Doing research (not about a pandemic) in a pandemic

 

In March 2020 I arrived at Lammi Biological Station, where I was planning to stay for most of the coming 3 Months to perform the first set of experiments for my PhD. I aim to research the potential of insects to adapt to climate change, and for this I use Glanville fritillary butterflies (Melitaea cinxia) originating from different places across Europe. By rearing these individuals from different climates (From Finnish ones used to cold temperatures, all the way to Spanish ones, that are used to much warmer conditions) under controlled temperatures in the laboratory, we can see if there are differences between populations. This will help understand mechanisms behind adaptation to different climates, and thus also understand how these butterflies might respond to future climate change. Glanville fritillary butterflies have a complex life cycle: they hatch from the eggs as small caterpillars, that go through 5 instars before going to diapause for the winter. After diapause, they go through 2 more instars and then pupate after which adults eclose from the pupae, who lay eggs, and the cycle can start again. These different life stages and accompanying strategies allow us to study the effects of environmental stress on each one of them.

During the spring, I planned to rear Spanish post-diapause larvae, who originate from different climates within Spain to adulthood at different temperatures to see if there would be differences in mass, development time, wing patterns or flight metabolic rate. Besides that, I also planned to rear offspring from Finnish, Estonian, French and Spanish butterflies from egg to diapause at different temperatures and monitor the mass increase, development time and fat content of the larvae. These were big plans for one spring: Detailed experiments like this provide a lot of information, but also require much work. Besides weighing more than 3000 small caterpillars (some of them multiple times) and taking pictures of their wings, the animals also have to be checked and fed with fresh Ribwort Plantain (Plantago lanceolata) leaves every day. In order to make this possible, I worked with a great team of two research assistants and a BSc student.

All of us were ready and excited to start the experiments, but two weeks after starting the COVID-19 pandemic broke loose. This brought great uncertainty and many questions: “will we be able to continue the experiments?” “Even just take care of the butterflies?” “Will we be able to visit home?” “What if one of us gets ill?”. Luckily, due to the remote nature of Lammi Biological Station and the fact that we were already present, we could continue doing our experiments and no butterflies had to be abandoned. With strict restrictions on visitors, luckily nobody got ill, but this also meant that all of us stayed at the station for the entire duration of the experiment. A strange situation, in which you all of a sudden become even more focused on the research, but also dependent on each other. I have memories of staying in quarantine together with the entire family of “Lammi people”. Of working long days in the lab and once-a-week grocery trips on Friday evening. Of thinking about experiments, and private sauna nights, and of endless walks in the beautiful Lammi forests on days off and swims in the lake after work.

Doing research during a pandemic is not simple and provided many challenges but with some luck and hard work by many people I managed to complete all of my planned experiments. Analysing the data takes perhaps even more time than performing the experiments and thus not all of the results are in yet, but the first graphs look very promising and give plenty of ideas for new research next year. Hopefully then in better circumstances, although every bad situation has a silver lining: I definitely had the best quarantine work, company and location of all!

 

Spread of fungal communities in Finland

 

Mushrooms are  everywhere in Finland, from polypores to tasty forest floor morsels. But what do these community structures actually look like as a whole? Ecologists know that the richness and abundance of organisms vary with different environmental conditions; the tapestry of an old forest will be totally different from a tree plantation. But these patterns have been considerably less studied for fungi than other kingdoms, and their unique and also less known dispersal abilities complicate the picture further.

The purpose of my master's thesis was to get a basic picture of the spread of fungal communities across middle and southern Finland, specifically how the communities change over distances (large and small) and between different habitat patches (urban and natural). To see what fungi are there, my collaborators and I took samples of soil and spores in the air. We did this in five locations across the country, attempting to cover a decent spread of landscapes, and in each location there were six plots (divided between urban, natural, and edge), to pick up the finer scale changes.

Spore sampler

The site of my sampling was near Lammi Biological Station, where I stayed for two weeks at the end of August 2019. This beautiful area served as the base, from which I would drive to Lahti every few days for my urban samples and where I would do some basic sample processing, coordinating, and writing in the evenings. Field data collection, as always, was my favorite part of the studies. I spent the following winter analyzing the fungal OTUs I received after DNA sequences of my samples returned. Much of the time was spent going over and over the location based charts, curiosity finally being assuaged of what all mushroom species I might find in Finland.

 Then finally, this spring I submitted my thesis with all of my findings. Between Helsinki and Joensuu, fungal communities do not show distance decay to the rate I would have expected. Perhaps it's due to the relative homogeneity of the landscape at the larger scale? But this is speculation, and I am eager to see future studies that reach into the mechanisms and explanations, as well as replicating similar methodology in totally separate regions of the world. Anyway, the perhaps more striking results were the differences between urban and natural habitat types, providing even more evidence of the drastic effects of anthropogenic change on other populations.

Colleagues in my research group ran parallel analyses from my data, focused more on this aspect. It led to a paper published in ISME Journal, for which I am a co-author, titled 'Fungal communities decline with urbanization—more in air than in soil'.

 I am grateful to the foundation for providing the grant that made this research possible.

Brittni Joette Crosier is a 2019 LBAYS grant recipient

Typpi vai fosfori? Kumpi rajoittaa Vanajaveden kasviplanktonin kasvua?

Alkukesän kasviplanktonlajistoa

Kasviplankton tarvitsee kasvaakseen mm. valoa ja ravinteita. Vesistöjen ravinnepitoisuudet vaihtelevat vuodenaikojen vaihtuessa. Esimerkiksi järvien jääpeite talvella, lumien sulaminen keväällä ja kuuma, aurinkoinen kesä vaikuttavat siihen, kuinka paljon mm. Vanajaveden ja Vanajan reitin vedessä on typpeä ja fosforia, ja minkälaisiin molekyyleihin nämä alkuaineet ovat milloinkin sitoutuneet. Kasviplankton muodostaa vesikasvien ohella sisävesien ravintoketjun tärkeän perustan. Mikäli vesistössä on paljon ravinteita, on myös näitä auringon valoa biomassaksi muuntavia perustuottajia runsaasti, enemmän kuin täysin luonnontilaisissa vesistöissä. On täysin luonnollista, että vesistöihin päätyy ravinteita sitä ympäröivältä maa-alueelta, mutta ihmistoiminta usein voimistaa tätä nk. rehevöitymistä. Merkittävä rehevöityminen johtaa mm. kalalajiston särkikalavaltaistumiseen, mahdollisesti myrkyllisten syanobakteerien massaesiintymien yleistymiseen ja jopa alusveden hapettomuuteen ja kalakuolemiin.

Vanajavedessä on jo 1950-luvulta lähtien havaittu rehevöitymisen merkkejä. Nykyään Vanajaveden ekologinen tila on tyydyttävä ja Vanajaveteen johtavan Vanajan reitin ekologinen tila jopa välttävän puolella. Tämä johtuu pääosin valuma-alueelta tulevasta kuormituksesta ja sen aiheuttamista korkeista ravinnepitoisuuksista vesistössä. EU:n vesipuitedirektiivin tavoitteena on saada kaikki suomalaiset järvet vähintään hyvään ekologiseen tilaan viimeistään vuoteen 2027 mennessä.

Pro gradu -tutkielmassani selvitin rajoittaako liukoinen eli välittömästi kasviplanktonin käytössä oleva typpi tai fosfori kasviplanktonin kasvua. Kasvatuskokeet tehtiin Lammin biologisella tutkimusasemalla vuosina 2016-2017 viidesti, jotta vuodenaikaisvaihtelut saatiin selville. Näytteenottopaikkojakin oli viisi: jokimaisella Vanajan reitillä Aulangon rautatiesilta, Kirstulansalmi ja Mierolansalmi, sekä Vanajaveden järviosuudella Ruskeenkärki ja Sääksmäki.

Jokimaisen osuuden ja järviosuuden vesissä oli
jopa silminnähtäviä eroja.

Kaikilla näytteenottopisteillä kasviplanktonin kasvu oli ympäri vuoden pääosin fosforirajoitteista, kuten suomalaisissa sisävesissä yleensäkin. Lievää typpirajoitteisuutta oli kuitenkin havaittavissa elokuussa Vanajan reitillä Aulangon alueella. Muilla pisteillä kasviplankton oli kesän aikana ottanut molemmat tutkimani ravinteet niin tehokkaasti käyttöönsä, että elokuussa sekä liukoisen typen että fosforin saatavuus rajoitti kasviplanktonin kasvua. Ylimääräiseen leväkasvuun tarvittaisiin siten molempia ravinteita samanaikaisesti. Kokeideni perusteella Sääksmäen järvipisteellä typen ja fosforin yhteisrajoitteisuus alkoi jo heinäkuussa.

Kasvatuskoe käynnissä. Kasvatushuoneen lämpötila 

ja valaistus säädettiin vallitsevia luonnonoloja mukaillen.

Veden virtaussuuntaan nähden kahden ensimmäisen näytteenottopisteen välissä olevan Paroisten jätevedenpuhdistamon vaikutus Vanajan reitin ravinnepitoisuuksiin oli vähäinen, ja pienenee entisestään, kun puhdistamolle rakennetaan uusi jäteveden käsittely-yksikkö lähivuosien aikana. Erityisesti puhdistamolta tuleva pistemäinen typpikuormitus vähenee, mikä on askel kohti Vanajaveden parempaa ekologista tilaa. Vesistöä ympäröivän alueen peltovaltaisuus puolestaan näkyi mm. veden ravinnepitoisuuden nousuna lumiensulamisen aikana. Peltojen rehevöittävää vaikutusta vesistöön on mahdollista säädellä mm. pitämällä lannoitusmäärät maltillisina. Jotta Vanajaveden ja Vanajaveden reitin ekologinen tila saadaan hyväksi, on tulevaisuudessa sekä haja- että pistekuormitusta vähennettävä edelleen. Onneksi ravinnepäästöjen hillitsemiseksi ja vesistöjen kunnostamiseksi on olemassa monia erilaisia lähestymistapoja ja uusia menetelmiä kehitellään jatkuvasti.

Henna Raitanen