Makeassa vedessä eläviä eläimiä ja kasveja kutsutaan vesieliöiksi. Vesi, jossa ne elävät, on makeaa eli vähemmän suolaista kuin meri. Makean veden ympäristöä ympäröivällä terrestrisellä (maa)ympäristöllä on suuri vaikutus siellä eläviin eläimiin ja kasveihin. Joitakin makeanveden ympäristöön vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa ilmasto, maaperän koostumus sekä alueen maaeläimet ja -kasvit.
Vesikasvit tarvitsevat maalla olevien tapaan hiilidioksidia, ravinteita (kasvuun tarvittavia aineita, kuten fosfaattia ja typpeä) ja valoa fotosynteesiin, eli prosessiin, jossa kasvit valmistavat ravintonsa auringonvalosta, vedestä ja hiilidioksidista. Vesieläinten on hengitettävä happea ja syötävä ravintoa. Näiden resurssien saatavuutta säätelevät vesistöä tai kosteikkoa ympäröivät fyysiset olosuhteet (maa-alueet, jotka ovat riittävän usein veden peitossa, jotta se ohjaa maaperän kehitystä). Esimerkiksi ravinteiden, hapen ja hiilidioksidin pitoisuudet vedessä riippuvat siitä, kuinka paljon ilmaa pääsee veteen ja läheisen maan kemiallisesta koostumuksesta. Vedessä olevat sedimentit (hiekka-, sora- ja silttihiukkaset) vaikuttavat siihen, kuinka paljon valoa pääsee järven tai joen pohjalle. Veden lämpötila vaikuttaa siihen, kuinka nopeasti eläimet ja kasvit kasvavat. Vesistön pohjan ominaisuudet (hiekka, muta, kivet) ja virtausten nopeus (veden vaakasuora liike) säätelevät sitä, minkälaiset kasvit ja eläimet voivat elää ja lisääntyä alueella.
Yleisesti makean veden ympäristöt jaetaan kahteen pääryhmään: linssivesiin ja lotisiin vesiin. Linssiset vedet ovat liikkuvia vesiä, kuten joet ja purot. Lootiset vedet ovat paikallaan olevia vesiä, kuten järvet ja lammet. Joskus joet ja purot kuitenkin virtaavat järviin ja lampiin, ja nämä kaksi erilaista elinympäristöä sulautuvat yhteen. Joissakin kosteikoissa voi myös olla monia makean veden ympäristön piirteitä.
Elämää joissa ja puroissa
Jokia ja puroja luonnehtivat useat fyysiset piirteet. Ne koostuvat yleensä makeasta vedestä, joka virtaa yhteen suuntaan. Veden virtaus on useimmiten korkealla sijaitsevalta alueelta (kuten vuoristoalueelta) matalalla sijaitsevalle alueelle (kuten merelle). Yleensä vesi virtaa aluksi nopeasti ja hidastuu alavirtaan siirryttäessä. Purot yhtyvät usein jokiin, joten joen päässä on enemmän vettä kuin alussa. Jokien virratessa ne eroosioittavat (kuluttavat) kiviä ja keräävät sedimenttiä, minkä vuoksi joen loppupää on usein sameampi. Koska joet ja purot muuttuvat niin paljon alusta loppuun, eläimillä on monenlaisia elinympäristöjä. Tämän seurauksena joissa ja puroissa elävien eläinlajien määrä on suurempi kuin järvissä ja lammissa elävien lajien määrä.
Kasvien elämä joissa ja puroissa Jokien ja purojen kasvien suurena haasteena on pysyä paikoillaan erityisesti nopeissa virtauksissa. Kasveilla on useita erilaisia tekniikoita veden vetovoiman voittamiseksi. Diatomit ovat eräs levätyyppi. Levät ovat meren eliöitä, joiden koko vaihtelee mikroskooppisen pienestä kasviplanktonista jättimäiseen levään ja jotka sisältävät klorofylliä, samaa pigmenttiä, jota maakasvit käyttävät fotosynteesissä. Diatomit välttelevät virtauksia pienen kokonsa ansiosta. Ne kasvavat yhtenä kerroksena kivien pinnoilla. Kiven pinnan ja veden välisen kitkan vuoksi veden virtaus hidastuu ja pysähtyy lähes kokonaan noin neljänneksen senttimetrin etäisyydellä kiven pinnasta. Tätä aluetta kutsutaan rajakerrokseksi, ja se tarjoaa diatomeille suojaa virtauksen voimilta, jotka muutoin vetäisivät niitä alavirtaan.
Tyypillisiä suuria jokikasveja ovat levät, sammalet ja maksaruohot. Nämä kasvit selviytyvät veden aiheuttamasta vetovoimasta käyttämällä erityisiä sopeutumia, joilla ne tarttuvat kiviin. Suuret levät kiinnittyvät usein kiviin juurten kaltaisilla rakenteilla, joita kutsutaan pidikkeiksi. Lisäksi kasvit ankkuroituvat usein kivien väliin jääviin koloihin tai sinne, missä vedet lammikoituvat, välttääkseen jokiveden vetovoiman.
Jokikasvit, jotka elävät virtauksissa, ovat kehittäneet tekniikoita kestääkseen veden voimat. Nämä voimat katkaisisivat nopeasti kaikki kasvit, joilla on jäykät varret tai lehdet. Tämän vuoksi joissa elävät kasvit ovat hyvin joustavia, jotta ne voivat helposti taipua ja liikkua virtausten mukana.
Eläinten elämä joissa ja puroissa Joissa ja puroissa elävillä eläimillä on myös haasteena pysyä paikallaan. Monilla eläimillä on koukkuja ja imukärkiä, joilla ne kiinnittyvät kiviin. Pohjois-Yhdysvaltojen ja Etelä-Kanadan puroissa elävillä mustakärpäsen toukilla on imukupit, joiden avulla ne tarttuvat purojen kiviin. Toukokärpäsen toukilla on koukkuja, joilla ne kiinnittyvät kivillä kasvaviin leviin.
Muilla eläimillä on virtaviivaiset muodot, jotka minimoivat vetovastuksen aiheuttamalla vain vähän vastusta vedelle. Taimenet, jotka ovat erittäin yleisiä happirikkaissa nopeasti virtaavissa vesissä, ovat torpedon muotoisia. Limpetsit ovat litteitä nilviäisiä, jotka takertuvat kivien pintoihin. Niiden litteä muoto vähentää virtausten niihin kohdistamaa vastusta.
Diadromiset kalat
Diadromiset kalat ovat kaloja, jotka elävät kahdessa eri vesiympäristössä. Yhden osan elämästään ne elävät makeassa vedessä ja toisen osan elämästään ne elävät suolavedessä. Siirtyäkseen suolavedestä makeaan veteen (tai makeasta vedestä suolaveteen) näiden ainutlaatuisten kalojen on tehtävä rajuja muutoksia, jotka vaikuttavat tapaan, jolla niiden kidukset keräävät happea vedestä. Vain noin 1 % kaikista maailman kaloista on diadromisia. Kaksi diadromisten kalojen tyyppiä ovat anadromiset ja katadromiset.
Anadromiset kalat ovat kaloja, jotka viettävät suurimman osan elämästään suolaisen veden kaloina ja vaeltavat (siirtyvät säännöllisesti tai kausittain) makeaan veteen kutemaan. Monet lohilajit, raidallinen ahven, sampi ja teräksenkärki ovat anadromisia. Useimpien näiden lajien mätimunat munitaan makeaan veteen, ja kuoriuduttuaan poikaset vaeltavat valtameriin. Useimpien lohilajien aikuiset yksilöt vaeltavat takaisin jokiin, joissa ne ovat syntyneet, missä ne kutevat ja kuolevat. Muut anadromiset kalat vaeltavat takaisin makeaan veteen kutemaan useita eri kertoja elämänsä aikana ja palaavat meriin kutujen välissä.
Katadromiset kalat ovat kaloja, jotka elävät suurimman osan aikuiselämästään makeassa vedessä ja vaeltavat sitten suolaveteen kutemaan. Yhdysvalloissa ainoa katadrominen kalalaji on amerikanankerias. Se elää joissa pitkin Yhdysvaltojen itärannikkoa. Kun se on valmis kutemaan, se vaeltaa tuhansia kilometrejä Sargassomereen, Bermudan lähelle. Lähdettyään makeasta vedestä se ei syö, joten kutemisen jälkeen sen energiavarastot on käytetty ja se kuolee.
Puroissa ja joissa elävät eläimet ovat kehittäneet mielenkiintoisia tapoja kerätä ravintoa nopeasti virtaavissa vesissä. Etanat, nilviäiset ja kottaraiskärpäsen toukat kaapivat levää kiviltä erityisten suulakien avulla. Monet erilaiset hyönteisten toukat sekä makean veden simpukat suodattavat vedestä pieniä ravintopaloja. Niillä on harjan tai kammion näköiset erikoistuneet suupielet, joita ne käyttävät veden siivilöimiseen ja niiden ulottuville ajautuvan syötävän planktonin (virtausten mukana kelluvat eläimet ja kasvit) poimimiseen.
Jokien ja purojen varsilla elää suuri määrä kaloja. Ahvenet, pikku- ja suursuuahvenet, särkikalat, karpit, hauet ja aurinkokalat suosivat niitä jokien osia, joissa vesi on hidasta. Nämä kalat ovat yleensä suuria, visuaalisia petoeläimiä (eläin, joka metsästää toista eläintä saadakseen ruokaa), jotka saalistavat lammikoissa pienempiä kaloja ja selkärangattomia (eläimiä, joilla ei ole selkärankaa). Sculpinit ja tikkaat suosivat nopeammin liikkuvia jokiosuuksia, joissa vesi on erittäin hapekasta. Ne käyttävät nopeaa virtausta tuodakseen ruokaa luokseen saaliin metsästämisen sijasta. Myös taimenia tavataan näissä nopeammin liikkuvissa jokiosissa.
Elämää järvissä ja lammissa
Suuret järvet jaetaan usein vyöhykkeisiin. Lähellä rantaa olevaa aluetta kutsutaan litoraalivyöhykkeeksi. Tämä on järven osa, joka on riittävän matala vesikasvien kasvulle. Limettivyöhyke, jota kutsutaan myös epilimnioniksi, on järven pintavesi rannasta poispäin. (Etuliite epi tarkoittaa ”pinnalla” ja kantasana limn tarkoittaa ”järvi”.) Se ulottuu niin syvälle kuin auringonvalo tunkeutuu. Suurin osa tämän vyöhykkeen kasvillisuudesta on kasviplanktonia (mikroskooppisia kasveja, jotka kelluvat virtauksissa). Järven syvää osaa kutsutaan syvyysvyöhykkeeksi tai hypolimnioniksi. (Etuliite hypo tarkoittaa ”alapuolella”.) Tällä vyöhykkeellä ei ole kasveja, koska siellä ei ole valoa. Suurin osa biologisesta toiminnasta on kuolleita eläimiä ja kasveja hajottavien bakteerien toimintaa.
Seasonal Changes in Lakes Järviin ja lampiin vaikuttavat suuresti lämpötilan vaihtelut vuodenaikojen aikana. Alla oleva kuvaus on tyypillinen lauhkeassa (kohtuullisessa) ilmastossa sijaitsevalle järvelle, jossa esiintyy kausittaisia lämpötilan muutoksia. Trooppisissa järvissä (kuumilla ja kosteilla alueilla sijaitsevissa järvissä) lämpötilan vaihtelut eivät ole yhtä dramaattisia.
Kesällä aurinko lämmittää epilimnionia. Lämmin vesi on vähemmän tiheää kuin kylmempi vesi, joten se kelluu hypolimnionin viileämmän veden päällä. Lämpimän pintaveden ja kylmän syvemmän veden väliin jäävä alue on siirtymävyöhyke, jossa veden lämpötila muuttuu hyvin nopeasti syvyyden myötä.Tätä aluetta kutsutaan termokliiniksi. Termokliini toimii eräänlaisena esteenä pintaveden ja syvän veden välillä. Alkukesällä epilimnion on täynnä elämää. Kasviplankton voi kasvaa nopeasti, koska sillä on runsaasti valoa ja ravinteita ja veden lämpötila on lämmin. Eläinplankton (vedessä kelluvat eläimet, kuten äyriäiset ja pienet kalat) puolestaan syö kasviplanktonia. Nämä eläinplanktonit ovat ravintoa suuremmille kaloille ja linnuille.
Kesän edetessä kasviplankton kuluttaa epilimnionin ravinteet. Ne alkavat kuolla ja vajoavat järven pohjalle. Siellä hajottajat, kuten sienet ja bakteerit, hajottavat kuolleen kasviplanktonin ja eläimet ja muuttavat ne ravinteiksi, joita kasviplankton tarvitsee kasvaakseen. Koska termokliini toimii esteenä järven pohjan ja yläosan välillä, nämä ravinteet eivät ole epilimnionin kasviplanktonin saatavilla. Kasviplankton ei voi kasvaa hypolimnionissa, jossa on ravinteita, koska siellä ei ole valoa.
Syksyllä ilman lämpötila viilenee, mikä jäähdyttää järven pintaa. Lopulta epilimnionin lämpötila muuttuu samaksi kuin hypolimnionin lämpötila. Termokliini häviää ja hypolimnionin ravinteikkaat vedet sekoittuvat järven pinnan vesiin. Tätä kutsutaan syysvaihteluksi. Tällöin järven pohjan ravinteet sekoittuvat koko järveen. Koska auringonvalon määrä kuitenkin vähenee syksyllä ja talvella, pinnan kasviplankton ei voi kasvaa kovin nopeasti.
Talven aikana järven pinta viilenee edelleen. Makea vesi on tiheimmillään 4 °C:n (39°F) lämpötilassa. Jää, jonka lämpötila on 32°F (0°C), on vähemmän tiheää kuin syvemmät vedet, joten sitä muodostuu järven pinnalle. Tämä tarjoaa kaloille ja muille selkärangattomille tilaa elää jääpeitteisten järvien alla. Jää toimii myös huopamaisena eristeenä, joka auttaa pitämään alla olevan veden jäätymästä.
Keväällä lämpötilat lämpenevät, joten jää sulaa. Lopulta koko järven lämpötila nousee 4 °C:een (39°F), jolloin pohjan vesi sekoittuu pinnan veden kanssa. Tätä kutsutaan kevätkierroksi. Kesän alkaessa pintavedet lämpenevät ja termokliini erottaa jälleen epilimnionin ja hypolimnionin toisistaan. Syys- ja kevätkierron vuoksi järven pohjan ravinteet ovat pintaveden kasviplanktonin käytettävissä. Tämä antaa järvelle valmiudet kesän nopeaan kasviplanktonin ja kaikkien niistä riippuvaisten eläinten kasvuun.
Kasvit järvissä ja lammissa Jotkut järvien ja lampien kasveista ovat kaikkein pienimpiä. Nämä kasviplanktonit ovat yleensä yksisoluisia kasveja, jotka on ryhmitelty levien joukkoon. Joskus ne kytkeytyvät toisiinsa pitkiksi ketjuiksi, joita kutsutaan pesäkkeiksi. Järvissä ja lammissa tavallisia kasviplanktonlajeja ovat diatomit, joilla on kauniit kuoret, jotka on tehty piidioksidista (samasta aineesta kuin hiekka); dinoflagellaatit, jotka liikkuvat napsauttamalla lippulappujaan (pitkiä piiskanmuotoisia solun ulokkeita, jotka voivat kuljettaa organismia eteenpäin); ja syanobakteerit, jotka ovat fotosynteesiä tekeviä bakteereja.
Lampien ja järvien suurempiin kasveihin kuuluvat suuret levät ja sammalet, kissankäpälät, kaislikot, vesililjat, rakkolehdet, pajut ja nappulapensas. Nämä kasvit kasvavat usein mudassa, jossa niiden kasvuun tarvitsemia kaasuja – kuten happea ja hiilidioksidia – on niukasti. Monilla suuremmilla kasveilla on sienimäiset varret, ja ne vetävät kaasuja ilmasta alas juuriinsa.
Maalla olevat kasvit käyttävät juuriaan veden ja ravinteiden keräämiseen, mutta vesikasvit ovat veden ympäröimiä, ja ravinteet liukenevat veteen. Jotkut vesikasvit ovat luopuneet juuristaan. Esimerkiksi sorsalemmikki (tai vesilinssi) ja vesirouhe ovat pieniä herneen kokoisia kasveja, jotka kelluvat järvien ja lampien pinnalla keväällä ja kesällä. Ne imevät ravinteita vedestä ja tuottavat paljon tärkkelystä. Syksyyn mennessä ne ovat niin täynnä ravinteita, että ne vajoavat järven pohjaan. Ne elävät talven järven pohjan mudassa ja elävät tärkkelysvarastojensa varassa. Kevääseen mennessä ne ovat kuluttaneet niin paljon tärkkelystä, että ne ovat tarpeeksi kevyitä kelluakseen jälleen. Ne nousevat pintaan juuri ajoissa, jotta ne voivat käyttää kevään ja kesän voimakasta valoa fotosynteesiin, ja ne alkavat jälleen käyttää tärkkelysvarastojaan. Järvien ja lampien pinnalla kelluvat myös muut suuret kasvit, kuten särmäkuisma, vesisotilas ja vesihyasintit.
Järvien reunat jaetaan usein neljään vyöhykkeeseen, jotka perustuvat fyysiseen ympäristöön ja siellä esiintyviin kasvilajeihin. Kaukana vedestä alkava suokasvivyöhyke sisältää kasveja, joiden juuret ovat matalassa vedessä. Toisinaan vesi voi vetäytyä tältä vyöhykkeeltä, jolloin kasvien juuret jäävät alttiiksi ilmalle. Tyypillisiä kasveja suokasvien vyöhykkeellä ovat ruohot ja saraikot (kasvilaji, joka näyttää jäykältä ruoholta). Seuraavaa vyöhykettä kutsutaan kelluslehtiseksi ja nousevaksi vyöhykkeeksi. Täällä vesi ei koskaan kuivu, mutta järvi on niin matala, että kasvien latvat nousevat vedestä. Tyypillinen tällä vyöhykkeellä elävä kasvi on vesililja, jonka lehdissä on erityisiä kaasutäytteisiä kammioita, joiden ansiosta se pysyy kellumassa veden pinnalla. Vedenalaisella kasvivyöhykkeellä kasvit elävät kokonaan veden alla. Tällä vyöhykkeellä elää kanadalaista vesilevää ja monia sammallajeja. Vapaasti kelluva kasvivyöhyke on järven keskiosassa. Täällä kasvit, joilla ei ole juuria, kuten sorsalemmikki ja vesisotilas, kelluvat vapaasti pinnalla.
Lemmikkieläimet järvissä ja lammissa Eläinplankton kelluu järvien epilimnionissa ja syö kasviplanktonia ja muuta eläinplanktonia. Yleensä nämä eläimet ovat lähes läpinäkyviä, jotta niiden saalistajat eivät näkisi niitä. Tyypillinen eläinplankton järvissä on vesikirppu Daphnia, joka voi lisääntyä ilman parittelua. Normaalioloissa kaikki sen jälkeläiset ovat naaraita. Kun eläimet ovat kuitenkin stressaantuneita esimerkiksi ravinnon puutteen vuoksi, ne tuottavat uroksia. Tämä sekoittaa populaation geenipoolia ja luo yksilöitä, jotka todennäköisesti kestävät ympäristön muutoksia. Toinen tyypillinen makean veden eläinplankton on rottiainen, jolla on päänsä päällä harjaksia, joita se pyörittää potkurien tavoin liikkuakseen vedessä ja pyydystääkseen saalista.
Monien hyönteisten nuoruusvaiheet ovat vesieliöitä. Mayflies, caddis kärpäset, hyttyset ja sudenkorennot elävät kaikki jonkin aikaa veden alla järvissä ja lammissa. Ne uivat järvenpohjan kivien ja kasvien seassa kauden tai useita vuosia. Sitten ne metamorfoituvat (muuttuvat ulkonäöltään) aikuiseen muotoonsa ja lentävät pois vedestä. Järven pohjassa elää myös monia erilaisia matoja, simpukoita ja äyriäisiä. Nämä eläimet ruokailevat kasvien ja eläinten jäänteillä, jotka putoavat järven pohjalle ylhäältä.
Purojen silppurit
Joidenkin jokien lähes kaikki kasvimateriaali on peräisin lehdistä ja muista kasvinosista, jotka putoavat jokeen maalta. Heti kun lehti osuu veteen, selkärangattomien armeija ryhtyy repimään lehtiä palasiksi. Näitä eläimiä, joihin kuuluu hyönteisten toukkia ja rapuja, kutsutaan silppureiksi, ja niillä on keskeinen rooli virtavesien ekologiassa (eli eliöiden ja niiden ympäristön välisessä suhteessa). Niitä lehtien osia, joita silppurit eivät syö, syövät madot ja etanat, joista puolestaan tulee kalojen, sammakkoeläinten ja lintujen ravintoa. Lehtien murskaaminen pieniksi paloiksi on ensimmäinen vaihe kasvimateriaalin hajottamisessa. Bakteerit ja sienet kolonisoivat kasvinpalaset ja hajottavat ne ravinteiksi, joita joessa kasvavat kasvit tarvitsevat kasvaakseen.
Järvissä ja lammissa elää suurempia eläimiä. Erityisesti kalat, linnut ja sammakkoeläimet saalistavat järvissä eläviä selkärangattomia. Kalat, kuten sinilevät, syövät järven pohjassa uivia nuoria hyönteisiä, kun taas särjet syövät pinnan lähellä olevaa eläinplanktonia. Linnut, kuten kärpässiipat ja sepelkyyhkyläiset, lentävät järvien pinnan tuntumassa saalistaen hyönteisiä, jotka ovat kuoriutumassa poikasvaiheestaan. Myös sammakot saalistavat lammen lähellä eläviä hyönteisiä. Vielä muut linnut ja kalat saalistavat pienempiä kaloja. Bassit, lohet, kalasääsket, kuikat ja haikarat metsästävät kaloja käyttämällä tarkkaa näköään. Majava ja piisami ovat nisäkkäitä, jotka ovat riippuvaisia vedestä. Ne rakentavat patoja ja mökkejä, jotka suojaavat niitä petoeläimiltä.
Juli Berwald, Ph.D.
Lisätietoa
Kirjat
Cunningham, William P., and Barbara Woodworth Saigo. Environmental Science: A Global Concern. Boston: WCB/McGraw-Hill, 1999.
Llamas, Teresa. Jokien, järvien ja soiden kasvillisuus. New York: Chelsea House, 1996.
Raven, Peter H., Linda R. Berg ja George B. Johnson. Environment. 2nd ed. Orlando, FL: Saunders College Publishing, 1998.
Rowland-Entwistle, Theodore. Rivers and Lakes. Morristown, NJ: Silver Burdett Press, 1987.
Sayre, April Pulley. Lake and Pond. New York: Twenty-First Century Books, 1996.
Sayre, April Pulley. River and Stream. New York: Twenty-First Century Books, 1996.
Websites
”Freshwater Ecosystems.” Missouri Botanical Gardens.http://mbgnet.mobot.org/fresh (haettu 16. elokuuta 2004).