Tracing water movement by means of Escherichia coli bacteriophages

Tiivistelmä: Escherichia coli bacteriofaagit merkkiaineena vesien kulkeutumistutkimuksissa

Intraspecific variation in brain size and architecture : population divergence and phenotypic plasticity

Brain size and architecture exhibit great evolutionary and ontogenetic variation. Yet, studies on population variation (within a single species) in brain size and architecture, or in brain plasticity induced by ecologically relevant biotic factors have been largely overlooked. Here, I address the following questions: (i) do locally adapted populations differ in brain size and architecture, (ii) can the biotic environment induce brain plasticity, and (iii) do locally adapted populations differ in levels of brain plasticity? In the first two chapters I report large variation in both absolute and relative brain size, as well as in the relative sizes of brain parts, among divergent nine-spined stickleback (Pungitius pungitius) populations. Some traits show habitat-dependent divergence, implying natural selection being responsible for the observed patterns. Namely, marine sticklebacks have relatively larger bulbi olfactorii (chemosensory centre) and telencephala (involved in learning) than pond sticklebacks. Further, I demonstrate the importance of common garden studies in drawing firm evolutionary conclusions. In the following three chapters I show how the social environment and perceived predation risk shapes brain development. In common frog (Rana temporaria) tadpoles, I demonstrate that under the highest per capita predation risk, tadpoles develop smaller brains than in less risky situations, while high tadpole density results in enlarged tectum opticum (visual brain centre). Visual contact with conspecifics induces enlarged tecta optica in nine-spined sticklebacks, whereas when only olfactory cues from conspecifics are available, bulbus olfactorius become enlarged.Perceived predation risk results in smaller hypothalami (complex function) in sticklebacks. Further, group-living has a negative effect on relative brain size in the competition-adapted pond sticklebacks, but not in the predation-adapted marine sticklebacks. Perceived predation risk induces enlargement of bulbus olfactorius in pond sticklebacks, but not in marine sticklebacks who have larger bulbi olfactorii than pond fish regardless of predation. In sum, my studies demonstrate how applying a microevolutionary approach can help us to understand the enormous variation observed in the brains of wild animals a point-of-view which I high-light in the closing review chapter of my thesis.

Suolistopatogeenisten Escherichia coli -bakteerien esiintyvyys ripulipotilailla ja raa’oissa lihatuotteissa Burkina Fasossa sekä enterohemorraagisten E. coli -kantojen karakterisointi

Suolistopatogeeniset Escherichia coli -bakteerit eli ripulikolit aiheuttavat ihmisellä suolistoinfektioita. Kuten normaalimikrobiston E. coli -bakteerit, ne esiintyvät ihmisen lisäksi muiden nisäkkäiden, etenkin märehtijöiden, ja lintujen suolistossa. Lisäksi ne voivat esiintyä maaperässä ja vesistöissä. Ihminen voi saada tartunnan eläinperäisten elintarvikkeiden välityksellä tai juomalla eläinten tai ihmisen ulosteilla saastunutta vettä. Ripulikolit voidaan jakaa ainakin viiteen ryhmään perustuen niiden erilaisiin virulenssiominaisuuksiin: enteropatogeeninen E. coli (EPEC), enterotoksigeeninen E. coli (ETEC), enterohemorraaginen E. coli (EHEC), enteroinvasiivinen E. coli (EIEC) ja enteroaggregatiivinen E. coli (EAEC). EPEC aiheuttaa etenkin kehitysmaissa pikkulapsille ripulia. ETEC aiheuttaa turistiripulia ja vastasyntyneiden ripulia kehitysmaissa. EHEC aiheuttaa ripulia tai veriripulia, joka voi varsinkin pienillä lapsilla johtaa hemolyyttis-ureemiseen oireyhtymään (HUS) ja munuaisten vaurioitumiseen. EIEC aiheuttaa Shigellan kaltaista ripulia, joka voi olla veristä. EAEC on yhdistetty lähinnä pitkittyneisiin ripuleihin. Tutkimuksessa selvitettiin suolistopatogeenisten E. coli -bakteerien esiintyvyyttä Burkina Fasossa, josta ei ole saatavilla aikaisempaa tietoa ripulikolien esiintymisestä ihmisissä ja elintarvikkeissa. Ulostenäytteitä otettiin ripulia sairastavilta alle viisivuotiailta lapsilta maaseudulta kahdesta kylästä, Boromosta ja Gourcysta, ja maan pääkaupungista Ouagadougousta (110 näytettä). Lihanäytteitä (kanaa, nautaa, lammasta ja naudan suolta, jota käytetään ihmisravinnoksi) otettiin Ouagadougoun toreilla myytävistä kypsentämättömistä lihoista (120 näytettä). Näytteistä saadut bakteerisekaviljelmät tutkittiin monialukkeisella PCR-menetelmällä, joka tunnistaa viiden ripulikoliryhmän virulenssigeenejä. Lisäksi lihanäytteistä eristettiin 20 EHEC-kantaa shigatoksiinin stx-geenin havaitsemiseen perustuvalla pesäkehybridisaatiolla ja PCR-seulonnalla, ja karakterisoitiin mahdollisten virulenssiominaisuuksien selvittämiseksi. Tutkimus osoitti, että ripulikolien aiheuttamat suolistoinfektiot ovat yleisiä ripulia sairastavilla pikkulapsilla Burkina Fasossa. Ulostenäytteistä 59 % oli positiivisia. Useimmiten lapsilla esiintyi EAEC- (32 %) ETEC- (31 %) ja EPEC-patoryhmiä (20 %). EIEC- (2 %) ja EHEC-patoryhmiä (1 %) esiintyi vähän. Myös useamman patoryhmän sekainfektiot olivat yleisiä (24 %). Eri paikkakuntien välillä oli tilastollisesti merkitseviä eroja ripulikolien esiintymisessä. Gourcyssa ripulikoleja esiintyi useammin kuin Ouagadougoussa ja Boromossa. Tutkimuksessa kävi ilmi, että Ouagadougoun toreilla myytävissä lihoissa on paljon ripulikoleja. Lihanäytteistä 43 % oli positiivisia. Yleisimmin lihoissa esiintyi EHEC (28 %), EPEC (20 %), ETEC (8 %) ja EAEC (5 %). EIEC-ryhmää ei havaittu lihoissa. Myös useamman patoryhmän sekakontaminaatioita löytyi (17 %) lihoista. Ripulikolien esiintyvyydessä eri lihojen välillä ei ollut tilastollisesti merkitseviä eroja, kun tarkasteltiin kaikkia patoryhmiä yhdessä. Eri patoryhmien esiintyvyyttä tarkasteltaessa EHEC-patoryhmää ei esiintynyt ollenkaan kanassa ja ero oli tilastollisesti merkitsevä muihin lihoihin verrattuna. Lihoista eristetyt 20 EHEC-kantaa kuuluivat 14 eri serotyyppiin, joista osa on aikaisemmin eristetty suolistoinfektioihin ja HUSoireyhtymään sairastuneilta ihmisiltä. Kaikki kannat olivat stx1-positiivisia ja puolella oli lisäksi stx2-geeni, jota pidetään shigatoksiinin virulentimpana muotona. Kahdelta EHEC-kannalta löytyi myös ETECpatoryhmän lämpöstabiilin enterotoksiini Ia:n geeni eli kannat olivat kahden patoryhmän välimuotoa ja osoitus geenien siirtymisestä eri patoryhmien välillä. Vaikka nuorimmat näytteen antaneet lapsipotilaat tuskin söivät lihaa, sen voidaan ajatella silti olevan edustava näyte lasten elinympäristöstä, sillä lasten ruoka valmistetaan usein samoissa oloissa, joissa raakaa lihaa käsitellään. Saastunut liha voi siten olla pikkulasten ripulikoli-infektioiden aiheuttaja.

Dependence of the large-scale vortex instability on latitude, stratification and domain size

In an earlier study, we reported on the excitation of large-scale vortices in Cartesian hydrodynamical convection models subject to rapid enough rotation. In that study, the conditions for the onset of the instability were investigated in terms of the Reynolds (Re) and Coriolis (Co) numbers in models located at the stellar North pole. In this study, we extend our investigation to varying domain sizes, increasing stratification, and place the box at different latitudes. The effect of the increasing box size is to increase the sizes of the generated structures, so that the principal vortex always fills roughly half of the computational domain. The instability becomes stronger in the sense that the temperature anomaly and change in the radial velocity are observed to be enhanced. The model with the smallest box size is found to be stable against the instability, suggesting that a sufficient scale separation between the convective eddies and the scale of the domain is required for the instability to work. The instability can be seen upto the colatitude of 30 degrees, above which value the flow becomes dominated by other types of mean flows. The instability can also be seen in a model with larger stratification. Unlike the weakly stratified cases, the temperature anomaly caused by the vortex structures is seen to depend on depth.