Macroalgal Defenses Against Herbivory: Causes and Consequences of Intraspecific Variation

In marine benthic communities, herbivores consume a considerable proportion of primary producer biomass and, thus, generate selection for the evolution of resistance traits. According to the theory of plant defenses, resistance traits are costly to produce and, consequently, inducible resistance traits are adaptive in conditions of variable herbivory, while in conditions of constant/strong herbivory constitutive resistance traits are selected for. The evolution of resistance plasticity may be constrained by the costs of resistance or lack of genetic variation in resistance. Furthermore, resource allocation to induced resistance may be affected by higher trophic levels preying on herbivores. I studied the resistance to herbivory of a foundation species, the brown alga Fucus vesiculosus. By using factorial field experiments, I explored the effects of herbivores and fish predators on growth and resistance of the alga in two seasons. I explored genetic variation in and allocation costs of resistance traits as well as their chemical basis and their effects on herbivore performance. Using a field experiment I tested if induced resistance spreads via water-borne cues from one individual to another in relevant ecological conditions. I found that in the northern Baltic Sea F. vesiculosus communities, strength of three trophic interactions strongly vary among seasons. The highly synchronized summer reproduction of herbivores promoted their escape from the top-down control of fish predators in autumn. This resulted into large grazing losses in algal stands. In spring, herbivore densities were low and regulated by fish, which, thus,enhanced algal growth. The resistance of algae to herbivory increased with an increase in constitutive phlorotannin content. Furthermore, individuals adopted induced resistance when grazed and when exposed to water-borne cues originating from grazing of conspecific algae both in the laboratory and in field conditions. Induced resistance was adopted to a lesser extent in the presence of fish predators. The results in this thesis indicate that inducible resistance in F. vesiculosus is an adaptation to varying herbivory in the northern Baltic Sea. The costs of resistance and strong seasonality of herbivory have likely contributed to the evolution of this defense strategy. My findings also show that fish predators have positive cascading effects on F. vesiculosus which arise via reduced herbivory but possibly also through reduced resource allocation to resistance. I further found evidence that the spread of resistance via water-borne cues also occurs in ecologically realistic conditions in natural marine sublittoral. Thus, water-borne induction may enable macroalgae to cope with the strong grazing pressure characteristic of marine benthic communities. The results presented here show that seasonality can have pronounced effects on the biotic interactions in marine benthic communities and thereafter influence the evolution of resistance traits in primary producers.

Motiivit ruokavalintojen taustalla: suomalaisten pikaruoan kuluttajien ruoanvalintamotiivit ja mielenkiinto runsaskuituista hampurilaissämpylää kohtaan

Ruokavalinnat ovat monimutkaisia päätöksiä, joihin vaikuttavat fysiologiset, psykologiset sekä ympäristö- ja tilannesidonnaiset tekijät. Terveellisyystrendi on näkynyt ruokavalinnoissa jo monta vuotta. Siitä huolimatta suomalaisten ruokavalio sisältää liian vähän ravintokuitua. Kirjallisuusosan tavoitteena oli selvittää, mitkä motiivit vaikuttavat kuluttajien ruokavalintoihin, mitä terveysvaikutuksia ravintokuidulla on ja mikä saa aikaan täysjyväleivälle tyypilliset aistittavat ominaisuudet. Kokeellisessa osassa tavoitteena oli tarkastella internetkyselyn avulla pikaruoan kuluttajien ruokaan liittyviä asenteita ja motiiveja sekä tutkia niiden yhteyttä hampurilaissämpylöiden miellyttävyysarvioihin aistinvaraisessa kuluttajatestissä. Ruoanvalintamotiivit voidaan jaotella elintarvikkeen ominaisuuksiin, yksilön ominaisuuksiin ja sosiokulttuuriseen ympäristöön liittyviin motiiveihin. Kuluttajille tärkeimpiä motiiveja ovat aistinvarainen miellyttävyys, hinta, terveellisyys, kätevyys sekä läheisten ihmisten mieltymykset. Ravintokuidun runsas saanti mahdollisesti ehkäisee lihavuutta ja tyypin 2 diabetesta sekä auttaa eräiden ruoansulatuskanavan sairauksien hoidossa. Täysjyväleivän sisältämät viljanjyvän kuoren ja alkion yhdisteet saavat aikaan leivän tiiviin rakenteen, tumman värin ja voimakkaan, karvaan ja viljaisen maun. Internetkyselyyn vastasi 1169 11‒75-vuotiasta Hesburgerin bonusklubin jäsentä (naisia 70 %, miehiä 30 %). Aistinvaraiseen kuluttajatestiin osallistui 71 13‒67-vuotiasta henkilöä (naisia 63 %, miehiä 37 %), joista 59 oli vastannut myös internetkyselyyn. Aistinvaraisessa testissä arvioitiin neljää hampurilaissämpylää, joista yksi oli tuotekehitysasteella oleva runsaskuituinen sämpylä. Internetkyselyssä tärkeimmiksi pikaruoan valintamotiiveiksi osoittautuivat ruoan maku, hinta ja nälkäisyys. Aistinvaraisessa testissä runsaskuituinen sämpylä jakoi arvioijien mielipiteet, mutta enemmistö arvioi voivansa valita sen hampurilaiseen. Runsaskuituinen sämpylä miellytti eniten internetkyselyssä runsaskuituisiin tuotteisiin positiivisesti suhtautuneita arvioijia. Tutkimuksen perusteella pikaruoan kuluttajien keskuudessa on ihmisiä, joille terveellisyys on merkittävä ruoanvalintamotiivi. Pikaruokayritysten haasteena on tunnistaa tämä kuluttajaryhmä ja kehittää sille kohdennettuja tuotteita, joissa yhdistyvät terveellisyys, aistinvarainen miellyttävyys ja kohtuullinen hinta.

Ellagitanniinien rakenteiden kolmiulotteinen karakterisointi

Tämän tutkielman tarkoituksena on käydä läpi ellagitanniinien kolmiulotteisuutta: rakenteiden monimuotoisuutta, kolmiulotteisuuden käsitteitä sekä minkälaisin analyyttisin menetelmin niitä voidaan tutkia. Lisäksi tutkielman kokeellisessa osassa eristettiin ja puhdistettiin polyfenolisia yhdisteitä suomalaisista kasveista sekä määritettiin niiden rakenteet mahdollisimman tarkasti LC–MS-, NMR- ja CD-menetelmillä. Karakterisoidut 22 rakennetta kuuluvat ellagitanniineihin, flavonoideihin tai fenolisiin happoihin, tarkemmin kahvihappojohdannaisiin. Ellagitanniinit ovat rakentuneet keskusyksikön, useimmiten glukopyranoosin, ympärille siten että siihen on liittynyt galloyyliryhmiä, joista ainakin kaksi on sitoutunut toisiinsa hiili–hiili -sidoksen välityksellä: muodostunutta ryhmää kutsutaan heksahydroksidifenoyyliryhmäksi eli HHDP-ryhmäksi. Tähän päivään mennessä on pystytty karakterisoimaan jopa yli 5000 ellagitanniinimolekyylin rakenteet. Niiden runsaslukuinen määrä johtuu mm. niihin liittyneistä erilaisista ryhmistä (kuten galloyyliryhmistä), erilaisista keskusyksiköistä (esim. avoketjuinen vs. rengasrakenteinen glukoosi) sekä niiden ominaisuudesta muodostaa oligomeerisiä rakenteita. Ellagitanniinirakenteiden stereokemiaa voidaan tarkastella mm. näiden tekijöiden kautta. UV- ja massaspektrometrian avulla rakenteet voidaan karakterisoida melko tarkasti, mutta esimerkiksi konfiguraatioiden ja mahdollisten substituenttien paikkojen määrittämiseen käytetään NMR-spektroskopiaa, joka antaa tietoa myös yhdisteen kolmiulotteisesta rakenteesta. Lisäksi yhdisteiden tarkemman rakenteen eli absoluuttisen konfiguraation tarkastelemiseen käytettiin CD-spektroskopiaa. Haasteita polyfenolien tutkimukseen tuovat mm. vain milligrammatasolla kasvista saatavat puhtaat yhdisteet sekä oligomeeriset rakenteet. Tämä lopputyö osoitti, että fenolisten yhdisteiden kokonaisvaltainen karakterisointi on hyvin aikaa vievää ja monimutkaista: täydelliseen lopputulokseen pääsemiseen tarvitaan hyvin monia eri vaiheita kasviuutosta lähtien geelikromatografiseen ja nestekromatografiseen puhdistukseen, sekä useisiin eri rakenneanalytiikan menetelmiin. Kuitenkaan yksinään mikään käytetyistä analyyttisista menetelmistä, kuten LC, MS tai NMR, ei anna tarpeeksi tarkkaa tietoa yhdisteiden rakenteista. Jotta päästäisiin mahdollisimman tarkkojen, jopa absoluuttisten, rakenteiden määrittämiseen, on käytettävä niitä kaikkia yhdessä.

Suomalaisten marjojen fenoliyhdisteet ja niiden stabiilisuus prosessoinnin ja säilytyksen aikana

Suomalaiset marjat sisältävät huomattavia määriä erilaisia fenoliyhdisteitä ja ne ovat siksi erinomaisia fenoliyhdisteiden lähteitä moniin muihin elintarvikkeisiin verrattuna. Fenoliyhdisteet ovat kasveissa syntyviä aineenvaihduntatuotteita, joilla on todettu olevan terveyden kannalta positiivia vaikutuksia. Ne antavat kasvikunnan tuotteille niiden tunnusomaisen värin sekä toimivat suoja-aineina taudinaiheuttajia vastaan. Erityisesti elintarvike-, lääke- ja kosmetiikkateollisuus jalostavat marjoja erilaisiksi lopputuotteiksi. Fenoliyhdisteet tuovat näihin tuotteisiin hyödyllisiä terveysvaikutuksia ja ne voivat toimia niissä myös väripigmentteinä. Fenoliyhdisteet ovat kuitenkin suhteellisen epästabiileja yhdisteitä. On havaittu, että prosessointi- ja säilytystavat vaikuttavat huomattavasti niiden stabiilisuuteen ja hajoamiseen. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää fenoliyhdisteiden stabiilisuuteen vaikuttavia tekijöitä prosessoinnin ja säilytyksen aikana kirjallisuuden pohjalta. Tämän työn tulosten perusteella marjojen prosessointi kannattaa suorittaa mahdollisimman lyhyessä ajassa matalissa lämpötiloissa, sillä monet fenoliyhdisteistä eivät ole pitkään lämpöstabiileja. Säilytys kannattaa tehdä myös matalissa lämpötiloissa; pitkänä säilytysaikana pakastettuna. Korkea pH vaikuttaa usean fenoliyhdisteen hajoamiseen ja se saattaa aiheuttaa tuotteissa värinmuutoksia. Valo, hapen läsnäolo sekä erilaiset muut yhdisteet voivat vaikuttaa heikentävästi fenoliyhdisteiden stabiilisuuteen sekä prosessoinnin että säilytyksen aikana. Fenoliyhdisteiden stabiilisuus on hyvin rakennekohtaista ja siksi prosessoinnin ja säilytyksen tarkkojen vaikutusten yleistäminen kaikkiin fenoliyhdisteisiin on vaikeaa.