNAd (keskkonnaDNA ehk eDNA).

Samal ajal tuleb aga meeles pidada, et pelgalt organismi DNA või karvatuusti säilitamine ei anna neid võimalusi, mida pakub terve organismi säilitamine. Tervelt organismilt või ka selle osalt on võimalik lisaks DNA-le saada näiteks pestitsiidide ja muude kemikaalide jääke, isotoope, viirusi või ka parasiite. Praegu ei kujutata veel ettegi, mida kõike saab kogunenud materjalist välja pigistada veel tulevikus arendatavate meetoditega.

Digiteerimine on muutnud kogud palju kättesaadavamaks ja nende uurimise jätkusuutlikumaks. Näiteks on kompuutertomograafia aidanud analüüsida märgprepareeritud loomade anatoomiat, morfoloogiat, närvisüsteemi ja palju muud ilma eksemplari ennast vigastamata.¹¹ Igasuguse digitaalse info lisamine eksemplarile kasvatab selle väärtust. Nii aitab nn laiendatud eksemplari (extended specimen) kontseptsioon siduda eksemplariga peale digikujutise ja metainfo veel ka audiovisuaalsed salvestised, digiteeritud välitöömärkmed, kompuutertomograafia skaneeringu ja muu eksemplari puudutava.³

Kogude potentsiaal looduskaitses

Kogudel on suur potentsiaal aidata looduskaitseorganitel otsuseid teha ja leida probleemi põhjuseid. Selleks on vaja luua regulatsioon, mis annab juhtnööre, kuidas saaks surnuna leitud kaitsealused, aga ka kaitse alt väljas olevaid liike maksimaalselt kasutada looduskaitse hüvanguks. Näiteks on Soomes ja Rootsis hästi arenenud surnuna leitud organismide biomonitoorimine. Teine teema on koostöö elusloomadega tegelevate rehabilitatsiooniasutustega, kes võiksid koguda hoolealustelt enne loodusse laskmist proove (eespool mainitud voucher’i meetodil), mida säilitada.

Teema on tähtis ka praeguse pandeemia olukorras, sest rahvusvaheliselt on kajastust leidnud asjaolu, et kui loodusmuuseumidel oleks parem võimekus proove säilitada, siis oleks palju lihtsam jälile jõuda ka haigustekitajatele. Võimalik, et hästi toimiva süsteemi puhul ei oleks COVID-19 tulnud nii suure üllatusena. Hästi toimiv süsteem aitab suuri kulutusi vähendada ja inimeste tervist hoida.⁶

Liigipõhiselt süsteemilt indiviidipõhisele

Liik kui üksus on tänapäeval üsna selgelt välja kujunenud mõiste ja kommunikatsioonis hästi kasutatav. Siiski on iga liik omaette teaduslik hüpotees, mis võib ajas muutuda: üks liik võib jaguneda mitmeks või mitu liiki võidakse arvata kokku üheks. Nii võib konkreetne looduses elav liik osutuda aja jooksul teiseks olemasolevaks liigiks või saada uue liiginime. Pealegi on enamik looduses olevaid liike nimetamata ja seetõttu ei saa neid kommunikatsioonis kasutada.¹²

Muuseumikogudes hoiustatud eksemplaridest on enamik seotud kindla liigiga ja nii on need andmed kantud ka infosüsteemi, kus on võimalik vajaduse korral liik ümber nimetada ning jäädvustada ka eelneva määrangu info. Kuid looduskaitse on seotud liigi nimega, mitte indiviididega. Seega, kui looduskaitse põhineb liikidel ja liigi nime muudetakse, tekib segadus. Lahenduseks on looduskaitse indiviidi tasandil, nii et indiviide kirjeldatakse molekulaarsete meetoditega, kasutades unikaalset koodi. See võimaldab kaitsta ja kommunikeerida liike, kes on veel nimetamata. Näiteks kui looduskaitses on kirjeldatud konkreetne liik, kuid selgub, et kaitstavad indiviidid kuuluvad teise liiki, siis looduskaitse enam ei päde ja vajab seadusemuudatust, samal ajal indiviidipõhise süsteemi puhul seda probleemi ei teki, kuna kaitstavad indiviidid ei ole seotud otseselt liigiga, vaid DNA järjestuse või unikaalse koodiga. Samuti on indiviidipõhises süsteemis võimalik seni veel kirjeldamata liik siduda mitmesuguste analüüside ja elupaikadega ning kui liik lõpuks kirjeldatakse, siis saab ka liigile tagasiulatuvalt nime anda.¹²

Indiviidipõhine süsteem osutub eriti vajalikuks rühmade puhul, kus leidub palju kirjeldamata liike. Näiteks varutakse keskkonnast mulla-, tolmu- ja veeproove, samuti leidub näiteks herbariseeritud taime või nõelastatud putuka sees ja peal kümneid kuni sadu eri liike mikroorganisme ja viirusi. Nii moodustavadki elurikkuse infosüsteemi vundamendi loodusteaduslikes kogudes hoiustatud eksemplarid ja proovid, mis annavad füüsilist tõendmaterjali.¹²

Looduskogude majanduslik mõttekus

Tavaliselt suunatakse kogude majanduslikust mõttekusest rääkides tähelepanu kogudele kuluva raha peale. Kui aga teemat lähemalt vaadata, siis saab üsna ruttu selgeks, et kogumine ja hoidmine on küllaltki odav, kui arvestada rahasse need teadmised, mida ilma kogudeta poleks ega saaks rakendada. Loodusteaduslikud kogud oma tsentraliseeritud asukohaga ning info ja eksemplaride hoiustamisega hoiavad USA näitel aastas kokku sadu miljoneid dollareid teiste institutsioonide ja ka maksumaksja raha.¹³

Loodusteaduslike kogude väärtus ja roll looduskaitses ja ühiskonnas kasvab ajas uute infosüsteemide ja meetodite arendamisega ja kogude uurimisega, kuid jätkusuutliku arengu tagamiseks on vaja loodusteaduslikke kogusid rahastada, et need oleksid ligipääsetavad, et saaks osutada vajalikku teenust ning kogud oleksid hästi korraldatud ja hoitud.^3,6

Artikkel ilmus esmasel kujul 2022. aastal korraldatud teoreetilise bioloogia kevadkooli väljaandes Schola Biotheoretica XLVIII.

Lennart Lennuk on Eesti Loodusmuuseumi kogude osakonna juhataja ja Eesti Looduseuurijate Seltsi asepresident.

1 Christopher Kemp, The endangered dead. – Nature 2015, nr 518(7539), lk 293.

2 Robert Huxley, Christiane Quaisser, Carol R. Butler, René W. R. J. Dekker, Managing Natural Science Collections: A Guide to Strategy, Planning and Resourcing. Routledge 2020.

3 Sara E. Miller, Lisa N. Barrow, Sean M. Ehlman, Jessica A. Goodheart, Stephen E. Greiman, Holly L. Lutz, Tracy M. Misiewicz, Stephanie M. Smith, Milton Tan, Christopher J. Thawley, Joseph A. Cook, Jessica E. Light, Building Natural History Collections for the Twenty-First Century and Beyond. – BioScience 2020, nr 70(8), lk 674–687.

4 Lars Rydén, Pavol Elias sen., Understanding, Protecting and Managing the Environment in the Baltic Sea Region. – Environmental Science. Toim Lars Rydén, Pawel Migula, Magnus Andersson. Baltic University Press 2003, lk 402.

5 Karen M. Robbirt, Anthony J. Davy, Michael J. Hutchings, David L. Roberts, Validation of biological collections as a source of phenological data for use in climate change studies: a case study with the orchid Ophrys sphegodes. – Journal of Ecology 2011, nr 99(1), lk 235–241;

Karen M. Robbirt, David L. Roberts, Michael J. Hutchings, Anthony J. Davy, Potential Disruption of Pollination in a Sexually Deceptive Orchid by Climatic Change. – Current Biology 2014, nr 24(23), lk 2845–2849.

6 Diane DiEuliis, Kirk R. Johnson, Stephen S. Morse, David E. Schindel, Opinion: Specimen collections should have a much bigger role in infectious disease research and response. – Proceedings of the National Academy of Sciences 2016, nr 113(1), lk 4–7.

7 María C. Ávila-Arcos, Simon Y. W. Ho, Yasuko Ishida, Nikolas Nikolaidis, Kyriakos Tsangaras, Karin Hönig, Rebeca Medina, Morten Rasmussen, Sarah L. Fordyce, Sébastien Calvignac-Spencer, Eske Willerslev, M. Thomas P. Gilbert, Kristofer M. Helgen, Alfred L. Roca, Alex D. Greenwood, One hundred twenty years of koala retrovirus evolution determined from museum skins. – Molecular biology and evolution 2012, nr 30(2), lk 299–304.

8 Kentaro Yoshida, Verena J. Schuenemann, Liliana M. Cano, Marina Pais, Bagdevi Mishra, Rahul Sharma, Chirsta Lanz, Frank N. Martin, Sophien Kamoun, Johannes Krause, Marco Thines, Detlef Weigel, Hernán A. Burbano, The rise and fall of the Phytophthora infestans lineage that triggered the Irish potato famine. – eLife 2013, nr 2, e00731.

9 Philina A. English, David J. Green, Joseph J. Nocera, Stable Isotopes from Museum Specimens May Provide Evidence of Long-Term Change in the Trophic Ecology of a Migratory Aerial Insectivore. – Frontiers in Ecology and Evolution 2018, nr 6, lk 14.

10 Alex Rinkert, Tracy M. Misiewicz, Benjamin E. Carter, Aleezah Salmaan, Justen B. Whittall, Bird nests as botanical time capsules: DNA barcoding identifies the contents of contemporary and historical nests. – PloS one 2021, nr 16(10), e0257624.

11 Patina K. Mendez, Sangyeon Lee, Chris E. Venter, Imaging natural history museum collections from the bottom up: 3D print technology facilitates imaging of fluid-stored arthropods with flatbed scanners. – ZooKeys 2018, nr 795, lk 49.

12 Urmas Kõljalg, Henrik R. Nilsson, Dmitry Schigel, Leho Tedersoo, Karl-Henrik Larsson, Tom W. May, Andy F. S. Taylor, Thomas Stjernegaard Jeppesen, Tobias Guldberg Frøslev, Björn D. Lindahl, Kadri Põldmaa, Irja Saar, Ave Suija, Anton Savchenko, Iryna Yatsiuk, Kristjan Adojaan, Filipp Ivanov, Timo Piirmann, Raivo Pöhönen, Allan Zirk, Kessy Abarenkov, The Taxon Hypothesis Paradigm – On the Unambiguous Detection and Communication of Taxa. – Microorganisms 2020, nr 8(12), lk 1910.

13 Andrew V. Suarez, Neil D. Tsutsui, The Value of Museum Collections for Research and Society. – BioScience 2004, nr 54(1), lk 66–74.