keskiviikko 31. lokakuuta 2018

Variation in biomass and soil carbon stocks across Pääjärvi catchment area – a landscape ecology and GIS approach


Pääjärvi catchment and biomass
sample points
My professional duties and my MSc and PhD topics are all related to forest ecosystems, especially to forest ecology, forest monitoring and GIS as well. The title of my MSc Thesis was: “Variation in biomass and soil carbon stocks across Pääjärvi catchment area – a landscape ecology and GIS approach„ in which I studied the previously done “Processes controlling dissolved organic carbon fluxes in boreal catchments (PRO-DOC)” project in Lammi, and collected forest site attribute data about the area and made my research with new approach.
Pääjärvi catchment and biomass map
created with GIS

I used measured and online data as well meanwhile I created my own GIS maps connected to landscape ecological approach. I picked the most important landscape factors (elevation, slope, aspect, bedrock, soil, site type) and tested their correlation to each other and forest biomass and soil carbon stocks. As results I got that forest ecosystems are very complicated, each factor has impact on every other, but only site type had stronger relations to every factor, especially to tree and soil carbon stocks. Therefore, I felt that we need to study an area for longer period to be able to say precisely what happens in the landscape.



Effects of snow and wind breaks in Bukk mountains from July
 2017 using high-resolution Sentinel NDVI images.
For this reason, we need to develop monitoring systems, this is connected to my PhD topic: “Usage of time-series of satellite images in Hungarian Forest Monitoring”. By the usage of modern technologies, we can monitor constantly the changes of Earth’s state with satellite based remote sensing. Due to the high importance of forest monitoring on vast areas (2 million hectares in Hungary), the satellite technologies became real supporters or alternatives of ground-based monitoring systems by providing data regularly, geographically explicitly and freely. Good example of these in Hungary the Remote-sensing based Forest Health Monitoring System (shortly ‘TEMRE’ in Hungarian; URL: ) of Hungarian Forest Research Institute, which complements well the ground-based monitoring system running by the Institute and the NFCSO. Forestry Department for decades.

In TEMRE the downloading, filtering and presentation of freely available, moderate resolution satellite images happens automatically by algorithms. On the forest maps updated in every 16 days during the vegetation season, it is possible to monitor the photosynthetic activity and health of forests on the website (see NDVI image above). With this system we managed to show the effects of forest damages: ice-breaks, insect gradations, we created supplementary layers in the system such as tree species (oak, beech, spruce, etc.) and site conditions (soil, hydrology, aspect, slope, etc.) to visualize the attributes of the affected area.

In favor of optimization of developments, we endeavor to establish international connections with Finnish, Swedish, American, Canadian or Russian experts where forest areas are even bigger than in Hungary, and satellite-based monitoring is even more suggested.


Tamás Molnár is a research fellow of Hungarian Forest Research Institute and PhD student at the University of Sopron and a 2016 LBAYS grant recipient

perjantai 1. kesäkuuta 2018

Ympäristölounas: Kestävä ruoka = hyvinvointia, kiertotaloutta ja vastuullisuutta


”Kaikki mikä voi mennä pieleen menee pieleen”, totesi Sirpa Pietikäinen avauspuheenvuorossaan. Aiheena on kestävä ruoka. Pietikäinen sanoo, että ongelmat ovat rakenteelliset, eri alojen intressit menevät ristiin, ja näin ollen kestävää ruokaa on hankalempi tuottaa. Minun näkökulmastani ei vaikuta lupaavalta se, että asiat menevät pieleen jo nyt. Minun pitäisi asua täällä vielä tulevaisuudessa seurausten kanssa. Pietikäinen vannoi kolmen kohdan nimeen, ”laatua, luomua, läheltä”, maalaillessaan näkemystään kestävyydestä ruoan yhteydessä. Samalla hän korosti yksittäisen kansalaisen tekemiä valintoja ja niiden vaikutuksia ja vastuullisuutta.

Toivoa antoi Päivi Rönnin puheenvuoro, jossa hän kertoi hämäläisen ruoantuottajan vaikutuksista ympäristöön ja koko maapalloon. Rönni kyseenalaisti EU:n ratkaisuja ja totesi, että EU:n päättämällä linjalla on isot vaikutukset vähintään Euroopan alueen kestävään maatalouteen ja ruokaturvaan. EU:n päätöksenteossa on monta sorvaajaa, ja voi olla, että taloudellinen näkökulma ruokapolitiikassa ajaa ohitse käytännöllisen tai kestävän katsontatavan. Rönni esitti pari tulevaisuuden skenaariota siitä, mihin suuntaan suomalainen maatalous saattaisi mennä. Yksi suunta voisi olla, että tulevaisuudessa Suomessa pelloilla ei tuoteta enää ruokaa vaan energiaa, esimerkiksi biopolttoaineisiin käytettävää materiaalia. Tämänhetkinen taloudellinen tilanne huolestuttaa viljelijää, ja Rönni toi sen esiin sekä totesi lisäksi, että alkutuotannon rapautumisella on vaikutuksia koko yhteiskuntaan. Kuvittele Suomi ilman alkutuotantoa. Minä en pysty. Vaikutukset maisemaan olisivat näkyvillä nopeasti, mutta millaiset vaikutukset sillä olisi talouteen ja ruokailutottumuksiin, kun ruoka jouduttaisiin tuomaan muualta.

Kiinnitätkö huomiotasi omien kulutustottumuksiesi sivuvirtoihin? Onko kulutettavien hyödykkeiden elinkaari mietitty tarkasti alusta loppuun? Näitä ajatuksia tuli mieleeni, kun Luken professori Sirpa Kurppa kertoi lineaaritalouden ongelmista, Suomen maaperästä ja sen kunnosta sekä tulevaisuuteen katsovista ravitsemussuosituksista. Tällä hetkellä EU-tasolla käytävään keskusteluun hiilensidonnasta toi Kurppa positiivisia uutisia, koska ruoantuotannolla voidaan jopa parantaa hiilen kiertoa. Kurppa kannatti vahvempaa ohjausta kohti kiertotaloutta, jotta päästäisiin eroon hukkaan menevistä sivuvirroista, joita tällä hetkellä lineaaritaloudessa syntyy. Sivuvirroista aiheutuu ylimääräisiä tappioita ja ravinneköyhtymistä pelloilla, mitkä olisivat vähennettävissä kiertotaloudella. Päätöksenteko ja nykyiset järjestelmät saivat myös pientä noottia Kurpalta. Hän totesi, että bio- ja kiertotalouteen liittyvät ristikkäin menevät. 

Heinäsirkoissa voi olla ratkaisu ruokapulmaan, uskoo EntoCuben toimitusjohtaja Perttu Karjalainen. Hän valisti yleisöä käytännön hyönteistuotannosta ja hyönteisien käytöstä ravinnoksi. "Sirkoista on haastajaksi tavalliselle lihantuotannolle, kaiken lisäksi se on kannattavaa", Karjalainen vakuutti. Suomella on hyvä asema Euroopassa lähteä kehittämään hyönteistentuotantoa, koska lainsäädäntö antaa myöden ja markkinoita löytyy. Puhetta oli myös kasvatettujen sirkkojen hyvinvoinnista, ja siitä mitä sen pitäisi pitää sisällään. Ilmaan lensi myös ajatus sirkkojen kantakirjasta, joka oli aluksi mielestäni melko hassu idea. Toisaalta hetken mietittyä on kantakirjassa sellaisia hyviä puolia kuin sirkkapopulaatioiden monimuotoisuuden säilyttäminen, joka omalta osaltaan lisää ekologisuutta sekä ekosysteemien säilymistä toimivina.

Jos kaikki on menossa pieleen, on toimiin ryhdyttävä ja päästävä kohti fossiilitalouden jälkeistä aikaa, jotta luonnon monimuotoisuus säilyisi, ja kaikille varmistettaisiin ruoka sekä turvallinen elinympäristö. Ihminen on riippuvainen luonnon tuottamista ekosysteemipalveluista. Kiinnittämällä huomiota niiden palautuvuuteen voidaan jatkossa turvata ihmisten hyvinvointia. Se mitä tuli opittua on, että suuria päätöksiä tarvitaan, ja pienet valinnat johtavat suuriin valintoihin, esimerkiksi ruokakaupassa. Koska syömme päivittäin ja ilman ruokaa ei voi kukaan elää, voidaan pienten valintojen tekeminen aloittaa vaikka lautaselta. Kestävästi tuotettu ruoka on mielestäni kotimaista, koska sen tuotantoketjua ja vastuullisuutta on valvottu alusta loppuun. Se tuo myös hyvinvointia, sekä tuottajalle tuotantoketjuineen, että kuluttajalle. Ajattelen, että kiertotalouden hyödyt todetaan pian, joten sekään ei häämöttäisi enää kaukana tulevaisuudessa. Nautitaan kestävästä ruoasta, nautitaan huomisesta! 

Kaisa Hämäläinen, Lahden yhteiskoulun lukion yhteiskunta- ja talouslinja



tiistai 28. marraskuuta 2017

Kestävää kalastusta!

Vanajanselkä on antanut aina paljon kalaa ja Tyrväntö tunnettiin jo ammoin varsinaisena kalastuspitäjänä.  Nykyäänkin järvestä saa elantonsa moni ammattikalastaja ja sen vesistä tavoittelevat suuria kuhasaaliita myös monet virkistyskalastajat. Viime vuosina Vanajanselällä kalastuspaine on omakohtaisten kokemusteni mukaan jo ylittänyt kestävän kalastuksen rajat. Olen seitsemän vuoden ajan käynyt yhteistyökumppanin kanssa tarkastamassa verkkolupia ja verkkojen merkitsemistä Vanajanselällä ja verkkomäärät varsinkin talvikalastuksessa ovat lisääntyneet räjähdysmäisesti muutaman viimeisen vuoden aikana. Lähes kaikki syvänteet ovat täynnä korkeita kilometrinkin pituisia jatoja koko talven. Alkukesästä katosivat verkot sitten kokonaan ja syykin selvisi kalastajia haastateltuani, tyhjää saa pyytämättäkin. Myös virkistyskalastajat saivat lähinnä kokemusta kuluvana kesänä ja loppukesään mennessä olivat sekä jigaajat että uistelijat kaikonneet järveltä. Itse tein neljä kalareissua selälle ja yhtään kuhaa ei veneeseen noussut. Myös petoahventen lukumäärä puolittui edelliskesästä.

Vanajanselällä on muutamana vuonna pidättäydytty kuhan poikasistutuksista ja Kuhanselän alue on nyt rauhoitettu kaikelta kalastukselta 15.5.-15.6. välisenä aikana luontaisen poikastuotannon turvaamiseksi. Rauhoitus on varmasti edistysaskel kohti kestävää kalavesien hoitoa mutta ei ratkaise vielä liikakalastuksesta koituvia ongelmia. Tarvitaan kalastuksen säätelyä ja tässä avainasemassa ovat kalavesien omistajat, yleensä vesiosakaskunnat.

Lammin biologisen aseman Ympäristötutkimuksen Säätiön ympäristölounas tarjosi tänä vuonna maukkaan lounaan lisäksi painavaa tutkimustietoa eri tavoin säädellyn kalastuksen vaikutuksista kalakantaan ja muuhun ravintoverkkoon. KESKALA –hankkeen johtaja, professori Hannu Lehtonen sekä tutkija Mikko Olin tarkastelivat Kestävän kalastuksen periaate kalakantojen hoidossa –hankkeen keskeisiä tuloksia ja Hannu valotti liikakalastuksen vaikutuksia globaalisti.



KESKALA –hankkeen tuloksia voidaan varmasti hyödyntää myös Vanajanselän kaltaisissa ylikalastetuissa järvissä tilanteen korjaamiseksi. Hankkeessa päätavoitteena oli tutkia miten eri tavoin kohdennettu kalastus vaikuttaa paitsi kalakantaan myös muuhun ravintoverkkoon. Kohdelajeina olivat hauki, ahven sekä kuha ja kohdejärvinä Katumajärvi, Pääjärvi ja Evon alueen tutkimusjärvet. Tutkimuksesta vastasi Helsingin yliopiston ympäristötieteiden laitos yhteistyössä RKTL/Luken, osakaskuntien ja suojeluyhdistysten kanssa ja päärahoittajana oli Bergsrådet Bror Serlachius Stiftelse.
  1. Keskeinen tulos oli, että emokalan koko vaikuttaa positiivisesti jälkeläisten määrään ja laatuun  -> isojen yksilöiden säästäminen edesauttaa kannan luontaista lisääntymistä ja jälkeläisten laadun säilymistä.
  2. Alamitalla säädelty voimakas kalastus vähentää nopeasti isojen yksilöiden määrää ja kannan lisääntymispotentiaalia -> Välimitta säilyttää laadukkaat kutijat ja suuren petokalabiomassan.
  3. Naarasahventen kasvu heikkenee selvästi epäedullisten ympäristömuutosten seurauksena -> ilmastonmuutoksen edetessä isoja yksilöitä tulee erityisesti varjella.
  4. Kalastuksen vaikutukset siirtyvät laajalti muuhun eliöyhteisöön -> ekosysteemipohjainen säätely ja varovaisuusperiaate.
Hannu Lehtosen ”miksi maailman kalastus ei ole kestävää” –esityksen toimenpiteiden lista tilanteen korjaamiseksi on alla ja hyvin sovellettavissa myös Suomen sisävesille;
  1. Pyyntitehon voimakas vähentäminen
  2. Saaliin kokoon ja lajiin kohdistuvan valikoivuuden lisääminen, vähemmän sivusaalista
  3. Sopimukset saaliiden jaosta eri maiden ja kalastajaryhmien välillä kestävän periaatteen mukaisina
  4. Tutkimuksen luotettavuuden parantaminen
  5. Vesien ja valuma-alueiden hyvästä tilasta huolehtiminen
  6. Suojeltujen merialueiden laajentaminen (nykyisin noin 3 % merien pinta-alasta on suojeltu)
Kestävä vastuullinen kalastus on varmasti niin vesialueiden omistajien kuin ammatti- ja virkistyskalastajienkin tavoite. Sen saavuttamiseksi tarvitaan juuri tällaista laadukasta tutkimusta ja vastuullista pyyntiä sekä luonnon kunnioittamista kaikilta vesillä liikkujilta.

Mika Soramäki
projektipäällikkö, vapaa-ajankalastaja

Hamk/Vanajavesikeskus

tiistai 26. syyskuuta 2017

Menetelmien testausta ja vertailua majavien elinympäristönkäytön tutkimuksessa

Ilokseni minulle myönnettiin kesällä 2016 LBAYSin stipendi majavien elinympäristön käyttöä käsitelevään pro gradu -tutkielmaani. Tarkoituksena oli selvittää euroopanmajavan ja kanadanmajavan lajien välisiä eroja ja testata eri menetelmien toimivuutta Suomen olosuhteissa. Lammille hakeuduin maastosöihin Evon runsaan kanadanmajavakannan ja radiolähetinseurannan testaamisen innostamana. Stipendi tulikin tarpeeseen, sen avulla sain kustannettua runsain määrin Turku-Lammi-Turku ja Helsinki-Lammi-Helsinki matkalippuja. Ensimmäisellä maastoreissulla totesin, että omista kumisaappaistani ei ole näihin hommiin, joten stipendistä liikeni raha myös uusiin maastonokialaisiin.

Maastotyöt alkoivat majavan pesän etsimisellä, minkä löytämiseen alussa saattoi mennä paljonkin aikaa ennen kuin silmä harjaantui etsimään pesän sijaintiin viittaavia merkkejä. Pesän löydyttyä kartoitin sen ympäristön, arvioin puuston rakennetta ja ikää, kirjasin ylös huomioita vesistöstä ja jos olin onnekas, maastolomakkeeseen kirjoitin myös mahdolliset näköhavainnot lättähännistä. Käsikäyttöisellä GPS-laitteella merkitsin pesän ympäristöstä löytämiäni syönnöksiä, jälkiä, patoja ja muita majavien jättämiä jälkiä. Näistä koordinaateista sitten myöhemmin mallinsin paikkatieto-ohjelmalla majavien elinpiirin. Alkuperäinen suunnitelma oli verrata tätä menetelmää ja radiolähetinseurannan tuottamaa mallia saman pesän majavien elinpiiristä. Tätä varten maastoon vietiin supikoira- ja kettuloukkuja, joihin majavien toivottiin ryömivän. Pesän läheisyyteen asennettiin riistakameroita lisätiedon saamiseksi. Loukkujen asentamisessa täytyi käyttää mielikuvitusta: jos olisin majava, mistä kulkisin ja mitkä houkuttimet minut saisivat menemään loukkuun. Muovailin mudasta paakkuja ja tiputtelin niihin Kanadasta tilattua majavahajustetta matkiakseni majavien itsensä tekemiä haustekasoja. Lähdin pesäpaikoilta usein tyytyväisenä, loukut olivat satavarmasti hyvillä paikoilla ja viimeisen päälle naamioituina. Seuraavana päivänä loukussa olisi majava, johon sitten yhdessä kokeneempien nisäkästutkijoiden kanssa asennettaisiin lähetin.


Kuten maastotutkimuksissa usein, asiat eivät tapahdu niin kuin niiden kuvittelee tapahtuvan. Ei varsinkaan, jos kyseessä on oman tahdon omaava itsenäinen nisäkäs. Näin ollen aamuisilla tarkastuskäynneillä loukuissa oli usein vain kohmeiset houkutusomenat ja -porkkanat, ilman jälkeäkään majavien läsnäolosta. Riistakameroista saattoi nähdä, kuinka majava järsi oksaa aivan loukun vieressä tai käveli sen ohi tuon taivaallista siitä välittämättä. Kerran majava oli kaatanut kuusen loukun päälle niin, että se oli räsähtänyt kiinni ja vääntynyt. Otin tämän henkilökohtaisesti. Majavat muutenkaan eivät arvostaneet läsnäoloani niinä harvoina kertoina, kun satuin paikalle samaan aikaan kun ne olivat pesän ulkopuolella. Sain osakseni vihaisia hännänläiskäytyksiä ja tuijotuksia.

En ollut paikalla, kun eräänä aamuna loukussa oli majava. Se oli isokokoinen uros ja ilmeisen tyytymätön oloonsa. Paikallaolijat saivat kuin saivatkin asennettua lähettimen ja olin iloinen. Kun itse saavuin majavan vapauttamisen jälkeen tekemään ensimmäistä testipaikannusta, vastaanotin piippasi osoittaen suunnan, jossa majava oleili. Tämän jälkeen olin valmis paikannusyöhön, ajoimme Evolle ja vastaanotin oli mykkä. Ei piipausta. Vaihdoimme paikkaa. Ei signaalia. Signaalia ei saatu tämän jälkeenkään, majava tuntui kadonneen. Todennäköisesti lähettimeen oli tullut jokin vika. No, yhdellä majavalla ei tietenkään olisikaan saanut kovin kattavaa aineistoa ja jouduin luopumaan radiolähetinseurannasta menetelmänä.


GPS-pisteiden perusteella tehtyjen mallinnusten mukaan europanmajava ja kanadanmajava eivät juurikaan eroa elinpiirien kokojen perusteella. Euroopanmajava tekee hanakammin penkkapesän, kuin kanadanmajavalle tyypillisen kekopesän. Kanadanmajava myös rakentaa enemmän patoja. Tuloksissa on kuitenkin hyvä huomioida, että tutkimani euroopanmajavat elävät Satakunnassa ja Pirkanmaalla, jotka eroavat Kanta-Hämeestä ympäristöinä huomattavasti. Erityisesti Satakunnassa on paljon jokien halkomaa peltomaisemaa, mihin euroopanmajavat ovat perustaneet omat elinpiirinsä. Metsätyyppejä vertaillessani kuitenkin tulokseksi sain, että lajien välillä ei juuri ole eroa. Tämä tulos on havaittu jo monta kertaa aikaisemmissa tutkimuksissa, joten nyt, kun nämä kaksi lajia ovat jo todistetusti törmänneet Pirkanmaalla, on syytä pohtia päällekkäisten ekolokeroiden vaikutusta näiden kilpailevien lajien tulevaisuuteen.

Jessika Karvinen on LBAYSin stipendin saaja

torstai 7. syyskuuta 2017

Are changes in solar radiation and spectral composition reflected in leaf optical properties of forest understorey species?


Sunflecks and shaded areas on the forest floor in one of
our field sites at Lammi Biological Station
In the understorey, shade-loving plants live their whole life on the forest floor. Processes like leaf reflectance, transmittance and absorbance, determine the composition of radiation that reaches the understorey. We assist to the formation on the forest floor of micro-sites with different light conditions: shade and sunflecks, a brief increase of solar irradiance that occurs in the understorey when sunlight is able to directly reach the forest floor. As a result, understorey species are exposed to a very dynamic light environment during the day, meaning that they must develop mechanisms to quickly exploit the fluctuating PAR (Photosynthetic Active Radiation) in conditions where light is limiting to growth. The plants’ capacity to assimilate carbon under different species canopy cover determines the community structure and consequently alters nutrient cycling and the forest ecosystem  functioning. As my PhD focuses on the impact of spectral composition on ecosystem processes, we thought it would be interesting to understand how this function varies as a consequence of different lights conditions to which the understorey plants themselves are exposed every day. 

The aim of this study is to monitor the response of understorey plants to the transit of a sunfleck across the predominately-shaded forest environment and to assess how the season and structure of forest canopies, affecting the quantity and quality of irradiance, moderate the photosynthetic response of understorey plants to sunflecks. I focused on four early-spring ephemeral species (Anemone nemorosa L., Oxalis acetosella L., Fragaria vesca L., Hepatica nobilis Schreb.). Furthermore, I characterised the duration and intensity of several sunflecks in forest stands with different canopy species in Finland and Spain during spring and summer 2016 and 2017. Changes in leaf properties passing from shade through a sunfleck have been monitored through time-series of chlorophyll fluorescence (measured with a Walz mini-PAM) and leaf temperature (measured with an infrared thermometer).

My PhD supervisor Matt Robson with me
observing sunflecks in our field site
Preliminary results show a very fast response of the photosynthetic apparatus to sunfleck passage, on a timescale of seconds. The photosynthetic yield changed quickly when the leaves were exposed to different light conditions and recovered quickly from its sunfleck-depression on return to shade. Furthermore, in some of the studied species we observed an increase of the photosynthetic yield just before the leaves reached the edge of the sunfleck. This suggests that the plant is primed for the arrival of the sunfleck, probably by a spectral cue. The temperature of the leaves also changed during the transit of the sunfleck, just before the arrival of the sunfleck the temperature decreased, indicating that the plant can perceived the light changes as a cue to open the stomata and increase transpiration.


A coloured-film filter over beech seedling
during a sunfleck at our filed site in Spain
In order to detect the spectral cues that might be responsible of the priming of the plants we repeated the experiment in summer 2017, but now filters have been used to manipulate the solar spectrum. This meant that we could experimentally test the plant response to different light qualities in an attempt to identify the spectral cue that enables the plant to detect the sunfleck just before its arrival. This is only a small part of my PhD but it can have very important impact on the analysis and modelling of carbon cycle in the forest ecosystem. I am looking forward to go on with my project on this interesting topic and I wish to thank Lammi Biological Station for the opportunity to perform my research and the help that I received. 

Marta Pieriste of the University of Helsinki is a 2016 grant recipient

tiistai 13. kesäkuuta 2017

Morphological and Genetic Diversity of Harpacticoids (Copepoda, Crustacea)

The extraordinary diversity of forms and life strategies of copepods makes them very convenient subject for studies of variety of fundamental biological processes. They play a significant role in every ecosystem. As the dominant secondary producers, copepods are like the linchpin of aquatic food-webs. Also, they are sensitive indicators of local and global climate change. Copepods show a complex pattern of responses to variability in environmental conditions. Their abundance within a locality appears to be correlated with temporal and spatial conditions, especially food availability. Thus, they are present in various water bodies at a certain time of the year, when conditions are most favorable for them. The rest of the time, they are lying in cysts, a special resting stage, at the bottom. My PhD thesis focuses on the morphological and genetic diversity of Harpacticoida (Copepoda, Crustacea).
Harpacticoids are small copepods (1-2mm) which inhabit every water body in the world from hot springs and leaf base to deep seas and oceans. It is well known that almost all morphological structures, life-strategy and breeding system of harpacticoid copepods change within a certain range in connection with variations of geographical and environmental factors. When gene flow among populations is restricted, natural selection can result in adaptation to local environments. A good example of this is the unique Canthocamptus staphylinus population discovered in Lake Pääjärvi in 1979. The population changed its sexual way of breeding into parthenogenesis probably due to limited food availability and short growing season.
This fact served as the starting point for my investigation of harpacticoids intrapopulation diversity. I wanted to study how populations of several species of harpacticoids differ from each other and how their isolation can affect their morphology and genetics – I wanted to understand microevolutional processes which happen in populations of this crustaceans in different water bodies. During several weeks at Lammi Biological Station I was sampled hydrobiological material and looked for harpacticoid species, especially C. staphylinus, whose breeding transition was described by Jouko Sarvala (whom I had a pleasure to meet at the Station) in his paper “A Parthenogenetic life cycle in a population of Canthocamptus staphylinus (Copepoda, Harpacticoida)” (1979).
Populations of C. staphylinus sampled in Russia, Estonia, Finland, Sweden, Norway and Switzerland showed differences in morphology of body structures and characteristics. Based on the surveys of all the varying morphological characteristics, seven morphometrical indices of the length ratios were calculated. Only four indices out of seven were statistically valid for different populations. For example, population from the Komi Republic (Russia) — the northernmost point in this study — showed the smallest body and ratios of caudal rami and legs lengths in relation to other population (see picture below). 

Our genetic studies revealed a high level of intraspecific genetic variability of C. staphylinus. Nucleotide sequences of  CO1 gene mtDNA have divided into separate clades with the divergence of about 25%. Remarkable is that the clade from Pääjärvi showed the smallest numbers of haplotype and nucleotide diversity, thus revealing a homogeneous genetic structure of population consistent with the concept of transition to parthenogenesis. Furthermore, the high level of morphological and genetic variability of harpacticoids raised the question of taxonomic structure and existence of cryptic and sibling species. Having sequenced a more conservative nuclear gene (18S rDNA), we found out this was not a complex of sibling subspecies but still one species because divergence between populations tended to zero. Thus, it is a unique case of morphological and genetic diversity (in mitochondrial DNA) within harpacticoid species which could result from a high level of plasticity and high adaptive possibilities of this taxon. 

The research revealed some cases of intraspecific and intrapopulational morphological and genetic variability of harpacticoids. This is just a small step, but it could be important as a contribution to the wide investigation of copepods phylogenetic and populational structure and response to environment. Now I investigate variability of another harpacticoid species: Attheyella crassa and Paracamptus schmeili and I am excited to continue this study. Many many thanks to Lammi Biostation staff for help and kind support.



Elena Kochanova is a 2016 recipient of a LBAYS grant. She is a PhD student of Zoological Institute of Russian Academy of Sciences, Saint Petersburg, Russia

tiistai 4. huhtikuuta 2017

Response to Bacterial Infection in a Butterfly



Parasites and pathogens are ubiquitous and represent a major threat for every individual. A well-functioning immune system therefore is crucial for every species and is under strong selection pressure. Infection risk has shown to differ depending on the season, the climate, density in the population and other environmental conditions that the organism might experience during its development. However, the risk might further differ depending on the way pathogens enter the system. If a parasite breaks through the exoskeleton of insects, which is a protective barrier, it passes the haemocoel and faces the systemic immune response, a complex interaction of cellular and humoral components. Ingestion of pathogens or spores on the other hand do have the potential to infect a host, even though they first have to overcome the gut epithelium.


I wanted to investigate the importance of bacterial infection during the adult stage in the Glanville fritillary butterfly (Melitaea cinxia) via oral infection in comparison to haemocoelic exposure of the same strain. This species is in Finland only present in the Åland Islands where it occurs in a classical metapopulation. Adults disperse from habitat patches to recolonize new patches or fly for foraging and mating. During dispersal events, individuals might encounter a higher infection risk due to changes in quality or quantity of parasites. On the one hand individuals might encounter pathogens based on wounding that might occur due to predators such as ants, spiders and parasitoids. Such wounds allow pathogens to enter directly into the haemocoel. On the other hand, dispersal reflects a resource costly event and individuals might feed on more nectar after dispersal, potentially also increasing the amount of pathogens ingested.

In a series of experiments that I conducted in the Lammi Biological Station, I infected male and female adult butterflies with a bacterial strain to investigate how this species responds to bacterial infection in general, if the two sexes would differ in their immune response and if the responses would differ depending on the way the pathogens entered their system. I measured immune gene expression levels and encapsulation rate to measure immune response and further was interested in individuals’ lifespan.

Direct exposure to bacteria via injection as well as oral exposure both had an effect on the phenotype. Lifespan was reduced for both sexes and exposure to bacteria resulted in an increase in immune gene expression. However, more immune genes responded to haemocoelic bacterial infection compared to oral exposure. Moreover, females did show higher expression levels for some immune genes, indicating that females invested more in immunity than males supporting the commonly observed susceptible male hypothesis. One explanation for the observed sex difference in immune response might be due to different strategies for reproduction. Females of this species in general live longer and deposit their eggs in several clutches throughout their lifespan, whereas males are able to increase fitness via increased number of matings. Thus they do not need to live as long as females and therefore decreased survival due to bacterial infection does not necessarily reduce their fitness. 


Further studies are needed to investigate the effect of bacterial infection on reproductive success, to investigate why sexes respond differently to infections. Infections potentially play a crucial role in this system, as infected individuals could transfer pathogens to different habitat patches, spreading a disease and thus affecting population dynamics. It will be interesting to further look into effects of other pathogens, like fungi or viral infections, to better understand immunity in this butterfly and insects in general.

Luisa Woestmann is a PhD student at the University of Helsinki and a 2016 LBAYS grant recipient