The life cycle and genetic structure of the red alga Furcellaria lumbricalis on a salinity gradient

The life cycle and genetic diversity of the red alga Furcellaria lumbricalis (Hudson) Lamouroux were investigated in 15 populations in northern Europe. The occurrence of different life cycle phases and seasonality of reproduction were studied in four brackish populations in the northern Baltic Sea. Furthermore, a new method, based on genome screening with ISSR markers combined with a restriction-ligation method, was developed to discover microsatellite markers for population genetic analyses. The mitochondrial DNA cox2-3 spacer sequence and four microsatellite markers were used to examine the genetic diversity and differentiation of red algal populations in northern Europe. In addition, clonality and small-scale genetic structure of one Irish and four Baltic Sea populations were studied with microsatellite markers. It was discovered that at the low salinities of the northern Baltic Sea, only tetrasporophytes and males were present in the populations of F. lumbricalis and that winter was the main season for tetrasporangial production. Furthermore, the population occurring at the lowest salinity (3.6 practical salinity units, psu) did not produce spores. The size of the tetraspores was smaller in the Baltic Sea populations than that in the Irish population, and there were more deformed spores in the Baltic Sea populations than in the Irish populations. Studies with microsatellite markers indicated that clonality is a common phenomenon in the Baltic Sea populations of F. lumbricalis, although the proportion of clonal individuals varied among populations. Some genetic divergence occurred within locations both in Ireland and in the northern Baltic Sea. Even though no carpogonia were detected in the field samples during the study, the microsatellite data indicated that sexual reproduction occurs at least occasionally in the northern Baltic Sea. The genetic diversity of F. lumbricalis was highest in Brittany, France. Since no variation was discovered in the mtDNA cox2-3 spacer sequence, which is generally regarded as an informative phylogeographic marker in red algae, it can be assumed that the studied populations probably share the same origin.Monivuotinen punaleviin kuuluva haarukkalevä (Furcellaria lumbricalis), muodostaa Itämeressä punalevävyöhykkeen kalliorannoilla rakkolevävyöhykkeen alapuolella. Punalevävyöhykkeen esiintymissyvyys vaihtelee erilaisten ympäristötekijöitten vaikutuksesta ja rehevöitymisen seurauksena se voi myös rannalta puuttua. Haarukkalevän merkitys rannan eliöyhteisössä on merkittävä, sillä levät tarjoavat kasvualustan monille rihmalevälajeille ja paikallaan eläville selkärangattomille, mutta myös suojapaikkoja liikkuville selkärangattomille ja kaloille. Atlantin valtameressä haarukkalevää tavataan Pohjois-Espanjasta arktisille alueille. Laji elää Atlantilla useimmiten runsaina kasvustoina vuorovesilammikoissa, mutta se voi kasvaa myös rannan syvemmissä osissa. Tutkin väitöskirjatyössäni haarukkalevän elinkiertoekologiaa ja geneettistä monimuotoisuutta Pohjois-Euroopassa. Punalevien elinkierto on monimutkainen, koostuen sekä haploidista että kahdesta diploidista elinkierron vaiheesta, sekä kolmesta erilaisesta itiötyypistä. Aikaisemmin on ajateltu, että Itämeren alhainen suolapitoisuus vaikuttaa punaleviin siten, että suvullinen lisääntyminen estyy ja punalevät lisääntyvät vain paloittumalla. Tutkin eri elinkierron vaiheiden esiintymistä ja lisääntymisen ajoittumista keräämällä näytteitä Suomen rannikolla esiintyvistä haarukkaleväpopulaatioista, minkä lisäksi mittasin myös itiöiden kokoa ja muotoa sekä Itämeressä että Atlantin valtameressä. Tutkimuksessa ilmeni, että populaatioista löytyi vain koiraita ja tetrasporofyyttisiä yksilöitä, naaraita ei tavattu lainkaan. Alhaisessa suolapitoisuudessa (3.6 psu, practical salinity units) itiöitä ei tavattu lainkaan. Tetrasporofyytit tuottivat itiöitä pääosin talviaikaan. Valtameripopulaatioiden ja Itämeressä elävien populaatioiden välillä oli huomattavaa eroa itiöiden koossa, Itämeressä tuotetut itiöt (tetraspoorit) olivat pienempiä. Tämän lisäksi Itämeressä tuotetut haarukkalevän itiöt olivat myös useammin epämuodostuneita kuin valtameripopulaatioissa. Kehitimme osana väitöskirjatutkimustani dosentti Helena Korpelaisen kanssa uuden menetelmän löytää yksilöiden geneettisessä sormenjälkitutkimuksessa hyödynnettäviä mikrostelliittimarkkereita. Näiden nopeasti muuntuvien genomin alueiden avulla voidaan tutkia esimerkiksi populaatioiden geneettistä monimuotoisuutta, mutta ne antavat myös tietoa populaatioiden lisääntymisjärjestelmästä. Mikrosatelliittien lisäksi hyödynsin haarukkaleväpopulaatioiden geneettisessä tutkimuksessa myös solun mitokondrion DNA:sta (mtDNA) löytyvää cox2-3 geenivälialuetta selvittääkseni lajin leviämishistoriaa Pohjois-Euroopassa jääkauden jälkeen. Klonaalisuus oli geneettisten analyysien perusteella yleisempää Itämeren haarukkaleväpopulaatioissa kuin Atlantin valtameren leväpopulaatioissa, joskin klonaalisten yksilöiden määrä vaihteli eri populaatioiden välillä Itämeressä. Lievää geneettistä erilaistumista havaittiin paikallisella tasolla kaikissa tutkituissa leväpopulaatioissa. Geneettisen aineiston perusteella voidaan myös olettaa, että haarukkaleväpopulaatiot lisääntyvät seksuaalisesti ainakin ajoittain myös Itämeressä, mahdollisesti Tanskan salmien läpi ajoittain tulevien suolavesipulssien seurauksena. Korkein geneettinen monimuotoisuus löydettiin Ranskan rannikolla, Bretagnessa, elävästä haarukkaleväpopulaatiosta. mtDNA:ssa ei havaittu eroja eri punaleväpopulaatioiden välillä, vaikka kyseistä geenien välialuetta on aikaisemmin käytetty sen suuren muuntelevuuden takia useilla muilla punalevälajeilla. Voidaan siis olettaa, että Pohjois-Euroopan haarukkaleväpopulaatiot ovat levinneet Eurooppaan vain yhdeltä alueelta viimeisimmän jääkauden jälkeen

Causal Approach to Determining the Environmental Risks of Seabed Mining

Mineral deposits containing commercially exploitable metals are of interest for seabed mineral extraction in both the deep sea and shallow sea areas. However, the development of seafloor mining is underpinned by high uncertainties on the implementation of the activities and their consequences for the environment. To avoid unbridled expansion of maritime activities, the environmental risks of new types of activities should be carefully evaluated prior to permitting them, yet observational data on the impacts is mostly missing. Here, we examine the environmental risks of seabed mining using a causal, probabilistic network approach. Drawing on a series of expert interviews, we outline the cause-effect pathways related to seabed mining activities to inform quantitative risk assessments. The approach consists of (1) iterative model building with experts to identify the causal connections between seabed mining activities and the affected ecosystem components and (2) quantitative probabilistic modeling. We demonstrate the approach in the Baltic Sea, where seabed mining been has tested and the ecosystem is well studied. The model is used to provide estimates of mortality of benthic fauna under alternative mining scenarios, offering a quantitative means to highlight the uncertainties around the impacts of mining. We further outline requirements for operationalizing quantitative risk assessments in data-poor cases, highlighting the importance of a predictive approach to risk identification. The model can be used to support permitting processes by providing a more comprehensive description of the potential environmental impacts of seabed resource use, allowing iterative updating of the model as new information becomes available.Peer reviewe

Ruovikoituminen ja vedenlaatu Suomenlahdella: kyselytutkimuksen tulokset

Järviruoko, Phragmites australis, on monivuotinen, matalilla pehmeäpohjaisilla rannoilla esiintyvä makrofyytti, jonka levinneisyys on yksi maailman laajimmista. Suomen ympäristökeskuksessa selvitettiin ruovikoitumista ja vedenlaadun vaihtelua sekä niiden vaikutuksia virkistyskäyttöön Suomenlahden rannikolla osana IBAM-hanketta. Tutkimuksen aineisto kerättiin kyselyllä, jonka kohderyhmänä olivat enintään 500 metrin päässä rantaviivasta asuvat henkilöt. Kyselyyn saatiin 281 vastausta, joita analysoitiin tilasto- ja paikkatietomenetelmiä hyödyntäen. Kyselyn tuloksia verrattiin myös luonnontieteellisesti mitattuihin aineistoihin. Tulosten mukaan järviruokoa kasvoi 87 %:lla vastaajien lähirannoista. Yleisimmin ruovikkoa esiintyi paikoitellen alle 10 metriä leveänä vyöhykkeenä. Valtaosa vastaajista oli havainnut ruovikon lisääntymistä, ja ruovikon taantumishavaintoja oli vähän. Pääosin vastaajat kokivat ruovikon haitallisena ilmiönä etenkin ylivuotisen järviruo’on kasaantumisen ja vedenlaadun heikentymisen vuoksi. Myös myönteisiä vaikutuksia, kuten merkitys lintujen elinympäristönä ja maiseman elementtinä, ilmeni. Ranta-asukkaat arvioivat vedenlaadun keskimäärin paremmaksi kuin vesipuitedirektiivin mukaisessa pintavesien ekologisen tilan luokituksessa. Kuitenkin 80 % vastaajista arvioi lähirantansa vedenlaadun huonoksi tai tyydyttäväksi. Valtaosa vastaajista oli huomannut vedenlaadun heikentyneen. Voimakkaasti ruovikoituneilla rannoilla arvioitiin keskimäärin huonompaa vedenlaatua kuin ruovikottomilla rannoilla, ja ruovikon laajetessa vedenlaadun havaittiin lähes poikkeuksetta heikentyneen. Suuri osa vastaajista koki ravinnepäästöjen vähentämisen tehokkaaksi keinoksi ruovikoitumisen ehkäisemisessä. Vastaajien arviot vastasivat melko hyvin vertailupohjana käytettyjä tieteellisesti mitattuja aineistoja. Ruovikoitumisarviot vastasivat vertailuaineistoja vedenlaatuarvioita paremmin. Vaikka vastauksissa ilmeni hajontaa, paikallishavaintojen kerääminen todettiin tässä tutkimuksessa suhteellisen luotettavaksi tavaksi kartuttaa tietoa ympäristöstä

Extensive Coverage of Marine Mineral Concretions Revealed in Shallow Shelf Sea Areas

Ferromanganese (FeMn) concretions are mineral precipitates found on soft sediment seafloors both in the deep sea and coastal sea areas. These mineral deposits potentially form a three-dimensional habitat for marine organisms, and contain minerals targeted by an emerging seabed mining industry. While FeMn concretions are known to occur abundantly in coastal sea areas, specific information on their spatial distribution and significance for marine ecosystems is lacking. Here, we examine the distribution of FeMn concretions in Finnish marine areas. Drawing on an extensive dataset of 140,000 sites visited by the Finnish Inventory Programme for the Underwater Marine Environment (VELMU), we examine the occurrence of FeMn concretions from seabed mapping, and use spatial modeling techniques to estimate the potential coverage of FeMn concretions. Using seafloor characteristics and hydrographical conditions as predictor variables, we demonstrate that the extent of seafloors covered by concretions in the northern Baltic Sea is larger than anticipated, as concretions were found at similar to 7000 sites, and were projected to occur on over 11% of the Finnish sea areas. These results provide new insights into seafloor complexity in coastal sea areas, and further enable examining the ecological role and resource potential of seabed mineral concretions.Peer reviewe

Mereiset avainluontotyypit ympäristöluvituksessa

Merialueiden käyttö kasvaa maailmanlaajuisesti. Kun yhä suurempaa osaa meri- ja ranta-alueista hyödynnetään taloudellisesti, lisääntyvät myös meriympäristöön kohdistuvat paineet, minkä seurauksena meriekosysteemin tila heikkenee. Meriekosysteemin toiminta ja meren meille tarjoamien ekosysteemipalveluiden määrä ja laatu voivat kasvavien paineiden myötä heikentyä. Tässä selvityksessä arvioidaan, miten mereiset luontoarvot on huomioitu Suomen rannikolla ja merialueilla tehdyssä ympäristölupaharkinnassa. Selvityksessä käytiin läpi ympäristö- ja vesilupia Suomen merialueella vuosilta 2014–2019, arvioitiin niihin sisällytettyjä meriympäristön rakennepiirteitä ja käytettyjä aineistoja, sekä vertailtiin luvituksen lopputuloksia. Tämän lisäksi selvitykseen koottiin mereisten avainluontotyyppien suojelua parantavia suosituksia. Aluehallintoviraston hallinnoimasta avoimesta Lupa-tietopalvelusta poimittiin yhteensä 77 hanketta liittyen ja/tai vaikuttaen mereen. Lupia anottiin eniten vuosina 2015 ja 2018. Lähes kaikki hakemukset koskivat uusia meri- ja rannikkoalueen käyttöön liittyviä hankkeita ja suurin osa kaikista hakemuksista myös hyväksyttiin. Lupahakemusten määrässä oli eroja myös merialueittain. Lupaprosesseihin liittyviä ympäristövaikutusten arvioita (YVA) edellytettiin harvoin; lähtökohtaisesti YVA:a edellytettiin hankkeilta, joilla arvioitiin mahdollisesti olevan merkittäviä vaikutuksia meriympäristölle. Hankkeissa arvioituja meriympäristöön liittyviä muuttujia arvioitiin vaihtelevasti; vesipuitedirektiiviin suoraan liittyviä vesimuodostumien ekologiseen laatuun liittyviä tekijöitä ja hankkeen vaikutuksia virkistyskäyttöön arvioitiin yleisimmin. Hankkeiden vaikutuksista meriympäristöön tehtiin asiantuntija-arvio, jossa ympäristöön kohdistuvat haittavaikutukset luokiteltiin kolmeen eri luokkaan. Ihmistoiminnan kumulatiivisia vaikutuksia oli arvioitu hyvin harvassa lupahakemuksessa. Kalastoon kohdistuvia taloudellisia kompensaatiotoimia edellytettiin 11 luparatkaisussa, mutta ekologisia tai ravinnekompensaatioita ei luparatkaisuissa määrätty. Koostettuun aineistoon perustuen, meriekosysteemin rakenteen ja toiminnan kannalta keskeiset avainluontotyypit on huomioitu Suomen rannikolla tehdyissä luvituspäätöksissä puutteellisesti. Raportin suositukset liittyvät tarpeeseen tarkentaa meriluonnon monimuotoisuutteen liittyvää sääntelyä ja luvituskäytäntöjä, aineistojen saatavuuden parantamiseen ja yhteisvaikutusten huomiointiin, jotta meri- ja rannikkoalueiden avainluontotyyppien suojelua voi parantaa

Causal approach to environmental risks of seabed mining

Seabed mining is approaching the commercial mining phase across the world’s oceans. This rapid industrialization of seabed resource use is introducing new pressures to marine environments. The environmental impacts of such pressures should be carefully evaluated prior to permitting new activities, yet observational data is mostly missing. Here, we examine the environmental risks of seabed mining using a causal, probabilistic network approach. Drawing on a series of interviews with a multidisciplinary group of experts, we outline the cause-effect pathways related to seabed mining activities to inform quantitative risk assessments. The approach consists of (1) iterative model building with experts to identify the causal connections between seabed mining activities and the affected ecosystem components, and (2) quantitative probabilistic modelling to provide estimates of mortality of benthic fauna in the Baltic Sea. The model is used to evaluate alternative mining scenarios, offering a quantitative means to highlight the uncertainties around the impacts of mining. We further outline requirements for operationalizing quantitative risk assessments, highlighting the importance of a cross-disciplinary approach to risk identification. The model can be used to support permitting processes by providing a more comprehensive description of the potential environmental impacts of seabed resource use, allowing iterative updating of the model as new information becomes available

Preventing biodiversity loss with ecological restoration

Restoration of watersheds, wetlands, and forests is a way to compensate for the human-caused damage on biodiversity. Halting biodiversity loss is essential for safeguarding ecosystems and human well-being. A key to successful restoration is targeting large enough landscape units. For example, planning at a catchment level can ensure that a forest drainage conducted upstream does not threaten the condition of the waterbodies downstream