Molecular phylogeny of Archaea in boreal forest soil, freshwater and temperate estuarine sediment

Suurin osa luonnossa havaitsemistamme mikrobeista on sellaisia, joita emme edelleenkään osaa kasvattaa laboratorio-oloissa, vaikka tietomme mikrobien monimuotoisuudesta paranevat koko ajan. Luonnontilaisen mikrobieliöstön kokoonpano eri ympäristöissä on paljolti epäselvä ja ymmärrämme vielä hyvin puutteellisesti mikrobien ekologiaa ja niiden rooleja eliöyhteisöissä. Nykyaikaiset molekulaariset tutkimusmenetelmät auttavat selvittämään mikrobien monimuotoisuutta kokonaisvaltaisesti ja nopeasti. Ympäristöstä kemiallisesti puhdistetut ribosomaalista RNA:ta koodaavat geenit edustavat periaatteessa kaikkia eliöyhteisön geneettisesti toisistaan poikkeavia eliöitä. Niistä voidaan valikoida halutut genomit jatkotutkimuksia varten. Uusien menetelmien käyttö on tuonut esiin sen merkittävän seikan, että "tavanomaisten" elinympäristöjen eliöyhteisöihin kuuluu suuri joukko entuudestaan tuntemattomia arkkieliöitä. Aiemmin kuviteltiin, että arkkieliöt asuttavat vain sellaisia "epätavallisia" tai "äärimmäisiä" elinympäristöjä, joita luonnehtii joku seuraavista ominaisuuksista: hyvin korkea lämpötila, korkea suolapitoisuus, korkea happamuus tai emäksisyys, hapettomuus. Tutkijat ovat viimeisen noin kymmenen vuoden aikana osoittaneet, että arkkieliöt asuttavat hyvin monenlaisia kylmän ja lauhkean vyöhykkeen ympäristöjä, yhtä hyvin maaperää kuin suolaisen ja makean veden pohjaa tai pintakerroksia. Nämä löydöt ovat avanneet uuden alun arkkieliöiden tutkimukselle, erityisesti sen selvittämiselle, mitkä ovat niiden fysiologiset ja ekologiset roolit monimuotoisissa mikrobiyhteisöissä. Tämä väitöskirja kuvaa entuudestaan tuntemattomien arkkieliöiden löytymistä havumetsävyöhykkeen metsämaasta. Arkkieliöitä löytyi myös lauhkean vyöhykkeen vuorovesialueelta, murtoveden huuhtelemasta pohjasta. Nämä löydöt ovat perustavalaatuisia vuorovesialueen eliöyhteisöjen ymmärtämiseksi. Suomalaisen metsäjärven vedestä määritettiin molempien arkkieliöiden pääryhmien - tieteellisiltä nimiltään Crenarchaeota ja Euryarchaeota - edustajia. Euryarchaeota-ryhmän edustajia voitiin havainnoida myös fluoresenssi-mikroskopoinnilla. Löydöt viittaavat siihen, että arkkieliöillä on oma biogeokemiallinen roolinsa makeanveden ravintoketjujen hiilen käytössä. Tässä työssä määritetyt uudet arkkieliöiden genomien nukleotidisekvenssit on toimitettu ARB-tietokantaan, jonka kasvava vertailuaineisto edelleen parantaa uusien arkkieliösekvenssien analyysiä ja auttaa hybridisaatiokoetinten ja polymeraasiketjureaktioalukkeiden suunnittelussa ja arvioinnissa. Tässä väitöskirjassa esitellyt tulokset yhdessä lukuisien vesi-, maaperä- ja muiden ympäristöjen arkkieliöitä käsittelevien julkaisujen kanssa osoittavat, että arkkieliöt asuttavat monia erilaisia elinympäristöjä ja että ne ovat ekologisesti paljon menestyneempiä, kuin tieteenalalla on kuviteltu. Voimme olettaa, että heti kun joitain näistä eliöistä onnistutaan kasvattamaan ja ylläpitämään laboratorio-oloissa, niiden joukosta löydetään aivan uusia, entuudestaan tuntemattomia fysiologisia fenotyyppejä, jotka avaavat mielenkiintoisia näkymiä aineenvaihdunnan ja perinnöllisten ominaisuuksien tutkimukselle.

Studies on diamond-like carbon and novel diamond-like carbon polymer hybrid coatings deposited with filtered pulsed arc discharge method

The main obstacle for the application of high quality diamond-like carbon (DLC) coatings has been the lack of adhesion to the substrate as the coating thickness is increased. The aim of this study was to improve the filtered pulsed arc discharge (FPAD) method. With this method it is possible to achieve high DLC coating thicknesses necessary for practical applications. The energy of the carbon ions was measured with an optoelectronic time-of-flight method. An in situ cathode polishing system used for stabilizing the process yield and the carbon ion energies is presented. Simultaneously the quality of the coatings can be controlled. To optimise the quality of the deposition process a simple, fast and inexpensive method using silicon wafers as test substrates was developed. This method was used for evaluating the suitability of a simplified arc-discharge set-up for the deposition of the adhesion layer of DLC coatings. A whole new group of materials discovered by our research group, the diamond-like carbon polymer hybrid (DLC-p-h) coatings, is also presented. The parent polymers used in these novel coatings were polydimethylsiloxane (PDMS) and polytetrafluoroethylene (PTFE). The energy of the plasma ions was found to increase when the anode-cathode distance and the arc voltage were increased. A constant deposition rate for continuous coating runs was obtained with an in situ cathode polishing system. The novel DLC-p-h coatings were found to be water and oil repellent and harder than any polymers. The lowest sliding angle ever measured from a solid surface, 0.15 ± 0.03°, was measured on a DLC-PDMS-h coating. In the FPAD system carbon ions can be accelerated to high energies (≈ 1 keV) necessary for the optimal adhesion (the substrate is broken in the adhesion and quality test) of ultra thick (up to 200 µm) DLC coatings by increasing the anode-cathode distance and using high voltages (up to 4 kV). An excellent adhesion can also be obtained with the simplified arc-discharge device. To maintain high process yield (5µm/h over a surface area of 150 cm2) and to stabilize the carbon ion energies and the high quality (sp3 fraction up to 85%) of the resulting coating, an in situ cathode polishing system must be used. DLC-PDMS-h coating is the superior candidate coating material for anti-soiling applications where also hardness is required.

Ice reduction of winter discharge by watershed models

Yhteenveto: Talvivirtaamien redukointi vesistömallien avulla