Settefosfori vormid ning nende mõju järvede ökosüsteemile

Fosfor on paljudes veeökosüsteemides primaarproduktsiooni limiteerivaks biogeeniks. Inimtegevuse mõjul on veekogude fosforikoormus oluliselt kasvanud, tuues kaasa järvede kiirenenud eutrofeerumise. Põhjasetteil on oluline roll järvede fosforiringes: setted võivad kas siduda või vabastada fosforit, mõjutades selle biogeeni hulka järvevees ja seega ka primaarproduktsiooni ning veekogu üldist troofsust. Fosfor esineb järvesetetes erinevate keemiliste vormidena, mille eristamiseks kasutatakse järjestikusel ekstraheerimisel põhinevat fraktsioneerimist. Sette fosforifraktsioonide uuringud aitavad mõista, millised tegurid mõjutavad selle olulise biogeeni ringet sette ja vee vahel. Euroopa Liidu Veepoliitika Raamdirektiiv on seadnud eesmärgiks saavutada aastaks 2015 kõigi pinnaveekogude hea või väga hea seisund; paljude järvede jaoks tähendab see nõue muuhulgas ka järve fosforikoormuse alandamist. Selle ülesande täitmisel võib aga takistuseks osutuda fosfori sisekoormus järvesetetest. Käesoleva doktoritöö põhiosaks olevate uuringute tulemused on esitatud neljas teadusartiklis, mis käsitlevad fosfori vormide jaotumise seaduspärasusi ning resuspensiooni mõju suure madala järve ökosüsteemile (artiklid I, II), settefosfori mõju hüpertroofse kihistunud järve ökosüsteemile (artikkel III) ning fosfori vabanemist settest erinevates hapnikuoludes (artikkel IV). Suure madala järve settefosfori fraktsioonide jaotumist ning rolli veeökosüsteemis uuriti Võrtsjärve näitel. Madalatele, tuultele avatud kihistumata järvedele on iseloomulik sette sage resuspensioon, mille käigus kujunevad järvepõhjal välja setete erosiooni- ja akumulatsioonialad. Uuringutes I ja II ilmnesid järgnevad seaduspärasused: Fosforifraktsioonide jaotus korreleerub hästi sette kuivainesisaldusega • (I). Kõrgema kuivainesisaldusega settepiirkonnas(erosioonialade liivakad ja savikad setted) domineerib apatiitne P, väiksema kuivainesisaldusega setetes aga orgaaniline fosfor. Pindmiste settekihtide poorivee fosforisisaldus on võrdlemisi madal • (II). See seletub ühelt poolt sette läbisegamisega resuspensiooni käigus, mis ei lase välja kujuneda teraval kontsentratsioonigradiendil järve vee ja sette poorivee vahel. Teisest küljest on Võrtsjärve sette raua ja fosfori massisuhe (>26) piisavalt kõrge selleks, et siduda fosforit aeroobses settekihis. Sügavamates settekihtides on poorivee fosforikontsentratsioon kõrgem; madala veetaseme ning tugeva lainetuse korral võib resuspensioon puudutada ka anaeroobseid settekihte. Sellisel juhul järvevette sattuv fosfori hulk võib ületada järve aastase väliskoormuse. Sügavas kihistunud kõrge troofsusega järves viib fosfori vabanemine settest hüpolimnioni fosforisisalduse tõusule. See fosfor on primaarprodutsentidele kättesaadav peamiselt järvevee tsirkulatsiooniperioodidel. Käesolevas töös hinnati hüpertroofse Verevi järve settefosfori potentsiaalset mobiilsust fosforifraktsioonide abil. Vaatamata sette mõõdukale üldfosfori sisaldusele viitas labiilse fosfori • kõrge kontsentratsioon hüpertroofses kihistunud Verevi järves sette küllastumisele fosforiga ning fosfori vabanemisele anaeroobsest järvepõhja piirkonnast (III). Hüpolimneetilise sette (40% järvepõhja pindalast) 10 cm paksuse • pinnakihi potentsiaalselt mobiilsetes fosforifraktsioonides sisaldus 300 kg P (III). Laboratoorses katses kahe madala eutroofse järve setetega tõstatati küsimus, kas aeroobsest ning anaeroobsest settest vabaneva fosfori hulk on määratud sette fosforifraktsioonide jaotusega. Uuringu tulemusena leiti: Madala kalgiveelise makrofüüdijärve settest vabanes ühepalju fosforit • nii aeroobsetes kui anaeroobsetes tingimustes. Madala planktonijärve settest vabanes anaeroobsetes tingimustes kaks korda rohkem fosforit kui aeroobsetes tingimustes. Need erinevused ei olnud määratud ainult sette algse fosforifraktsioonide jaotusega; olulised on ka muud erinevused sette koostises, mis mõjutavad fosforifraktsioonide potentsiaalset mobiilsust (IV). Fosfori sisekoormuse täpsemaks hindamiseks peaks lisaks sette • fosforifraktsioonide jaotuse ning koguse määramisele kaasama ka fosfori vabanemiskatsed (IV). Sette P fraktsioonide erineva potentsiaalse mobiilsuse uurimise praktiliseks väljundiks on mitmesuguste järvetervenduslike meetodite väljatöötamine, mille puhul settefosfor viiakse stabiilsesse vormi või luuakse järves tingimused, mis soodustavad settes olemas olevate P vormide stabiilsust. Ka Eestis on mitmeid järvi, mille hea seisundi taastamiseks oleks hädavajalik saada kontrolli alla fosfori sisekoormus setetest. Taolised projektid nõuavad detailseid settefosfori eeluuringuid: milline on settevormide vertikaalne ja horisontaalne jaotus järves, millised on domineerivad settefraktsioonid, kas sette fosforisidumisvõime on ammendatud. Kuigi fosfori vormide uuringute tulemusel on loodud efektiivseid meetodeid setteist pärineva fosforivoo tõkestamiseks, jääb reaalselt väga paljude tervendamist vajavate järvede seisund veel pikaks ajaks parandamata: varasemate aasta(kümne)tega järvedesse kogunenud fosfori püsiv sidumine setetesse või eemaldamine järvest on majanduslikult kulukas.Funding for this research was provided by a target-financed project 0370218s98 and 0170011508 of the Estonian Ministry of Education and Research, by grants 1641, 3579, 4835, 4080 and 6741 from the Estonian Science foundation, by European Union project ECOFRAME (contract EVK1 –CT-1999-39) and by a scholarship from the Swedish Institute

Dynamics of phytoplankton pigments in water and surface sediments of a large shallow lake

Our aim was to find out to which extent fossil phytoplankton pigments in the large shallow and turbid Lake Võrtsjärv carry information on the history of phytoplankton communities. For this purpose we examined how the changes in the pigment composition of surface sediments follow their changes in the water column. Depth-integrated lake water and surface sediment samples were collected weekly in May–October 2007. Considering cyanobacterial and diatom dominance in phytoplankton, we analysed fucoxanthin, diadinoxanthin and diatoxanthin as marker pigments for diatoms, zeaxanthin as a marker pigment for total cyanobacteria and canthaxanthin as a marker pigment for colonial cyanobacteria. Chlorophyll a and its derivative pheophytin a were applied as indicators for total phytoplankton. The dynamics of phytoplankton pigments in surface sediments generally did not follow their dynamics in the water column, possibly due to intensive resuspension and a high sedimentation rate in a large and shallow lake. It was noticed that the surface sediment carries information on pigment degradation intensity and on weight and size characteristics of phytoplankton cells, which affect their sinking and floating velocities. Higher pigment contents of sediment in spring were presumably caused by lower resuspension due to high water level and slower degradation in cold water. Pheophytin a and the marker pigments of cyanobacteria were found to be persistent against degradation in upper sediment layers, which makes them useful indicators for tracking the historical changes in phytoplankton communities also in a shallow lake. Sharp decrease in chemically unstable pigment contents between the sediment surface and deeper layers indicates that only the uppermost sediment surface is resuspended in Lake Võrtsjärv. The transformation of the diatom marker carotenoid diadinoxanthin to diatoxanthin was found to occur mainly in sediments and not in the water column, and the process is not induced by excess light

Open windrow composting of fish waste in Estonia

By-catch fish is caught unintentionally during the fishing and is currently thrown back in water bodies to cause the water pollution. Currently fishermen does not have a motivation to bring the by-catch fish to the shore, as it needs to be sorted by fish species, causing fishermen extra work without additional income. Estonian Ministry of Rural Affairs decided to give funding to present study with purpose to find solution to this matter. One possible solution for by-catch fish utilization is to produce high value nutrient rich fertilizer in order to close nutrient cycle and return valuable nutrients into soil. The adaptive study of outdoor windrow composting was conducted with consecutive treatments, rather than simultaneously, in order to make adaptive improvements to the set-up of each consecutive treatment. The consecutive treatments showed that fish waste composting is manageable from a technical perspective, feasible in a temperate climate, and that this type of compost holds high potential as an organic fertiliser or soil improver. Composting process started rapidly and, as required by the EU Commission regulation EU 142/2011, temperatures exceeded 70 °C for at least 1 h in all windrows. While initial treatments suffered from odours, as well as events inhibitive to the composting process, these disadvantages were successfully avoided in later treatments by adding a biofilter and inoculant from previous composting windrows, as well as lake sediments. Rather than disposing of low-value fish, these can be recycled into stable and nutrient-rich compost on-site, near fishing harbours

Sediment phosphorus mobility in Vortsjarv, a large shallow lake : Insights from phosphorus sorption experiments and long-term monitoring

Sediment phosphorus (P) recycling is one of the key issues in lake water quality management. We studied sediment P mobility in Vortsjarv, a large shallow lake in Estonia using both sorption experiments and long-term (1985-2020) monitoring data of the lake. Over the years studied, the lake has undergone a dedine in external phosphorus loading (EL), while no improvement in phytoplankton indicators was observed. The results of the sorption experiments revealed that it may be successfully used as a tool to determine P forms involved in P retention, as up to 100% of the P from the water column was detected in sediments. Incubation of wet sediment is preferred to dry because of the sensitivity of organic P to desiccation. In the sediments of Vortsjarv, the labile P (Lab-P) and iron bound (Fe-P) fractions are the major forms of the mobile pool that supply internal P load as sediment released P. The internal P load calculated from summer total P (TP) increases (ILin situ) in the water column was on average 42%, but could reach 240% of EL at extreme environmental conditions. ILin situ was correlated with the active area, which resembles the area involved in redox-related P release in polymictic lakes, and with the mean bottom shear stress in summer. ILin situ showed a similar decreasing pattern as the external P load over the years 1985-2020, and was likely driven by the decrease of the pool of releasable P. Similarly, the decreases in sediment loading by P retention in our P sorption experiment were associated with decreases in the concentration of the potentially mobile P forms (mainly lab-P and Fe-P). These results show that changes in external P loading can successfully control internal P loading and are useful in water quality management of large lakes.Peer reviewe

Longitudinal proteomic profiling reveals increased early inflammation and sustained apoptosis proteins in severe COVID-19

SARS-CoV-2 infection has a risk to develop into life-threatening COVID-19 disease. Whereas age, hypertension, and chronic inflammatory conditions are risk factors, underlying host factors and markers for disease severity, e.g. requiring intensive care unit (ICU) treatment, remain poorly defined. To this end, we longitudinally profiled blood inflammation markers, antibodies, and 101 plasma proteins of hospitalized COVID-19 patients who did or did not require ICU admission. While essentially all patients displayed SARS-CoV-2-specific antibodies and virus-neutralization capacity within 12-15 days, a rapid, mostly transient upregulation of selective inflammatory markers including IL-6, CXCL10, CXCL11, IFN gamma, IL-10, and monocyte-attracting CCL2, CCL7 and CCL8, was particularly evident in ICU patients. In addition, there was consistent and sustained upregulation of apoptosis-associated proteins CASP8, TNFSF14, HGF, and TGFB1, with HGF discriminating between ICU and non-ICU cohorts. Thus, COVID-19 is associated with a selective inflammatory milieu within which the apoptotic pathway is a cardinal feature with potential to aid risk-based patient stratification.Peer reviewe

Koroonaviiruse omikrontüve vastane antikehade kaitse ja T-rakuline immuunvastus pärast BNT162b2-vaktsiini tõhustusdoosi saamist

Eesti Arst 2023; 102(2):11

Siseveekogud : õpik kõrgkoolidele

Inimeste kõige tavalisemad seosed siseveekogudega on matkamine, kalapüük, suplemine, janu kustutamine ja taimede kastmine. Et veekogude ääres viibimine mõjub paljudele rahustavalt, on jõgedel-järvedel miljonivaadete kaudu kindel koht ka kinnisvaraäris. Veekogudeta ei saa läbi sportlased (purjetajad, sõudjad ja motohuvilised). Leidub selliseidki indiviide, keda meelitavad mittesöödavad või koguni palja silmaga nähtamatud vee-elanikud. Eesti on väike madal maa, millel on pikk mererand, aga kus leidub ka palju siseveekogusid. Eriline on kahe suure järve – Peipsi ja Võrtsjärve – asumine lähestikku. Seisuvete pindala osakaalu järgi kogu riigi pindalast on Eesti Euroopas pärast Soomet ja Rootsit koos Norraga kolmandal-neljandal kohal. Eesti ja tema ümbrus on puhta veega seni niisiis hästi varustatud, kuid see rikkus ühtlasi kohustab veekogusid heaperemehelikult ja jätkusuutlikult majandama. Ka Eestis on muresid nii veevarude, veekogude kui nende seisundiga. Sisevete uurimine on Eestis kestnud juba üle 100 aasta. Seda on süstemaatiliselt korraldanud nii Looduseuurijate Selts, Tartu Riiklik Ülikool, Teaduste Akadeemia kui Maaülikool. Suurte järvede kõrval pole unustatud väikesi järvi ega vooluveekogusid. Uurida vee ja veekogude omadusi, arendada ja kasvatada nende spetsialiste ongi mõistlik seal, kus on, mida tundma õppida. Üha enam leitakse seoseid looduslike ja inimtekkeliste mõjurite ning ökosüsteemide vastuste vahel. Ühtlasi ühendatakse neid seoseid sotsiaalmajanduslike küsimuste ja looduskaitsega. Eesti siseveekogude kohta on peale arvukate ja enamasti võõrkeelsete teadusartiklite ilmunud ka eestikeelseid raamatuid. Siin neist väike loetelu: väikejärved (Eesti järved, 1968; Mäemets, 1977; Laarmaa jt 2019); Võrtsjärv (1973, 2003); Peipsi (1999, 2008), vooluveed (Järvekülg jt 2001; Timm jt 2019). Kalaraamatuid esindavad Mikelsaar (1984) ning Hunt (2019), veetaimi „Eesti taimede määraja“ (2010). Silmaga nähtavate veeselgrootute ülevaate pakub Timm (2015). Ülevaatlikku eestikeelset õpikut siseveekogude ning nende talitlemise kohta seni polnud. Eesti ülikoolides on kõigil kolmel õppetasandil (bakalaureuse-, magistri- ja doktoriõpe) õppekavasid, kus vajatakse teadmisi siseveekogudest. Võõrkeelseid eeskujusid leidub päris mitu, kuid need käsitlevad enamasti kas ainult hüdrobioloogiat või limnoloogiat. Esimene on elustiku-, teine keskkonna-alase suunitlusega. Uus õpik sisaldab mõlemaid ning sobib loodetavasti paljudele loodusteaduslikele ja looduskaitselistele kursustele, eriti bakalaureusetasemel. Õpik koosneb kolmest suurest alajaotusest: (1) siseveekogude füüsikalis-keemiline iseloomustus, levik ja teke; (2) elupaigad veekogudes, olulised elustikurühmad ning nendevahelised suhted; (3) siseveekogude majandamine, kaitse ja tervendamine. Peamiselt vaadeldakse Eesti siseveekogusid, aga seda kogu maailma taustal. Koostajad loodavad, et raamat annab lugejatele nii vastuseid küsimustele kui ka süvendab huvi sisevete kui kaunite, põnevate ning inimestele eluliselt oluliste loodusobjektide suhtes.Õpik on valminud riikliku programmi „Eestikeelsete kõrgkooliõpikute koostamine ja väljaandmine (2008–2012)“ raames ning Eesti Maaülikooli ja Sihtasutuse Archimedes osalisel toel

Autoantibody Repertoire in APECED Patients Targets Two Distinct Subgroups of Protiens

High titer autoantibodies produced by B lymphocytes are clinically important features of many common autoimmune diseases. APECED patients with deficient autoimmune regulator (AIRE) gene collectively display a broad repertoire of high titer autoantibodies, including some which are pathognomonic for major autoimmune diseases. AIRE deficiency severely reduces thymic expression of gene-products ordinarily restricted to discrete peripheral tissues, and developing T cells reactive to those gene-products are not inactivated during their development. However, the extent of the autoantibody repertoire in APECED and its relation to thymic expression of self-antigens are unclear. We here undertook a broad protein array approach to assess autoantibody repertoire in APECED patients. Our results show that in addition to shared autoantigen reactivities, APECED patients display high inter-individual variation in their autoantigen profiles, which collectively are enriched in evolutionarily conserved, cytosolic and nuclear phosphoproteins. The APECED autoantigens have two major origins; proteins expressed in thymic medullary epithelial cells and proteins expressed in lymphoid cells. These findings support the hypothesis that specific protein properties strongly contribute to the etiology of B cell autoimmunity.Peer reviewe

SARS-CoV-2 susceptibility and COVID-19 disease severity are associated with genetic variants affecting gene expression in a variety of tissues

Variability in SARS-CoV-2 susceptibility and COVID-19 disease severity between individuals is partly due to genetic factors. Here, we identify 4 genomic loci with suggestive associations for SARS-CoV-2 susceptibility and 19 for COVID-19 disease severity. Four of these 23 loci likely have an ethnicity-specific component. Genome-wide association study (GWAS) signals in 11 loci colocalize with expression quantitative trait loci (eQTLs) associated with the expression of 20 genes in 62 tissues/cell types (range: 1:43 tissues/gene), including lung, brain, heart, muscle, and skin as well as the digestive system and immune system. We perform genetic fine mapping to compute 99% credible SNP sets, which identify 10 GWAS loci that have eight or fewer SNPs in the credible set, including three loci with one single likely causal SNP. Our study suggests that the diverse symptoms and disease severity of COVID-19 observed between individuals is associated with variants across the genome, affecting gene expression levels in a wide variety of tissue types