Dracocephalum moldavica L. and Melissa officinalis L. : Chemistry and Bioactivities Relevant in Alzheimer’s Disease Therapy

Oksidatiivisen stressin eli liiallisen reaktiivisten happiyhdisteiden määrän soluissa on jo pitkään arveltu olevan tärkeä Alzheimerin taudin kehittymiseen ja etenemiseen vaikuttava tekijä. Tämän vuoksi kiinnostus erilaisten antioksidanttien (yhdisteitä, jotka neutraloivat näitä happiradikaaleja soluissa) mahdollisia terapeuttisia ominaisuuksia Alzheimerin taudin hoidossa on tutkittu laajalti. Tähän mennessä ei kuitenkaan ole vielä onnistuttu löytämään antioksidanttia, joka olisi hyödyksi Alzheimerin taudin hoidossa. Tämän vuoksi on tärkeää pyrkiä löytämään uusia antioksidanttien lähteitä sekä tutkia niistä löytyviä aktiivisia yhdisteitä. Kiinnostus luonnon antioksidantteja kohtaan on kasvanut voimakkaasti viime aikoina. Huomio on kiinnittynyt erityisesti aromaattisista sekä lääkekasveista löytyviin antioksidantteihin. Lamiaceae- perheeseen kuuluvia tuoksuampiaisyrttiä (Dracocephalum moldavica L.) ja sitruunamelissaa (Melissa officinalis L.) on käytetty Iranissa pitkään sekä ruoanlaitossa että lääkinnässä, minkä vuoksi näiden kasvien uutteiden antioksidanttisisältöä päätettiin analysoida käyttäen useaa erilaista in vitro- menetelmää. Näissä kokeissa ilmeni, että uutteilla oli useita antioksidanttisia vaikutuksia. Näistä antioksidanttisista vaikutuksista vastaavia yhdisteitä pyrittiin tunnistamaan käyttäen HPLC-PDA- tekniikkaa, minkä seurauksena niiden havaittiin sisältävän erilaisia polyfenoleita, kuten hydroksyloituneita bentsoeeni- ja cinnamamidihapon johdannaisia sekä flavonoideja. Kummankin kasvin uutteissa runsaimmin esiintynyt yhdiste oli rosmariinihappo. Sitruunamelissaa (M. officinalis) on käytetty antiikin ajoista alkaen kognitiivisten toimintojen häiriöiden hoidossa. Perustuen tietoon kasvin käytöstä perinteisessä lääkinnässä, sen tehoa Alzheimerin taudin hoidossa on tutkittu viime aikoina kliinisin kokein. Sitruunamelissan todettiinkin olevan hyödyksi lievää ja keskivaikeaa Alzheimeimerin tautia sairastavien potilaiden hoidossa. Väitöskirjan osanan olevasta kooste-artikkelista käy ilmi, että tutkimalla lääkekasvien ominaisuuksia voidaan saada arvokkaita suuntaa-antavia vihjeitä Alzheimerin taudin lääkehoidon kehittämiseen. Tämän perusteella päätettiinkin testatata myös sitruunamelissauutteen kykyä estää asetyylikoliiniesteraasin (AChE) toimintaa, koska tämän entsyymin toiminna estämisen tiedetään olevan hyödyksi Alzheimerin taudin hoidossa. Uute kykeni estämään AChE:n toimintaa, minkä vuoksi uutteen sisältämiä komponentteja päätettiin tutkia terkemmin. Uute jaettiin erilaisiin fraktioihin käyttäen HPLC-menetelmää, minkä jälkeen testattiin jokaisen fraktion kykyä inhiboida AchE. Suurin osa fraktioista kykeni inhiboimaan AChE:n toimintaa selkeästi tehokkaammin, kuin raakauute. Kaikista tehokkainta fraktiota analysoitiin tarkemmin sen aktiivisten yhdisteiden tunnistamiseksi, minkä seurauksena sen sisältämät yhdisteet tunnistettiin cis ja trans-rosmariinihapoiksi. Tässä tutkimuksessa tunnistettujen yhdisteiden hyödyllisyyttä Alzheimerin taudin hoidossa tulisi seuraavaksi tutkia erilaisissa in vivo-malleissa. Lisäksi jäljellä olevien fraktioiden kemiallinen koostumus tulisi selvittää sekä antioksidanttiaktiivisuuden ja AChE:n toiminnan inhiboinnin välistä mahdollista yhteyttä tulisi tutkia tarkemmin. Tämä tutkimus osoittaa tuoksuampiasyrtin (D. moldavica) sekä sitruunamelissan (M. officinalis) sisältävän monenlaisia aktiivisia antioksidantteja. Lisäksi sitruunamelissan sisältämät yhdisteet kykenivät estämään asetyylikoliiniesteraasin (AchE) toimintaa. Nämä tulokset tukevat osaltaan väitöskirjan osana olevan kooste-artikkelin johtopäätöksiä, joiden mukaan etnofarmakologinen kasvitutkimus voi osoittautua erittäin hyödylliseksi kehitettäessä uutta lääkehoitoa Alzheimerin tautiin. Lisäksi tässä väitöskirjassa kuvattu tutkimus osoittaakin, että perinteisesti lääkekasvina käytettyä sitruunamelissaa voidaan mahdollisesti hyödyntää uusien Alzheimerin taudin hoitoon käytettävien lääkkeiden kehityksessä.

Effects of recreational use and fragmentation on the understorey vegetation and soil microbial communities of urban forests in southern Finland

The impacts of fragmentation and recreational use on the hemiboreal urban forest understorey vegetation and the microbial community of the humus layer (the phospholipid fatty acid (PLFA) pattern, microbial biomass and microbial activity, measured as basal respiration) were examined in the greater Helsinki area, southern Finland. Trampling tolerance of 1) herb-rich OMT, 2) mesic MT, and 3) sub-xeric VT forests (in decreasing order of fertility) was studied by comparing relative understorey vegetation cover (urban/untrampled reference ratio) of the three forest types. The trampling tolerance of forest vegetation increased with the productivity of the site (sub-xeric < mesic < herb-rich). Wear of understorey vegetation correlated positively with the number of residents (i.e., recreational pressure) around the forest patch. An increase of 15000 residents within a radius of 1 km around a forest patch was associated with ca. 30% decrease in the relative understorey vegetation cover. The cover of dwarf shrub Vaccinium myrtillus in particular decreased with increasing levels of wear. The cover of mosses in urban forests was less than half of that in untrampled reference areas. Cover of tree saplings, mainly Sorbus aucuparia, and some resilient herbs was higher than in the reference areas. In small urban forest fragments, broad-leaved trees, grasses and herbs were more abundant and mosses were scarcer than in larger urban forest areas. Thus, due to trampling and edge effects, resilient herb and grass species are replacing sensitive dwarf shrubs, mosses and lichens in urban forests. Differences in the soil microbial community structure were found between paths and untrampled areas and the effects of paths extended more than one meter from the paths. Paths supported approximately 25-30% higher microbial biomass with a transition zone of at least 1 m from the path edge. However, microbial activity per unit of biomass was lower on paths than in untrampled areas. Furthermore, microbial biomass and activity were 30-45% lower at the first 20 m into the forest fragments, due to low moisture content of humus near the edge. The decreased microbial activity detected at forest edges and paths implies decreased litter decomposition rates, and thus, a change in nutrient cycling. Changes in the decomposition and nutrient supply may in turn affect the diversity and function of plant communities in urban forests. Keywords: boreal forest vegetation, edge effects, phospholipid fatty acids, trampling, urban woodlands, wear

The effects of habitat edges and trampling intensity on vegetation in urban forests

Although changes in urban forest vegetation have been documented in previous Finnish studies, the reasons for these changes have not been studied explicitly. Especially, the consequences of forest fragmentation, i.e. the fact that forest edges receive more solar radiation, wind and air-borne nutrients than interiors have been ignored. In order to limit the change in urban forest vegetation we need to know why it occurs. Therefore, the effects of edges and recreational use of urban forests on vegetation were investigated together in this thesis to reveal the relative strengths of these effects and to provide recommendations for forest management. Data were collected in the greater Helsinki area (in the cities of Helsinki, Vantaa and Espoo, and in the municipalities of Sipoo and Tuusula) and in the Lahti region (in the city of Lahti and in the municipality of Hollola) by means of systematic and randomized vegetation and soil sampling and tree measurements. Sample plots were placed from the forest edges to the interiors to investigate the effects of forest edges, and on paths of different levels of wear and off these paths to investigate the effects of trampling. The natural vegetation of mesic and sub-xeric forest site types studied was sensitive both to the effects of the edge and to trampling. The abundances of dwarf shrubs and bryophytes decreased, while light- and nitrogen-demanding herbs and grasses - and especially Sorbus aucuparia – were favoured at the edges and next to the paths. Results indicated that typical forest site types at the edges are changing toward more nitrophilic vegetation communities. Covers of the most abundant forest species decreased considerably – even tens of percentages – from interiors to the edges indicating strong edge effects. These effects penetrated at least up to 50 m from the forest edges into the interiors, especially at south to west facing open edges. The effects of trampling were pronounced on paths and even low levels of trampling decreased the abundances of certain species considerably. The effects of trampling extended up to 8 m from path edges. Results showed that the fragmentation of urban forest remnants into small and narrow patches should be avoided in order to maintain natural forest understorey vegetation in the urban setting. Thus, urban forest fragments left within urban development should be at least 3 ha in size, and as circular as possible. Where the preservation of representative original forest interior vegetation is a management aim, closed edges with conifers can act as an effective barrier against solar radiation, wind and urban load, thereby restricting the effects of the edge. Tree volume at the edge should be at least 225-250 m3 ha-1 and the proportion of conifers (especially spruce) 80% or more of the tree species composition. Closed, spruce-dominated edges may also prevent the excessive growth of S. aucuparia saplings at urban forest edges. In addition, closed edges may guide people’s movements to the maintained paths, thus preventing the spontaneous creation of dense path networks. In urban areas the effects of edges and trampling on biodiversity may be considerable, and are important to consider when the aim of management is to prevent the development of homogeneous herb-grass dominated vegetation communities, as was observed at the investigated edges.

Meadow plant growth and competition under elevated ozone and carbon dioxide

The main aim of my thesis project was to assess the impact of elevated ozone (O3) and carbon dioxide (CO2) on the growth, competition and community of meadow plants in northern Europe. The thesis project consisted of three separate O3 and CO2 exposure experiments that were conducted as open-top-chamber (OTC) studies at Jokioinen, SW Finland, and a smaller-scale experiment with different availabilities of resources in greenhouses in Helsinki. The OTC experiments included a competition experiment with two- and three-wise interactions, a mesocosm-scale meadow community with a large number of species, and a pot experiment that assessed intraspecific differences of Centaurea jacea ecotypes. The studied lowland hay meadow proved to be an O3-sensitive biotope, as the O3 concentrations used (40-50 ppb) were moderate, and yet, six out of nine species (Campanula rotundifolia, Centaurea jacea, Fragaria vesca, Ranunculus acris, Trifolium medium, Vicia cracca) showed either significant reductions in biomass or reproductive development, visible O3 injury or any two as a response to elevated O3. The plant species and ecotypes exhibited large intra- and interspecific variation in their response to O3, but O3 and CO2 concentrations did not cause changes in their interspecific competition or in community composition. However, the largest O3-induced growth reductions were seen in the least abundant species (C. rotundifolia and F. vesca), which may indicate O3-induced suppression of weak competitors. The overall effects of CO2 were relatively small and mainly restricted to individual species and several measured variables. Based on the present studies, most of the deleterious effects of tropospheric O3 are not diminished by a moderate increase in CO2 under low N availability, and variation exists between different species and variables. The present study indicates that the growth of several herb species decreases with increasing atmospheric O3 concentrations, and that these changes may pose a threat to the biodiversity of meadows. Ozone-induced reductions in the total community biomass production and N pool are likely to have important consequences for the nutrient cycling of the ecosystem.

Kulinaarinen kolmio analyysivälineenä

Tutkielman aiheena on ranskalaisen antropologin Claude Lévi-Straussin laajalti tunnettu malli, kulinaarinen kolmio, jonka Lévi-Strauss esitti alun perin primitiivistä mytologiaa käsittelevän tutkimusprojektinsa yhteydessä. Hänen mukaansa mallin avulla oli mahdollista esittää eräs tutkimuksen kohteena olevaa myyttiaineistoa jäsentävä syvärakenne. Myyttitutkimuksessaan Lévi-Strauss osoitti, että mallin avulla on mahdollista jäsentää ennen kaikkea erilaisia luonnon ja kulttuurin väliseen vastakkaisuuteen liittyviä ilmiöitä. Mallia on mahdollista käyttää myyttien ja niissä ilmenevän symbolisen ajattelun ohella myös konkreettisten ruokajärjestelmien analyysivälineenä. Mallia onkin sovellettu erilaisissa empiirisissä tutkimuksissa sekä määrättyihin empiirisiin ruokajärjestelmiin, että mitä erilaisimpiin kulttuurisiin ilmiöihin. Vaikka malli on ollut laajalti tunnettu ja synnyttänyt runsaasti keskustelua, ei siitä ole esitetty minkäänlaista systemaattista tulkintaa. Mallia koskeva keskustelu on ollut suurimmaksi osaksi kuvailevaa ja siihen kohdistetut kriittiset arviot ovat usein keskittyneet johonkin määrättyyn mallin aspektiin. Tutkielmani tehtävänä on täsmentää sitä, mistä mallissa on itse asiassa kyse ja millä tavalla Lévi-Strauss itse mallinsa mielsi. Tehtävä edellyttää mallin suhteuttamista sen taustalla olevaan teoreettiseen ja metodologiseen viitekehykseen. Tutkielmani ensimmäinen aineisto muodostuu Lévi-Straussin kulinaariseen kolmioon ja mallin taustalla olevaan viitekehykseen liittyvistä teksteistä. Erityisen keskeisiä lähteitä ovat artikkeli The Culinary Triangle ja myyttitutkimussarjan (Mythologiques) teokset. Tutkielman toisena tehtävänä on kartoittaa sitä, miten mallia on sovellettu erilaisissa empiirisissä tutkimuksissa ja millä tavalla nämä suhteutuvat Lévi-Straussin tapaan käyttää mallia ja hänen noudattamaansa tutkimusmetodologiaan. Keskityn kolmen mallia käyttävän tutkimuksen tarkastelemiseen ja erittelen sitä, millä tavalla ne suhteutuvat Lévi-Straussin tapaan käyttää mallia. Mallia soveltavat tutkimukset muodostavat opinnäytteeni toisen aineiston. Tutkielmani osoittaa, että malli on yleisestä luonteestaan johtuen altis erilaisille tulkinnoilla ja sovellusmahdollisuuksille. Tuon myös esille sen, millaisia reunaehtoja mallin soveltamiseen yleisesti liittyy ja millaisia seikkoja on otettava huomioon, kun mallia sovelletaan nyky-yhteiskuntiin. Vaikka mallia on mahdollista soveltaa hyvin erilaisiin ilmiöihin, ei sen avulla ole mahdollista käsitellä monia yhteiskuntatieteiden kannalta keskeisiä kysymyksiä.

Population genetics of the invasive plant species Impatiens glandulifera in Southern Finland

Biological invasions affect biodiversity worldwide, and, consequently, the invaded ecosystems may suffer from significant losses in economic and cultural values. Impatiens glandulifera Royle (Balsaminaceae) is an invasive annual herb, native to the western Himalayas and introduced into Europe in the 19th century as a garden ornamental plant. The massive invasion of I. glandulifera is due to its high reproductive output, rapid growth and its ability to outcompete native species. In Finland, the first observations regarding the presence of I. glandulifera date from the year 1947, and today it is considered a serious problem in riparian habitats. The aim of this master’s thesis research is to reveal the population genetic structure of I. glandulifera in Finland and to find out whether there have been one or multiple invasions in Finland. The study focuses on investigating the origin of I. glandulifera in Southern Finland, by comparing plant samples from the Helsinki region with those from its native region and other regions of invasion. Samples from four populations in Helsinki and from the United Kingdom, Canada, India and Pakistan were collected and genotyped using 11 microsatellite markers. The genetic analyses were evaluated using the programs Arlequin and Structure. The results of the genetic analyses suggested that I. glandulifera has been introduced to Finland more than once. Multiple introductions are supported by the higher level of genetic diversity detected within and among Finnish populations than would be expected for a single introduction. Results of the Bayesian Structure analysis divided the four Finnish populations into four clusters. This geographical structure was further supported by pairwise Fst values among populations. The causes and potential consequences of such multiple introductions of I. glandulifera in Finland and further perspectives are discussed.

Kulinaarinen kolmio analyysivälineenä

Tutkielman aiheena on ranskalaisen antropologin Claude Lévi-Straussin laajalti tunnettu malli, kulinaarinen kolmio, jonka Lévi-Strauss esitti alun perin primitiivistä mytologiaa käsittelevän tutkimusprojektinsa yhteydessä. Hänen mukaansa mallin avulla oli mahdollista esittää eräs tutkimuksen kohteena olevaa myyttiaineistoa jäsentävä syvärakenne. Myyttitutkimuksessaan Lévi-Strauss osoitti, että mallin avulla on mahdollista jäsentää ennen kaikkea erilaisia luonnon ja kulttuurin väliseen vastakkaisuuteen liittyviä ilmiöitä. Mallia on mahdollista käyttää myyttien ja niissä ilmenevän symbolisen ajattelun ohella myös konkreettisten ruokajärjestelmien analyysivälineenä. Mallia onkin sovellettu erilaisissa empiirisissä tutkimuksissa sekä määrättyihin empiirisiin ruokajärjestelmiin, että mitä erilaisimpiin kulttuurisiin ilmiöihin. Vaikka malli on ollut laajalti tunnettu ja synnyttänyt runsaasti keskustelua, ei siitä ole esitetty minkäänlaista systemaattista tulkintaa. Mallia koskeva keskustelu on ollut suurimmaksi osaksi kuvailevaa ja siihen kohdistetut kriittiset arviot ovat usein keskittyneet johonkin määrättyyn mallin aspektiin. Tutkielmani tehtävänä on täsmentää sitä, mistä mallissa on itse asiassa kyse ja millä tavalla Lévi-Strauss itse mallinsa mielsi. Tehtävä edellyttää mallin suhteuttamista sen taustalla olevaan teoreettiseen ja metodologiseen viitekehykseen. Tutkielmani ensimmäinen aineisto muodostuu Lévi-Straussin kulinaariseen kolmioon ja mallin taustalla olevaan viitekehykseen liittyvistä teksteistä. Erityisen keskeisiä lähteitä ovat artikkeli The Culinary Triangle ja myyttitutkimussarjan (Mythologiques) teokset. Tutkielman toisena tehtävänä on kartoittaa sitä, miten mallia on sovellettu erilaisissa empiirisissä tutkimuksissa ja millä tavalla nämä suhteutuvat Lévi-Straussin tapaan käyttää mallia ja hänen noudattamaansa tutkimusmetodologiaan. Keskityn kolmen mallia käyttävän tutkimuksen tarkastelemiseen ja erittelen sitä, millä tavalla ne suhteutuvat Lévi-Straussin tapaan käyttää mallia. Mallia soveltavat tutkimukset muodostavat opinnäytteeni toisen aineiston. Tutkielmani osoittaa, että malli on yleisestä luonteestaan johtuen altis erilaisille tulkinnoilla ja sovellusmahdollisuuksille. Tuon myös esille sen, millaisia reunaehtoja mallin soveltamiseen yleisesti liittyy ja millaisia seikkoja on otettava huomioon, kun mallia sovelletaan nyky-yhteiskuntiin. Vaikka mallia on mahdollista soveltaa hyvin erilaisiin ilmiöihin, ei sen avulla ole mahdollista käsitellä monia yhteiskuntatieteiden kannalta keskeisiä kysymyksiä.