Understanding the organic chain : The framework of the interaction between the actors in organic chains in relation to ecological modernisation of food production

The sustainability of food production has increasingly attracted the attention of consumers, farmers, food and retailing companies, and politicians. One manifestation of such attention is the growing interest in organic foods. Organic agriculture has the potential to enhance the ecological modernisation of food production by implementing the organic method as a preventative innovation that simultaneously produces environmental and economic benefits. However, in addition to the challenges to organic farming, the small market share of organic products in many countries today and Finland in particular risks undermining the achievement of such benefits. The problems identified as hindrances to the increased consumption of organic food are the poor availability, limited variety and high prices of organic products, the complicated buying decisions and the difficulties in delivering the intangible value of organic foods. Small volumes and sporadic markets, high costs, lack of market information, as well as poor supply reliability are obstacles to increasing the volume of organic production and processing. These problems shift the focus from a single actor to the entire supply chain and require solutions that involve more interaction among the actors within the organic chain. As an entity, the organic food chain has received very little scholarly attention. Researchers have mainly approached the organic chain from the perspective of a single actor, or they have described its structure rather than the interaction between the actors. Consequently, interaction among the primary actors in organic chains, i.e. farmers, manufacturers, retailers and consumers, has largely gone unexamined. The purpose of this study is to shed light on the interaction of the primary actors within a whole organic chain in relation to the ecological modernisation of food production. This information is organised into a conceptual framework to help illuminate this complex field. This thesis integrates the theories and concepts of three approaches: food system studies, supply chain management and ecological modernisation. Through a case study, a conceptual system framework will be developed and applied to a real life-situation. The thesis is supported by research published in four articles. All examine the same organic chains through case studies, but each approaches the problem from a different, complementary perspective. The findings indicated that regardless of the coherent values emphasising responsibility, the organic chains were loosely integrated to operate as a system. The focus was on product flow, leaving other aspects of value creation largely aside. Communication with consumers was rare, and none of the actors had taken a leading role in enhancing the market for organic products. Such a situation presents unsuitable conditions for ecological modernisation of food production through organic food and calls for contributions from stakeholders other than those directly involved in the product chain. The findings inspired a revision of the original conceptual framework. The revised framework, the three-layer framework , distinguishes the different layers of interaction. By gradually enlarging the chain orientation the different but interrelated layers become visible. A framework is thus provided for further research and for understanding practical implications of the performance of organic food chains. The revised framework provides both an ideal model for organic chains in relation to ecological modernisation and demonstrates a situation consistent with the empirical evidence.

The effects of environmental factors on biomass and microcystin production by the freshwater cyanobacterial genera Microcystis and Anabaena

Several cyanobacterial genera produce the hepatotoxins, microcystins. Microcystins are produced only in cells that have microcystin synthetase gene (mcy) clusters, which encode enzyme complexes involved in microcystin biosynthesis. Microcystin-producing and nonmicrocystin-producing genotypes of single cyanobacterial genus may occur simultaneously in situ. Previously, the effects of environmental factors on the growth and microcystin production of cyanobacteria have mainly been studied by means of isolated cyanobacteria cultures in the laboratory. Studies in the field have been difficult, owing to the lack of methods to identify and quantify the different genotypes. In this study, genus-specific microcystin synthetase E (mcyE) gene primers were designed and a method to identify and quantify the mcyE copy numbers was developed and used in situ. Microcystis and Anabaena mcyE genes were observed in two Finnish lakes. Microcystis appeared to be the most abundant microcystin producer in Lake Tuusulanjärvi and in one basin of Lake Hiidenvesi. Because the most potent microcystin-producing genus of a lake can be identified, it will be possible in the future to design genus-targeted strategies for lake restoration. Effects of P and N concentrations on the biomass of microcystin-producing and nonmicrocystin-producing Microcystis strains and an Anabaena strain were studied in cultures. P and N concentrations and their combined effect increased cyanobacterial biomass of all Microcystis strains. The biomass of microcystin-producing Microcystis was higher than that of nonmicrocystin-producing strains at high nutrient concentrations. The P concentration increased Anabaena biomass, but the effect of N concentration was statistically insignificant for growth yield, probably due to the ability of the genus to fix molecular N2. P and N concentrations and combined nutrients caused an increase in cellular microcystin concentrations of the Microcystis strain cultivated in chemostat cultures. Cyanobacteria are able to hydrolyse nutrients from organic matter through extracellular enzyme activities. Leucine aminopeptidase (LAP) activity was observed in an axenic N2-fixing Anabaena strain grown in batch cultures. The P concentration caused a statistically significant increase in LAP activity, whereas the effect of N concentration was insignificant. The highest LAP activities were observed in the most eutrophic basins of Lake Hiidenvesi. LAP activity probably originated mostly from attached heterotrophic bacteria and less from cyanobacteria.

Ammonia emissions from pig and cattle slurry in the field and utilization of slurry nitrogen in crop production

Volatilization of ammonia (NH3) from animal manure is a major pathway for nitrogen (N) losses that cause eutrophication, acidification, and other environmental hazards. In this study, the effect of alternative techniques of manure treatment (aeration, separation, addition of peat) and application (broadcast spreading, band spreading, injection, incorporation by harrowing) on ammonia emissions in the field and on nitrogen uptake by ley or cereals was studied. The effect of a mixture of slurry and peat on soil properties was also investigated. The aim of this study was to find ways to improve the utilization of manure nitrogen and reduce its release to the environment. Injection into the soil or incorporation by harrowing clearly reduced ammonia volatilization from slurry more than did the surface application onto a smaller area by band spreading or reduction of the dry matter of slurry by aeration or separation. Surface application showed low ammonia volatilization, when pig slurry was applied to tilled bare clay soil or to spring wheat stands in early growth stages. Apparently, the properties of both slurry and soil enabled the rapid infiltration and absorption of slurry and its ammoniacal nitrogen by the soil. On ley, however, surface-applied cattle slurry lost about half of its ammoniacal nitrogen. The volatilization of ammonia from surface-applied peat manure was slow, but proceeded over a long period of time. After rain or irrigation, the peat manure layer on the soil surface retarded evaporation. Incorporation was less important for the fertilizer effect of peat manure than for pig slurry, but both manures were more effective when incorporated. Peat manure applications increase soil organic matter content and aggregate stability. Stubble mulch tillage hastens the effect in surface soil compared with ploughing. The apparent recovery of ammoniacal manure nitrogen in crop yield was higher with injection and incorporation than with surface applications. This was the case for leys as well as for spring cereals, even though ammonia losses from manures applied to cereals were relatively low with surface applications as well. The ammoniacal nitrogen of surface-applied slurry was obviously adsorbed by the very surface soil and remained mostly unavailable to plant roots in the dry soil. Supplementing manures with inorganic fertilizer nitrogen, which adds plant-available nitrogen to the soil at the start of growth, increased the overall recovery of applied nitrogen in crop yields.

Lost in Translation : Translation Mechanisms in Production of Cocksfoot Mottle Virus Proteins

The present study focuses on the translational strategies of Cocksfoot mottle virus (CfMV, genus Sobemovirus), which infects monocotyledonous plants. CfMV RNA lacks the 5'cap and the 3'poly(A) tail that ensure efficient translation of cellular messenger RNAs (mRNAs). Instead, CfMV RNA is covalently linked to a viral protein VPg (viral protein, genome-linked). This indicates that the viral untranslated regions (UTRs) must functionally compensate for the lack of the cap and poly(A) tail. We examined the efficacy of translation initiation in CfMV by comparing it to well-studied viral translational enhancers. Although insertion of the CfMV 5'UTR (CfMVe) into plant expression vectors improved gene expression in barley more than the other translational enhancers examined, studies at the RNA level showed that CfMVe alone or in combination with the CfMV 3'UTR did not provide the RNAs translational advantage. Mutation analysis revealed that translation initiation from CfMVe involved scanning. Interestingly, CfMVe also promoted translation initiation from an intercistronic position of dicistronic mRNAs in vitro. Furthermore, internal initiation occurred with similar efficacy in translation lysates that had reduced concentrations of eukaryotic initiation factor (eIF) 4E, suggesting that initiation was independent of the eIF4E. In contrast, reduced translation in the eIF4G-depleted lysates indicated that translation from internally positioned CfMVe was eIF4G-dependent. After successful translation initiation, leaky scanning brings the ribosomes to the second open reading frame (ORF). The CfMV polyprotein is produced from this and the following overlapping ORF via programmed -1 ribosomal frameshift (-1 PRF). Two signals in the mRNA at the beginning of the overlap program approximately every fifth ribosome to slip one nucleotide backwards and continue translation in the new -1 frame. This leads to the production of C-terminally extended polyprotein, which encodes the viral RNA-dependent RNA polymerase (RdRp). The -1 PRF event in CfMV was very efficient, even though it was programmed by a simple stem-loop structure instead of a pseudoknot, which is usually required for high -1 PRF frequencies. Interestingly, regions surrounding the -1 PRF signals improved the -1 PRF frequencies. Viral protein P27 inhibited the -1 PRF event in vivo, putatively by binding to the -1 PRF site. This suggested that P27 could regulate the occurrence of -1 PRF. Initiation of viral replication requires that viral proteins are released from the polyprotein. This is catalyzed by viral serine protease, which is also encoded from the polyprotein. N-terminal amino acid sequencing of CfMV VPg revealed that the junction of the protease and VPg was cleaved between glutamate (E) and asparagine (N) residues. This suggested that the processing sites used in CfMV differ from the glutamate and serine (S) or threonine (T) sites utilized in other sobemoviruses. However, further analysis revealed that the E/S and E/T sites may be used to cleave out some of the CfMV proteins.

Genetic diversity and microcystin production by Anabaena in the Gulf of Finland, Baltic Sea

Syanobakteerit (sinilevät) ovat olleet Itämeressä koko nykymuotoisen Itämeren ajan, sillä paleolimnologiset todisteet niiden olemassaolosta Itämeren alueella ovat noin 7000 vuoden takaa. Syanobakteerien massaesiintymät eli kukinnat ovat kuitenkin sekä levinneet laajemmille alueille että tulleet voimakkaimmiksi viimeisten vuosikymmenien aikana. Tähän on osasyynä ihmisten aiheuttama kuormitus, joka rehevöittää Itämerta. Suomenlahti, jota tämä tutkimus käsittelee, on kärsinyt tästä rehevöitymiskehityksestä muita Itämeren altaita enemmän. Syanobakteerit muodostavat jokakesäisiä kukintoja Suomenlahdella - niin sen avomerialueilla kuin rannoillakin. Yleisimmät kukintoja muodostavat syanobakteerisuvut ovat Nodularia, Anabaena ja Aphanizomenon. Kukinnat aiheuttavat paitsi esteettistä haittaa myös terveydellisen riskitekijän. Niiden myrkyllisyys liitetään usein Nodularia-suvun tuottamaan nodulariini-maksamyrkkyyn. Itämeren Aphanizomenon-suvun on todettu olevan myrkytön. Vaikka Itämeren kukintoja aiheuttavista Nodularia- ja Aphanizomenon-syanobakteereista tiedetään varsin paljon, on molekyylimenetelmiin pohjautuva syanobakteeritutkimus ohittanut Itämeren Anabaena-suvun monelta osin. Tämän työn tarkoituksena oli syventää käsitystämme Itämeren Anabaena-syanobakteerista, sen mahdollisesta myrkyllisyydestä, geneettisestä monimuotoisuudesta ja fylogeneettisista sukulaisuussuhteista. Tässä työssä eristettiin 49 planktista Anabaena-kantaa, joista viisi tuottivat mikrokystiinejä. Tämä oli ensimmäinen yksiselitteinen todiste, että Itämeren Anabaena tuottaa maksamyrkyllisiä mikrokystiini-yhdisteitä. Jokainen eristetty myrkyllinen Anabaena-kanta tuotti useita mikrokystiini-variantteja. Lisäksi mikrokystiinejä löydettiin kukintanäytteistä, joissa oli myrkkyä syntetisoivia geenejä sisältäneitä Anabaena-syanobakteereita. Myrkkyjä löydettiin molempina tutkimusvuosina 2003 ja 2004. Myrkkyjen esiintyminen ei siten ollut vain yksittäinen ilmiö. Tässä työssä saimme viitteitä siitä, että maksamyrkyllinen Anabaena-syanobakteeri esiintyisi vähäsuolaisissa vesissä. Tämä riippuvuussuhde jää kuitenkin tulevien tutkimuksien selvitettäväksi. Tässä työssä havaittiin mikrokystiinisyntetaasi-geenien inaktivoituminen Itämeren Anabaena-kannassa ja kukintanäytteissä. Kuvasimme Anabaena-kannan mikrokystiinisyntetaasigeenien sisältä insertioita, jotka hyvin todennäköisesti inaktivoivat myrkyntuoton. Insertion sisältäneeltä kannalta löysimme kuitenkin kaikki mikrokystiinisyntetaasigeenit osoittaen, että geenien olemassaolo ei välttämättä varmista kannan mikrokystiinintuottoa. Mielenkiintoista oli se, että inaktivaation aiheuttavia insertioita löytyi kukintanäytteistä molemmilta tutkimusvuosilta. Vastaavia insertioita ei kuitenkaan löydetty makean veden Anabaena-kannoista tai järvinäytteistä. On yleistä, että syanobakteerikukinnoista löytyy usean syanobakteerisuvun edustajia. Myrkyllisiä sukuja tai lajeja ei voida kuitenkaan erottaa mikroskooppisesti myrkyttömistä. Käsillä olevassa tutkimuksessa kehitettiin molekyylimenetelmä, jolla on mahdollista määrittää kukinnan mahdollisesti maksamyrkylliset syanobakteerisuvut. Tätä menetelmää sovellettiin Itämeren kukintojen tutkimiseen. Itämeren pintavesistä ja ranta-alueiden pohjasta eristetyt Anabaena-kannat osoittautuivat geneettisesti monimuotoisiksi. Tämä Anabaena-syanobakteerien geneettinen monimuotoisuus vahvistettiin monistamalla geenejä suoraan kukintanäytteistä ilman kantojen eristystä. Makeiden vesien ja Itämeren Anabaena-kannat ovat geneettisesti hyvin samankaltaisia. Geneettisissä vertailuissa kävi kuitenkin ilmi, että pohjassa elävien Anabaena-kantojen geneettinen monimuotoisuus oli suurempaa kuin pintavesistä eristettyjen kantojen. Itämeren Anabaena-kantojen sekvenssit muodostivat omia ryhmiä sukupuun sisällä, jolloin on mahdollista, että nämä edustavat Itämeren omia Anabaena-ekotyyppejä. Tämä tutkimus oli ensimmäinen, jossa uusin molekyylimenetelmin systemaattisesti selvitettiin Itämeren Anabaena-syanobakteerin geneettistä populaatiorakennetta, fylogeniaa ja myrkyntuottoa. Tulevaisuudessa monitorointitutkimuksissa on otettava huomioon myös Itämeren Anabaena-syanobakteerin mahdollinen maksamyrkyntuotto – erityisesti vähäsuolaisemmilla rannikkovesillä.

Poverty and the Environment : Investment Poverty and the Role of Assets in Generating Welfare for Farmer Households in the Province of Herrera, Panama

Köyhiä maanviljelijöitä on usein syytetty kehitysmaiden ympäristöongelmista. On väitetty, että eloonjäämistaistelu pakottaa heidät käyttämään maata ja muita luonnonvaroja lyhytnäköisesti. Harva asiaa koskeva tutkimus on kuitenkaan tukenut tätä väitettä; perheiden köyhyyden astetta ja heidän aiheuttamaansa ympäristövaikutusta ei ole kyetty kytkemään toisiinsa. Selkeyttääkseen köyhyys-ympäristö –keskustelua, Thomas Reardon ja Steven Vosti kehittivät investointiköyhyyden käsitteen. Se tunnistaa sen kenties suuren joukon maanviljelijäperheitä, jotka eivät ole köyhiä perinteisten köyhyysmittareiden mukaan, mutta joiden hyvinvointi ei ole riittävästi köyhyysrajojen yläpuolella salliakseen perheen investoida kestävämpään maankäyttöön. Reardon ja Vosti korostivat myös omaisuuden vaikutusta perheiden hyvinvointiin, ja uskoivat sen vaikuttavan tuotanto- ja investointipäätöksiin. Tässä tutkimuksessa pyritään vastaamaan kahteen kysymykseen: Miten investointiköyhyyttä voidaan ymmärtää ja mitata? Ja, mikä on viljelijäperheiden omaisuuden hyvinvointia lisäävä vaikutus? Tätä tutkimusta varten haastateltiin 402 maanviljelijäperhettä Väli-Amerikassa, Panaman tasavallan Herreran läänissä. Näiden perheiden hyvinvointia mitattiin heidän kulutuksensa mukaan, ja paikalliset köyhyysrajat laskettiin paikallisen ruoan hinnan mukaan. Herrerassa ihminen tarvitsee keskimäärin 494 dollaria vuodessa saadakseen riittävän ravinnon, tai 876 dollaria vuodessa voidakseen ravinnon lisäksi kattaa muitakin välttämättömiä menoja. Ruoka- eli äärimmäisen köyhyyden rajan alle jäi 15,4% tutkituista perheistä, ja 33,6% oli jokseenkin köyhiä, eli saavutti kyllä riittävän ravitsemuksen, muttei kyennyt kustantamaan muita perustarpeitaan. Molempien köyhyysrajojen yläpuolelle ylsi siis 51% tutkituista perheistä. Näiden köyhyysryhmien välillä on merkittäviä eroavaisuuksia ei vain perheiden varallisuuden, tulojen ja investointistrategioiden välillä, mutta myös perheiden rakenteessa, elinympäristössä ja mahdollisuuksissa saada palveluja. Investointiköyhyyden mittaaminen osoittautui haastavaksi. Herrerassa viljelijät eivät tee investointeja puhtaasti ympäristönsuojeluun, eikä maankäytön kestävyyttä muutenkaan pystytty yhdistämään perheiden hyvinvoinnin tasoon. Siksi investointiköyhyyttä etsittiin sellaisena hyvinvoinnin tasona, jonka alapuolella elävien perheiden parissa tuottavat maanparannusinvestoinnit eivät enää ole suorassa suhteessa hyvinvointiin. Tällaisia investointeja ovat mm. istutetut aidat, lannoitus ja paranneltujen laiduntyyppien viljely. Havaittiin, että jos perheen hyvinvointi putoaa alle 1000 dollarin/henkilö/vuosi, tällaiset tuottavat maanparannusinvestoinnit muuttuvat erittäin harvinaisiksi. Investointiköyhyyden raja on siis noin kaksi kertaa riittävän ravitsemuksen hinta, ja sen ylitti 42,3% tutkituista perheistä. Heille on tyypillistä, että molemmat puolisot käyvät työssä, ovat korkeasti koulutettuja ja yhteisössään aktiivisia, maatila tuottaa paremmin, tilalla kasvatetaan vaativampia kasveja, ja että he ovat kerryttäneet enemmän omaisuutta kuin investointi-köyhyyden rajan alla elävät perheet. Tässä tutkimuksessa kyseenalaistettiin yleinen oletus, että omaisuudesta olisi poikkeuksetta hyötyä viljelijäperheelle. Niinpä omaisuuden vaikutusta perheiden hyvinvointiin tutkittiin selvittämällä, mitä reittejä pitkin perheiden omistama maa, karja, koulutus ja työikäiset perheenjäsenet voisivat lisätä perheen hyvinvointia. Näiden hyvinvointi-mekanismien ajateltiin myös riippuvan monista väliin tulevista tekijöistä. Esimerkiksi koulutus voisi lisätä hyvinvointia, jos sen avulla saataisiin paremmin palkattuja töitä tai perustettaisiin yritys; mutta näihin mekanismeihin saattaa vaikuttaa vaikkapa etäisyys kaupungeista tai se, omistaako perhe ajoneuvon. Köyhimpien perheiden parissa nimenomaan koulutus olikin ainoa tutkittu omaisuuden muoto, joka edisti perheen hyvinvointia, kun taas maasta, karjasta tai työvoimasta ei ollut apua köyhyydestä nousemiseen. Varakkaampien perheiden parissa sen sijaan korkeampaa hyvinvointia tuottivat koulutuksen lisäksi myös maa ja työvoima, joskin monesta väliin tulevasta muuttujasta, kuten tuotantopanoksista riippuen. Ei siis ole automaatiota, jolla omaisuus parantaisi perheiden hyvinvointia. Vaikka rikkailla onkin yleensä enemmän karjaa kuin köyhemmillä, ei tässä aineistossa löydetty yhtään mekanismia, jota kautta karjan määrä tuottaisi korkeampaa hyvinvointia viljelijäperheille. Omaisuuden keräämisen ja hyödyntämisen strategiat myös muuttuvat hyvinvoinnin kasvaessa ja niihin vaikuttavat monet ulkoiset tekijät. Ympäristön ja köyhyyden suhde on siis edelleen epäselvä. Köyhyyden voittaminen vaatii pitkällä tähtäimellä sitä, että viljelijäperheet nousisivat investointiköyhyyden rajan yläpuolelle. Näin heillä olisi varaa alkaa kartuttaa omaisuutta ja investoida kestävämpään maankäyttöön. Tällä hetkellä kuitenkin isolle osalle herreralaisia perheitä tuo raja on kaukana tavoittamattomissa. Miten päästä yli tuhannen dollarin kulutukseen perheenjäsentä kohden, mikäli elintaso ei yllä edes riittävään ravitsemukseen? Ja sittenkin, vaikka hyvinvointi kohenisi, ei ympäristön kannalta parannuksia ole välttämättä odotettavissa, mikäli karjalaumat kasvavat ja eroosioalttiit laitumet leviävät.

Essays on socially optimal phosphorus policies in crop production

Phosphorus is a nutrient needed in crop production. While boosting crop yields it may also accelerate eutrophication in the surface waters receiving the phosphorus runoff. The privately optimal level of phosphorus use is determined by the input and output prices, and the crop response to phosphorus. Socially optimal use also takes into account the impact of phosphorus runoff on water quality. Increased eutrophication decreases the economic value of surface waters by Deteriorating fish stocks, curtailing the potential for recreational activities and by increasing the probabilities of mass algae blooms. In this dissertation, the optimal use of phosphorus is modelled as a dynamic optimization problem. The potentially plant available phosphorus accumulated in soil is treated as a dynamic state variable, the control variable being the annual phosphorus fertilization. For crop response to phosphorus, the state variable is more important than the annual fertilization. The level of this state variable is also a key determinant of the runoff of dissolved, reactive phosphorus. Also the loss of particulate phosphorus due to erosion is considered in the thesis, as well as its mitigation by constructing vegetative buffers. The dynamic model is applied for crop production on clay soils. At the steady state, the analysis focuses on the effects of prices, damage parameterization, discount rate and soil phosphorus carryover capacity on optimal steady state phosphorus use. The economic instruments needed to sustain the social optimum are also analyzed. According to the results the economic incentives should be conditioned on soil phosphorus values directly, rather than on annual phosphorus applications. The results also emphasize the substantial effects the differences in varying discount rates of the farmer and the social planner have on optimal instruments. The thesis analyzes the optimal soil phosphorus paths from its alternative initial levels. It also examines how erosion susceptibility of a parcel affects these optimal paths. The results underline the significance of the prevailing soil phosphorus status on optimal fertilization levels. With very high initial soil phosphorus levels, both the privately and socially optimal phosphorus application levels are close to zero as the state variable is driven towards its steady state. The soil phosphorus processes are slow. Therefore, depleting high phosphorus soils may take decades. The thesis also presents a methodologically interesting phenomenon in problems of maximizing the flow of discounted payoffs. When both the benefits and damages are related to the same state variable, the steady state solution may have an interesting property, under very general conditions: The tail of the payoffs of the privately optimal path as well as the steady state may provide a higher social welfare than the respective tail of the socially optimal path. The result is formalized and an applied to the created framework of optimal phosphorus use.

Radiative transfer, interception and scattering in coniferous forests : models and applications for production ecology and remote sensing

This work develops methods to account for shoot structure in models of coniferous canopy radiative transfer. Shoot structure, as it varies along the light gradient inside canopy, affects the efficiency of light interception per unit needle area, foliage biomass, or foliage nitrogen. The clumping of needles in the shoot volume also causes a notable amount of multiple scattering of light within coniferous shoots. The effect of shoot structure on light interception is treated in the context of canopy level photosynthesis and resource use models, and the phenomenon of within-shoot multiple scattering in the context of physical canopy reflectance models for remote sensing purposes. Light interception. A method for estimating the amount of PAR (Photosynthetically Active Radiation) intercepted by a conifer shoot is presented. The method combines modelling of the directional distribution of radiation above canopy, fish-eye photographs taken at shoot locations to measure canopy gap fraction, and geometrical measurements of shoot orientation and structure. Data on light availability, shoot and needle structure and nitrogen content has been collected from canopies of Pacific silver fir (Abies amabilis (Dougl.) Forbes) and Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.). Shoot structure acclimated to light gradient inside canopy so that more shaded shoots have better light interception efficiency. Light interception efficiency of shoots varied about two-fold per needle area, about four-fold per needle dry mass, and about five-fold per nitrogen content. Comparison of fertilized and control stands of Norway spruce indicated that light interception efficiency is not greatly affected by fertilization. Light scattering. Structure of coniferous shoots gives rise to multiple scattering of light between the needles of the shoot. Using geometric models of shoots, multiple scattering was studied by photon tracing simulations. Based on simulation results, the dependence of the scattering coefficient of shoot from the scattering coefficient of needles is shown to follow a simple one-parameter model. The single parameter, termed the recollision probability, describes the level of clumping of the needles in the shoot, is wavelength independent, and can be connected to previously used clumping indices. By using the recollision probability to correct for the within-shoot multiple scattering, canopy radiative transfer models which have used leaves as basic elements can use shoots as basic elements, and thus be applied for coniferous forests. Preliminary testing of this approach seems to explain, at least partially, why coniferous forests appear darker than broadleaved forests in satellite data.

Holistic Spirituality in the Thinking of Ellen White

Spiritualiteetti viittaa syvälliseen, inhimilliseen ulottuvuuteen ja ominaisuuteen, jonka tarkka määritteleminen on haasteellista, ellei mahdotonta. Sitä vastaa yhtäältä uskonnollisuuden kautta toteutuva, elämän tarkoitukseen ja syvemmän olemuksen etsintään liittyvä hengellisyys, mutta toisaalta myös kaikkea muuta hengen viljelyä ja mielekkään olemisen tavoittelua tarkoittava henkisyys. John Swintonin mukaan hengen ulottuvuus on se inhimilliseen olemukseen kuuluva, dynaaminen elinvoima, joka virkistää ja elävöittää ihmistä ja motivoi häntä etsimään Jumalaa, arvoja, merkitystä, tarkoitusta ja toivoa. Tämä tutkimus nostaa tarkastelun kohteeksi kokonaisvaltaisen hengellisyyden, jolloin huomio kiinnitetään niihin sidoksiin, joiden kautta hengen ulottuvuus liittyy muihin inhimillisen elämän olennaisiin toimintoihin ja näkökulmiin. Tällaisia ovat 1) ajattelu 2) teot ja käytännön toiminta 3) suhteet ja vuorovaikutusverkostot 4) tunteet ja kanssakäymistä ohjaavat asenteet 5) olemassaolon ja olemisen ulottuvuudet. Kokemusten merkitys, arvo ja mielekkyys hahmottuvat juuri hengen alueella, toisin sanoen sisäisesti, hengellisenä ja henkisenä asiana. Tutkimusmateriaalina tässä tutkimuksessa on amerikkalaisen vuosina 1827 1915 eläneen Ellen Whiten kuusi myöhäiskauden teosta vuosilta 1892 1905 ja tutkimusmenetelmänä on käytetty systemaattista analyysiä. Olennaista Whiten tavassa käsitellä uskonnon harjoitukseen liittyviä aiheita on hänen käytännöllinen ja elämän arkeen kiinteästi niveltyvä otteensa. Tutkimus paljastaa, että Martti Lutherin käsitykset ovat merkittävästi vaikuttaneet Whiten ajatteluun. Lähteistä paljastuu samankaltaisuutta hänen näkemystensä ja uusimman suomalaisen Luther-tutkimuksen Martti Lutherin tuotannosta esiin nostaman ajattelutavan välillä. Vaikka teologisen oppineisuuden kannalta White ja Luther ovat eri tasoilla, kummankin käsitys ihmisen ja Jumalan välisen suhteen perusolemuksesta on samankaltainen: Lähtökohtana sille on Jumalan rakkaus ja hänen armostaan lähtenyt toiminta. Toiseksi, ihmisen ja Kristuksen välinen, olemuksellinen yhteys, unio , on perustana sille, että Jumala hyväksyy ihmisen ja huolehtii hänestä nyt ja ikuisesti. Kolmanneksi, tämä ihmisen ja Kristuksen liittoutuminen ja yhdistyminen ilmenee yhteistoimintana ja kumppanuutena yhteisten tavoitteiden saavuttamiseksi maailmassa. White korostaa ihmisen ja Kristuksen välisen hengellisen suhteen vuorovaikutteista ja toiminnallista luonnetta, joka tulee ilmi epäitsekkyytenä, toisten ihmisten ja heidän tarpeittensa huomioimisena sekä myötätuntona ja kykynä asettua toisen asemaan. Terveellistä elämäntapaa ja kasvatusta koskevat ajatuksensa White liittää siihen laaja-alaiseen näkemykseen hengellisyydestä, jonka tavoitteena on ihmisen kokonaisvaltainen hyvinvointi. Hän ei näe spiritualiteettia elämän arjesta irrallisena tai erillisenä saarekkeena, vaan ihmistä kaikessa ohjaavana, voimaannuttavana ja mielekkyyttä tuottavana, ensisijaisena ulottuvuutena. Tutkimuksen kuluessa myös Whiten usein käyttämät Jumalalle antautumisen ja luonteen käsitteet nousevat tarkastelun kohteiksi. Hänen mukaansa ihminen ei tahdonponnistuksillaan yksin pysty tavoittamaan Jumalaa vaan hänen on lakattava Jumalan rakastavan kutsun edessä itse tahtomasta ja suostuttava liittymään Jumalan tahtoon ja tarkoitukseen. Tämä liittyy siihen sisäiseen muutokseen, jota White kuvaa luonteen käsitteen avulla. Jumalan armon vaikuttama tahdon uudelleen suuntaaminen muuttaa ihmisen olemusta, arvoja, asennoitumisen tapaa ja myötätuntoisen vuorovaikutuksen kykyä niin ettei ihminen ole enää aivan sama kuin ennen. Kysymys on toisaalta yhtäkkisestä ja kertakaikkisesta olemuksellisesta muuttumisesta, mutta samalla myös hiljaisesta, elämänmittaisesta kasvusta ja kypsymisestä. Juuri luonteen käsitteen avulla White kuvaa hengellisyyttä ja siihen kuuluvaa sisästä matkaa. Tässä tutkimuksessa spiritualiteettia lähestytään yleisinhimillisenä piirteenä ja ominaisuutena, jolloin huomio ei ole ensisijaisesti yksittäisissä opillisissa käsityksissä tai uskonnollisuuden harjoittamisen muodoissa. Tarkoituksena on luoda kokoava rakenne, jonka puitteissa holistinen spiritualiteetti voidaan selkeämmin hahmottaa ja yksilöidymmin ymmärtää.

Dental Service Utilization, Dental Health Production and Equity in Dental Care: the Finnish Experience

This thesis is grounded on four articles. Article I generally examines the factors affecting dental service utilization. Article II studies the factors associated with sector-specific utilization among young adults entitled to age-based subsidized dental care. Article III explores the determinants of dental ill-health as measured by the occurrence of caries and the relationship between dental ill-health and dental care use. Article IV measures and explains income-related inequality in utilization. Data employed were from the 1996 Finnish Health Care Survey (I, II, IV) and the 1997 follow-up study included in the longitudinal study of the Northern Finland 1966 Birth Cohort (III). Utilization is considered as a multi-stage decision-making process and measured as the number of visits to the dentist. Modified count data models and concentration and horizontal equity indices were applied. Dentist s recall appeared very efficient at stimulating individuals to seek care. Dental pain, recall, and the low number of missing teeth positively affected utilization. Public subvention for dental care did not seem to statistically increase utilization. Among young adults, a perception of insufficient public service availability and recall were positively associated with the choice of a private dentist, whereas income and dentist density were positively associated with the number of visits to private dentists. Among cohort females, factors increasing caries were body mass index and intake of alcohol, sugar, and soft drinks and those reducing caries were birth weight and adolescent school achievement. Among cohort males, caries was positively related to the metropolitan residence and negatively related to healthy diet and education. Smoking increased caries, whereas regular teeth brushing, regular dental attendance and dental care use decreased caries. We found equity in young adults utilization but pro-rich inequity in the total number of visits to all dentists and in the probability of visiting a dentist for the whole sample. We observed inequity in the total number of visits to the dentist and in the probability of visiting a dentist, being pro-poor for public care but pro-rich for private care. The findings suggest that to enhance equal access to and use of dental care across population and income groups, attention should focus on supply factors and incentives to encourage people to contact dentists more often. Lowering co-payments and service fees and improving public availability would likely increase service use in both sectors. To attain favorable oral health, appropriate policies aimed at improving dental health education and reducing the detrimental effects of common risk factors on dental health should be strengthened. Providing equal access with respect to need for all people ought to take account of the segmentation of the service system, with its two parallel delivery systems and different supplier incentives to patients and dentists.

GDNF family receptors in peripheral target innervation and hormone production

Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) family ligands: GDNF, neurturin, persephin and artemin, signal through a receptor tyrosine kinase Ret by binding first to a co-receptor (GFRα1-4) that is attached to the plasma membrane. The GDNF family factors can support the survival of various peripheral and central neuronal populations and have important functions also outside the nervous system, especially in kidney development. Activating mutations in the RET gene cause tumours in neuroendocrine cells, whereas inactivating mutations in RET are found in patients with Hirschsprung s disease (HSCR) characterized by loss of ganglionic cells along the intestine. The aim of this study was to examine the in vivo functions of neurturin receptor GFRα2 and persephin receptor GFRα4 using knockout (KO) mice. Mice lacking GFRα2 grow poorly after weaning and have deficits in parasympathetic and enteric innervation. This study shows that impaired secretion of the salivary glands and exocrine pancreas contribute to growth retardation in GFRα2-KO mice. These mice have a reduced number of intrapancreatic neurons and decreased cholinergic innervation of the exocrine pancreas as well as reduced excitatory fibres in the myenteric plexus of the small intestine. This study also demonstrates that GFRα2-mediated Ret signalling is required for target innervation and maintenance of soma size of sympathetic cholinergic neurons and sensory nociceptive IB4-binding neurons. Furthermore, lack of GFRα2 in mice results in deficient perception of temperatures above and below thermoneutrality and in attenuated inflammatory pain response. GFRα4 is co-expressed with Ret predominantly in calcitonin-producing thyroid C-cells in the mouse. In this study GFRα4-deficient mice were generated. The mice show no gross developmental deficits and have a normal number of C-cells. However, young but not adult mice lacking GFRα4 have a lower production of calcitonin in thyroid tissue and consequently, an increased bone formation rate. Thus, GFRα4/Ret signalling may regulate calcitonin production. In conclusion, this study reveals that GFRα2/Ret signalling is crucial for the development and function of specific components of the peripheral nervous system and that GFRα4-mediated Ret signalling is required for controlling transmitter synthesis in thyroid C-cells.

Pentitol phosphate dehydrogenases: Discovery, characterization and use in D-arabitol and xylitol production by metabolically engineered Bacillus subtilis

The ultimate goal of this study has been to construct metabolically engineered microbial strains capable of fermenting glucose into pentitols D-arabitol and, especially, xylitol. The path that was chosen to achieve this goal required discovery, isolation and sequencing of at least two pentitol phosphate dehydrogenases of different specificity, followed by cloning and expression of their genes and characterization of recombinant arabitol and xylitol phosphate dehydrogenases. An enzyme of a previously unknown specificity, D-arabitol phosphate dehydrogenase (APDH), was discovered in Enterococcus avium. The enzyme was purified to homogenity from E. avium strain ATCC 33665. SDS/PAGE revealed that the enzyme has a molecular mass of 41 ± 2 kDa, whereas a molecular mass of 160 ± 5 kDa was observed under non-denaturing conditions implying that the APDH may exist as a tetramer with identical subunits. Purified APDH was found to have narrow substrate specificity, converting only D-arabitol 1-phosphate and D-arabitol 5-phosphate into D-xylulose 5-phosphate and D-ribulose 5-phosphate, respectively, in the oxidative reaction. Both NAD+ and NADP+ were accepted as co-factors. Based on the partial protein sequences, the gene encoding APDH was cloned. Homology comparisons place APDH within the medium chain dehydrogenase family. Unlike most members of this family, APDH requires Mn2+ but no Zn2+ for enzymatic activity. The DNA sequence surrounding the gene suggests that it belongs to an operon that also contains several components of phosphotransferase system (PTS). The apparent role of the enzyme is to participate in arabitol catabolism via the arabitol phosphate route similar to the ribitol and xylitol catabolic routes described previously. Xylitol phosphate dehydrogenase (XPDH) was isolated from Lactobacillus rhamnosus strain ATCC 15820. The enzyme was partially sequenced. Amino acid sequences were used to isolate the gene encoding the enzyme. The homology comparisons of the deduced amino acid sequence of L. rhamnosus XPDH revealed several similar enzymes in genomes of various species of Gram-positive bacteria. Two enzymes of Clostridium difficile and an enzyme of Bacillus halodurans were cloned and their substrate specificities together with the substrate specificity of L. rhamnosus XPDH were compared. It was found that one of the XPDH enzymes of C. difficile and the XPDH of L. rhamnosus had the highest selectivity towards D-xylulose 5-phosphate. A known transketolase-deficient and D-ribose-producing mutant of Bacillus subtilis (ATCC 31094) was further modified by disrupting its rpi (D-ribose phosphate isomerase) gene to create D-ribulose- and D-xylulose-producing strain. Expression of APDH of E. avium and XPDH of L. rhamnosus and C. difficile in D-ribulose- and D-xylulose-producing strain of B. subtilis resulted in strains capable of converting D-glucose into D-arabitol and xylitol, respectively. The D-arabitol yield on D-glucose was 38 % (w/w). Xylitol production was accompanied by co-production of ribitol limiting xylitol yield to 23 %.