Temporal changes in species interactions in simple aquatic bacterial communities

Backround Organisms modify their environment and in doing so change the quantity and possibly the quality of available resources. Due to the two-way relationship between organisms and their resource environment, and the complexity it brings to biological communities, measuring species interactions reliably in any biological system is a challenging task. As the resource environment changes, the intensity and even the sign of interactions may vary in time. We used Serratia marcescens and Novosphingobium capsulatum bacteria to study how the interaction between resource environment and organisms influence the growth of the bacterial species during circa 200 generations. We used a sterile-filtering method to measure how changes in resource environment are reflected in growth rates of the two species. Results Changes in the resource environment caused complex time and species composition-dependent effects on bacterial growth performance. Variation in the quality of the growth medium indicated existence of temporally fluctuating within-species facilitation and inhibition, and between-species asymmetric facilitation. Conclusions The interactions between the community members could not be fully predicted based only on the knowledge of the growth performance of each member in isolation. Growth dynamics in sterile-filtered samples of the conditioned growth medium can reveal both biologically meaningful changes in resource availability and temporally changing facilitative resource-mediated interactions between study species. This is the first study we are aware of where the filter-sterilization - growth assay method is applied to study the effect of long-term changes in the environment on species interactions.Peer reviewe

Precision, Applicability, and Economic Implications: A Comparison of Alternative Biodiversity Offset Indexes

The rates of ecosystem degradation and biodiversity loss are alarming and current conservation efforts are not sufficient to stop them. The need for new tools is urgent. One approach is biodiversity offsetting: a developer causing habitat degradation provides an improvement in biodiversity so that the lost ecological value is compensated for. Accurate and ecologically meaningful measurement of losses and estimation of gains are essential in reaching the no net loss goal or any other desired outcome of biodiversity offsetting. The chosen calculation method strongly influences biodiversity outcomes. We compare a multiplicative method, which is based on a habitat condition index developed for measuring the state of ecosystems in Finland to two alternative approaches for building a calculation method: an additive function and a simpler matrix tool. We examine the different logic of each method by comparing the resulting trade ratios and examine the costs of offsetting for developers, which allows us to compare the cost-effectiveness of different types of offsets. The results show that the outcomes of the calculation methods differ in many aspects. The matrix approach is not able to consider small changes in the ecological state. The additive method gives always higher biodiversity values compared to the multiplicative method. The multiplicative method tends to require larger trade ratios than the additive method when trade ratios are larger than one. Using scoring intervals instead of using continuous components may increase the difference between the methods. In addition, the calculation methods have differences in dealing with the issue of substitutability.Peer reviewe

Resource Availability and Competition Shape the Evolution of Survival and Growth Ability in a Bacterial Community

Resource availability is one of the main factors determining the ecological dynamics of populations or species. Fluctuations in resource availability can increase or decrease the intensity of resource competition. Resource availability and competition can also cause evolutionary changes in life-history traits. We studied how community structure and resource fluctuations affect the evolution of fitness related traits using a two-species bacterial model system. Replicated populations of Serratia marcescens (copiotroph) and Novosophingobium capsulatum (oligotroph) were reared alone or together in environments with intergenerational, pulsed resource renewal. The comparison of ancestral and evolved bacterial clones with 1 or 13 weeks history in pulsed resource environment revealed species-specific changes in life-history traits. Co-evolution with S. marcescens caused N. capsulatum clones to grow faster. The evolved S. marcescens clones had higher survival and slower growth rate then their ancestor. The survival increased in all treatments after one week, and thereafter continued to increase only in the S. marcescens monocultures that experienced large resource pulses. Though adaptive radiation is often reported in evolution studies with bacteria, clonal variation increased only in N. capsulatum growth rate. Our results suggest that S. marcescens adapted to the resource renewal cycle whereas N. capsulatum was more affected by the interspecific competition. Our results exemplify species-specific evolutionary response to both competition and environmental variation.Peer reviewe

Luontotyyppien soveltuminen ekologiseen kompensaatioon Suomessa

Ekologinen kompensaatio on prosessi, jonka tavoitteena on hyvittää ihmistoiminnasta luonnon monimuotoisuudelle aiheutuvat heikennykset elinympäristöjä ennallistamalla tai suojelemalla. Luontotyyppi on yksi taso, jolla kompensaatioita olisi mahdollista arvioida ja toteuttaa. Tässä julkaisussa käsitellään Suomessa esiintyvien luontotyyppien soveltuvuutta ekologiseen kompensaatioon sekä hyvityksen että heikennyksen kannalta. Luontotyyppiryhmittäin on tehty arvio onko ihmistoiminnasta kyseiselle luontotyypille aiheutuva heikennys mahdollista ekologisen kompensaation keinoin hyvittää ja jos niin miten kompensaatiohyvityksen voisi toteuttaa. Arvioinnin perusteena ovat luontotyypin uhanalaisuus, rakenne ja toiminta, harvinaisuus sekä luontotyypin tilaa parantavien menetelmien toimivuus. Arvioituja luontotyyppiryhmiä on 99 ja ne karkeasti ottaen vastaavat vuonna 2008 luontotyyppien uhanalaisuustarkastelussa käytetyn luontotyyppien hierarkisen luokittelun toista tasoa. Asiantuntija-arvion ja parhaan käytettävissä olevan tiedon perusteella kukin luontotyyppiryhmä on luokiteltu joko soveltuvan, mahdollisesti soveltuvan tai pääsääntöisesti olevan soveltumaton ekologiseen kompensaatioon. Julkaisussa käydään myös läpi luontotyyppien ekologisen kompensaation toimintaperiaate, käsitteistö ja luontotyyppien kompensoitavuuteen liittyviä yleisiä ja erityisiä reunaehtoja. Ekologisten kompensaatioiden toteuttamiselle luontotyyppien kannalta arvioituna olisi Suomessa varsin hyvät edellytykset, kun yleiset ja erityiset reunaehdot huomioidaan. Hieman yli 41 prosenttia arvioinnissa mukana olleista luontotyypeistä soveltuu ekologiseen kompensaatioon ja vain 10 prosenttia luontotyyppiryhmistä arvioidaan kokonaan soveltumattomiksi ekologiseen kompensaatioon sekä heikennyksen että hyvityksen kannalta

Suitability of habitat types for biodiversity offsetting in Finland

Biodiversity offsetting or ecological compensation is a process that aims to compensate for human-induced deterioration of biodiversity through habitat restoration or conservation measures. Habitat type is one level at which offsetting can be assessed and implemented. This publication investigates the applicability of biodiversity offsetting to habitat types occurring in Finland from the perspective of compensation and deterioration. Different habitat type groups were assessed to determine whether the human-induced deterioration of the habitat type in question could be compensated for through biodiversity offsetting and, if so, how the compensation could be implemented. The suitability of the habitat types was assessed based on the endangerment, rarity, structure and functional features of the habitat types, as well as the effectiveness of measures to improve their status. The assessment included a total of 99 different habitat type groups, which roughly correspond to the second level of classification used in the 2008 assessment of threatened habitat types in Finland. Based on expert analyses and the best available data, each habitat type group was classified as either suitable, possibly suitable or generally unsuitable for biodiversity offsetting. The publication also describes the operating principles and concepts associated with the biodiversity offsetting of habitat types, as well as general and specific preconditions related to the suitability of habitat types for biodiversity offsetting. According to the assessment of habitat types, the conditions for biodiversity offsetting in Finland are quite good when the general and specific preconditions are taken into consideration. Slightly more than 41 per cent of the assessed habitat types were deemed suitable for biodiversity offsetting, while only 10 per cent of the habitat type groups were found to be entirely unsuitable from the perspective of both deterioration and compensation

Ekosysteemihotelli – lajiston turvapaikka maankäytön muutoksissa

Maankäyttö voi aiheuttaa luontoarvojen köyhtymistä, uhata eliölajien selviytymistä ja jopa kokonaisten ekosysteemien toimintaa. Tästä syystä tarvitaan toimintamalleja, joilla vähennetään ja lievennetään maankäytön vaikutuksia luontoon. Raportissa esittelemme ekosysteemihotelliksi nimetyn toimintamallin. Toimintamallia testattiin yritysyhteistyöhankkeessa. Hankkeessa kokeilimme ekosysteemihotellin toimivuutta luonnon monimuotoisuuden turvaamisessa ja pohdimme ekologisen kompensaation mahdollisuuksia suuressa tiehankkeessa. Ekosysteemihotelli tarjoaa turvapaikan lajistolle maankäytön muutoksissa. Sen toiminta-ajatus on, että esimerkiksi rakennustyömaan alta siirretään luonnon monimuotoisuuden kannalta arvokkaita lajistokokonaisuuksia tilapäiseen tai pysyvään turvaan, ekosysteemihotelliin, josta lajistoa voidaan palauttaa alkuperäiselle elinalueelle rakennustyön päätyttyä. Ensimmäinen ekosysteemihotelli perustettiin Raaseporiin valtatie 25:n varrelle. Pilottikohteessa valtatien vanhan tienpientareen paahdeympäristön lajistoa siirrettiin mahdollisimman täydellisenä ekosysteeminä läheiselle käytöstä poistetulle soranottoalueelle. Siirrot tehtiin suunnitteilla olevan tienrakennushankkeen takia. Tutkimuksessa seurattiin paahdeympäristön lajiston ja koko ekosysteemin selviytymistä ekosysteemihotellin alueella. Ekosysteemien siirroista vastasivat yhdessä Suomen ympäristökeskus SYKE ja Rudus Oy. SYKEn vastuulla oli hankkeen koordinointi, tutkimussuunnittelu ja ekosysteemihotellin lajiston seuranta. Ekosysteemihotelli perustettiin Ruduksen omistamalle soranottoalueelle, Rudus Oy järjesti myös siirtojen vaatiman kaluston. Ekosysteemihotelli herätti laajaa kiinnostusta hankkeen aikana. Toimintamallia testattiin lupaavin tuloksin paahdeympäristöjen lajistolle. Huolellisesti suunniteltu ja oikea-aikaisesti toteutettuna ekosysteemihotelli voi olla hyvin käyttökelpoinen menetelmä lieventää luonnolle aiheutuvaa haittaa erilaisissa infrastruktuurihankkeissa. Pilottihankkeen kokemusten perusteella ekosysteemihotelli olisi hyvä saada osaksi luonnon monimuotoisuuden turvaamisen keinovalikoimaa kaikkiin luontoarvoja heikentäviin rakennushankkeisiin

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

Tietotaso ja kokemukset ekologisesta kompensaatiosta Suomessa

Ekologisen kompensaation tavoite on hyvittää ihmisen toiminnasta luonnon monimuotoisuudelle aiheuttamaa heikennystä lisäämällä monimuotoisuutta toisaalla. Kompensaatioiden kohde vaihtelee yksittäisiin lajeihin tai luontotyyppeihin kohdistuvista toimenpiteistä laajempiin alueellisiin kokonaisuuksiin. Luonnonsuojelulain uudistamistyötä ja ekologisen kompensaation jatkokehittämistä varten tähän raporttiin on koottu esimerkkejä Suomessa tehdyistä ekologisten haittojen tai heikennysten lieventämis- tai kompensaatiotapauksista sekä EU:n alueelta Natura-verkoston heikentämisen kompensaatioista. Ekologisia haittoja lieventäviä ja kompensaatiota tavoittelevia yksittäisiä toimenpiteitä on tehty luonnonsuojelulain poikkeuksiin liittyen sekä tutkimuksellisina kokeiluhankkeina ja osana yritysten ympäristövastuullisen toiminnan kehittämistä. Näistä valtaosa koskee yksittäisiä lajeja ja niiden elinympäristöjä. Raporttiin koottujen esimerkkien kautta korostuu tapauskohtaisen hyvän suunnittelun tärkeys sekä kompensaation kohteen (laji, luontotyyppi) ekologian hyvä tuntemus. Ekologisen kompensaation jatkokehittämisen kannalta selkeät ohjeet toimintatavoista ovat välttämättömiä. Niihin liittyen esimerkiksi vaihdannan säännöt sekä hyvityksen ja heikennyksen arvioimisen periaatteet tulee linjata ekologiset, luonnonsuojelubiologiset ja muut kompensaatioiden toteutettavuuden kannalta keskeiset näkökulmat huomioon ottaen

Localization of Sensorimotor Cortex Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation and Magnetoencephalography

The mapping of the sensorimotor cortex gives information about the cortical motor and sensory functions. Typical mapping methods are navigated transcranial magnetic stimulation (TMS) and magnetoencephalography (MEG). The differences between these mapping methods are, however, not fully known. TMS center of gravities (CoGs), MEG somatosensory evoked fields (SEFs), corticomuscular coherence (CMC), and corticokinematic coherence (CKC) were mapped in ten healthy adults. TMS mapping was performed for first dorsal interosseous (FDI) and extensor carpi radialis (ECR) muscles. SEFs were induced by tactile stimulation of the index finger. CMC and CKC were determined as the coherence between MEG signals and the electromyography or accelerometer signals, respectively, during voluntary muscle activity. CMC was mapped during the activation of FDI and ECR muscles separately, whereas CKC was measured during the waving of the index finger at a rate of 3-4 Hz. The maximum CMC was found at beta frequency range, whereas maximum CKC was found at the movement frequency. The mean Euclidean distances between different localizations were within 20 mm. The smallest distance was found between TMS FDI and TMS ECR CoGs and longest between CMC FDI and CMC ECR sites. TMS-inferred localizations (CoGs) were less variable across participants than MEG-inferred localizations (CMC, CKC). On average, SEF locations were 8 mm lateral to the TMS CoGs (p <0.01). No differences between hemispheres were found. Based on the results, TMS appears to be more viable than MEG in locating motor cortical areas.Peer reviewe

Heikennyksen ja hyvityksen arviointi ekologisessa kompensaatiossa

Luontokadon hillitsemiseksi eliölajien ja luontotyyppien uhanalaistumiskehitys on saatava pysäytettyä. Vastuuta luonnon monimuotoisuutta heikentävien toimien lieventämisestä ja korjaamisesta ollaan enenevässä määrin siirtämässä heikennysten aiheuttajille. Ekologinen kompensaatio voi tukea luontokadon hillitsemisen tavoitetta. Kompensaatiossa esimerkiksi rakentamis- tai kaivoshankeen aiheuttama luontoarvojen heikennys hyvitetään lisäämällä luonnon monimuotoisuutta muualla. Tähän julkaisuun on koottu luonnonsuojelulain uudistustyön tueksi kootun asiantuntijaryhmän ehdotuksia siitä, mitä ekologisen kompensaation toteutuksessa tulee ottaa huomioon, jotta se tukisi monimuotoisuustavoitteiden saavuttamista ja vähentäisi lajien ja luontotyyppien uhanalaistumista. Asiantuntijaryhmän ehdotukset perustuvat ekologisiin ja luonnonsuojelubiologisiin lähtökohtiin. Raportissa käydään läpi ehdotuksia siitä, mitä luontoarvoja kompensaatio voisi koskea, miten heikennyksen ja hyvityksen luontoarvovastaavuutta tulisi arvioida, miten hyvitys tulisi tuottaa sekä miten hyvityksen tulisi sijoittua paikallisesti ja ajallisesti suhteessa menetettyihin luontoarvoihin. Lisäksi annetaan suosituksia Suomessa toteutettavien ekologisten kompensaatioiden suunnitteluun ja toteutukseen