Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta

 

Uusimmat julkaisut

  • Parajuli, Anirudra (Helsingin yliopisto, 2019)
    Mikrobeilla on tärkeä merkitys elimistön puolustusjärjestelmän kehitykselle. Ihmisen suoliston ja ihon mikrobiston on osoitettu säätelevän puolustusjärjestelmän toimintaa. Elimistön mikrobiston monimuotoisuus todennäköisesti suojaa immuunivälitteisiltä sairauksilta. Riittävää kosketusta elinympäristön monimuotoiseen mikrobistoon pidetään tärkeänä. Nykykäsityksen mukaan immuunivälitteisten sairauksien kuten allergioiden ja astman lisääntyminen kaupungistuneissa yhteiskunnissa johtuu liian vähäisestä altistumisesta ympäristön mikrobeille. Tässä väitöstutkimuksessa tarkasteltiin elinympäristön – rakennetun ympäristön osuuden, kasvillisuustyypin sekä saastumisen – vaikutusta ympäristön mikrobistoon, ihmisen mikrobialtistukseen sekä elimistön mikrobiston rakenteeseen. Tutkimuksessa tarkasteltiin myös, voiko ihokosketus maa- ja kasvipohjaisiin materiaaleihin lisätä hyödyllistä mikrobialtistusta. Saastumisen vaikutusta ympäristön mikrobiston rakenteeseen tutkittiin kokeellisesti saastuttamalla neljä erilaista maa-ainestyyppiä polysyklisillä aromaattisilla hiilivedyillä (PAH). PAH-yhdisteet muuttivat maa-aineksen bakteerien yhteisörakennetta, lisäsivät puolustusjärjestelmän kannalta haitallisten bakteerien pääjaksojen runsautta ja vähensivät hyödyllisten pääjaksojen runsautta. Koska altistuminen ympäristön mikrobeille vaikuttaa ihmisen mikrobistoon ja puolustusjärjestelmän toimintaan, saasteet, kuten PAH-yhdisteet, vaikuttavat todennäköisesti ihmisen mikrobialtistukseen ja voivat muuttaa elimistön mikrobiston rakennetta. Kodin ympäristön maankäytön vaikutusta mikrobialtistukseen tutkittiin käyttämällä yhdenmukaisia kynnysmattoja maaseudulla ja kaupungissa sijaitsevissa kotitalouksissa Etelä-Suomessa ja analysoimalla kynnysmatolle kertyneen materiaalin bakteeriston koostumus. Tiiviisti rakennetuilla kaupunkialueilla kynnysmattoihin kertyi huomattavasti vähemmän materiaalia ja sen bakteeriston monimuotoisuus oli merkitsevästi pienempi kuin harvaan rakennetuilla maaseutualueilla. Tutkituissa kotitalouksissa asuvien ikääntyvien henkilöiden ulostenäytteiden perusteella selvitettiin maankäytön ja kotipihan kasvillisuuden vaikutusta suoliston mikrobistoon. Pihalla olevien pensaslajien ja ruohovartisten kasvilajien määrän havaittiin olevan yhteydessä useiden puolustusjärjestelmän kannalta hyödyllisten bakteeritaksonien runsauteen. Rakennetun ympäristön vaikutus suoliston mikrobistoon muistutti eroja, joita on havaittu aiemmissa tutkimuksissa urbaanien ihmispopulaatioiden ja metsästäjä-keräilijä populaatioiden välillä. Tämän perusteella puolustusjärjestelmän häiriöiden yleisyys länsimaisissa yhteiskunnissa voi olla yhteydessä rakennetun alueen suureen osuuteen. Väitöskirjassa selvitettiin myös, voiko kosketus luonnonmateriaaleihin muuttaa ihon bakteeriston rakennetta. Vapaaehtoiset kaupunkilaiset koskettelivat käsin maa- ja kasvipohjaisia materiaaleja, minkä seurauksena bakteerien monimuotoisuus ja biomassa sekä useiden bakteeritaksonien suhteellinen runsaus lisääntyivät merkitsevästi. Lisätutkimusta tarvitaan siitä, voidaanko ihon mikrobialtistusta lisäämällä ehkäistä tai jopa hoitaa puolustusjärjestelmän häiriöitä. Tutkimuksen perusteella tiiviisti rakennettu kaupunkiympäristö ja korkeat PAH-pitoisuudet voivat aiheuttaa haitallisia muutoksia elinympäristön mikrobistossa, vähentää ihmisen mikrobialtistusta sekä aiheuttaa epäsuotuisia muutoksia suoliston mikrobiston rakenteeseen. Pihan pensaslajit ja ruohovartiset kasvilajit voivat vaikuttaa myönteisesti suoliston mikrobitasapainoon. Vastaavasti suora kosketus maa- ja kasvipohjaisiin materiaaleihin voi lisätä ihon mikrobiston monimuotoisuutta.
  • Trotta, Luca (Helsingin yliopisto, 2019)
    Primary Immunodeficiency (PIDs) categorize a broad and heterogeneous group of inborn immunity errors. Despite being generally quite rare, PIDs collectively account for consistent morbidity and mortality. Currently, more than 350 monogenic PIDs have been recognised to embody clinical phenotypes ranging from life-threatening infections to autoimmune/inflammatory diseases, allergies and/or malignancy. Many PIDs display genetic and allelic heterogeneity with an overlap of symptoms among different syndromes, often making diagnoses challenging. In the past few years, advancements in genomic technologies have revolutionised the world of genetic testing, and currently, next-generation sequencing (NGS)-based approaches are widely applied to routine genetic diagnostics of human disorders. Among the different methods, whole-exome sequencing (WES) proved highly efficient in revealing the genetic variants behind rare disorders. To further depict the genetics of PIDs, a WES-based approach was carried out, targeting the possible disease-causing variants in Finnish subjects lacking a clinical diagnosis. The cohort included patients with a clinical suspicion of immune or/and haematological disorders (n= 212). In the first study, a Finnish founder mutation in the AICDA gene was identified in patients affected by hyper-IgM syndrome type 2 (HIGM2). The disease is a primary antibody deficiency characterised by early-onset recurrent infections, autoimmunity and an absence/low levels of IgG, IgA and IgE but elevated/normal levels of IgM. The retrieved ancestral founder allele is significantly enriched in Finns compared to other European populations (38.56-fold) and has accounted for all HIGM2 cases diagnosed in Finns thus far. In the second study, biallelic ADA2 mutations that cause a deficiency of adenosine deaminase 2 (DADA2) were identified in seven PID patients, all sharing one of the causal variants, which were significantly enriched in Finns (3.31-fold). DADA2 was originally associated with systemic autoinflammation, polyarteritis nodosa-type vasculitis and mild immunodeficiency. Only a fraction of the identified DADA2 patients presented with vasculopathies. In addition, recurrent haematological manifestations are noted, and for the first time, the occurrence of lymphoproliferation is described for some of the patients, expanding the phenotypic spectrum of DADA2. Finally, novel causal variants in telomere biology disorders (TBDs)-associated genes were identified in three families with heterogeneous phenotypes that lacked the classic clinical pathognomonic signs of telomeropathies. The phenotypes ranged from mild signs of Dyskeratosis congenita (DKC) to SCID. The genetic diagnosis was confirmed by an assessment of shortened telomere lengths in patients. In addition, the spectrum of TBD-associated phenotypes was enlarged, showing variable degrees of cytopenia in some patients. This work attests to the validity of clinical WES testing to identify rare disease-causing variants despite the heterogeneous and/or atypical clinical presentations of PIDs. The achievement of a genetic diagnosis allowed for updating the spectrum of reported phenotypes as well as including atypical clinical presentations that might have otherwise remained undiagnosed. In addition, the enrichment of some rare PID-causing mutations in Finland has been depicted, highlighting the correlation of the population history with the distribution of rare deleterious variants of clinical relevance.
  • Tikhonov, Gleb (Helsingin yliopisto, 2018)
    Viimeisten vuosikymmenien aikana yhteisöekologinen tutkimus on siirtynyt empiirisestä eliöyhteisöjen tutkimuksesta mekanistisempaan tutkimukseen, joka hakee vastauksia eliöyhteisöjä muovaaviin prosesseihin. Samaan aikaan uudet menetelmät aineiston keruuseen ovat dramaattisesti kasvattaneet ekologisten aineistojen määrää ja laatua. Tämä tarjoaa uusia mahdollisuuksia entistä kokonaisvaltaisempien tutkimuskysymysten asetteluun. Kasvava aineistojen määrä on luonut tarpeen kehittää sellaisia uusia analyyttisiä menetelmiä tilastolliseen ekologiaan, joiden avulla voidaan hyödyntää kasvavan aineistomäärän potentiaali. Erityisen kiinnostuksen kohteena ovat olleet sellaisten tilastollisten menetelmien kehitys, joiden avulla on mahdollista yhdistää erilaisia aineistoja sekä mallintaa yhtäaikaisesti lajien, lajiyhteisöjen ja ekosysteemien dynamiikkaa ja levinneisyyttä. Väitöskirjassani olen keskittynyt yhteisöekologisessa mallinnuksessa tarvittavien analyyttisten työkalujen metodologiseen kehitykseen. Tutkimuksessani olen yhdistänyt tilastollisen ekologian erilaisia näkökulmia: ekologin maastohavaintoihin perustuvaa näkemystä sekä tilastotieteilijän metodologista näkemystä. Väitöskirjani koostuu neljästä luvusta, jotka yhdessä muodostavat yhtenäisen kokonaisuuden. Aloitan synteesillä yhteisöekologisen mallintamisen viimeaikaisista kehityksestä ja esittelen yhtenäisen tilastotieteellisen kehyksen, jonka avulla tutkijoiden on helppo tutkia yleisiä yhteisöekologia kysymyksiä samanaikaisesti. Tämän kehyksen avulla, jota tässä kutsutaan yhteisöekologiseksi hierakiseksi malliksi (HMSC), on mahdollista sisällyttää tietoa lajien esiintymisestä, ympäristömuuttujista, lajien ominaisuuksista, fylogeniasta, sekä tutkimusmallien rakenteista. Seuraavaksi esitän kaksi tärkeää laajennusta HMSC kehykseen. Ensimmäinen laajennus mahdollistaa systemaattisen tarkastelun siitä miten lajien yhteisesiintyminen riippuu ympäristötekijöistä. Toinen laajennus mahdollistaa HMSC kehyksen soveltamisen erittäin laajoihin spatiaalisiin aineistoihin. Tutkin näiden laajennusten etuja ja haittoja soveltamalla sekä niitä että vaihtoehtoisia menetelmiä simuloituihin aineistoihin. Lisäksi havainnollistan molempia menetelmällisten laajennusten käytännön soveltuvuutta oikeiden ekologisten aineistojen avulla, ja esitän yhden soveltaviin ekologisiin kysymyksiin keskittyvän tapaustutkimuksen. Väitöskirjatutkimukseni tulokset osoittavat, että yhtenäisen HMSC kehyksen avulla voidaan vastata laajaan kirjoon perustavanlaatuisiin ja soveltaviin kysymyksiin siitä miten eliöyhteisöt ovat rakentuneet. Suoritetut simulaatiokokeet osoittavat että ehdottamani laajennukset HMSC- malliin tuovat entistä tehokkaampia työkaluja yhteisöekologiseen tutkimukseen. Väitöskirjatyössäni julkaistut ohjelmistot ja käyttöoppaat helpottavat HMSC kehyksen käyttöönottoa yhteisöekologian tutkimuksessa. Ennen kaikkea väitöskirjani tulisi nähdä vakaana perustana jonka päälle on mahdollista kehittää entistä syvällisempää yhteisöekologista mallinnusta. Osa mahdollisista tulevaisuuden kehittämisen kohteista liittyy siihen miten erilaisilla mallinrakenteilla ja mallien estimointiin liittyvillä tekniikoilla voidaan vastata entistä kokonaisvaltaisemmin yhteisöekologisiin kysymyksiin, ja osa niihin numeerisiin haasteisiin joita uudentyyppisten ja entistä suurempien aineistojen käsittely tuo mukanaan. Uskon, että väitöskirjatyöni tulokset luovat hyvän lähtökohdan uusille menetelmille joilla näihin haasteisiin voidaan vastata.
  • Ilves, Marit (Helsingin yliopisto, 2018)
    Nanoteknologialla on suuri vaikutus arkielämän eri osa-alueisiin, koska sillä on valtava potentiaali mullistaa kulutushyödykkeitä ja teollisia sovelluskohteita. Nanoteknologian menestyksen avain perustuu nanokokoisten materiaalien uusiin ja paranneltuihin ominaisuuksia, kuten lujuuteen ja johtokykyyn verrattuna vastaaviin, mikrokokoisiin materiaaleihin. Sekä kuluttajat että työntekijät altistuvat todennäköisimmin teollisesti tuotetuille nanomateriaaleille (ENM, engl. engineered nanomaterials) hengitysteiden ja ihon kautta. ENM:n pienen koon vuoksi ne pystyvät ohittamaan ihmiskehon fysikaaliset ja kemialliset esteet, minkä jälkeen ne joutuvat kosketuksiin immuunijärjestelmän kanssa, joka kykenee tunnistamaan elimistölle vieraita rakenteita, kuten ENM:eja. Materiaalien partikkelikoon pienentäminen lisää myös niiden kemiallista reaktiivisuutta, joka yhdessä pienen koon ja muiden fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien kanssa tarkoittaa, että ENM:t voivat vaikuttaa immuunijärjestelmäämme, ja vaikutukset voivat olla hyödyllistä mutta myös haitallisia terveydellemme. Tämän väitöskirjatyön tarkoituksena oli tutkia ENM:ien vaikutuksia ja fysiologisia seurauksia terveessä ja heikentyneessä immuunijärjestelmässä sekä keuhkoissa että ihossa. Väitöskirjatyön päähavainnot olivat, että jäykät ja sauvamaiset, mutta eivät pitkät ja lankakerämäiset, hiilinanoputket (CNT, engl. carbon nanotubes) pystyivät aktivoimaan luontaisen immuniteetin ja aiheuttamaan samanlaisen tilan kuin allerginen hengitysteiden tulehdus. Vaikka nanofibrillimäiset selluloosat aiheuttivat akuuttia pulmonaarista tulehdusta, niiden vaikutukset vähenivät kuukaudessa ja aineen biopysyvyydestä huolimatta niiden terveysvaikutukset erosivat merkittävästi jäykän, sauvanmuotoisen CNT:n aiheuttamista pitkäaikaisista patologisista vaikutuksista. Sekä päällystämättömät että funktionalisoidut CuO-nanomateriaalit pahensivat allergista astmaa aiheuttamalla keuhkojen neutrofiliaa, mutta partikkelin pinnan PEGylaatio vähensi merkittävästi muokkaamattomien CuO ENM:n tulehdusvaikutuksia, mikä havaittiin erityisen selvästi transkriptionaalisella tasolla. Paikallinen ihoaltistuminen nano-kokoiselle ZnO:lle hiiren atopisen dermatiitin mallissa paljasti, että partikkelit kykenivät kulkemaan allergisen ihon läpi, mikä oli mekaanisesti rikkoutunut. Tämä materiaalin tunkeutuminen johti pro-inflammatoristen ja allergisten reaktioiden paikalliseen vähentymiseen, sekä IgE-vasta-ainetuotannon systeemiseen lisääntymiseen. Tämä työ antaa tietoa ENM:ien vaikutuksista keuhkoissa ja ihossa. Tämän väitöskirjatyön tulokset osoittavat, että ENM:t, joilla on erilaisia fysikaalis-kemiallisia ominaisuuksia, kykenevät moduloimaan immuunijärjestelmäämme. Nämä havainnot korostavat materiaalien moninaisuutta ja monimutkaisuutta, sekä korostavat niiden vaikutuksia immuunijärjestelmään ja sen seurauksia terveydelle. Nämä tiedot edistävät ENM:n turvallisuuden arviointia, ja niistä voi olla hyötyä nanolääketieteessä.
  • Saulamo, Kari (Helsingin yliopisto, 2018)
    Kalakantojen kestävä hyödyntäminen edellyttää kalastuksen järjestämistä siten, että kalakantojen tuotanto pitkällä aikavälillä ei vaarannu. Voimakas kalastuspaine yhdistettynä valikoivaan kalastukseen johtaa usein siihen, että saatava kilomääräinen saalis jää pienemmäksi kuin minkä kalakannan tuotantokyky mahdollistaisi. Tällaisessa tilanteessa kalojen kasvu- ja lisääntymispotentiaalia ei saada hyödynnettyä täysimääräisesti. Pahimmillaan liian kova kalastuspaine voi pysyvästi rapauttaa kalakannan tuotantoa ja kannan kykyä sopeutua muuttuviin ympäristöolosuhteisiin. Pysyvä tuotannon heikentyminen voi tapahtua esimerkiksi silloin, kun valikoiva kalastus pyytää tehokkaasti populaatiosta nopeakasvuisimpia yksilöitä, jolloin hidaskasvuisten yksilöiden, ja tätä kautta geenien, osuus populaatiossa kasvaa. Heikentynyt kyky sopeutua muuttuviin ympäristöolosuhteisiin voi seurata puolestaan esimerkiksi siitä, kun ajallisesti valikoiva kalastus kutuaikana poistaa populaatiosta aikaisin tai myöhään kutevia yksilöitä; muuttuvissa ympäristöolosuhteissa näiden, tyypillisestä kutuajasta poikkeavaan aikaan kutevien yksilöiden rooli voi kuitenkin olla ratkaisevaa koko populaation kannalta. Kuha (Sander lucioperca) on arvostettu kala sekä kaupallisten kalastajien että virkistyskalastajien keskuudessa ja kuhakannat ovatkin monin paikoin ylikalastettuja. Väitöskirjatyön tavoitteena oli lisätä tietoa kuhan biologiasta ja sen ja kalastuksen välisestä suhteesta Itämeren rannikolla. Aineistona olivat Ruotsin itärannikolla tehdyt kuhamerkinnät sekä kuha-aikasarja Suomen Saaristomereltä. Eri aikaan kudulle saapuvien kuhien välillä havaittiin eroja mm. sukupuolessa ja keskipituudessa. Lisäksi löydettiin viitteitä siitä, että yhtenä vuotena tiettyyn aikaan kutevat kuhat kutevat samaan aikaan myös seuraavana vuonna. Voimakkaan, valikoivan kalastuksen havaittiin poistavan nopeakasvuisia yksilöitä populaatiosta, jolloin vanhemmat ikäluokat muodostuivat pitkälti hidaskasvuisista kuhista. Tulosten valossa kuhakantojen säätelyssä suositellaan varovaisuusperiaatetta. Kantojen elinvoimaisuuden ja tuotannon turvaamiseksi kalastuskuolevuus tulisi olla nykyistä pienempi. Kalastuksen säätelyssä tulisi myös ottaa huomioon kuhan vaelluskäyttäytyminen. Valikoivaa, nopeakasvuisiin yksilöihin kohdistuvaa kalastusta, tulisi välttää, ja kalastus tulisi kohdistaa tasaisesti populaation eri komponentteihin.
  • Jahan, Farhana (Helsingin yliopisto, 2018)
    Inflammation is a defense response of the body to an event of injury or tissue damage. Leukocytes circulating in the bloodstream are stimulated by chemokines released by endothelial cells that enable them to adhere and transmigrate to the site of infection. Leukocyte extravasation from the blood vessels towards the site of inflammation is a sequential and overlapping process involving leukocyte rolling, adhesion and transendothelial migration. Adhesion is critical for T-cell trafficking and antigen recognition and is mediated in part by integrins, a large family of αβ heterodimeric cell surface proteins. The β2-integrin lymphocyte function-associated antigen-1 (LFA-1 /αLβ2) and the β1-integrin very late antigen-4 (VLA-4/α4β1) promote T cell interactions with their ligands intercellular and vascular cell adhesion molecules (ICAMs and VCAMs) respectively which are expressed on endothelial cells. VLA-4 and LFA-1 directly participate in cell arrest under flow, whereas firm adhesion is mediated by LFA-1. Integrins have unique characteristics of signaling in both directions across the membranes. Inside-out signaling occurs by ligand binding to non-integrin receptors, which can activate integrins through intracellular signal transduction whereas outside-in signaling takes place by binding of ligands to the integrin itself. The complex signaling pathways of LFA-1 are regulated by rapid phosphorylation and dephosphorylation events of LFA-1, which affect its binding affinities and subsequently protein-protein interactions. My interest lies how the activation of LFA-1 by inside-out and outside-in signaling affects the phosphorylation of the αL- and β2-chains, the adhesive property of LFA-1, intracellular binding partners and cross-talk with the VLA-4 integrin. In my study, I have found involvement of Tiam1, a Rac GEF (Guanine nucleotide exchange factor) protein as a new key player in the intracellular signaling of LFA-1. Upon LFA-1 activation by inside-out signaling, Tiam1 forms a complex with β2 phosphorylated on Thr-758 and the scaffolding protein 14-3-3, which activates Rac1, an actin-regulating protein. Downregulation of Tiam1 inhibits Rac1 activation and furthermore, it impairs cell adhesion to the LFA-1 ligand ICAM-1. The next finding was that the activation of LFA-1 via inside-out or outside-in signaling downregulates VLA-4 binding to its ligand VCAM-1. When LFA-1 is activated, β2 is phosphorylated on Thr-758, which recruits 14-3-3 and Tiam1 and results in crosstalk to VLA-4. It leads to dephosphorylation of Thr-788/789 on the β1-chain, which results in the recruitment of more filamin but less 14-3-3 to the β1-chain. I have also demonstrated that the activation of LFA-1 by anti-LFA-1 antibodies binding to the extracellular part is mediated through phospholipase C (PLC) and protein kinase C (PKC) activation, which causes the phosphorylation of the Thr-758 on β2-chain. Furthermore, I have shown that the phosphorylation of the LFA-1 αL-chain at Ser-1140 is essential for the functionally significant phosphorylation of the β-chain Thr-758 and protein interaction with the β2-chain. Mutation of Ser-1140 to alanine in the αL-chain significantly decreased Thr-758 phosphorylation of β2-chain after SDF-1α or anti-CD3 activation. α-Actinin is an actin-binding protein, which links integrins to the actin cytoskeleton and is crucial for cell migration. We showed that mutation of Ser-1140 to alanine in the αL-chain affects the α-actinin interaction with the β2-chain and chemotactic directional migration. Phosphorylation and de-phosphorylation of αL- and β2- chains may be a way to regulate adhesion and deadhesion turnover of cells during migration. De-regulation of integrins’ function may lead to auto-immune and chronic inflammatory diseases. Here in this thesis, I have now revealed some novel, important mechanisms of the regulation of the leukocyte integrins. The knowledge of how integrins are regulated could be beneficial in clinical applications as well as for developing drugs with high specificity in future.
  • Perttilä, Niko (Helsingin yliopisto, 2018)
    Tutkimuksen tausta: Termiä gerastenia käytetään kuvaamaan hauraita ikääntyneitä ihmisiä, joilla on suurentunut riski haitallisille päätetapahtumille. Erilaisia mittareita on tutkittu, mutta useimmiten on käytetty Friedin kriteerejä. Kuitenkaan yhteisymmärrystä gerastenian määritelmästä ei ole vielä saatu aikaan. Myös yksinkertaisempia kyselyihin perustuvia mittareita on tutkittu gerastenian arvioimiseksi. Eri mittarit saattavat tunnistaa gerastenisiksi vain osittain samoja henkilöitä, ja myös ennustetut päätetapahtumat saattavat vaihdella käytetystä mittarista riippuen. Iäkkäät ihmiset yleensä ja gerasteniset iäkkäät ihmiset ovat hyötyneet useissa tutkimuksissa liikuntainterventiosta. Muutamissa tutkimuksissa on nähty, että myös ihmiset, joilla on muistisairaus, voivat hyötyä liikuntainterventiosta. Kuitenkaan ei ole näyttöä, vaikuttaako gerastenian aste liikuntainterventiosta hyötymiseen muistisairailla henkilöillä. Tiedettyjä ikääntyneiden ihmisten yleisiä riskitekijöitä kaatumisille ovat esimerkiksi kaatumishistoria, lihasheikkous, kävelyvaikeus, nivelrikko, masennus, monilääkitys, psyykelääkkeiden käyttö ja korkeampi ikä. Selvästi vähemmän on tutkimuksia kaatumisten riskitekijöistä muistisairailla henkilöillä. Aikaisempia tutkimuksia mahdollisista interaktioista liikunnan ja kaatumisiin liittyvien lääkkeiden välillä suhteessa kaatumisiin ei ole muistisairailla potilailla. Tutkimuksen tavoitteet: Tämä tutkimus tutki, kuinka eri gerastenian mittarit limittyvät toistensa suhteen, tunnistavatko ne samoja henkilöitä gerastenisiksi ja ovatko päätetapahtumat samanlaisia riippumatta käytetystä mittarista. Tämä tutkimus myös tutki, vaikuttiko gerastenian aste liikuntainterventiosta hyötymiseen kotona asuvilla Alzheimerin tautia sairastavilla henkilöillä. Lisäksi tämä tutkimus selvitti kaatumisiin liittyviä suojaavia ja riskiä lisääviä tekijöitä Alzheimerin tautia sairastavilla henkilöillä, ja onko liikuntainterventiolla ja kaatumisiin liittyvillä lääkkeillä interaktioita kaatumisten suhteen tässä joukossa. Aineisto ja menetelmät: Osatutkimuksen I aineistona ovat osallistujat Helsinki Johtajat –tutkimuksessa, joka on pitkäaikainen havaintotutkimus vuosina 1919-1934 syntyneistä miehistä. Näitä miehiä tutkittiin heidän vuosina 2000 ja 2005 postitse antamiensa kyselyvastaustensa perusteella. Yhteensä 480 miestä sisältyi tutkimukseen ja heidän keski-ikänsä oli 73 vuotta seurannan alussa. Kaksi ilmiasuun perustuvaa mittaria, Helsinki Johtajat –tutkimuksen mittari HBS (eng. Helsinki Businessmen Study) ja muokattu Women’s Health Initiative Observational Study (WHI-OS), sekä gerastenian indeksimittari (eng. Frailty Index, FI), joka koostui 20 kohdasta, rakennettiin tunnistamaan gerasteniaa kirjekyselyn perusteella. Mittareita tutkittiin, kuinka ne menivät päällekkäin ei-gerastenisten, esi-gerastenisten ja gerastenisten henkilöiden tunnistamisessa ja kuinka ne ennustivat kaatumisia, terveyteen liittyvää elämänlaatua, painonmuutosta ja kuolleisuutta viiden vuoden seurannassa. Osatutkimuksien II, III ja IV aineistona ovat osallistujat FINALEX-tutkimuksessa, joka oli liikuntainterventiotutkimus kotona asuvilla Alzheimerin tautia sairastavilla henkilöillä (eng. Finnish Alzheimer disease exercise trial). Osallistujien (yhteensä 194 henkilöä) keski-ikä oli 78 vuotta ja 39 % heistä oli naisia. Osallistujat liikuntainterventioryhmissä (yhteensä 129 henkilöä) saivat joko ryhmäliikuntainterventiota tai kotiliikuntainterventiota yhden tunnin kerrallaan kahdesti viikossa 12 kuukauden ajan, ja kontrolliryhmä (yhteensä 65 henkilöä) sai normaalia kunnallista hoitoa. FINALEX-tutkimuksessa Alzheimerin tautia sairastavien osallistujien puolisot seurasivat kaatumisia kaatumispäiväkirjojen avulla 12 kuukauden seurannan ajan. Osatutkimuksessa II sekä yhdistettu liikuntainterventioryhmä että kontrolliryhmä jaettiin esi-gerastenisiin (0-1 kriteeriä) ja enemmän gerastenisiin (2-5 kriteeriä) muokattujen Friedin kriteerien mukaisesti. Kaatumiset henkilövuotta kohden ja muutokset FIM-toimintakykymittarissa (Functional Independence Measure) toimivat tulosmuuttujina. Osatutkimuksessa III kaikkia osallistujia tutkittiin yhdessä kaatumisiin liittyvien riskitekijöiden, kuten fyysisen toimintakyvyn, sairauksien ja käytettyjen lääkkeiden, suhteen. Osatutkimuksessa IV tutkittiin mahdollisia interaktioita liikuntaintervention ja kaatumisiin liittyvien lääkkeiden välillä vertaamalla kaatumisten ilmaantuvuustiheyksien suhteita (eng. incidence rate ratio, IRR) eri lääkkeiden käyttäjien ja ei-käyttäjien kesken liikuntainterventioryhmässä ja kontrolliryhmässä. Tulokset: Sekä HBS-mittari että WHI-OS-mittari tunnistivat 7,3 % Helsinki Johtajat –tutkimuksen osallistujista gerastenisiksi, mutta näistä vain osa oli samoja henkilöitä. FI mittari tunnisti 17,9 % gerastenisiksi. Kaikenkaikkiaan 21,3 % osallistujista tunnistettiin gerastenisiksi vähintään yhden mittarin mukaan. Kaikki mittarit (HBS, WHI-OS, FI) ennustivat merkitsevästi enemmän kaatujia, huonompaa elämänlaatua ja suurempaa kuolleisuutta gerastenisille, kuin esi-gerastenisille tai ei-gerastenisille henkilöille. Painon muutoksen suhteen ei ollut eroja eri gerastenian asteiden tai mittareiden välillä. FINALEX-tutkimuksessa esi-gerastenisissa ryhmissä keskimääräinen kaatumisten määrä oli merkitsevästi pienempi liikuntainterventioryhmässä kuin kontrolliryhmässä (1,14 kaatumista henkilövuotta kohden [95 %:n luottamusväli (eng. 95 % confidence interval, CI): 0,90-1,43] ja 1,82 kaatumista henkilövuotta kohden [95 % CI: 1,40-2,32]; IRR 0,63 [95 % CI: 0,45-0,89]; P=0,008 sukupuoli, ikä ja liitännäissairaudet huomioitu). Myös enemmän gerastenisissa ryhmissä keskimääräinen kaatumisten määrä oli merkitsevästi pienempi liikuntainterventioryhmässä kuin kontrolliryhmässä (2,15 kaatumista henkilövuotta kohden [95 % CI: 1,76-2,59] ja 5,32 kaatumista henkilövuotta kohden [95 % CI: 4,36-6,44]; IRR 0,43 [95 % CI: 0,33-0,57]; P<0,001 sukupuoli, ikä ja liitännäissairaudet huomioitu). Kummankin liikuntainterventioryhmän fyysinen toimintakyky myös heikkeni merkitsevästi hitaammin kuin heidän vastaavien kontrolliryhmiensä FIM-toimintakykymittarin muutoksien perusteella. Parempi fyysinen toimintakyky ja ei-gerastenisuus suojaavat kaatumisilta Alzheimerin tautia sairastavilla potilailla. Sairaudet, kuten keuhkoahtaumatauti, diabetes ja nivelrikko, sekä lääkkeet, kuten opioidit, psyykelääkkeet, lääkkeet, joilla on antikolinergisia ominaisuuksia, ja monilääkitys, liittyivät kohenneeseen kaatumisriskiin. Verenpainelääkkeiden käyttö liittyi alentuneeseen kaatumisriskiin liikuntainterventiota saaneilla, mutta kohonneeseen kaatumisriskiin kontrolliryhmällä. Liikuntainterventio vähensi kaatumisriskiä myös psyykelääkkeiden käyttäjillä. Johtopäätökset: HBS-mittari, WHI-OS-mittari ja FI-mittari tunnistivat vain osittain samat henkilöt gerastenisiksi. FI tunnisti gerastenisiksi enemmän kuin muut. Kaikki kolme mittaria ennustivat suurempaa kaatumismäärää ja kuolleisuutta sekä huonompaa terveyteen liittyvää elämänlaatua gerastenisille osallistujille. Alzheimerin tautia sairastavat henkilöt voivat hyötyä liikuntainterventiosta suhteessa kaatumisiin ja fyysiseen toimintakykyyn riippumatta gerastenian asteesta. Parempi fyysinen toimintakyky ja ei-gerastenisuus suojaavat kaatumisilta. Tietyt sairaudet ja lääkkeet olivat kaatumisten riskitekijöitä. Liikuntainterventiolla oli suosiollinen interaktio verenpainelääkkeiden ja psyykelääkkeiden kanssa suhteessa kaatumisriskiin.
  • Paukkunen, Juho (Helsingin yliopisto, 2018)
    Kultapistiäisiin (Chrysididae) kuuluu yli 2500 kuvattua lajia, jotka ovat kaikki muiden hyönteisten, pääasiassa erakkoampiaisten ja -mehiläisten, loispetoja tai pesäloisia. Ne suosivat lämpimiä, kuivia ja aurinkoisia elinympäristöjä ja ovat ulkonäöltään yleensä tunnusomaisen vahvarakenteisia, värikkäitä ja metallinhohtoisia. Euroopasta tunnetaan nykyisin noin 490 lajia, mutta lajien todelliseksi määräksi on arvioitu 550–600. Tämän tutkimuksen tavoitteina oli 1) kartoittaa, mitkä kultapistiäislajit esiintyvät Pohjois-Euroopassa eli Fennoskandiassa, Tanskassa ja Baltian maissa, 2) selvittää niiden voimassa olevat ja nimistösääntöjen mukaiset nimet, 3) valmistella koko lajiston kattava morfologisiin tuntomerkkeihin perustuva määrityskaava sekä 4) tutkia lajien levinneisyyttä, runsautta ja pitkän aikavälin kannankehitystä. Kultapistiäisten rakennetta, levinneisyyttä ja runsautta tutkittiin museo- ja yksityiskokoelmien aineistojen avulla ja kaikki Pohjois-Euroopan lajistosta julkaistut havainnot koottiin yhteen. Morfologisesti samankaltaisten Chrysis ignita -ryhmän lajien asemaa ja sukulaisuussuhteita selvitettiin mitokondriaalisen DNA:n avulla. Suomalaisten kultapistiäisten kannankehitystä arvioitiin vertailemalla muutoksia asutettujen neliöpeninkulmaruutujen (10 x 10 km) osuudessa kahden ajanjakson, 1840–1967 ja 1968–2015, välillä. Lisäksi analysoitiin lajien kannankehityksen ja lajiominaisuuksien välistä yhteyttä. Tutkimusalueelta löytyi yhteensä 74 kultapistiäislajia, joista neljä oli Pohjois-Euroopalle uusia ja yksi, Chrysis borealis Paukkunen, Ødegaard & Soon, 2015, myös tieteelle uusi. Laji Cleptes striatipleuris Rosa, Forshage, Paukkunen & Soon, 2015 kuvattiin uutena Keski-Euroopasta. Nimen Chrysis terminata Dahlbom, 1854 todettiin olevan Chrysis ignita Form A:n validi nimi, ja Cleptes pallipes Lepeletier, 1806 palautettiin lajin Cleptes semiauratus (Linnaeus, 1761) nuoremmaksi synonyymiksi. Lisäksi löydettiin kaksi uutta synonyymiä. Mitokondriaaliset DNA-sekvenssit tukivat useimpien aiemmin tunnistettujen Chrysis ignita -ryhmän lajien lajiasemaa ja lisäksi antoivat viitteitä useiden kryptisten lajien olemassaolosta. Kaikkiaan 11 kultapistiäislajin todettiin vähentyneen Suomessa, kun taas yhdenkään lajin ei havaittu runsastuneen tilastollisesti merkitsevästi tarkasteltujen ajanjaksojen välillä. Vähälukuiset ja pienikokoiset lajit, jotka ovat riippuvaisia paahteisesta kuolleesta puuaineksesta, vähentyivät enemmän kuin runsaat ja suurikokoiset lajit, jotka elävät avoimissa hiekkapohjaisissa elinympäristöissä. Tutkimus muodostaa taksonomisen perusselvityksen Pohjois-Euroopan kultapistiäislajistosta ja helpottaa lajien tunnistusta kuvitetun määrityskaavan avulla. Useiden lajien vähentyvät kannat osoittavat, että kultapistiäiset ovat herkkiä ihmisen aiheuttamille ympäristönmuutoksille ja suojelutoimia tarvitaan niiden säilyttämiseksi.
  • Oghabian, Ali (Helsingin yliopisto, 2018)
    Aitotumallisilla geenien DNA-sekvenssit sisältävät usein introneiksi kutsuttuja ei-koodaavia jaksoja. Nämä sekvenssit poistetaan transkripteista silmukoinniksi kutsutun prosessin kautta, joka voi tapahtua joko transkription aikana (kotranskriptionaalisesti) tai transkription jälkeen (posttranskriptionaalisesti). Korkeammilla aitotumallisilla on kuvattu kaksi erillistä silmukointikoneistoa: U12-tyypin spliseosomi, joka vastaa noin 700–800:n intronin silmukoinnista (U12-tyypin intronit), sekä U2-tyypin spliseosomi, joka vastaa kaikkien muiden intronien silmukoinnista (U2-tyypin intronit). Näissä kahdessa intronityypissä on erilaiset 5’-silmukointikohdan ja intronin haarautumiskohdan sekvenssielementit. Tämän lisäksi aiemmat tutkimukset ovat viitanneet siihen, että U12-tyypin intronit silmukoidaan hitaammin U2-tyypin introneihin verrattuna, minkä seurauksena U12-tyypin intronien silmukointi saattaa rajoittaa näitä introneja sisältävien geenien ekspressiota. Hidas silmukointi ilmenee silmukoimattomina tai retentoituina U12-tyypin introneina muuten täysin prosessoiduissa lähetti-RNA:issa. Tässä työssä olen kehittänyt uuden ohjelmistotyökalun nimeltä Intron-Exon Retention Estimator (IntEREst), joka mahdollistaa intronien retention havaitsemisen, kvantifikaation sekä retentiotasojen vertailun RNAsekvensointidataa käyttäen. IntEREstin muihin ominaisuuksiin kuuluvat työkalu U12-tyypin intronien tunnistamiseen sekä useita eri työkaluja käyttäjän määrittelemien intronien alaluokkien retentiotasojen vertailuun useiden näytteiden välillä. IntEREstin vertailuanalyysiin hyödynnettiin jo julkaistua RNAsekvensointidataa myelodysplastista oireyhtymää (MDS) sairastavailta potilailta ja verrokkiyksilöiltä (saatavilla tunnuksella GSE63816 NCBI Gene Expression Omnibus -tietokannasta). Tämä datasetti sisälsi RNA-sekvensointidataa MDS-potilailta, joilla on mutaatioita U12-tyypin intronien tunnistuksessa toimivassa ZRSR2-geenissä, sekä verrokkiyksilöiltä jotka olivat joko terveitä yksilöitä tai MDS-potilaita, joilla ei ole ZRSR2-mutaatioita. Tämän lisäksi käytin maissista peräisin olevaa datasettiä, joka koostui maissin ZRSR2ortologin, RGH3-geenin, suhteen villityyppisistä tai mutanteista näytteistä. Tulokseni viittaavat siihen, että IntEREst on luotettava työkalu intronien retention analyysiin RNA-sekvensointidatasta, joka tuottaa muiden menetelmien kanssa vertailukelpoisia tai niitä parempia tuloksia. Hyödynsin IntEREstiä U12-tyypin ja U2-tyypin intronien retention vertailuun globaalilla tasolla. Osoitin, että U12-tyypin inronien retentiotaso on keskimäärin kaksi kertaa korkeampi U2-tyypin introneihin verrattuna sekä ihmis- että kasvisoluissa. Tämä tulos toistaa aiemmissa tutkimuksissa muutamilla valikoiduilla geeneillä tehdyt löydökset sekä yleistää U12-tyypin intronien korkeamman retention genominlaajuiselle tasolle. Tämän lisäksi työn tulokset osoittavat, että silmukoimattomia U12-tyypin introneja sisältävät transkriptit hajotetaan tumassa tumaeksosomin toimesta. Yhdessä nämä tulokset tukevat hypoteesia, jonka mukaan U12-tyypin intronit silmukoidaan heikommalla tehokkuudella kuin U2-tyypin intronit ja ne voivat näin ollen säädellä U12-tyypin introneja sisältävistä geeneistä tuotettavan lähetti-mRNA:n muodostumisnopeutta. Lisäksi U12-tyypin spliseosomin mutaatioita sisältävien ihmis- ja kasvisolujen introniretentioanalyysi osoitti, että viat silmukoinnissa kohottavat entisestään silmukoimattomien U12tyypin intronien tasoja. Tämä väitöskirja laajentaa nykyistä tietämystä U12-tyypin intronien oikean silmukoinnin merkityksestä ja virheellisen silmukoinnin seurauksista. Lisäksi työssä kuvataan olemassa olevia työkaluja sekä uusi ohjelmistotyökalu (IntEREst), joita voidaan käyttää RNA:n silmukoinnin tehokkuuden ja tarkkuuden mittaamiseen ja vertailuun useiden näytteiden välillä. Osoitamme, että nämä työkalut voivat tuottaa arvokasta tietoa molekyylitason mekanismeista eri olosuhteissa, muun muassa viallisesti toimivasta silmukointikoneistosta johtuvissa sairauksissa.
  • Sandström, Vilma (Helsingin yliopisto, 2018)
    Globalisaation myötä maantieteellisten alueiden väliset yhteydet ovat lisääntyneet. Kaukaisia ympäristö- ja yhteiskunnallis-taloudellisia vaikutuksia, takaisinkytkentöjä sekä seurauksia maantieteellisten systeemien välillä kutsutaan termillä telecouplings. Tällaisten yhteyksien kasvu näkyy myös maataloustuotannossa ja ruokasysteemeissä, sillä ruoan maailmankauppa on kasvanut voimakkaasti viime vuosikymmenten aikana. Tämä muutos on vaikuttanut positiivisesti kehitykseen mm. lisäämällä ruoan saatavuutta sekä luomalla työllisyyttä tuotantoalueilla. Muutos on kuitenkin myös lisännyt kulutuksen ja tuotannon maantieteellistä eriytymistä ja tämän seurauksena ympäristön käytön paineen ulkoistamista, kun myös maantieteellisesti kaukana olevat kuluttajat käyttävät tuotantoalueen rajallisia resursseja, kuten vettä tai maa pinta-alaa. Tämän takia kulutus voi aiheuttaa ympäristövaikutuksia myös maantieteellisesti kaukana sijaitsevilla alueilla. Tässä väitöskirjassa keskiössä on analyysi suomalaisten ruoankulutuksen aiheuttamasta ulkoistetusta ympäristön käytön paineesta sekä ruoankulutuksen hiilijalanjälkilaskennan kehittäminen niin, että kaupan materiaalivirrat otetaan siinä paremmin huomioon. Väitöskirja koostuu yhteenveto-osasta sekä neljästä osa-julkaisusta. Työssä analysoidaan Suomen ulkomaankaupan kautta ulkoistettujen ympäristövaikutusten ajallista muutosta vuosina 1961–2007 (osajulkaisu I) sekä 1986–2011 (osajulkaisu II) käyttäen kansainvälisen kaupan fyysisten materiaalivirtojen analyysidataa sekä maa- ja vesijalanjälki-indikaattoreita, ja analysoimalla näiden resurssien käytön aiheuttamaa biodiversiteettikadon uhkaa tuotantoalueilla. Osajulkaisussa III tutkitaan Suomen potentiaalia vähentää kasvituotteiden tuonnin kautta virtuaalivettä vesipulasta kärsiviltä alueilta korvaamalla tuotteita kotimaisella tuotannolla. Osajulkaisussa IV kehitetään ruoan kulutuksen hiilijalanjälkilaskentaa ja analysoidaan EU maiden keskimääräisten ruokavalioiden hiilijalanjälkiä sisällyttäen kaupan materiaalivirta-analyysit mukaan laskentaan. Suomi osallistuu yhä vahvemmin globaaliin maataloustuotteiden kauppaan. Sekä maankäytön tuonti että vienti Suomen maataloustuotteiden ulkomaankaupassa laajeni ja tuojamaat sekä tuodut elintarviketuotteet monipuolistuivat vuosien 1961–2011 aikana. Tämä oli erityisen voimakasta ajalla 1986–2011, jolloin tuonnin kautta ulkoistettu maankäyttö lähes kaksinkertaistui. Suurin kasvu oli nähtävissä tuotteilla, joita voidaan kasvattaa ja joita on aiemmin tuotettu Suomessa. Suuri osa suomalaisten ruoan kulutuksen aiheuttamista uhista lajien monimuotoisuudelle aiheutuu Suomen rajojen ulkopuolella, mikä korostaa näiden ulkoistettujen vaikutusten huomioimisen tärkeyttä. Kauppasuhteet eivät aina perustu resurssitehokkuuteen ja mm. vesivaroiltaan runsaaseen Suomeen tuodaan paljon vettä vaativia tuotteita kuivuudelta kärsiviltä alueilta. Suomella on potentiaalia toteuttaa huomattavia vähennyksiä veden tuonnissa korvaamalla osa tuonnista kotimaisella tuotannolla. Eläinperäiset tuotteet, erityisesti naudan liha ja maitotuotteet, aiheuttavat suurimman osan keskimääräisen ruokavalion hiilijalanjäljestä. Niiden tuotanto vaatii myös suuremman määrän maata ja vettä verrattuna kasviperäisiin elintarvikkeisiin. Tämän takia eläinperäisten tuotteiden kulutuksen vähentäminen on tehokas keino vähentää ruoan ympäristövaikutuksia. Tämän väitöskirjan tulokset vahvistavat ja laajentavat aikaisempaa ymmärrystä Suomen ruokajärjestelmän globalisaatiosta, jonka kestävyys on yhä voimakkaammin riippuvainen myös ulkomaisten ruokajärjestelmien kestävyydestä. Tämä takia tarve kokonaisvaltaisille, useampia indikaattoreita sekä erilaisia maantieteellisiä mittakaavoja yhdistäville analyyseille on kasvanut ja niitä tarvitaan tukemaan sekä paikallisesti että globaalisti kestäviä ruokajärjestelmiä.
  • Rouhinen, Santeri (Helsingin yliopisto, 2018)
    Ihmisillä on huomattavia eroja heidän henkisissä ominaisuuksissa, kuten näkötarkkaavaisuudessa sekä työmuistissa. Kyky hallita huomion kohdentamista on tärkeää, jotta tarkkaavaisuus ei siirry tarpeettomiin asioihin (ooh perhonen!), ja toisaalta jotta pystyisi tarkkailemaan yhtä asiaa pitkän aikaa. Tätä kutsutaan tarkkaavaisuudeksi. Työmuisti on kyky pitää mielessä asioita ja niiden ominaisuuksia, sekä muuntaa näitä mielessä olevia asioita. Näkötyömuistin määritelmä tässä väitöskirjassa on teknisesti: sen hetkistä tehtävää palveleva näköinformaation aktiivinen pitäminen mielessä. Monissa kokeissa on arvioitu, että ihmiset pystyvät pitämään mielessään tai tarkkailemaan 2–4:ää asiaa yhtä aikaa. Määrä riippuu vahvasti sekä yksilöllisistä ominaisuuksista että kokeen haastavuudesta. Tässä väitöskirjassa tutkitaan yhtäaikaisella MEG- sekä EEG-aivokuvantamislaitteilla normaaleja koehenkilöitä, kun he tekevät näkötarkkaavaisuus- tai näkötyömuistikokeita. MEG- ja EEG-laitteilla voidaan mitata aivoperäisiä heikkoja signaaleja erittäin hyvällä ajallisella tarkkuudella. Yhdistämällä MEG-EEG -mittausten toiminnallisen signaalin sekä MRI:n anatomisen mallin voidaan arvioida, miltä aivoalueilta toiminnallinen signaali tulee. Väitöskirjassa tutkitaan näkötarkkaavaisuuskyvyn yksilöllisten erojen perustaa, sekä näkötyömuistitehtävän avulla erilaisten kohteiden ominaisuuksien mielessä pitämisen perustaa. Näitä perusteita tarkastellaan tutkien aivokuoren rytmistä toimintaa. Näkötarkkaavaisuuskokeessa hyvin pärjäävillä koehenkilöillä oli enemmän kokeen vaikeuden mukaan lisääntyvää korkeataajuista gamma-aktiivisuutta, kuin huonommin pärjäävillä koehenkilöillä. Tämä näkyi sekä paikallisena aktiivisuutena, että aivoalueiden välisenä synkronisaationa. Osa tuloksista vihjaa siihen, että keskitaajuinen ns. beta-aktiivisuus saattaa ohjata korkeampaa gamma-aktiivisuutta. Aiemmissa tutkimuksissa on havaittu, että gamma-aktiivisuus on tärkeää mm. näköhavaintojen tietoisessa aistimisessa. Lisäksi näkötarkkaavaisuuskokeessa havaittiin kaksijakoinen rooli matalahkolla ns. alfa-taajuudella. Paikallinen aktiivisuus madaltui, mutta synkronisaatio aivoalueiden välillä lisääntyi kokeen vaikeuden mukaan. Näkötyömuistikokeessa havaittiin, että näköärsykkeiden erilaisten ominaisuuksien mielessä pitäminen vastasi erilaisia paikallisia gamma-aktiivisuus -vasteita niin ajoituksen kuin aivoalueiden mukaan. Lisäksi havaittiin, että gamma-aktiivisuus on tärkeää erilaisten näköärsykeominaisuuksien yhdistämisessä. Nämä tulokset viittaavat siihen, että näkötarkkaavaisuudella sekä –työmuistilla on ainakin osittain sama perusta, rytminen gamma-aktiivisuus on hyvin tehtäväriippuvaista, ja että rytminen gamma-aktiivisuus on kriittistä havainnoimisessa.
  • Brunello, Cecilia Anna (Helsingin yliopisto, 2018)
    Epänormaali mikrotubuluksiin liittyvän tau-proteiinin säätely johtaa tau-proteiinin virheelliseen laskostumiseen ja aggregoitumiseen, sekä taun fysiologisten toimintojen häiriintymiseen. Toiminnaltaan häiriöitynyt tau ja liukenemattoman taun kertymät ovat useiden tautopatioiksi kutsuttujen hermostorappeumasairauksien tunnusmerkki. Tautopatioille tunnusomaista on fosforyloituneen oligomeerisen taun transsellulaarinen kuljetus, mikä saa patologian leviämään yhteydessä olevia aivoalueita pitkin ja edistää terveen endogeenisen taun muuntumista väärin laskostuneiksi patologisiksi aggregaateiksi vastaanottavissa soluissa. Taun erittämisen ja sisäänoton mekanismit hermosolujen välillä, sekä fysiologisen taun konformaation muutos patologisen taun läsnä ollessa, tunnetaan kuitenkin huonosti. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli tutkia taun erityksen ja sisäänoton molekulaarisia mekanismeja viljellyissä solulinjoissa sekä primäärisissä kortikaalineuroneissa. Tutkimuksen pääasialliset johtopäätökset ovat: (1) myöhäisiässä puhkeavalle Alzheimerin taudille alttiutta lisäävän FRMD4A- geenin knockdown vähentää taun erittymistä. Sytohesiinit, jotka ovat vuorovaikutuksessa sekä FRMD4A:n että Arf6:n kanssa, säätelevät taun eritystä. FRMD4A/sytohesiini-riippuvainen Arf6:n aktiivisuus stimuloi taun vapauttamista polaarisuussignalointi-kompleksin kautta, joka koostuu Par6:sta ja PKCz:sta Tämä tarjoaa ensimmäistä kertaa toiminnallisen yhteyden Alzheimerin taudille geneettisen alttiuden ja tau-patologian välille. (2) Yliekspressoitu patologinen tau lokalisoituu solukalvolla erillisiin mikrodomeeneihin. Solukalvon lipidikoostumuksen muuttaminen vaikuttaa taun eritykseen. Solukalvon järjestäytyneet faasit, joita sfingolipidit ja kolesteroli edesauttavat, suosivat taun vapauttamista solunulkoiseen tilaan, kun taas epäjärjestäytyneet ja nestemäisemmät faasit, joita tyydyttymättömät rasvahapot sekä kolesterolin ja sfingolipidien puute edistävät, vähentävät taun eritystä. Solukalvoon sitoutuneet heparaanisulfaatti-proteoglykaanit säätelevät taun erittymistä solukalvolta ja vapauttamista solunulkoiseen tilaan. (3) Solunulkoisesta tilasta sisään otettu hyperfosforyloitunut ja oligomerisoitunut tau lokalisoituu stressijyväsiin sekä edesauttaa näiden muodostumista TIA-1 –riippuvaisella tavalla. Lisäksi tau-proteiinia sisältävät stressijyväset kestävät fysiologisia stressijyväsiä kauemmin sytoplasmassa sekä herkistävät solut sekundaariselle stressille. Tässä tutkimuksessa esitetyt tulokset tarjoavat uusia löydöksiä, jotka voivat auttaa selventämään taun solusta soluun leviämisen molekulaarisia mekanismeja ja avaamaan uusia mahdollisuuksia tautopatioiden hoitoon.
  • Anttonen, Tommi (Helsingin yliopisto, 2018)
    Sisäkorvan simpukan mekanosensoriset karvasolut ovat kuuloaistin ärsykkeitä vastaanottava reseptorisolutyyppi. Koska nisäkkäiden karvasolut eivät korvaudu uusilla, niiden kuolema johtaa pysyviin kuulovaurioihin. Tästä johtuen on olemassa tarve kehittää biologisia lähestymistapoja, joiden avulla karvasoluja voidaan suojella ja uudelleenmuodostaa menetettyjen tilalle. Yksi lähestymistapa on karvasolujen vieressä sijaitsevien, gliasoluja muistuttavien, tukisolujen hyödyntäminen. Nämä solut omaavat tärkeitä rooleja kuuloaistiepiteelin stressireaktioissa. Ne esimerkiksi paikkaavat kyseisen epiteelin karvasolujen kuoleman yhteydessä. Tämän lisäksi ei-nisäkkäiden rakenteellisesti yksinkertaiset tukisolut voivat uudelleenmuodostaa karvasoluja. Nisäkkäiden rakenteellisesti monimutkaisemmat tukisolut eivät tähän pysty. Nisäkkäiden tukisolujen jäykän tukirangan on ehdotettu estävän niiden kykyä uudelleenmuodostaa karvasoluja. Karvasolujen uudelleenmuodostus voisi kenties onnistua pakottamalla nisäkkäiden tukisolut ottamaan yksinkertaisemman rakenteen. Tämä voi kuitenkin olla vahingollista, sillä niiden tukirangan erikoisrakenteiden uskotaan olevan tärkeitä normaalille kuulotoiminnalle. Tukisolujen tukirangan molekyylitason säätelyä ei ymmärretä tarkoin. Tämän lisäksi kuuloaistiepiteelin tukisolujen korjausvasteden ja solutason stressireaktioiden yksityiskohtia ei ole tunnistettu. Toisin sanoen, meiltä puuttuu tarvittava tietämys siitä, miten tukisoluja voidaan turvallisella tavalla hyödyntää kuulovaurioiden ehkäisyssä/hoidossa. Tarjotakseen vastauksia yllä oleviin avoimiin kysymyksiin, tämä väitöskirja käsittelee kuuloaistiepiteelin tukisolujen rakenteellista kehittymistä ja vauriovasteita. Tutkimuksellista painoarvoa on annettu aktiinista koostuvaa tukirankaa sääteleville Rho GTPaaseille Cdc42 ja RhoA. Karakterisoituamme ehdollisen ja indusoitavan lähestymistavan hiljentää geenejä syntymänjälkeisissä tukisoluissa, osoitimme että Cdc42 ohjaa tukisolujen apikaalisten liitoskohtien kypsymistä. RhoA osoittautui olevan tarpeeton tukisolujen kehitykselle ja niiden vaurionkorjauskyvylle. Tätä vastoin, pystyimme osoittamaan RhoA:lle tärkeän roolin kehittyvien ulkokarvasolujen liitoskohdissa sijaitsevan myosiini II:n ja liitoskohtien yhtenäisyyden ylläpidossa. Osoitamme tässä työssä tukisolujen vaurionkorjausvasteen yksityiskohtia. Esimerkiksi, tukisolut toimivat paikallisina syöjäsoluina ja niiden liitoskohtien aktiinivyöt toimivat usealle solulle yhteisenä tukirakenteena, joka ylläpitää solujen oikeaa sijaintia vaurioituneessa kuuloaistiepiteelissä. Me havaitsimme transkriptiotekijä c-Junin – JNK signalointireitin efektori, jonka uskotaan ohjaavan karvasolujen sisäsyntyisiä kuolemaan johtavia prosesseja – aktivoituvan hetkellisesti kuuloaistiepiteelin tukisoluissa melun ja ototoksisten lääkkeiden aiheuttaman solutason stressin yhteydessä. Koska tämän aktivaation geneettinen estäminen suojeli karvasoluja osittain meluvaurioilta, oletamme kuuloaistiepiteelin ei-sensorisissa soluissa tapahtuvan JNK/c-Jun aktivaation ohjaavan karvasolujen kuolemaa parakriinisten vaikutusten kautta. Täten, JNK signalontireitin farmakologisen estämisen tunnettu karvasoluja suojaava vaikutus voi perustua tukisoluissa tapahtuvaan solutason stressisignaloinnin muutoksiin. Yhteenvetona sanottakoon, että tämä työ kuvaa uusia yksityiskohtia auditoristen tukisolujen kehityksessä ja solutason stressiin liittyvissä vasteissa, jotka tulisi huomioida suunniteltaessa terapeuttisia lähestymistapoja suojata kuuloa ja palauttaa menetetty kuulokyky.
  • Majumder, Muntasir Mamun (Helsingin yliopisto, 2018)
    Unlike the traditional trial and error approach, precision medicine strategies exploit specific genetic defects and deregulated signaling pathways within cancer cells and may target unique cellular phenotypes to match therapies to patients. Multiple myeloma displays enormous genetic complexity and heterogeneity, which may be ascribed to the diversity of responses observed in patients sharing identical prognostic markers or disease stage. An ambitious aim has been to identify predictive biomarkers that forecast the treatment outcome and detect patient subgroups that are likely to respond. Additionally, characterizing the diverse effects of small molecules on nonmalignant hematopoietic cells is required to understand potential off-target effects and drug interactions, which could further improve the precision of treatment and thus the outcome in patients. In this study, we comprehensively assessed responses to 142 anticancer therapies in 100 patient samples and integrated their responses with genomic, transcriptomic, and clinical profiles, generating a rich pharmacogenetic resource for connecting myeloma genotype to drug responses. An unsupervised clustering of drug responses identified four therapeutically relevant myeloma patient subgroups with a significant variation observed in their ex vivo sensitivity to therapies, genomic composition, and clinical outcome. An acquired sensitivity to signaling inhibitors was associated with a clinically aggressive disease and a higher mutational load in those patients. Fourteen percent of patients displayed cross resistance to nearly all tested drugs and were characterized by a higher expression of the drug resistance transporter genes ABCB1 and ABCC3, genes participating in cell adhesion, and cytokines. Utilizing matched multi-assay data from myeloma patient derived cells, we elucidated indicators of drug sensitivity and identified approved drugs that could potentially be repurposed for myeloma. Midostaurin sensitivity was detected in 43% of relapsed patients harboring mutations in TP53 and FAM46C. Four patients who were treated with tailored therapies based on preclinical evidence from this study achieved meaningful and objective responses, providing clinical evidence that ex vivo responses could reflect treatment outcome in patients. Signaling and molecular heterogeneity in cell lineages are incurred during hematopoiesis, which dictates the phenotype of blood cells and thus influences their cellular response to drug treatments. We developed and utilized a high-content, multi-parametric flow cytometry assay to determine the diversity of responses in 11 hematopoietic cell types to 71 small molecules and compared their basal signaling state and protein abundances. We discovered that hematological cell populations exhibit distinct drug responses that are tied to their cellular lineages. Venetoclax exhibited dose-dependent cell selectivity toward lymphocyte lineages. From a comparison of sensitivity profiles in healthy and malignant cells in 281 patient samples from diverse hematological malignancies, we found that drug response detected in the cell of origin is predictive of its response in its malignant state. The findings presented in this thesis demonstrate that deep molecular profiling and functional testing provides powerful tools that are complementary to each other for stratifying patients into subgroups, generating mechanistic biomarkers, and individualizing treatments in patients, which lies at the heart of precision medicine.
  • Tossavainen, Marika (Helsingin yliopisto, 2018)
    Mikrolevät ja niiden metaboliatuotteet ovat potentiaalisia raaka-aineita ravinto-, rehu-, kosmetiikka-, lääke-, lannoite- ja biopolttoaineteollisuuden tarpeisiin. Ravitsemuksen kannalta tärkeitä yhdisteitä ovat mm. pitkäketjuiset monityydyttymättömät omega-3- rasvahapot, kuten eikosapentaeenihappo (EPA) ja dokosaheksaeenihappo (DHA), joita nykyisin saadaan pääsääntöisesti kalaöljyistä. Mikrolevien tuottamia pigmenttejä, klorofyllejä ja karotenoideja, voidaan hyödyntää väriaineina. Lisäksi karotenoidit ovat voimakkaita antioksidantteja ja osa myös A-vitamiinin esiasteita. Näistä ominaisuuksista johtuen ne ovat kiinnostavia mm. ravitsemuksessa ja kosmetiikan raaka-aineina. Lisäksi mikrolevät ovat monipuolinen vitamiinien lähde ja esimerkiksi Euglena gracilis -mikrolevä on erinomainen E-vitamiinin tuottaja. Myös mikrolevien proteiinipitoisuus on korkea ja ne tuottavat tyypillisesti kaikkia ravitsemuksen kannalta välttämättömiä aminohappoja. Mikroleväntuotannon yleistymistä rajoittavat korkeat tuotantokustannukset, joita voidaan mahdollisesti madaltaa integroimalla mikroleväkasvatus jätevettä tuottaviin prosesseihin, joiden ravinteikkaita sivuvirtoja voidaan hyödyntää leväkasvatuksessa. Samalla mikrolevät voivat toimia osana jäteveden puhdistusprosessia. Tässä väitöskirjassa tutkittiin kompostointilaitoksen ja kiertovesikalankasvattamon (RAS) jätevesien soveltuvuutta mikrolevien viljelyyn sekä ravinteiden poistoa jätevesistä. Tuotetun leväbiomassan koostumus analysoitiin ja samalla tuotettiin tietoa sen soveltuvuudesta rehuksi ja ihmisten ravinnoksi. Tutkimuksessa keskityttiin kahteen mikrolevälajiin, Selenastrum sp. -viherlevään ja E. gracilis -silmälevään. Selenastrum -mikrolevää kasvatettiin laboratoriokokeissa useissa erilaisissa kompostointilaitoksella syntyvissä jätevesissä ja myöhemmin pilot-mittakaavan fotobioreaktorissa biojätteestä varastoinnin aikana erottuvassa suotovedessä. Lisäksi analysoitiin bakteerien määrä leväviljelmässä, sekä tuotetun biomassan rasvahappokoostumus. Suotovettä käytettiin myös kokeissa, joissa tutkittiin, tehostuuko biomassan ja lipidien tuotto Selenastrum, E. gracilis ja Chlorella sorokiniana -mikrolevien kahden tai kolmen lajin sekaviljelmissä ja ovatko sekaviljelmät tehokkaampia ravinteiden poistossa tai vastustuskykyisempiä bakteerikontaminaatioille kuin yhden lajin viljelmät. Selenastrum ja E. gracilis -mikroleviä kasvatettiin sekaviljelmänä myös RAS-laitoksen poistovedessä ja arvioitiin niiden hyödyntämistä osana RAS-laitoksen jätevedenpuhdistusta, sekä analysoitiin leväbiomassan rasvahappokoostumus ja tokoferoli-pitoisuus. Typpirajoitteisuuden ja kasvatusajan vaikutusta E. gracilis -mikrolevän kasvuun, rasvahappojen kokonaistuottoon ja rasvahappokoostumukseen sekä proteiinien ja pigmenttien tuottoon tutkittiin kasvattamalla leväbiomassaa synteettisellä kasvualustalla eri typpipitoisuuksissa. Ensimmäiset kokeet osoittivat sekä Selenastrum mikrolevän että bakteerien menestyvän samanlaisissa kasvuoloissa haittaamatta toistensa kasvua. Pilot-mittakaavan kokeissa hiilidioksidin syöttö tehosti sekä Selenastrum -mikrolevän kasvua että lipidien tuottoa. Sekaviljelmissä mikrolevälajien menestyminen laboratorio- ja pilot-mittakaavan kokeissa poikkesi täysin toisistaan. Laboratoriokokeissa C. sorokiniana oli hallitseva laji, mutta pilot-mittakaavan kokeissa vain E. gracilis menestyi. Laboratoriokokeiden tulokset eivät osoittaneet sekaviljelmien olevan tuottoisampia kuin yhden lajin viljelmät. Sen sijaan pilot-mittakaavassa, typen poisto oli nopeampaa ja rasvahappopitoisuus korkeampi Selenastrum-E. gracilis -sekaviljelmässä kuin E. gracilis -viljelmässä. E. gracilis oli valtalaji myös RAS-laitoksen jätevesissä kasvatetuissa leväviljelmissä. RAS-laitoksen puhdistusprosessissa syntyvän lietteen lisääminen RAS-laitoksen jäteveteen paransi huomattavasti leväbiomassan tuottoa. Rasvahappojen ja tokoferolien pitoisuus oli suurempi ilman lietelisäystä kasvaneessa mikroleväbiomassassa, mutta runsaampi biomassan tuotto lietteellä rikastetussa jätevedessä johti rasvahappojen ja tokoferolien parempaan loppusaantoon. Biojätteestä suotautuneessa jätevedessä kasvatetun E. gracilis mikroleväbiomassan kokonaislipidipitoisuus kasvoi kasvatusajan pidentyessä, mutta pitkäaikainen typpirajoitteisuus synteettisellä kasvualustalla johti ravitsemuksen kannalta epäedulliseen rasvahappokoostumukseen, jossa saturoituneiden rasvahappojen määrä oli suuri ja monityydyttymättömien ja pitkäketjuisten monityydyttymättömien rasvahappojen osuus pieni. Matala typpipitoisuus rajoitti myös pigmenttien ja proteiinin tuottoa, joten kokonaisuudessaan pitkäaikainen typpivajaus johti ravitsemuksellisesti heikkolaatuiseen biomassaan. Tässä tutkimuksessa osoitettiin sekä kompostointilaitoksen että RAS-laitoksen jätevesien soveltuvan mikrolevien kasvualustaksi. Mikrolevät hyödynsivät tehokkaasti jätevesien ravinteita ja tulevaisuudessa mikroleväkasvattamon integrointi RAS-laitoksen vedenpoistojärjestelmään voi tarjota tehokkaan prosessin lietepitoisen jäteveden puhdistukseen ja mikroleväbiomassan tuottoon. Sekaviljelmien lajikoostumus osoittautui erittäin herkäksi pienillekin muutoksille kasvuoloissa ja siksi levien kasvatus sekaviljelmissä ei takaa stabiilia biomassan koostumusta. Toisaalta sekaviljelmät saattavat olla vähemmän alttiita kontaminaatioille, mikä on etu jatkuvassa tuotannossa. Tämä tutkimus osoitti biomassan koostumuksen vaihtelevan runsaasti eri kasvuoloissa ja siksi sekä yhden lajin viljelmien että sekaviljelmien osalta haluttu metaboliatuote määrittelee tuotantoprosessin parametrit.
  • Korpilo, Silviya (Helsingin yliopisto, 2018)
    Viheralueiden suunnittelun ja hoidon tavoitteena on vastata käyttäjien odotuksiin ja samalla turvata alueiden elinvoimaisuus sekä ekologisesti ja sosiaalisesti korkea laatu. Jotta tässä voitaisiin onnistua, on tärkeää ymmärtää, miten alueita käytetään ja miten niissä liikutaan. Tutkimustietoa siitä missä, miksi ja miten viheralueiden sisällä tarkkaan ottaen kuljetaan, on kuitenkin niukasti. Myöskään käytön ja ns. sosioekologisen ympäristön välisistä kytkennöistä ei juuri ole tietoa. Esimerkkinä tällaisista kytkennöistä mainittakoon, että samalla kun maaston ja luonnon houkuttelevuus kannustaa liikkumaan, runsas käyttö voi aiheuttaa ruuhkaantumista ja maaston kulumista, mikä puolestaan voi heikentää alueen houkuttelevuutta. Tutkin viheralueiden käytön, ominaispiirteiden, käyttäjien arvojen ja motiivien, käytön vaikutusten sekä luonnon monimuotoisuuden välisiä yhteyksiä kartta-aineistojen avulla Keskuspuistossa. Ensiksi olen pyrkinyt hahmottamaan, miten kävijämäärät vaihtelevat, mihin käyttö kasautuu, miten liikkumisen aiheuttama kuluminen näkyy maastossa ja mitkä sosiaaliset tekijät vaikuttavat liikkumiseen. Seuraavaksi olen selvittänyt liikkumisen, viherympäristöihin liitettyjen arvojen sekä luonnon monimuotoisuuden välisiä yhteyksiä ja osoitan, että näitä tietoja kannattaa yhdistää kartta-aineistojen avulla, kun alueiden käyttöä tai hoitoa suunnitellaan. Kolmanneksi olen kehittänyt osallistavia menetelmiä, joilla saadaan tietoa helposti, hyödyntämällä ulkoilijoiden älypuhelinten GPS-paikannusta sekä verkkopohjaista paikkatietokyselyä. Lopuksi annan suosituksia viheralueiden suunnitteluun ja hoitoon. Tutkimukseni osoittaa useita spatiaalisia ja motiiveihin liittyviä yleisiä ja käyttäjäryhmäspesifejä tapoja käyttää viheralueita vertailemalla juoksijoita, pyöräilijöitä, maastopyöräilijöitä, kävelijöitä ja koiranulkoiluttajia. Tästä tiedosta on hyötyä mm. käyttäjälähtöisessä maankäytön suunnittelussa. Kulkemisen seurauksena syntyy myös maastopolkujen verkosto, joka on tarpeen ottaa huomioon metsänhoitoa suunniteltaessa. Polkujen ja kasvillisuuden maastotutkimus osoitti, että älypuhelinten GPS-paikannusmenetelmä tunnistaa tehokkaasti alueita, joissa viheralueiden käyttö ja kulutus on intensiivistä. Maisemamittakaavassa kartat auttavat tunnistamaan alueita, joissa sekä luontoarvot että käyttäjämäärät ovat korkeat, eli paikkoja, joissa merkittävät luontoarvot saattavat olla kovan käyttöpaineen takia uhattuina. Tutkimukseni osoittaa myös, että kaupunkiviheralueiden käyttöön liittyvät arvot eivät paljasta missä ihmiset todellisuudessa eniten liikkuvat: arkikäyttö ei osu laajemman mittakaavan arvokartoituksessa sijaitseville merkittäville luontokohteille. Tämä tulos korostaa sitä, että kaupunkiviheralueiden suunnittelussa ja hoidossa tarvitaan tietoa sekä ihmisten kulkemisesta viheralueilla että arvokartoitusta, sillä ne täydentävät toisiaan. Osallistavat menetelmät ja niihin liittyvät eettiset kysymykset ovat tärkeässä roolissa väitöskirjassani. Osoitan, että hyödyntämällä erilaisia vapaaehtoisuuteen perustuvia osallistamismenetelmiä voidaan kerätä monipuolista tietoa, joka soveltuu monenlaisiin tutkimus- ja suunnittelutarkoituksiin. Väitöskirjani kannustaa yhteistyöhön ja tiedon jakamiseen kansalaisten, päättäjien ja eri alojen tutkijoiden välillä.
  • Norberg, Anna (Helsingin yliopisto, 2018)
    Yhteisöekologeja kiinnostaa eliölajien esiintyminen, runsaussuhteet ja vuorovaikutukset sekä keskenään että elinympäristönsä kanssa. Lajien levinneisyyksien mallintamiseen käytettävät tilastolliset menetelmät perustuvat erilaisiin oletuksiin ympäristöolosuhteiden vaikutuksista lajien ja niiden muodostamien yhteisöjen esiintymisiin. Jotta tilastollisen mallintamisen avulla pystyttäisiin selvittämään lajien esiintymiseen vaikuttavien prosessien merkityksiä, täytyy ymmärtää ja ottaa huomioon sekä lajien ekologiaa ja evoluutiota, determinististen ja sattumanvaraisten tapahtumien suhteita että mallien rakenteista johtuvia rajoitteita. Mallinnan väitöskirjassani luonnon lajiyhteisöjen rakentumista. Tutkin monenlaisia yhteisöjä sienistä bakteereihin. Osoitan tutkimuksellani muun muassa kuinka keskisuomalaisessa havupuumetsässä lahopuulle ensimmäisenä saapuvat käävät vaikuttavat lajiyhteisön muotoutumiseen, kuinka pohjoisespanjalaisissa pyökkimetsissä lahopuulla elävät sieniyhteisöt eroavat toiminnallisesti luonnonmetsien ja talousmetsien välillä, ja miten madagaskarilaisten hiirimakien sisäloiset ja suoliston bakteeriyhteisö vaikuttavat toisiinsa. Vertailen 27:ää lajien levinneisyyden mallintamiseen käytettyä menetelmää, ja osoitan, että käyttämäni uusi menetelmä on ennustusvoimaltaan vertailtujen mallinnusmenetelmien parhaimmistoa. Väitöskirjatutkimukseni tukee aiempien tutkimusten näkemystä siitä, että luonnon lajiyhteisöjen rakentumisen mallintaminen on haastavaa. Laadukkaitakin aineistoja käytettäessä vain pieni osuus aineiston sisäisestä vaihtelusta pystytään selittämään tilastollisesti mallintamalla, ja siten yhdistämään tarkastelussa olevaan lajiyhteisöön vaikuttaviin prosesseihin. Sen lisäksi, että aineistojen rakenne ja mallien oletukset asettavat tiettyjä teknisiä rajoitteita, lajiyhteisöt ovat lähtökohtaisesti hyvin monimutkaisia ja alttiita sattuman vaikutuksille. Niinpä ei ole kovin yllättävää, että luonnon monimuotoisuutta ei pystytä kuin osittain selittämään verrattain kankeilla mallinnusmenetelmillä. Haasteista huolimatta pystyin osoittamaan yhteyksiä mallintamieni lajien esiintymien välisten riippuvuuksien ja yhteisöekologisten teorioiden välillä. Kaikissa väitöskirjani osatutkimuksissa elinympäristö osoittautui suurimmaksi yksittäiseksi lajiyhteisön rakennetta selittäväksi tekijäksi. Mallintamalla elinympäristön vaikutusten selittämättä jättämää vaihtelua löysin lajien esiintymisistä sellaisia säännönmukaisuuksia, joista pystyin johtamaan hypoteeseja lajien välisistä vuorovaikutuksista. Tällaisesta elollisten ja elottomien tekijöiden välisiä vuorovaikutuksia yhdistävästä lähestymistavasta saadut tulokset mahdollistavat eliölajien toteutuneiden ekolokeroiden hahmottelemisen. Ottamalla malleissani huomioon lajikohtaisia ominaisuuksia ja edeltävän lajiyhteisön vaikutuksia, pystyin tuomaan lajiyhteisöjen rakentumiseen myös toiminnallista näkökulmaa.
  • Zhang, Hui (Helsingin yliopisto, 2018)
    Northern circumpolar permafrost peatlands store ~300 Pg of organic carbon (C), and play a critical role in regulating global biogeochemical cycles. Amplified warming in high-latitude regions is threatening this large C stock, because permafrost thawing will expose previously frozen C to decomposition. Permafrost thaw-induced hydrological changes together with warming will influence plant photosynthesis and decomposition processes and thus C accumulation patterns. However, it is still unresolved how C accumulation, warming and associated hydrological changes are interlinked. In this study, I used 14 peat records from four sites in northeast European Russia and Finnish Lapland to reconstruct permafrost peatland vegetation, hydrology and C dynamics. The studied records were dated by radiocarbon (14C) and lead (210Pb) methods. In order to reconstruct hydrology, i.e. water-table depth (WTD), I first developed a new modern testate amoeba-WTD training set. The training set represented different habitats and comprised 145 surface peat samples collected from the four study sites. The training set data were then applied to six peat records to reconstruct last millennium hydrological changes. Plant macrofossil analysis was also conducted for these six cores to study changes in the vegetation, habitat conditions and permafrost dynamics, and to evaluate testate amoeba-based WTD reconstructions. In order to calculate and model C accumulation patterns, bulk density and C content (occasionally loss on ignition) analyses were carried out for 14 cores. C modelling enabled the C capacity analyses of peat that was accumulated during recent centuries vs. older peat layers. Several environmental variables, such as nitrogen (N) content, C/N ratio, WTD, plant functional types and summer temperature were used to evaluate allogenic C accumulation forcing in the past. The data show that testate amoebae are powerful indicators of hydrological conditions in permafrost peatlands. Testate amoeba and plant macrofossil reconstructions suggest that permafrost peatlands are sensitive to climate changes. Warm climate phases (Medieval Climate Anomaly: MCA, and warming since 1850 AD) caused permafrost thawing and temporarily wet conditions, but peat surfaces later desiccated due to accelerated evapotranspiration. In turn, during the cool climate phase of the Little Ice Age (LIA) peat surfaces mainly remained dry due to peat surface uplift causing desiccation of the peat surface. However, the proxies indicate occasional wetter than MCA habitat conditions possibly due to decreased evapotranspiration. This again highlights the importance of evapotranspiration in regulating eco-hydrological feedback mechanisms in permafrost peatlands. The studied peatlands have been persistent C sinks during mid- to late-Holocene with an average accumulation rate of 10.80 - 32.40 g C m-2 yr-1 during this period. Apparent C accumulation rate (ACAR) analyses suggest inconsistent response to warming. The data from Russia indicate that the Holocene Thermal Maximum stimulated faster ACARs, while the MCA did not. The likely reason is that permafrost aggradated only during the late Holocene. Moreover, sometimes relatively high ACARs were dated to the LIA, suggesting that ACARs were controlled more by other factors than by cold climate per se. In conclusion, the current data suggest there is no single environmental factor that alone drives C accumulation. This is manifested by the pattern where in some of the studied permafrost peatlands, warming since 1850 AD has increased C accumulation rates while elsewhere there is a slight decrease in C accumulation over the same period. These divergent trends suggest that there are alternative response directions to warming in the future and that also an overall decrease in the C sequestration ability may occur for permafrost peatlands.
  • Tiusanen, Mikko (2018)
    Maailman laajuiset muutokset elinympäristöissä aiheuttavat luonnon monimuotoisuuden köyhtymistä, mikä häiritsee ekosysteemien toimintaa ja sen kykyä tuottaa ekosysteemipalveluja. Esimerkiksi hyönteisten, ja erityisesti pölyttäjien vähenemisellä on mahdollisesti suuria vaikutuksia ruoan tuotannolle ja siten myös ihmiskunnalle. Ekosysteemien toiminta tunnetaan edelleen puutteellisesti, joten emme kunnolla pysty arvioimaan, miten nämä muutokset eliöyhteisöjen rakenteissa vaikuttavat eliöyhteisöjen toimintaan. Tässä väitöstyössä tutkin kasvien ja niiden pölyttäjien muodostaman yhteisön rakennetta ja toimintaa arktisilla alueilla. Päätutkimusalueeni on Koillis-Grönlannin kansallispuistossa sijaitseva Zackenbergin laakso, mutta tutkin näytteitä myös eripuolita Arktista sijaitsevilta INTERACT-verkon tutkimusasemilta. Mesipistiäisten puuttuessa lähes täysin arktisilta alueilta muut hyönteisryhmät kantavat päävastuun pölytyksestä. Erityisesti sukaskärpäset Muscidae ovat tärkeitä pölyttäjiä ja niiden runsaus vaikuttaa kasvien siementuotantoon. Arktiset eliöyhteisöt ovat yleisesti vähälajisia, mutta alueen pölytysyhteisöt ovat yllättävän monimuotoisia, sillä käytännössä kaikki alueen hyönteiset osallistuvat pölytykseen. Zackenberissa kaksi kolmannesta hyönteislajeista jäi lapinvuokkoa (Dryas octopetala×integrifolia) muistuttaviin liimapahvipyydyksiin. Lapinvuokko oli myös tärkeä alueen pölyttäjille, sillä lähes kaikki pölyttäjien vierailut kohdistuivat lapinvuokon kukkiin ja yli 90 % sukaskärpästen mukanaan kantamasta siitepölystä oli peräisin lapinvuokoista. Arktisella alueella kasvien kukinta on keskittynyt pian lumipeitteen sulamista seuraavalle parin viikon jaksolle. Tällöin korkeat kukkien tiheydet aiheuttavat kovan kilpailun tarjolla olevasta hyönteisten pölytyspalvelusta. Runsas ja houkuttelevakukkainen lapinvuokko kahmii valtaosan vierailuista, jolloin erityisesti harvinaiset ja vähemmän houkuttelevat kukat eivät pölyty tehokkaasti. Lapinvuokon kukinnan ollessa runsaimmillaan, jopa lapinvuokot kärsivät lajinsisäisen pölyttäjäkilpailun aiheuttamasta heikentyneestä siementuotannosta. Väitöskirjassani arktiset pölytysyhteisöt paljastuivat parin runsaan kasvi- ja hyönteislajin hallitsemiksi. Lapinvuokon runsaan kukinnan aiheuttama voimakas kilpailu pölyttäjistä saattaa olla kohtuullisen uusi ilmiö tutkimusalueellani: Alueen tärkeimpien pölyttäjien, sukaskärpästen, runsaus on vähentynyt viimeisten parinkymmenen vuoden aikana huomattavasti ja samalla kasvien kukinnan ja pölyttäjien esiintymisen ajoittuminen ovat liukuneet ajallisesti eri osiin kasvukautta. Arktiset eliöyhteisöt eivät ole ainoita vain parin lajin hallitsemia pölytysyhteisöjä, vaan myös esimerkiksi maatalousympäristöt satokasveineen ja tarhamehiläisineen muodostavat rakenteeltaan samankaltaisen yhteisön. Ilmastonmuutoksen ja muiden ihmisten aiheuttamien ympäristömuutosten voimistuessa hyönteispölytteisten kasvien ja niitä pölyttävien hyönteisten yhteisöt joutuvat mukautumaan uusiin olosuhteisiin niin Arktiksella kuin eteläisemmilläkin alueilla.

Näytä lisää