Vapaana elävän kädellisen loisten pitkittäisseuranta

Parasite community dynamics is one of the central themes in contemporary parasitology. While between-host dynamics has been studied for a long time, within-host dynamics is less well studied. My aim was to identify which factors affect the parasite community during the lifetime of individual hosts by following longitudinally several individuals from a long-living species. Specifically, I was interested in how the dynamics of infra- and component communities differ from one another and which traits explain the variation in infracommunities. I studied rufous mouse lemur (Microcebus rufus), which is a primate living in the eastern montane rainforests of Madagascar. Mouse lemur is a well-suited study species as it can live for up to ten years in the wild. Due to its small size, the population density is high and trapping straightforward. Nematodes are the most common helminths found in mouse lemurs, but their identification is difficult. Typically, the nematodes are identified from adult specimens, but for longitudinal studies, this is not possible, as we cannot dissect the host individuals. In addition, morphological differences between species are small and we expected to encounter previously undescribed species. These difficulties led to the development of a new method, based on metabarcoding, to identify parasitic nematodes from fecal samples. The method I developed encompasses all steps from fieldwork to sequence analysis. Despite numerous confounding factors, the method managed to amplify and analyze half of the samples collected. Whilst there is room for further improvements, the main advantage is that the method works well for different host species, for example mouse lemurs and gastropods. In principle, this method works for all species of nematode, including free-living soil nematodes. Nevertheless, the resolution of identification do not allow for species-level identification. The variation in the parasite community inside individual hosts was extensive, but at the population level remained stable. Most of the parasites belonged to the putative species thought to be Strongyloides sp. The reason for this species success might be its lifecycle, the parasite can live in the intestine or as a free-living form in the soil. Due to the limited number of samples, the factors affecting the dynamics in individual mouse lemurs are difficult to analyze. It appears that sex and age do not have an effect on either parasite load or variation in parasite dynamics. Nevertheless, body condition appears to bear a consequence with the individuals in better condition having more parasite species in addition to higher fecal egg loads. The reason may be that those individuals are able to sustain larger populations of parasites, or that they are more tolerant to parasites. Hibernation could lead to the extinction of the nematode community, whereas higher precipitation appeared to lead to higher prevalences. This work gives insights into the dynamics of parasite communities both at the host individual and population level. It highlights the need for longitudinal studies as parasite community dynamics in host individual-level cannot be inferred from the host population-level The method I have developed can be used to perform more efficient and faster surveys of previously unknown parasite communities, though further development is necessary for better reliability.Loiset ovat maailmaa mullistava voima. On arvioitu, että yli puolet maailman lajeista on loisia ja että jokaisella lajilla on loisia. Siksi on olennaista tutkia, miten loiset leviävät ja lisääntyvät isäntäpopulaatioissaan. Vaikka loisten dynamiikkaa on tutkittu pitkään, yksittäisen isäntäyksilön loislajiston muuttuminen elinkaaren aikana tunnetaan heikosti. Tarkoitukseni olikin selvittää, kuinka paljon suolistoloislajisto muuttuu yhden isäntäyksilön elämän aikana seuraamalla loisia sukkulamatoja useissa pitkäikäisissä yksilöissä. Tutkin ruskohiirimakia (Microcebus rufus), joka on Madagaskarin itäosan vuoristosademetsissä asuva kädellinen. Kokoon nähden pitkä ikä tekee hiirimakista oivallisen tutkimuskohteen: hiirimakit voivat elää vapaana jopa kymmenen vuoden ikäisiksi. Pienen koon ansiosta hiirimakit elävät tiheässä ja näytteiden kerääminen on helppoa. Tyypillisesti suolistoloiset tunnistetaan aikuisista yksilöistä, mutta tämä ei ollut mahdollista pitkittäisseurannassa, sillä emme pääse käsiksi suolistossa asuviin matoihin. Lisäksi sukkulamatojen tunnistaminen on vaikeaa, sillä sukkulamatolajien väliset erot ovat pieniä ja tutkimiamme lajeja ei ole todennäköisesti aiemmin kuvattu. Kehitin uuden, geneettisen tunnistukseen perustuvan menetelmän loislajiston tunnistamiseksi ulostenäytteistä löytyvistä munista ja toukista. Kehittämäni menetelmä kattaa kaikki vaiheet kenttätyöstä loissekvenssien käsittelyyn. Erityinen tunnistusmenetelmän etu on, että sama menetelmä toimi hyvin erilaisille isäntälajeille, kuten hiirimakeille, rotille, sammakoille ja kotiloille. Tutkimukseni tulokset paljastivat lisäksi, että vaihtelu loislajistossa yhden yksilön sisällä oli suurta. Tästä huolimatta isäntäpopulaation tasolla loislajisto pysyi hyvin vakaana. Suurin osa loisista kuului yhteen lajiin, joka kuuluu todennäköisesti Strongyloides sukuun. Syynä tämän lajin menestykseen saattaa olla loisen elinkierto: loinen voi elää paitsi hiirimakien suolistossa, myös vapaana toukkamuotona maaperässä. Yksittäisen hiirimakin loislajistoon vaikuttavista tekijöistä on vaikea tehdä johtopäätöksiä: sukupuolella tai iällä ei vaikuta olevab merkitystä loisten määrään tai vaihteluun. Sen sijaan kunnolla on merkitystä: paremmassa kunnossa olevilla yksilöillä on enemmän loislajeja ja loiset munivat enemmän. Syynä tähän voi olla joko se että paremmassa kunnossa olevat yksilöt voivat elättää suurempia loismääriä tai sitten se, että paremmassa kunnossa olevat yksilöt sietävät paremmin loisia. Horrostaminen saattaa johtaa sukkulamatoyhteisöjen tuhoon, kun taas suuremmat sademäärät lisäävät loisten määriä. Tutkimukseni avaa uusia näkökulmia loislajiston muutokseen sekä yksittäisissä isäntäyksilöissä että isäntäpopulaatiossa. Erityisesti tutkimukseni alleviivaa pitkittäistutkimusten tärkeyttä: isäntäpopulaatiotason dynamiikasta ei pystytä päättelemään miten loisdynamiikka toimii yhden isäntäyksilön kohdalla. Kehittämäni menetelmällä voi suhteellisen helposti tunnistaa aiempaa nopeammin ja tehokkaammin aiemmin tuntemattoman suoliston sukkulamatojen yhteisön

School students’ attitudes towards unloved biodiversity: insights from a citizen science project about urban rats

Most of biodiversity is not considered charismatic and from human’s perspective it can be indifferent, problematic, harmful, disgusting, or dangerous. Secondary school students’ attitudes towards an unloved species and how it relates to their feelings of disgust in the context of a biology course were studied during a citizen science project where Finnish lower and upper-secondary school students surveyed the occurrence of urban rats. Questionnaire data was collected including items on four scales: attitude towards rats, interest in learning about environment, disgust, and liking biology as a school subject. It was modelled with an item response theory approach by including respondents’ age and gender as fixed variables and school as a random factor. Higher age correlated with a more positive attitude towards the environment and lower level of disgust. There was an interaction between age and gender that male students had more negative attitude towards rats and lower general levels of disgust. Surprisingly, the students with more positive attitude towards rats also not only had a higher liking biology as a school subject and positive attitude towards the environment, but also a higher level of general disgust. The results suggest that disgust in general is not detrimental in learning and appreciating unloved others as parts of biodiversity. The results also raise questions on how personal attitudes towards the individual species relate to attitudes toward more abstract concept of biodiversity or the environment.Most of biodiversity is not considered charismatic and from human's perspective it can be indifferent, problematic, harmful, disgusting, or dangerous. Secondary school students' attitudes towards an unloved species and how it relates to their feelings of disgust in the context of a biology course were studied during a citizen science project where Finnish secondary school students surveyed the occurrence of urban rats. Questionnaire data were collected on four scales: attitude towards rats, interest in learning about environment, disgust, and liking biology as a school subject. It was modeled with an item response theory approach by including respondents' age and gender. Higher age correlated with a more positive attitude towards the environment and lower level of disgust. Surprisingly, the students with more positive attitude towards rats also not only had a higher liking biology as a school subject and positive attitude towards the environment, but also a higher level of general disgust. The results suggest that disgust in general is not detrimental in learning and appreciating unloved others as parts of biodiversity. The results also raise questions on how personal attitudes towards the individual species relate to attitudes toward more abstract concept of biodiversity or the environment.Peer reviewe

Luonnon monimuotoisuus ja tartuntataudit

Peer reviewe

Teachers’ choice of content and consideration of controversial and sensitive issues in teaching of secondary school genetics

Science education strives to increase interest in science and facilitate active citizenship. Thus, the aspects of personal and societal relevance are increasingly emphasised in science curricula. Still, little is known about how teachers choose content for their teaching, although their choices translate curricula to teaching practice. We explored how teachers choose genetics content and contexts for biology courses on cells, heredity and biotechnology by interviewing ten Finnish upper-secondary school teachers. We studied how the teachers described teaching on three themes in which they have varying freedom afforded by curricula: genetically modified organisms, hereditary disorders, and complex human traits. We analysed interviews with theory-guiding content analysis and found consistent patterns in teachers' perceptions of the themes in genetics teaching and teacher inclinations towards teaching genetics in human context. These patterns, which we call emphasis of content in genetics teaching were Developmental, Structural and Hereditary. Teachers with Developmental emphasis embraced teaching genetics in a human context, while teachers with a Structural emphasis avoided them. In general, teachers justified their choices by national, local school, and personal factors. While teachers mentioned that societal and personal contexts are important, at the same time teachers never framed the main themes in genetics with these contexts.Peer reviewe

Factors explaining students’ attitudes towards learning genetics and belief in genetic determinism

Understanding how teaching affects students' attitudes and beliefs is notoriously difficult, specifically in a quickly evolving and societally relevant field such as genetics. The aim of this survey study is to capitalize our previous research and examine how teaching relates to Finnish secondary school students’ liking of, self-concept in and experienced utility of genetics, attitude towards gene technology and belief in genetic determinism. In this unique setting, we used as explanatory variables their teachers’ teaching emphases and learning materials, and as student-related factors, we used gender and the number of biology courses attended. Item-response theory with exploratory, confirmatory, and explanatory analyses were carried out to model the data. Teaching explained students’ attitudes and beliefs: if the teacher’s emphasis was Hereditary or the textbook with stronger Mendelian emphasis was used, students tended to havemore negative attitudes towards learning genetics and stronger belief in genetic determinism . Our results also suggest gender differences: male students had more positive attitude towards gene technology, higher self-concept, whereas as utility of genetics and belief in genetic determinism were higher in females. The results suggest that teaching’ approaches as well as learning materials need updates to fulfil the needs for genetics literacy.Understanding how teaching affects students' attitudes and beliefs is notoriously difficult, specifically in a quickly evolving and societally relevant field such as genetics. The aim of this survey study is to capitalize our previous research and examine how teaching relates to Finnish secondary school students' liking of, self-concept in and experienced utility of genetics, attitude towards gene technology and belief in genetic determinism. In this unique setting, we used as explanatory variables their teachers' teaching emphases and learning materials, and as student-related factors, we used gender and the number of biology courses attended. Item-response theory with exploratory, confirmatory, and explanatory analyses were carried out to model the data. Teaching explained students' attitudes and beliefs: if the teacher's emphasis was Hereditary or the textbook with stronger Mendelian emphasis was used, students tended to havemore negative attitudes towards learning genetics and stronger belief in genetic determinism . Our results also suggest gender differences: male students had more positive attitude towards gene technology, higher self-concept, whereas as utility of genetics and belief in genetic determinism were higher in females. The results suggest that teaching' approaches as well as learning materials need updates to fulfil the needs for genetics literacyPeer reviewe

Loviniskamuurahaisen immuunipuolustuksen käynnistyminen

Patogeenit ja loiset ovat merkittävä evolutiivinen tekijä, koska ne ovat yleisiä. Näiltä suojautuminen on evolutiivisesti merkittävä tekijä ja tärkeä trade-off: Immuunipuolustuksen ylläpito on kallista, mutta toisaalta edistää selviytyvyyttä. Selkärangattomilla ei ole yhtä hienostunutta immuunipuolustusta kuin selkärankaisilla, mutta on esitetty arvailuja, että Erityisesti yhteiskuntahyönteisillä voisi odottaa olevan sosiaalisia menetelmiä immuunipuolustuksen käynnistämisessä. Vanhemmat työläiset voisivat "rokottaa" vastakuoriutuneita työläisiä ja näin tehostaa näiden immuunipuolustusta. Tavoitteeni oli selvittää onko näin tarkastelemalla antimikrobiaalisien peptidien määrää muurahaisten hemolymfassa kuoriutumisen jälkeen. Tutkin bakteerimaljauskokeiden avulla antimikrobiaalisten peptidien määrää loviniskamuurahaisten (Formica exsecta) vastakuoriutuneiden työläisten hemolymfassa. Pilottikokeissa selvitin sopivan bakteerilajin ja –annoksen varsinaisiin kokeisiin ja pidin luonnosta tuotuja muurahaisia karanteenissa, jotta saisin selville aleneeko immuunivaste pienemmässä patogeenipaineessa. Varsinaisissa kokeissa käytin viittä eri käsittelyä. Tartutin muurahaisia antamalla suun kautta (1) kuollutta bakteeria tai (2) elävää bakteeria. Annoin muurahaisten kasvaa (3) vanhojen työläisten kanssa tai (4) kuolleelle bakteerille altistettujen muurahaisten kanssa. (5) Kontrollina toimi käsittely, jossa muurahaisille ei tehty mitään. Antimikrobiaalisten peptidien määrän selvittämisen lisäksi tarkkailin työläisten kuolleisuutta eri käsittelyissä. Pilottikokeiden tulokset eivät antaneet bakteeriannostuksen tai –valinnan suhteen vahvoja tuloksia. Tarkastelin määrän ja bakteerin vaikutusta varianssianalyysillä ja lineaarisella regressiolla, mutta selkeitä riippuvuuksia ja merkitsevyyksiä ei löytynyt. Päädyin käyttämään Micrococcus luteus –bakteeria ja tarttuttamaan muurahaiset juottamalla niille bakteerilientä. Karanteenikokeessa ei tapahtunut merkittävää immuunivasteen sammumista Varsinaisten kokeiden aineiston analysoin tilastollisesti varianssianalyysillä. Immuunivasteen käynnistymiseen vaikutti tilastollisesti merkitsevästi vain aika: Kahden päivän näytteissä ei ollut lähes lainkaan antimikrobiaalisia peptidejä, kun taas viikon ja kahden näytteistä hieman yli puolessa oli peptidejä. Käsittelyillä tai pesillä ei ollut tilastollisesti merkitseviä eroja immuunivasteen käynnistymisessä. Kuolleisuus oli suurinta käsittelyissä, joissa työläisiä tartutettiin kuolleella ja elävällä bakteereilla ja pienintä käsittelyissä, joissa työläisiä kasvatettiin yhdessä kuolleella bakteerilla tartutettujen ja tartuttamattomien vanhojen työläisten kanssa. Kontrollikäsittely erosi näistä molemmista merkittävästi ja kuolleisuus oli näiden kahden ryhmän välissä. Tutkimukseni puoltaa näkemystä, että vastakuoriutuneilla muurahaisilla ei ole vielä toimivaa immuunipuolustusta, mutta se käynnistyy ympäristöstä riippumatta muutaman päivän kuluessa. Omassa tutkimuksessani vanhemmat työläiset eivät auttaneet immuunivasteen käynnistymisessä, eikä ympäristön patogeenipaine nopeuttanut tai tehostanut immuunivasteen syntymistä. Täydellinen muodonmuutos on fysiologisesti rankka prosessi, jonka aikana muurahainen on hyvin suojattu kotelon sisällä – työläinen ei siis välttämättä tarvitse puolustusta vaan voi panostaa muihin kustannuksiin

Genetiikan opetus suomalaisessa lukiossa : Oppikirjat ja lukiolaisten käsitykset geenien toiminnasta

Genetiikan opetukseen kohdistuu laajaa huomiota, koska genetiikka on tieteenalana nopeasti muuttuva ja sen yhteiskunnalliset, kulttuuriset ja itsetuntemukseen liittyvät seuraamukset ovat yhä merkittävämpiä. Perinteistä Mendelin hernekokeisiin perustuvaa opetusta pidetään laajalti epäsopivana lähtökohtana opetukseen, vaikka se on maailmanlaajuisesti yleisin tapa opettaa genetiikkaa. Myös Suomessa perinteinen mendelistinen genetiikka on sekä oppikirjoissa että opetussuunnitelmissa tyypillisin tapa opettaa geenien toimintaa ja ominaisuuksien periytyvyyttä. Mendelististä lähestymistapaa on syytetty muun muassa geneettisen determinismin ja vanhanaikaisen geenimallin opettamisesta. Kritiikin mukaan opetus keskittyy epärealistiin perinnöllisyystehtäviin ja itse geenien toimintaa ja ilmiasun syntymistä käsitellään vähemmän. Lähdin tutkimaan suomalaisen genetiikan opetuksen tilannetta ja lukiolaisten oppimista selvittääkseni onko kritiikki perusteltua. Tutkin opiskelijoiden käsityksiä geenien toiminnasta osana biologian kansalliskilpailua tammikuussa 2013. Neljään monivalintakysymykseen vastasi 632 lukiolaista 73 lukiosta ja tutkin vastaukset kvantitatiivisella analyysillä. Samassa yhteydessä selvitin kilpailuun osallistuneiden opiskelijoiden opettajilta lukiossa käytössä olevaa kirjasarjan. Tutkin kaikkien käytettyjen kirjasarjojen lukion kakkoskurssin kirjan aineistolähtöisellä kvalitatiivisella analyysillä ja etsin sieltä kaikki esitellyt geenimallit. Luokittelin historialliset geenimallit Niklas Gericken luokittelun mukaan ja tutkin mallien sisäistä hybridisaatiota. Lisäksi etsin kirjoista geenin, dominanssin ja resessiivisyyden määritelmät, sekä kaikki väitteet ympäristön vaikutuksesta ilmiasuun. Opiskelijoilta paljastui useita virhekäsityksiä: he eivät osanneet tehdä eroa perimän ja ilmiasun välillä ja käsitys geenien toiminnasta oli puutteellinen. Erityisen korostunut oli näkemys, että perimä ja ympäristö aiheuttavat kumpikin oman osansa ilmiasusta, mutta nämä eivät vuorovaikuta keskenään. Tilanne oli kuitenkin parempi kuin oppikirjoja tutkiessa voisi odottaa. Oppikirjoissa esiteltiin useita erilaisia historiallisia malleja geenien toiminnasta, mutta modernia, nykytietämyksen mukaista mallia ei esitelty lainkaan. Geenimalleista ei puhuttu eksplisiittisesti mallina, eikä eri geenin määritelmiä selvennetty. Ympäristön vaikutus ilmiasuun tuotiin erittäin harvoin oppikirjoissa esille. Tein lisäksi ehdotuksia oppimateriaalien, opetussuunnitelmien ja opetuksen sisältöön ja kuvailen mahdollisia tulevia tutkimusaiheita.Genetics education is under wide pressure for a change as the genetics is a fast-advancing field of science and the societal and cultural reprecussions of genetics are constantly increasing. The traditional teaching based on the Mendel’s pea experiments is widely acknowledged as a poor starting point for understanding genetics, though it’s globally the most common approach. Also in Finland, the Mendelian genetics is both in the textbooks and in the curriculum the most typical way of teaching the gene function and the heredity of traits. This approach has been fundamentally criticized for espousing genetic determinism and an old-fashioned model of gene. According to the critics, the teaching is focused on unrealistic crossing experiments and the gene-to-trait process is practically forgotten. I decided to study the Finnish textbooks and the students’ perception of gene function to see whether this critic is justified. I studied the students’ perception on gene function as a part of the National Biology Olympiad in January 2013. I formulated four multiple-choice questions which were answered by 632 students from 73 different high schools and performed quantitative analysis on answers. At the same questionnaire I asked which textbooks were used in schools. I analysed all four different textbooks used in the genetics course with content analysis and looked for all the presented gene models. I used the gene model classification by Niklas Gericke and also assessed the internal hybridization of models. Furthermore, I looked for all the definitions of gene, dominance and recessiveness and the way environmental effects on phenotype were presented. The students had several misconceptions: they didn’t recognize the difference between genotype and phenotype and their understanding of gene function was lacking. The view that genotype and environmental effects have their own separate effects on phenotype but they don’t interact was prominent. The situation was, however, better than expected by the contents of textbooks. Textbooks included several different, mostly hybrid, gene models, but those didn’t include the modern model. The models were never explicitly discussed and different gene definitions were not discussed. The environmental effects on phenotype were rarely discussed. Based on my results, I give suggestions for further development of study materials, curriculum and genetics teaching and also ideas for further research in genetics education

Elevational Changes in Bacterial Microbiota Structure and Diversity in an Arthropod-Disease Vector

Environmental conditions change rapidly along elevational gradients and have been found to affect community composition in macroscopic taxa, with lower diversity typically observed at higher elevations. In contrast, microbial community responses to elevation are still poorly understood. Specifically, the effects of elevation on vector-associated microbiota have not been studied to date, even though the within-vector microbial community is known to influence vector competence for a range of zoonotic pathogens. Here we characterize the structure and diversity of the bacterial microbiota in an important zoonotic disease vector, the sheep tick Ixodes ricinus, along replicated elevational gradient (630–1673 m) in the Swiss Alps. 16S rRNA sequencing of the whole within-tick bacterial microbiota of questing nymphs and adults revealed a decrease in Faith’s phylogenetic microbial alpha diversity with increasing elevation, while beta diversity analyses revealed a lower variation in microbial community composition at higher elevations. We also found a higher microbial diversity later in the season and significant differences in microbial diversity among tick life stages and sexes, with lowest microbial alpha diversity observed in adult females. No associations between tick genetic diversity and bacterial diversity were observed. Our study demonstrates systematic changes in tick bacterial microbiota diversity along elevational gradients. The observed patterns mirror diversity changes along elevational gradients typically observed in macroscopic taxa, and they highlight the key role of environmental factors in shaping within-host microbial communities in ectotherms.Peer reviewe

Bacterial microbiota composition of Ixodes ricinus ticks : the role of environmental variation, tick characteristics and microbial interactions

Peer reviewe