Liigu edasi põhisisu juurde

Intervjuu: inimesed kasutavad väikest osa vetikate potentsiaalist

Vetikates leidub aineid, mida teistes taimedes pole ja seetõttu leiavad teadlased neile aina uusi kasutusvõimalusi, ütleb intervjuus vetikate uurimisele pühendunud Tallinna Ülikooli vanemteadur Rando Tuvikene.

Rando Tuvikene
Rando Tuvikene. Allikas: TLÜ

Mis on Teie arvates vetikate kõige tähelepanuväärsem omadus?

Vetikad on nii mõneski mõttes tähelepanuväärsed organismid. Maailmas esineb üle 10 000 vetikaliigi, kelle seas on ainsana taimeriigis ka üherakulisi organisme. Vetikatele on omane äärmiselt suur bioloogiline mitmekesisus.

Unikaalne on ka mitmete vetikaliikide võime asustada meredes suuri sügavusi, kus valgusintensiivsus on teiste taimede kasvuks liiga nõrk. Pruunvetikaid võib leida kuni 15 m sügavuselt, punavetikad suudavad kasvada aga veelgi sügavamal - nende massilise leviku piiriks jääb enamasti 40–60 m. Punavetikad suudavad fotosünteesiks kasutada väga nõrka valgust seetõttu, et nende rakkudes esinevad koos klorofüllide, karoteenide ja ksantofüllidega spetsiifilised valgulised pigmendid – punane fükoerütriin ja sinine fükotsüaniin. Selliseid pigmentaineid ei ole teised elusorganismid võimelised organismisiseselt sünteesima.

Miks on vetikate uurimine oluline?

Vetikate uurimine on huvipakkuv nii rakenduslikust kui puhtteaduslikust aspektist. Vetikad sisaldavad mitmeid selliseid komponente, mida maismaataimedes ei leidu.

Punavetikates esinevad teatud spetsiifilised väävlit sisalduvad polüsahhariidid - agarid ja karraginaanid, mida kasutatakse laialdaselt toiduainetööstuses nende ainete tarretumisvõime tõttu. Pruunvetikates leiduvad aga teist tüüpi polüsahhariidid – alginaadid, mis on võimelised andma viskoosseid lahuseid ja teatud tingimustel ka geelistuma. Need vetikapolüsahhariidid leiavad lisaks toitudainetööstusele kasutust aga ka paljudes teistes valdkondades, sh kosmeetika- ja ravimitööstuses (stabilisaatorid, paksendajad, aeglaselt lahustuvate kapslite komponendid jms).

Puna- ja pruunvetikates esinevaid valgulisi pigmente kasutatakse looduslike värvainetena toiduainete ja kosmeetikatoodete koostises.

Vetikad sisaldavad rikkalikult mitmesuguseid aktiivaineid, millel on täheldatud antibakteriaalseid, viirusevastaseid, malaariavastaseid, vähivastaseid, põletikuprotsesse vähendavaid ja vere kolesteroolitaset normaliseerivaid omadusi. Paljud vetikates sisalduvad ained (nt polüfenoolid) toimivad aga tugevate antioksüdantidena ning pidurdavad seeläbi organismis toimuvaid vananemisprotsesse.

Inimkond kasutab tänapäeval potentsiaalse tööndusliku väärtusega vetikaliikidest vaid väikest osa. Vetikate uurimine võimaldab efektiivsemalt olemasolevaid loodusressursse kasutada või kultiveerimisega uusi ressursse tekitada.

Merevetikad on rikkalik mineraalainete ja mikroelementide allikas, sisaldades rohkesti kaltsiumi, magneesiumi,  kaaliumi, rauda, mangaani ja joodi. Joodi sisaldus vetikates ületab märkimisväärsel määral maismaataimedes leiduvaid kontsentratsioone, mistõttu aitab merevetikate tarbimine (nt salatite, suppide või sushi koostises) muuhulgas ära hoida kilpnäärmeprobleeme. Mineraalainete rohkuse tõttu on merevetikaid traditsiooniliselt kasutatud ka põlluväetisena. Lisaks koguvad vetikad endasse aga ka keskkonnas leiduvaid toksilisi raskmetalle. Seetõttu annab vetikate uurimine infot merevee reostuse kohta.

Sageli huvitab teadlasi see, milliseid komponente erinevad vetikaliigid sisaldavad ning kuidas varieerub nende komponentide sisaldus sõltuvalt vetika kasvukohast, vee soolsusest, toitainete sisaldusest vees, valgustingimustest ja vetika arengujärgust. Samuti pakub teaduslikku huvi küsimus, miks mõned vetikast pärinevad polüsahhariidid on võimelised tarretuma, teised aga mitte – millised on need molekuli ehituslikud iseärasused, mis viivad tarrete moodustumiseni ja mil viisil tarre molekulaarsel tasemel tekib.

Hinnanguliselt 70-80% atmosfääris esinevast hapnikust on produtseeritud maailmameres esinevate üherakuliste vetikate poolt. Selles seisneb ka vetikate peamine tähtsus inimkonnale – ilma vetikateta elu Maal meile harjumuspärasel kujul esineda ei saaks.

Merepõhi
Vetikad moodustavad olulise osa Maa ökosüsteemist. Allikas: A. Bourque / National Park Service

Kas on võimalik, et vetikatel on veel kasulikke omadusi, mis on veel avastamata?

Paljud merevetikad sisaldavad mitmekesise toimespektriga bioaktiivseid aineid. Pruunvetikates leidub märkimisväärsetes kogustes polüfenoole, mis on tugevatoimelised antioksüdandid ning kaitsevad organismi vabade radikaalide kahjuliku mõju eest. Pruunvetikate rakuseintes esinevad fukoidaanid ja laminariinid on bakteritsiidsete omadustega polüsahhariidid, mis kirjanduse andmetel tugevdavad immuunsüsteemi, normaliseerivad vere kolesteroolitaset, aitavad ära hoida ateroskleroosi, omavad viirusevastast toimet ning hävitavad vähirakke.

Uuritud on vaid väheste vetikaliikide biomassist pärinevaid aktiivaineid. Seetõttu on väga tõenäoline, et mõne uue liigi põhjalikul uurimisel leitakse suure bioloogilise aktiivsusega komponente või koguni aineid, mida seni kirjeldatud ei olegi.

Kas usute, et vetikatest toodetud bioõli, millest on võimalik biokütust toota, on võimeline välja vahetama fossiilse kütuse?

Teatud mikrovetikad võivad sisaldada märkimisväärsetes kogustes õlisid (isegi kuni 75% vetika kuivmassist), mistõttu on sellised liigid vetikaõli tootmiseks atraktiivne tooraine. Võrreldes õli tootmiseks kasutatavate maismaataimedega iseloomustab mikrovetikaid oluliselt suurem kasvukiirus ja õli saagikus. Mikrovetikate suuremahuliseks kultiveerimiseks ja nende biomassist õlide eraldamiseks kasutatavad bioreaktorid on aga kallid ning õli tootmise tasuvus tänapäevaste tehnoloogiate rakendamisel väike. Tõhusamate tehnoloogiate väljatöötamisel võib tulevikus vetikatest saada oluline biokütuse tooraine.

Millal võiksid vetikatest pärinevad värvained toiduainete ja kosmeetikatoodete koostises Euroopasse jõuda?

Punavetikates esinevad punase ja sinise värvusega valgulised pigmendid on tõesti Aasias toituainete ja kosmeetikatoodete koostises levinud, Euroopas aga mitte. Üheks põhjuseks on vetikatega seonduva väärtustamine Aasias – toorvetikad on seal hinnatud traditsiooniline toiduaine, samuti peetakse nendes piirkondades kõrgelt lugu vetikatest pärinevatest komponentidest. Seesugustest traditsioonidest tulenevalt on valgulised vetikapigmendid Aasia riikides kantud lubatud toiduvärvide ja lisaainete nimekirja, Euroopas aga mitte. Kuna vetikate tarbimine Euroopas hoogustub, võib eeldada, et need värvained lähikümnendil toidulisaainetena siiski ka Euroopa seadusandluses heaks kiidetakse.

Kas üha kasvav sushi populaarsus toob endaga kaasa vetikaliikide arvukuse kahanemise? Arvestades üha kasvavat vetikate populaarsust, kas meil jätkub piisavalt vetikavarusid?

Sushi koostises kasutatavad vetikalehed valmistatakse Pyropia perekonda kuuluvatest punavetikatest (jaapani keeles ’nori’). Enamasti kasutatakse vetikalehtede valmistamiseks vesiviljeluse teel saadud (kultiveeritud) vetikaid. Aasias hõlmavad vetikafarmid suuri rannikuvee pindasid – ainuüksi Jaapanis on nori farmide all enam kui 600 ruutkilomeetrit. Kasvav sushi populaarsus viib tõenäoliselt vetikafarmide all oleva pinna suurenemiseni, see aga ei too endaga üldjuhul kaasa vetikaliikide hulga vähenemist. Vetikate kultiveerimine suurendab üldjuhul piirkonna liigirikkust, sest vetikafarmid on sobivaks elupaigaks paljudele mereorganismidele. Kuna vetikad seovad vette sattunud liigseid toitaineid, võimaldab makrovetikate kultiveerimine parandada ka rannikupiirkondade vee kvaliteeti. Vesiviljelus vetikate kasvatamise näol on paljude arengumaade rannikuäärsetes piirkondades elanikkonna ainsaks elatusallikaks.

Vetikate korjamisel looduslikest kooslustest tuleb aga tähelepanelikult jälgida, et kogutud materjali hulk ei ületaks vetikate juurdekasvu perioodil. Suurenenud nõudluse tõttu on vetikate kultiveerimine (vesiviljelus) tänapäeval kiirelt arenev valdkond. Kui troopilistes vetes on levinud peamiselt punavetikate (eriti Kappaphycus ja Eucheuma liigid) kultiveerimine, siis jahedamates piirkondades kasvatatakse rohkem pruunvetikaid.

Tuleb aga tähele panna, et inimkond kasutab tänapäeval potentsiaalse tööndusliku väärtusega vetikaliikidest vaid väikest osa. Vetikate igakülgne uurimine loob eeldused uute vetikaliikide töönduslikuks rakendamiseks ning võimaldab seeläbi efektiivsemalt olemasolevaid loodusressursse kasutada või kultiveerimisega uusi ressursse tekitada.

Kas vetikate kasutamises toiduks, kütuseks ja muuks peitub vastus, kuidas päästa Maa tulevik?

Inimkonna kõige suuremad probleemid seotud rahvaarvu tõusu ja puhta joogivee vähese kättesaadavusega. Vetikad võivad aidata küll teatud probleeme ajutiselt leevendada, kuid Maa tuleviku päästab eelkõige tark majandamine maailma tasandil ning rahva haridustaseme tõstmine.

Rohe- ja punavetikad
Rohe- ja punavetikad. Allikas: Pixabay


Kuidas mõjutab vetikaid globaalne kliimamuutus?

Globaalne kliima soojenemine mõjutab kõigi koosluste liigilist mitmekesisust ja puudutab kindlasti ka vetikaid. Vetikaliikide mitmekesisus maailmameres järgib huvitavat mustrit – pruunvetikaid esineb enim külmades meredes, rohevetikaliike on kõige rohkem soojades piirkondades, punavetikate puhul suureneb liigirikkus arktilistest vetest lähisantarktiliste vete suunas liikudes.

Vetikaid ja teisi veeorganisme mõjutab olulisel määral ka kliima soojenemist põhjustavate kasvuhoonegaaside hulka kuuluv süsihappegaas. Süsihappegaasi sisalduse suurenemine atmosfääris muudab maailmamere happelisemaks, see on aga probleemiks suurele hulgale kaltsiumkarbonaadist tugiskeletti omavatele organismidele. Punavetikate hulgas esineb liike, kelle kaltsiumkarbonaadi sisaldus võib ulatuda 80% lähedale. Selliseid nn korallvetikaid võib kliima soojenemine kokkuvõttes väga tugevasti mõjutada.

Kuidas jõudsite vetikate uurimiseni jõudsite ja mis on praegu peamine uurimisküsimus?

Alustasin vetikate uurimisega oma magistriõpingute raames Tallinna Ülikoolis 2003. aastal. Kaks aastat hiljem kaitsesin magistritöö ja 2009. aastal doktoriväitekirja Läänemere töönduslike punavetikaliikide keemilise koostise iseloomustamise alal. 2010-2012 olin järeldoktor Tokyo Mereteaduse ja -tehnoloogia Ülikoolis Jaapanis, kus mul oli võimalus uurida mitmeid Vaikse ookeani vetikaliike ja nendes esinevaid polüsahhariide.

Minu teadustöö on seotud erinevate puna- ja pruunvetikaliikide keemilise koostise iseloomustamisega ning nendest pärinevate biomolekulide molekulaarstruktuuri ja omaduste vaheliste seoste selgitamisega. Püüame teada saada, mil viisil tuleks vetikates esinevaid väärtuslikke komponente eraldada ja töödelda, et saavutada ühe või teise rakenduse jaoks sobivad omadused. Nii võime vetikate biomassi baasil saada mitmesuguseid funktsionaalseid materjale, mida iseloomustab üheaegselt mitu kasulikku omadust, nt haavade paranemist soodustavaid geele või bioaktiivseid kosmeetikatooteid. Teaduslikus mõttes on merevetikatest pärinevate komponentide uurimisel lahendamata veel palju põnevaid küsimusi.

Vaata ka Rando Tuvikese kaheosalist videoloengut vetikate kasutamisest toiduks - 1. osa ja 2. osa.