Plant-Herbivore Interaction in a Fragmented Landscape: Local Adaptation and Inbreeding

Reciprocal selection between interacting species is a major driver of biodiversity at both the genetic and the species level. This reciprocal selection, or coevolution, has led to the diversification of two highly diverse and abundant groups of organisms, flowering plants and their insect herbivores. In heterogeneous environments, the outcome of coevolved species interactions is influenced by the surrounding community and/or the abiotic environment. The process of adaptation allows species to adapt to their local conditions and to local populations of interacting species. However, adaptation can be disrupted or slowed down by an absence of genetic variation or by increased inbreeding, together with the following inbreeding depression, both of which are common in small and isolated populations that occur in fragmented environments. I studied the interaction between a long-lived plant Vincetoxicum hirundinaria and its specialist herbivore Abrostola asclepiadis in the southwestern archipelago of Finland. I focused on mutual local adaptation of plants and herbivores, which is a demonstration of reciprocal selection between species, a prerequisite for coevolution. I then proceeded to investigate the processes that could potentially hamper local adaptation, or species interaction in general, when the population size is small. I did this by examining how inbreeding of both plants and herbivores affects traits that are important for interaction, as well as among-population variation in the effects of inbreeding. In addition to bi-parental inbreeding, in plants inbreeding can arise from self-fertilization which has important implications for mating system evolution. I found that local adaptation of the plant to its herbivores varied among populations. Local adaptation of the herbivore varied among populations and years, being weaker in populations that were most connected. Inbreeding caused inbreeding depression in both plants and herbivores. In some populations inbreeding depression in herbivore biomass was stronger in herbivores feeding on inbred plants than in those feeding on outbred ones. For plants it was the other way around: inbreeding depression in anti-herbivore resistance decreased when the herbivores were inbred. Underlying some of the among-population variation in the effects of inbreeding is variation in plant phenolic compounds. However, variation in the modification of phenolic compounds in the digestive tract of the herbivore did not explain the inbreeding depression in herbivore biomass. Finally, adult herbivores had a preference for outbred host plants for egg deposition, and herbivore inbreeding had a positive effect on egg survival when the eggs were exposed to predators and parasitoids. These results suggest that plants and herbivores indeed exert reciprocal selection, as demonstrated by the significant local adaptation of V. hirundinaria and A. asclepiadis to one another. The most significant cause of disruption of the local adaptation of herbivore populations was population connectivity, and thus probably gene flow. In plants local adaptation tended to increase with increasing genetic variation. Whether or not inbreeding depression occurred varied according to the life-history stage of the herbivore and/or the plant trait in question. In addition, the effects of inbreeding strongly depended on the population. Taken together, inbreeding modified plant-herbivore interactions at several different levels, and can thus affect the strength of reciprocal selection between species. Thus inbreeding has the potential to affect the outcome of coevolution.

Application of RNAi to silence tartrate-resistant acid phosphatase: unexpected effects on the monocyte-macrophage lineage

Tartraatti-resistentin happaman fosfataasin hiljentäminen RNAi menetelmällä: odottamaton vaikutus monosyytti-makrofagi linjan soluissa RNA interferenssi (RNAi) eli RNA:n hiljentyminen löydettiin ensimmäisenä kasveissa, ja 2000-luvulla RNAi menetelmä on otettu käyttöön myös nisäkässoluissa. RNAi on mekanismi, jossa lyhyet kaksi juosteiset RNA molekyylit eli siRNA:t sitoutuvat proteiinikompleksiin ja sitoutuvat komplementaarisesti proteiinia koodaavaan lähetti RNA:han katalysoiden lähetti RNA:n hajoamisen. Tällöin RNA:n koodaamaa proteiinia ei solussa tuoteta. Tässä työssä on RNA interferenssi menetelmän avuksi kehitetty uusi siRNA molekyylien suunnittelualgoritmi siRNA_profile, joka etsii lähetti RNA:sta geenin hiljentämiseen sopivia kohdealueita. Optimaalisesti suunnitellulla siRNA molekyylillä voi olla mahdollista saavuttaa pitkäaikainen geenin hiljeneminen ja spesifinen kohdeproteiinin määrän aleneminen solussa. Erilaiset kemialliset modifikaatiot, mm. 2´-Fluoro-modifikaatio, siRNA molekyylin riboosirenkaassa lisäsivät siRNA molekyylin stabiilisuutta veren plasmassa sekä siRNA molekyylin tehokkuutta. Nämä ovat tärkeitä siRNA molekyylien ominaisuuksia kun RNAi menetelmää sovelletaan lääketieteellisiin tarkoituksiin. Tartraatti-resistentti hapan fosfataasi (TRACP) on entsyymi, joka esiintyy luunsyöjäsoluissa eli osteoklasteissa, antigeenejä esittelevissä dendiriittisissä soluissa sekä eri kudosten makrofageissa, jotka ovat syöjäsoluja. TRACP entsyymin biologista tehtävää ei ole saatu selville, mutta oletetaan että TRACP entsyymin kyvyllä tuottaa reaktiivisia happiradikaaleja on tehtävä sekä luuta hajoittavissa osteoklasteissa sekä antigeenia esittelevissä dendriittisissä soluissa. Makrofageilla, jotka yliekpressoivat TRACP entsyymiä, on myös solunsisäinen reaktiivisten happiradikaalien tuotanto sekä bakteerin tappokyky lisääntynyt. TRACP-geenin hiljentämiseen tarkoitetut spesifiset DNA ja siRNA molekyylit aiheuttivat monosyytti-makrofagilinjan soluviljelymallissa TRACP entsyymin tuoton lisääntymistä odotusten vastaisesti. DNA ja RNA molekyylien vaikutusta TRACP entsyymin tuoton lisääntymiseen tutkittiin myös Tolllike reseptori 9 (TLR9) poistogeenisestä hiirestä eristetyissä monosyyttimakrofaagisoluissa. TRACP entsyymin tuoton lisääntyminen todettiin sekvenssistä ja TLR9:stä riippumattomaksi vasteeksi solun ulkopuolisia DNA ja RNA molekyylejä vastaan. Havainto TRACP entsyymin tuoton lisääntymisestä viittaa siihen, että TRACP entsyymillä on tehtävä solun immuunipuolustusjärjestelmässä.

Pienten biopolttoainevoimalaitosten markkinaselvitys

Tässä diplomityössä kartoitetaan pienten kiinteää biopolttoainetta käyttävien yhteistuotantolaitosten kilpailukykyä kuuden Euroopan maan osalta. Potentiaalisimmiksi arvioidut maat, Alankomaat, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Puola ja Tanska, valittiin aiemmin tehtyjen markkinaselvitysten perusteella. Työ sisältää kootut katsaukset näiden maiden energiamarkkinoihin, energiapolitiikan suuntaviivoihin sekä kussakin maassa käytössä oleviin bioenergian käytön edistämiseen tähtääviin tuki- ja ohjausmuotoihin. Työn yhtenä tavoitteena oli selvittää paljonko kiinteää biopolttoainetta käyttävä 3,5MWth/1MWe -kokoluokan sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitos saa asiakkaalle maksaa, kun tarkasteltavan maan energiamarkkinoiden ja asiakkaan energiantarpeen asettamat reunaehdot huomioidaan. Investoinnin kannattavuusrajaa selvitettiin yksinkertaisen takaisinmaksuaikaan perustuvan vertailumallin avulla, jossa asiakkaan energianhankintavaihtoehtona voimalaitoshankinnan lisäksi oli hake- tai maakaasulämpölaitoksen hankinta ja ostosähkö. Selvityksen perusteella otollisimmat markkinat tarkastellulle voimalaitokselle näyttäisivät olevan Itävallassa, Italiassa ja Tanskassa. Pienen kiinteän biopolttoaineen yhteistuotantolaitoksen kannattava maksimi-investointikustannus oli näissä maissa mm. kalliista markkinasähköstä johtuen tasolla, johon jo nykyisillä voimalaitosten rakentamiskustannuksilla on mahdollista päästä. Lisäksi näissä maissa kannustettiin viranomaistoimenpitein kiinteän biopolttoaineen ja yhteistuotannon käyttöön ja energiapolitiikan tavoitteeksi oli asetettu tuotannon merkittävä lisääminen tulevaisuudessa.

Konekohtaiset kunnossapidon kustannukset ohutlevy-yrityksessä

Diplomityön tavoitteena on laskea kohdeyrityksen tehtaan koneiden kunnossapidosta aiheutuvat kustannukset. Koneiden kunnossapidon kustannusten laskemisen lisäksi työn aikana laaditaan kunnossapidon kustannusten kuukausittainen raportti sekä tehdään kunnossapitoa helpottava ohjelma. Kunnossapidon kustannukset jaotellaan kahteen osaan, jotka ovat välittömät ja välilliset kustannukset. Työn teoriaosassa käydään läpi kustannuslaskentaa, kunnossapidon teoriaa sekä kapasiteetin riittävyyttä. Empiriaosassa esitellään kohdeyritys ja kunnossapidon nykytila. Tämän jälkeen käydään läpi koneiden kunnossapidon kustannusten laskentamalli ja kunnossapitojärjestelmä. Esittelyjen jälkeen analysoidaan työn tuloksia ja ehdotetaan muutamia kehitysvaihtoehtoja. Diplomityön tuloksista on huomattavissa, että kohdeyrityksen tehtaan koneiden kunnossapidon kustannukset ovat pääasiassa välittömiä kustannuksia. Koneiden kunnossapidon kustannusten selvittäminen toi esille kustannusten vaikutuksen eri tuotteisiin, niiden omakustannusarvoihin ja katteisiin. Joidenkin tuotteiden katteet muuttuivat jopa negatiivisiksi. Vaikka kunnossapidon konekohtaiset kustannukset saadaan pysymään samana, kehittämällä tuotantoa voidaan vähentää merkittävästi tuotekohtaisia kunnossapidon kustannuksia.

Seksuaalisuuden mysteerien äärellä

Kirjallisuusarvostelu

Biovoimalaitoksen energiatehokkuuden parantaminen ja osakuorma-ajon optimointi

Energiatehokkuus on nykyaikana yksi tärkeimmistä energiataloudellisista tekijöistä voimalaitosten sähköntuotannossa. Varsinkin yhteistuotantolaitoksissa joissa sähkö on lämpöenergian lisänä saatava sivutuote, sähkön tuotannon optimointi voi merkitä laitostalouden ja yrityksen kannalta huomattavia lisätuloja tai -säästöjä. Kaukaan Voima Oy:n biovoimalaitos on vuonna 2009 kaupalliseen käyttöön valmistunut moderni yhteistuotantolaitos, joka sijaitsee Lappeenrannassa UPM Kaukas sellutehtaan tehdasalueella. Voimalaitos tuottaa kaukolämpöä ja sähköä Lappeenrannan kaupungille sekä prosessihöyryä ja sähköä UPM Kaukaan tehtaille. Tämän työn tavoitteena on tarkastella biovoimalaitoksen omakäyttösähkön kulutusta kuukausitasolla verrattuna laitoksella tuotettavan höyryn määrään sekä etsiä voimalaitokselta kohteita, joiden omakäyttösähkön kulutusta voidaan vähentää vaikuttamatta höyryntuotantoon ja näin parantaa laitoksen energiatehokkuutta ja hyötysuhdetta. Työ rajataan käsittelemään voimalaitoksen apulaitteiden ja -järjestelmien omakäyttösähkön kulutusta. Työssä tarkastellaan vuodenaikojen vaihtelun ja kaukolämmön sekä prosessihöyryn tarpeen muutoksen vaikutusta voimalaitoksen ajomalliin sekä höyryntuotannon ja omakäyttösähkön kulutuksen suhteisiin. Työssä esiin nousseiden kohteiden potentiaaliset sähköenergian säästöt ovat noin 2500 MWh vuodessa joka tarkoittaa keskimäärin 3,7 % vähennystä voimalaitoksen kuukausittaiseen omakäyttösähkön kulutukseen. Kohteet eivät käytännössä vaadi minkaanlaista investointirahaa, vaan uusia ajojärjestelyitä. Keskeisimmiksi säästökohteiksi valikoitui laitoksen pumppausjärjestelmien paineenalennukset.