Dagskrá Meistaradags Líf- og umhverfisvísindadeildar

Leiðbeinandi:  Hans Tómas Björnsson, prófessor við Læknadeild HÍ 
Umsjónarkennari: Arnar Pálsson, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild HÍ
Prófdómari: Snævar Sigurðsson, rannsóknasérfræðingur hjá Lífvísindasetri HÍ

Ágrip
Kabuki heilkenni (KS) er sjaldgæfur sjúkdómur sem einkennist af margvíslegum meðfæddum göllum eins og áberandi andlitseinkennum, þroskahömlun, vaxtaskerðingu og skertu ónæmiskerfi. Tengsl hafa fundist milli sjúkdómsins og stökkbreytinga í tveimur genum, annarsvegar lýsín-sértækum metýltransferasa 2D (KMT2D) og hinsvegar lýsin-sértækum afmetýltransferasa (KDM6A).  Stökkbreytingar í genunum gera próteinafurðir genanna óstarfhæfar. Próteinin spila hlutverk í umframerfðum en þau virkja genatjáningu með því að umbreyta histónum. Lítið er vitað um hvaða genum KMT2D og KDM6A stjórna og hvernig gallar í þeim tengjast framgöngu Kabuki heilkennisins. Þar sem bæði Kabuki genin stjórna tjáningu annarra gena með histónhala metýleringu og birtingamynd sjúkdómsins er svipuð hjá einstaklingum með annaðhvort genið stökkbreytt, liggur við að spyrja hvort genin stjórni stundum tjáningu sömu gena eða genaferlum og að það sé ástæða þess að birtingamynd heilkennisins sé svipuð milli Kabuki genanna tveggja? Til að meta þessa tilgátu var öllum þeim raðgreiningargögnum úr músatilraunum, þar sem annað hvort Kabuki genanna er stökkbreytt, hlaðið niður úr gagnagrunninum GEO (Gene Expression Omnibus) og þau greind á kerfisbundinn hátt. Sú nálgun gerði kleift að bera saman genatjáningu milli ólíkra vefja eða frumlína frá mismunandi gagnasettum fyrir hvert KS gen. Niðurstöður benda til þess að stökkbreytingar í annað hvort Kmt2d eða Kdm6a valdi vefjasértækum áhrifum og voru áhrifin meiri í sumum vefjum. Fá gen sýndu breytingu á tjáningu í sömu átt innan allra gagnasetta fyrir Kmt2d og það sama átti við um Kdm6a gagnasettin. Sum gen sýndu mismunatjáningu í gagnstæðar áttir milli gagnasafna sem gæti bent til að auk þess að virkja genatjáningu, gætu KS próteinin bælt genatjáningu í einhverju samhengi. Við fundum 22 gen sem áttu það sameiginlegt að vera marktækt mismunatjáð í bæði Kmt2d og Kdm6a gagnasettum. Sum þessa gena gegna hlutverkum í vefjum sem sjúkdómurinn herjar á og önnur hafa tengsl við sjúkdóma sem sýna einkenni sem svipar til þeirra sem fyrirfinnast í KS. Greining á starfsemi þessa gena gefa til kynna að KMT2D og KDM6A stjórni genum sem eru mikilvæg snemma í þroskun vefja sem sjúkdómurinn hefur áhrif á, eins og brjóskforvera í andliti, beinum og eitilfrumum. Þessar niðurstöður gætu hugsanlega varpað ljósi á frekari sameindalíffræðileg tengsl milli genanna og hversvegna stökkbreytingar hjá tveim genum valda svipaðri meingerð.

Advisor:  Hans Tómas Björnsson, Professor at the Faculty of Medicine, University of Iceland
Faculty Supervisor: Arnar Pálsson, Professor at the Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Iceland
Examiner: Snævar Sigurðsson, Research Specialist at the BioMedical Center, University of Iceland

Abstract 
Kabuki syndrome (KS) is a rare dominant disease with multiple congenital characteristics including distinctive facial features, growth retardation, intellectual disability and immune deficiency. KS is caused by loss-of-function mutations in either the lysine-specific methyltransferase 2D (KMT2D) or the lysine-specific demethylase 6A (KDM6A); both players of the epigenetic machinery that activate gene expression through histone modifications. The pathogenic sequence of KS is unknown but the phenotypic similarity observed as a result of a mutation within either KMT2D or KDM6A, suggests that the genes regulate expression of common genes or affect common biological pathways. To address this question, all available RNA-sequencing data from mice with either Kmt2d or Kdm6a genes mutated were collected from GEO (Gene Expression Omnibus) and analyzed in a systematic way. This enabled assessment of the similarities in gene expression between different tissue or cell types from different datasets for each KS gene. The data suggest that a mutation in either Kmt2d or Kdm6a causes tissue-specific abnormalities and the impact is greater in some tissue types than others. Few genes showed consistent gene expression in one direction in all datasets for either KS genes. Some genes show conflicting direction of expression between datasets which may indicate that in addition to acting as activators of gene expression, they might also function as suppressors of gene expression in some contexts. A total of 22 genes were differentially expressed in both Kmt2d and Kdm6a datasets. Some of those genes have functional roles in tissues that are affected in individuals with KS or are associated with diseases with phenotypic overlap with KS1 and KS2. Functional analysis results suggest that KMT2D and KDM6A regulate genes that are important during early development including craniofacial cartilages, bones and lymphocytes that are seen disrupted in individuals with KS. The results contributes to the understanding of epigenetic dysregulation during development of Kabuki syndrome and further insight into the pathogenesis of the disease. 

Leiðbeinendur:  Erna Magnúsdóttir, dósent við Læknadeild HÍ, Arnar Pálsson, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild HÍ og Snævar Sigurðsson, rannsóknasérfræðingur hjá Lífvísindasetri HÍ
Prófdómari: Denis Warshan, vísindamaður hjá deCODE Genetics

Ágrip
Genaþyrpingin Reproductive Homeobox X-linked tilheyrir fjölskyldu gena sem eru í hraðri þróun. Þau skrá fyrir umritunarþáttum sem eru aðallega tjáðir í vefjum æxlunarfæra. Hlutverk þeirra, bæði í æxlun og breiðara samhengi er lítt þekkt. Til að rannsaka virkni Rhox4a, -5, -6, -7 og -9 nánar höfðu genin verið yfirtjáð í stofnfrumum úr fósturvísum. Þetta verkefni gekk út á að greina RNA-raðgreiningargögn úr þeim sýnum, með það að markmiði að bera kennsl á misjáð gen og auðgaða líffræðilega ferla meðal þeirra. Fyrstu niðurstöðurnar benda til að RHOX þættirnir hafi fáein sameiginleg markgen, þá sérstaklega RHOX4 og RHOX5. Meirihluti markgena RHOX þáttanna eru hins vegar einstök fyrir hvern þátt. Hins vegar sýndi auðgunargreining genasetta auðgun nokkurra líffræðilegra ferla, þar á meðal annars gena sem miðla þöggun stökkla, umbreytingu á litni og öðrum umframerfðaferlum. Þessar niðurstöður ásamt öðrum gögnum benda til þess að Rhox genin bæli genatjáningu og stökkla með því að stuðla að myndun þéttlitnis, tjáningu á PIWI-víxlverkandi RNA og með Polycomb miðlaðri genaþöggun. Ekki hafa áður birst niðurstöður sem sýna tengsl á milli Polycomb miðlaðrar þöggunar og Rhox gena. Genasett leidd af birtum gögnum úr frumkímfrumum voru búin til og notuð fyrir frekari auðgunargreiningu genasetta. Niðurstöður hennar benda til þess að Rhox genin gætu átt þátt í að stuðla að genatjáningu sem liggur að baki þroska frumkímfruma. Tekið saman benda niðurstöðurnar til mikilvægs hlutverks Rhox genanna í snemmþroska fósturvísa músa og benda til þess að hlutverk þeirra í að bæla stökkla komi í veg fyrir tap á kímfrumum.

Advisors:  Erna Magnúsdóttir, Associate Professor at the Faculty of Medicine, University of Iceland, Arnar Pálsson, Professor at the Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Iceland and Snævar Sigurðsson, Research Specialist at the BioMedical Center, University of Iceland
Examiner: Denis Warshan, Research Scientist at deCODE Genetics

Abstract 
The Reproductive homeobox x-linked gene cluster in mice is a rapidly evolving family of genes that encode transcription factors expressed predominately in the reproductive tissues. Their role, both in a reproductive context and more broadly, is poorly understood. To study the function of Rhox4a, -5, -6, -7, and -9 more closely, the genes had been overexpressed in embryonic stem cells. This thesis focused on the analysis of RNA-seq data derived from these samples to identify differentially expressed genes and enrichment of biological pathways among them. The first main result was that the RHOX factors have some overlapping targets, especially between RHOX4 and RHOX5, however, the majority of targets between RHOX factors are unique. Second, gene set enrichment analysis showed enrichment for several biological mechanisms, including genes involved in transposable element repression, chromatin remodeling, and other epigenetic mechanisms. The results, and other data, suggest that the Rhox genes repress gene expression and transposable elements through the formation of heterochromatin, PIWI-interacting RNAs, and Polycomb mediated repression. To date, no link between the Rhox genes and Polycomb repression has been established. Genesets derived from published data on primordial germ cells were generated and used for gene enrichment analysis. The results indicate that the Rhox genes could be driving gene expression changes in primordial germ cell progression. In summary, this work affirms the important role of the Rhox genes in early mouse embryonic development by proposing their function as a transposable element repression mechanism to ultimately prevent the loss of germ cells.

Leiðbeinendur: Arnar Pálsson, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild HÍ og Sarah E. Steele, nýdoktor
Prófdómari: Guðni Guðbergsson, sviðsstjóri ferskvatns- og eldissviðs hjá Hafrannsóknastofnun, rannsókna- og ráðgjafarstofnun hafs og vatna

Ágrip
Þar sem útlitsbreytileiki innan stofna er grundvöllur náttúrulegs vals og aðlögunar, er mikilvægt að skilja tilurð hans til að fá betri skilning á þróun og varðveislu líffræðilegs fjölbreytileika. Útiltsbreytileiki stafar aðallega af erfðafræðilegum fjölbreytileika og umhverfisþáttum.  Sveigjanleiki í svipfari (e. phenotypic plasticity), er hæfileiki arfgerða til að búa til ólíkar svipgerðir eftir umhverfi, og gæti tengst þróun nýrra svipgerða. Rannsóknin fjallar um þetta með tilraunum á bleikju (Salvelinus alpinus) afbrigðum á Íslandi sem hafa aðlagast mismunandi fæðu, sér í lagi botnlægri eða sviflægri fæðu. Megin rannsóknarspurningarnar voru, 1) hver er munurinn milli eiginleika í höfði hjá afbrigðum sem eru mis sérhæfð, og  2) hvernig hefur sveigjanleiki í svipfari þessara eiginleika þróast? Til að svara þessum spurningum var notast við útlitsgreiningu (e. morphometics) á höfuð eiginleika bleikju frá mismunandi stofnum sem var gefin botn- eða sviflæg fæðumeðferð. Línulegar mælingar voru gerðar á myndum af 1816 bleikjum fimm afbrigða (sjóbleikju, tvö mjög ólík afbrigði úr einu vatni og tvö minna aðskilin afbrigði úr öðru vatni) og 3 blendinga (mynduð með æxlunum innan vatna). ANOVA, ANCOVA og aðhvarfsgreiningar voru notaðar til bera saman mun milli meðaltala og hallatölur milli hópa og meðferða. Niðurstöðurnar sýndu að sumir eiginleikar hafa þróast, þeir voru misfrábrugðnir eftir afbrigðum og vötnum, sveigjanleiki í svipfari var misjafn eftir eiginleikum, og var samræmi í sveiganlegu svari og þróun eftir botnlægt-sviflægt ás. Niðurstöður rannsóknarinnar undirstrika að einhver tengsl eru milli sveiganlegrar svörunar svipfars og aðlögunar, í vissum eiginleikum. Einnig benda niðurstöður til þess að afleidd afbrigði erfa ekki svipfars sveigjanleika frá foreldrum, jafnvel þegar foreldrarnir eru úr stofnum með sveiganlegt svipfar. Niðurstöðurnar varpa ljósi á uppruna útlistbreytileika.

Advisors:  Arnar Pálsson, Professor  at the Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Iceland and Sarah E. Steele, Post Doc
Examiner: Guðni Guðbergsson, Head of the Freshwater and Aquaculture Division , Marine And Freshwater Research Institute

Abstract 
Since intraspecific phenotypic diversity is the raw material for adaptive divergence, understanding its origin is important for understanding evolution and conservation of biodiversity. Intraspecific diversity mainly arises from genetic diversity and environmental factors. Developmental plasticity, the capacity of a genotype to produce different phenotypes, may influence phenotypic divergence. This was addressed by studying Arctic charr (Salvelinus alpinus) morphs in Iceland, that have adapted to life on different food sources, most notably along an axis of benthic-pelagic habitats. The main research questions were, 1) how do craniofacial traits in morphs with different ecological specialization differ, and 2) how does plasticity evolve in these traits? To answer these questions, morphometric analyses were done on craniofacial traits in Arctic charr from different populations that were subjected to benthic or pelagic feeding treatment. Linear measurements were made on photos of 1816 charr from 5 populations (a putative ancestor, two from a lake with highly derived morphs and two from a lake with less divergence) and 3 hybrids (generated from crosses within lakes). ANOVA, ANCOVA and regression were used to compare differences among means and assess allometric slopes by morphs and treatments. The results indicated that some traits diverged from the ancestor, but to a different level depending on morph and lake, developmental plasticity varied by trait, and the responses in some traits corresponded to known adaptations along the benthic-pelagic axis. To iterate, there was an association between plasticity and adaptive divergence for some traits.

Leiðbeinendur:  Arnar Pálsson, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild HÍ og Sarah E. Steele, nýdoktor
Prófdómari: Lisa Anne Libungan, fiskifræðingur hjá Hafrannsóknastofnun, rannsókna- og ráðgjafarstofnun hafs og vatna

Ágrip
Fjölbreytileiki í eiginleikum sem tengjast fæðuöflun hefur verið undir áhrifum náttúrulegs vals. Breytileikinn er einstaklega áberandi meðal fiska og útskýrist að hluta með fjölbreyttum vistum og sérhæfingu þeirra. Breytileiki innan tegunda er hráefni náttúrulegs vals, og leiðir til munar á milli tegunda. Bleikja (Salvelinus alpinus) er ferskvatnsfiskur þekktur fyrir fjölbrigðni svipfars og samsvæða afbrigði. Í Þingvallavatni lifa fjögur ólík bleikju afbrigði, sem nýta ólíkar vistir og fæðu, sem tengist breytileika í höfuðlögun. Sett var fram tilgáta um að innri líkamseinkenni hefðu einnig aðlagast. Ein rannsókn sýndi fram á breytileika í sumum beinum milli afbrigða en nokkrum spurningum var ósvarað. Í þessari rannsókn var reynt að svara eftirfarandi spurningum: 1) Hvaða innri þættir (beinalögun og tennur) tengd fæðuöflun sýna breytileika milli afbrigðanna? 2) Er breytileikinn tengdur vexti afbrigða? 3) Hversu samþættur er tannafjöldi í mismunandi beinum bleikjunnar? Lögun beina og fjöldi tanna í fullorðnum einstaklingum allra fjögurra afbrigða var rannsökuð með aðferðum landfræðilegrar formfræði og tölfræðinnar.  Gögnin sýndu mun á ytri lögun afbrigðanna í samræmi við fyrri rannsóknir. Skýr munur var milli botnlægra og sviflægra afbrigða í lögun fjögurra beina (Articular-angular, Maxilla, Dentary og Premaxilla), samband stærðar og lögunar var ólíkt fyrir seinni tvö beinin og munur á tannafjölda sást í tveimur beinum (Dentary og Palatine). Niðurstöðurnar afhjúpa hraða þróun í virkni ákveðinna byggingareiginleika, líklega vegna aðgengis fiskanna að vistfræðilegum tækifærum.

Advisors:  Arnar Pálsson, Professor  at the Faculty of Life and Environmental Sciences and Sarah E. Steele, Post Doc Examiner: Lisa Anne Libungan, Marine Ecologist the Marine And Freshwater Research Institute

Abstract 
The diversity of functional anatomy related to feeding has been influenced by natural selection. This diversity is particularly impressive in fishes and correlates with various ecological specializations. Differences between species originate as variation within species that selection acts upon. Arctic charr (Salvelinus alpinus) is a freshwater fish species known for its phenotypic variation and sympatric polymorphism. In Lake Thingvallavatn, four different morphs of Arctic charr coexist, that differ by preferred prey types and niche choices, may explain differences in external feeding morphology. It was hypothesized that internal functional feeding elements have also undergone adaptive evolution. A prior study found evidence of differences in specific bones between morphs, but several questions remained unanswered. This thesis addressed the following questions. 1) Which functional feeding elements (bone shape and teeth numbers) vary among the morphs? 2) Does variation in these elements correlate with size? 3) How integrated are teeth numbers in different bones in the charr feeding apparatus? Shapes of bones and numbers of teeth in adult fish of the four charr morphs were studied, with geometric morphometrics and univariate statistics. The data revealed external shape variation, which correlates with previous research. Clear benthic vs pelagic shape differences were found in four bones (Articular-angular, Maxilla, Dentary and Premaxilla), allometric differences were between morphs in the latter two, and the number of teeth differed for two bones (Dentary and Palatine). These results highlight the rapid functional evolution of specific anatomical structures, likely due to ecological opportunities.

Leiðbeinendur:  Þóra Ellen Þórhallsdóttir, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild HÍ og Kristín Svavarsdóttir, plöntuvistfræðingur hjá Landgræðslunni.
Prófdómari: Hlynur Óskarsson, prófessor við Landbúnaðarháskóla Íslands

Ágrip
Vistmeitill er lífverutegund sem hefur gagnger eðlisræn áhrif á byggingarlega eiginleika vistkerfa eða á ferli, sem ýmist greiða fyrir eða hafa hindrandi áhrif á aðrar tegundir. Ég rannsakaði hvort og hvernig loðvíðir (Salix lanata) mótar tvö ólík plöntusamfélög, lítt gróinn jökulsand (Skeiðarársand) og víðikjarr (Skaftafellsheiði) og mældi valda þætti á sniðum í mismikilli fjarlægð frá stökum runnum. Snjósöfnun að vetri, loftraki og niðurbrotshraði og stöðgun kolefnis í jarðvegi minnkuðu með aukinni fjarlægð frá runnum. Öfug leitni fannst fyrir jarðvegshita við yfirborð, tegundaauðgi æðplantna og fjölda virknihópa, en lífmassi æðplantna ofanjarðar sýndi ekki marktæka fylgni við fjarlægð frá runna. Jákvætt samband fannst milli yfirborðshita og niðurbrotshraða sem gefur til kynna að neikvæð skuggaáhrif laufkrúnunnar á lofthita vegi að hluta til upp hraðara niðurbrot lífræns efnis undir runnum. Neikvæð heildaráhrif loðvíðis á líffræðilega fjölbreytni í nærumhverfi sínu benda til þess að möguleg fóstruáhrif hans hafi almennt minna vægi en ferli sem endurspegla samkeppni milli tegunda. Þó voru sumargrænir smárunnar og smáplöntur víðis og birkis (Betula pubescens) algengust í nálægð við loðvíði á Skeiðarársandi. Fóstruáhrifin gætu því einskorðast við náskylda virknihópa og skipt mestu máli í frumframvindu.

Advisors:  Þóra Ellen Þórhallsdóttir, Professor at the Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Iceland and Kristín Svavarsdóttir, Plant ecologist at the Soil Conservation Service of Iceland
Examiner: Hlynur Óskarsson, Professor at the Agricultural University Of Iceland

Abstract 
Woody plant species may act as ecosystem engineers by physically changing their biotic or abiotic environment, resulting in facilitating or inhibiting effects on the establishment and growth of other species. I examined ways in which woolly willow (Salix lanata) modifies its local environment on a glacial floodplain and nearby willow heath in Iceland, where transects were established with increasing distance from individual shrubs. Snow cover, relative air humidity, decomposition rate and stabilisation of soil organic material declined with increasing distance, while ground surface temperature, vascular plant and functional group richness increased, but biomass was not significantly affected. Ground surface temperature was positively associated with decomposition rate, suggesting that lower temperature due to canopy shading partly offset increased decomposition rates under shrubs. Overall negative effects on local plant biodiversity indicate that potential facilitation by S. lanata is mostly outweighed by interspecific competition. On the outwash plain however, deciduous dwarf shrubs and woody species saplings were most frequently recorded close to S. lanata. Facilitation may thus be restricted to functionally related species and be more pronounced in early successional ecosystems.

Leiðbeinendur: Þóra Ellen Þórhallsdóttir, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild HÍ og Kristín Svavarsdóttir, plöntuvistfræðingur hjá Landgræðslunni.
Ólafur Eggertsson, sérfræðingur hjá Skógræktinni, 
Prófdómari: Bjarni Diðrik Sigurðsson, prófessor við Landbúnaðarháskóla Íslands

Ágrip
Birki (Betula pubescens subsp. tortuosa) er eina innlenda tréð sem myndar skóga hér á landi og lykiltegund í íslenskum vistkerfum. Nú er almennt viðurkennt að nota skuli innlendar tegundir við endurheimt vistkerfa og mótvægisaðgerðir gegn loftslagsbreytingum en sú stefna kallar eftir betri skilningi á vistfræði þeirra og vexti. Ég bar saman tvo birkistofna í svipuðu loftslagi á Suðurlandi en með mjög ólíkt vaxtarform: upprétt einstofna tré við Núpsstað og margstofna runna á Leiðvelli. Ég kannaði áhrif vaxtarbreyta á nákvæmni lífmassalíkana fyrir stofnana tvo og bar mín líkön saman við þau sem hafa verið notuð í Íslenskri skógarúttekt. Hægt er að nota sama líkanið fyrir báða stofnana. Þá bar ég saman valda lífsöguþætti hjá stofnunum tveimur (aldur við kynþroska, fjölda rekla sem vísitölu á framlag til æxlunar, frægæði og vaxtarhraða sem annars vegar lengdarvöxt sprota og hins vegar breidd árhringja). Ég greindi sambandið milli æxlunarátaks og lífsögubreyta og möguleg fórnarskipti vaxtar og æxlunar. Loks set ég fram hugmyndafræðilegt líkan fyrir þá þætti sem haft geta áhrif á æxlunarárangur birkis.

Advisors:  Þóra Ellen Þórhallsdóttir, Professor at the Faculty of Life and Environmental Sciences, University of Iceland and Kristín Svavarsdóttir, Plant ecologist at the Soil Conservation Service of Iceland
Ólafur Eggertsson, Specialist at the Icelandic Forest Service
Examiner: Bjarni Diðrik Sigurðsson, Professor at the Agricultural University Of Iceland

Abstract 
Mountain birch (Betula pubescens subsp. tortuosa) is Iceland’s only native forest forming tree and a key species in Icelandic ecosystems. Increasing emphasis on native species for ecological restoration and climate change mitigation calls for better understanding of its ecology and growth. I compared two populations growing in similar climate in South Iceland but with contrasting growth forms: upright, monocormic trees by Núpsstaður and decumbent polycormic shrubs at Leiðvöllur. I assessed the impact of variable selection on the accuracy of biomass models and compared them to that used in Icelandic National Forest Inventories. I concluded that a single model could be applied with satisfactorily levels of accuracy to both growth forms. I also compared selected life history traits of the two populations (age at reproductive maturity, catkin number as a measure of reproductive allocation, seed quality and growth rates as annual shoot increments and tree ring widths) and constructed a qualitative model to explore processes contributing to mountain birch reproductive success.

Leiðbeinendur:  Freydís Vigfúsdóttir, sérfræðingur hjá Reykjavíkurborg og Jón Geir Pétursson, dósent í umhverfis- og auðlindafræði við HÍ
Prófdómari: Snorri Sigurðsson, sviðstjóri náttúruverndar hjá Náttúrufræðistofnun Íslands

Ágrip
Verndarsvæði í hafi (MPA) er eitt besta tækið til að viðhalda heilbrigðum, virkum og líffræðilegum fjölbreytileika vistkerfa hafsins. Undanfarna áratugi hefur verndarsvæðum í hafi fjölgað hratt um allan heim. Þó að það hafi hafi tekist formlega að vernda um 25% af yfirborði á þurrlendi á Íslandi er innan við 1% af hafsvæði Íslands undir formlegri verndun sem verndarsvæði í hafi. Ísland hefur því ekki staðið við skuldbindingar sínar varðandi markmið 14.5 í Sjálfbæraþróunarmarkmiðum Sameinuðu þjóðanna, sem var að vernda að minnsta kosti 10% strand- og hafsvæða fyrir árið 2020. Í þessari ritgerð er staða ákvörðunar og innleiðingu verndarsvæða í hafi á Íslandi könnuð og leitast við að greina hindranir sem hamla framgangi við að tilgreina eða ákvarða friðlýst svæði í hafinu. Leitast verður svara við eftirfarandi spurningum: (1) hvert er hlutverk hafsins fyrir Ísland og hvers vegna þarf það vernd? (2) hver er staða tilnefninga eða ákvarðana um verndarsvæði í hafi? (3) hvaða innlendar og alþjóðlegar aðferðir eru til staðar til að ákvarða og tilnefna verndarsvæði í hafi og hverjar eru helstu hindranir við framkvæmd þess? Heimildum var safnað úr alþjóðlegum gagnagrunnum, ritrýndum vísindaritum, einnig landslögum og stefnumálum sem greind voru til að svara þessum spurningum. Í fyrsta lagi sýnir þessi rannsókn mjög lélegt ástand málefnisins um verndasvæði í hafi, ekki aðeins vegna lítillar heildarstærðar af vernduðum yfirborðsfleti, heldur einnig vegna ófullnægjandi virkni verndarsvæðana. Í öðru lagi hægir stjórnskipulagið á útnefningarferlinu, sem versnar enn frekar af skorti á virkni eins mikilvægasta hópsins: almennings.

Advisors:  Freydís Vigfúsdóttir, Specialist at Reykjavík City and Jón Geir Pétursson, Associate Professor in Environment and Natural Resources, University of Iceland
Examiner: Snorri Sigurðsson, Department director of Nature protection, Icelandic Institute Of Natural History

Abstract 
Protected areas in marine spaces (MPAs) are the principal tool to maintain the health, functionality, and biodiversity of marine ecosystems. Over the last two decades, the implementation of various types of MPAs has accelerated all over the world. While Iceland has been successful in formally protecting about 25% of its terrestrial surface, with a protected area coverage of less than 1% it has failed to equitably conserve its ocean. Thus, Iceland fell short to fulfil its commitment regarding target 14.5 of the UN Sustainable Development Goals, that was to conserve at least 10% of coastal and marine areas by 2020. This thesis examines the development and implementation status of MPAs in Iceland and seeks to identify obstacles that impede the progress of designating protected areas in the ocean. Therefore, this study enquires the following questions: (1) what is the role of the ocean for Iceland and why does it need protection? (2) what is the status of MPA designations? (3) what national and international mechanisms are in place for designating MPAs, and what are the major obstacles? Data gathered from literature, international databases, as well as national laws and policies has been compiled and analysed to answer these questions. Firstly, this study reveals a very poor state of MPAs not only due to the small total size of protected surface area, but also regarding their insufficient effectiveness. Secondly, complicated governmental structures decelerate the designation process, which is further exacerbated by deficient activity of one of the most important key actors: the general public.

Leiðbeinendur: Freydís Vigfúsdóttir, sérfræðingur hjá Reykjavíkurborg, Bryndís Marteinsdóttir, verkefnastjóri hjá Landgræðslunni, Olga Kolbrún Vilmundardóttir, landfræðingur hjá Náttúrufræðistofnun Íslands og Guðrún Gísladóttir, prófessor við Líf- og umhverfisvísindadeild HÍ
Prófdómari: Bjarni Diðrik Sigurðsson, prófessor við Landbúnaðarháskóla Íslands

Ágrip
Sjófuglar geta gegnt mikilvægu hlutverki í frumframvindu með því að flytja næringarefni frá sjó til lands. Hér voru skoðuð áhrif strjálla sjófuglabyggða á frumframvindu framan Breiðamerkurjökuls á Suðausturlandi. Svæðið einkennist almennt af gisinni gróðurþekju, þar sem mosar eru ráðandi, með dreifðum, grösugum „eyjum“ (fuglaþúfum) sem myndast vegna áhrifa sjófugla. Markmið þessarar rannsóknar var að leggja mat á áhrif viðveru fugla á gróður- og jarðvegseiginleika. Það var gert með því að kanna hvernig gróður- og jarðvegseiginleikar breyttust með fjarlægð frá fuglaþúfum og áhrifum tíma á það samband. Kortlögð voru 9 óðöl kjóa og 5 óðöl skúms á svæðinu. Óðöl tegundanna skaraðist ekki. var lítil Í ljós kom að nærvera fuglanna hafði marktæk áhrif á heildar gróðurþekju og þekju grasa og annarra blómplantna, auk styrks lífræns efnis í jarðvegi og pHH2O. Þessar niðurstöður sýna fram á mikilvægi sjófugla sem náttúrulegir áburðargjafar fyrir frumframvindu og jarðvegsmyndun á fyrstu stigum.

Advisors:  Freydís Vigfúsdóttir, Specialist at Reykjavík City, Bryndís Marteinsdóttir, Project manager at the Soil Conservation Service of Iceland, Olga Kolbrún Vilmundardóttir, Geographer at the Icelandic Institute of Natural History and Guðrún Gísladóttir, Professor at the Faculty of Life and Environmental Sciences, Univeristy of Iceland
Examiner: Bjarni Diðrik Sigurðsson, Professor at the Agricultural University Of Iceland

Abstract 
Seabirds can play a vital role in primary succession by transferring nutrients from sea to land. Here, the effects of sparse seabird colonies on primary succession at the Breiðamerkurjökull glacial forefield in SE-Iceland were examined. The area is generally characterized by low vegetation cover, where mosses are dominant, with scattered, grassy vegetation “islands” (bird hummocks) formed through point-centered influence of seabirds. The aim of this study was to assess the influence of bird presence on vegetation and soil properties. This was done by examining how vegetation and soil properties changed with the distance from bird hummocks and the influence of time on that relationship. 9 Arctic skua AOTs and 5 great skua AOTs were found during bird countings. The territories of the two skua species did not overlap. Total vegetation cover and grass and forb cover were found to be significantly affected by the birds’ presence, as well as the concentration of soil organic matter and pHH2O. These results demonstrate the importance of seabirds as natural fertilizers in primary succession and early soil formation processes.

Leiðbeinendur:  Brynhildur Davíðsdóttir, prófessor í umhverfis- og auðlindafræði við HÍ og Mauricio Latapi, nýdoktor við HÍ
Prófdómari: Ingunn Gunnarsdóttir, sérfræðingur hjá Landsvirkjun

Ágrip
Til að auka sjálfbærni þarf kerfisbreytingar í öllum víddum samfélagsins.  Fá kerfi hafa eins víðtæk áhrif á velferð mannsins og orkukerfi. Þrátt fyrir að fræðilegar greiningar hafi staðfest tengsl milli aðgengi að hágæða orku og aukinnar framleiðni og bættrar lýðheilsu, þá er lítið um rannsóknir sem fjalla um heildræna þverfræðilega greiningu á félagslegum áhrifum orkugeirans þar sem beitt er hagrænum, félagsfræðilegum og sálfræðilegum aðferðum. Slík heildræn greining stuðlar að nákvæmari túlkun á málamiðlunum tengdum t.d. orkuskiptum sem bætir gæði stefnumótunar í orkumálum.  
Þessi ritgerð stuðlar að þessu markmiði með því að þróa ramma fyrir greiningu á félagslegum áhrifum vegna þróunar orkukerfa þar sem félagsleg áhrif eru ákvörðuð með heildrænni greiningu á velferð og lífsgæðum mannsins. Yfirgripsmikil kerfisbundið mat á birtum greinum þar sem notuð er SALSA aðferðin til að greina og skilgreina félagsleg áhrif orkuþróunar þar sem markmið orkuþróunar eru flokkuð eftir sameiginlegum eiginleikum með þemagreiningu. Niðurstöðurnar sýna að á meðan aðgangur að hágæðaorku er nauðsynlegur fyrir mikil lífsgæði getur orkuþróun valdið töluverðum neikvæðum áhrifum á lífsgæði, sem síðan magnast þar sem hvorki er tekið tillit til þeirra í skipulagi né stjórnun. Þó að sameiginlegir eiginleikar þarfa samfélaga séu til staðar, var sýnt fram á að umfang og breytileiki áhrifa orkuþróunar er bundinn félagshagfræðilegri stöðu hvers samfélags sem og sjálfsmynd og menningu hvers staðar. Þessar niðurstöður benda til þess að hægt sé að draga úr neikvæðum samfélagslegum áhrifum orkuþróunar með því að nota fjölvíð líkön til ákvörðunartöku sem taka mið af staðbundnum aðstæðum. Niðurstöðurnar einnig benda til þess að sum verkefni orkuþróunar- og þá stjórnun orkumála hafi einstakt tækifæri til ávinnings þvert á margvísleg félagsleg áhrif, og þá sérstaklega þegar meiri almenn þátttaka er í ákvarðanatökuferlum.

Advisors:  Brynhildur Davíðsdóttir, Professor in Environment and Natural Resources, University of Iceland and Mauricio Latapi, Post Doc at the University of Iceland
Examiner: Ingunn Gunnarsdóttir, Specialist at Landsvirkjun

Abstract 
Achieving sustainability requires transformational systems change across all dimensions of society, but few sectors are as far-reaching in its impact to human wellbeing as the energy regime. While access to energy and its link to enhancing human productivity and health have been clearly established in academic literature, there is little research addressing holistic analysis of the energy sector’s social impacts, informed by the economic, sociological, and psychological fields of study. Understanding these impacts contributes to a more accurate interpretation of the trade-offs associated with the energy transition, therefore improving future energy planning, and the 2030 Agenda for Sustainable Development recognizes the need for applicable frameworks that address this interdependency of economic, social, and environmental factors that together can enhance or detract from human wellbeing. This thesis contributes to this aim by developing a framework on the social needs of energy development, with social impacts determined through a holistic understanding of human wellbeing. A comprehensive systematic literature review using the Search, Appraisal, Synthesis and Analysis (SALSA) method identifying the documented social impacts from energy development actions determined what to include in the framework, with energy development goals grouped by shared characteristic through thematic analysis. The findings show that while energy access is essential to a high quality of life, energy development can cause considerable negative wellbeing outcomes, often exacerbated by a lack of holistic criteria inclusion in management and planning decisions. While there are shared properties of community needs, the degree and variation of the impacts was shown to be individual to the community levels of socioeconomic status and the unique identities and cultural properties of each place. These findings suggest that the negative impacts could be reduced through greater use of spatially informed, multi-criteria decision-making models on behalf of energy planners and policymakers. Similarly, the results suggest that certain energy development and management strategies have unique opportunities for cross-cutting social benefits, particularly when there is greater civic inclusion in these decision-making processes.

Leiðbeinendur:  Brynhildur Davíðsdóttir, prófessor í umhverfis- og auðlindafræði við HÍ og Páll Valdimarsson, ráðgjafi hjá Arctic Green Energy Corporation
Prófdómari: Ingimar Haraldsson, forstöðumaður GRO Geothermal training programme

Ágrip
Jarðvarmi er fenginn úr heitum neðanjarðarlindum og er grænni valkostur en að nota jarðefnaeldsneyti til hitunar og kælingar. Þróun jarðhitakerfa stuðlar einnig að sjálfbærri þróun á heimsvísu og þá hefur sérstaklega áhrif á nokkur heimsmarkmið Sameinuðu Þjóðanna (SDG 3, SDG 8 og SDG 13).  Jarðvarmi er fenginn úr heitum neðanjarðarlindum og er grænni valkostur en að nota jarðefnaeldsneyti til hitunar og kælingar. Þróun jarðhitakerfa stuðlar einnig að sjálfbærri þróun á heimsvísu, sérstaklega í nokkrum sjálfbærum þróunarmarkmiðum Sameinuðu þjóðanna (SÞ) eins og SDG 3, SDG 8 & SDG 13.  Jarðvarmi hefur möguleika á að mæta 3-5% af alþjóðlegri eftirspurn eftir hita og rafmagni fyrir árið 2050. Með auknum hagrænum hvötum er áætlað að árið 2100 verði hægt að mæta 10% af alþjóðlegri eftirspurn með jarðvarma. Tilgangur þessarar ritgerðar er að komast að því hver umhverfis- og félagshagfræðilegur ávinningur er af því að nota jarðvarmakerfi fyrir hitaveitur auk þess að skilgreina og útfæra mælikvarða á þann ávinning. Reiknivél var síðan þróuð til að sýna tölulega fram á hugsanlegan ávinning á megindlegan hátt.  Reiknivélin var síðan prófuð í tilviksrannsókn fyrir Búdapest, Ungverjalandi þar sem ávinningur aukinnar nýtingar jarðvarma var metinn.  Niðurstöðurnar sýna að með  því að skipta um 40% af jarðgasi fyrir jarðvama í hitaveitu Búdapest dregur að minnsta kosti úr losun gróðurhúsaloftttegunda uppá 4,6% í Ungverjalandi, dregur úr loftmengun í Búdapest og kostnaði við hitaveitu auk annars ávinnings.  Niðurstöður þessarar rannsóknar sýna einnig að það má nýta reiknivélina til að leggja mat á ávinning nýtingar jarðvarma til hitaveitu annars staðar, og þar með stuðla að uppbyggingu jarðvarma.

Advisors:  Brynhildur Davíðsdóttir, Professor in Environment and Natural Resources, University of Iceland, Páll Valdimarsson, Senior advisor at Arctic Green Energy Corporation 
Examiner: Ingimar Haraldsson, Deputy Director at GRO Geothermal training programme

Abstract 
Geothermal energy is derived from hot underground reservoirs and is a greener alternative to using fossil fuels for heating and cooling. The development of geothermal systems also contributes to sustainable development globally and contributes to several United Nations Sustainable Development Goals (UN SDGs) like SDG 3, SDG 8 & SDG 13. As a source of renewable energy for both power and heating, geothermal has the potential to meet 3-5% of global demand by 2050. With added economic incentives, it is estimated that by 2100 it will be possible to meet 10% of global demand. The purpose of this thesis is to identify the environmental and socio-economic benefits of geothermal energy for district heating are as well as identify and implement indicators to measure those benefits. To realise this challenge, a benefits calculation tool was developed, which helps to quantify the potential benefits of geothermal energy.  The benefits calculation tool was implemented in a case study of Budapest, Hungary. The results show that by replacing 40% of the natural gas heating system with geothermal based district heating in Budapest, at least 4.6% of the total GHG emission is reduced in Hungary in addition to other benefits. The results also indicate that the benefits calculation tool can be applied elsewhere to evaluate the benefits of geothermal district heating and thereby contribute to the development of geothermal energy. 

Leiðbeinendur: Marianne Helene Rasmussen, forstöðumaður Rannsóknaseturs HÍ á Húsavík og Brynhildur Davíðsdóttir, prófessor í umhverfis- og auðlindafræði við HÍ
Prófdómari: Freydís Vigfúsdóttir, sérfræðingur hjá Reykjavíkurborg

Ágrip
Í þessari ritgerð er lagt til að með hagsmuni náttúrunnar að leiðarljósi verði komið á fót verndarsvæðum í sjó (e. MPA) í Skjálfandaflóa og að innan þess verði bannað að veiða á ákveðnum svæðum. Vernda þarf Skjálfanda vegna þess að svæðið er mikilvægt fyrir fæðuöflun hvala. Aðferðarfræði tilviksrannsóknar er beitt til þess að lýsa forsendum þess að skipuleggja verndarsvæði í sjó og þeim áskorunum sem það hefur í för með sér. Sjálfsmatstæki fyrir stjórnun nýtingar eða verndar sjávarspendýra (e. Marine Mammals Management Self-Assessment Tool) er beitt til þess að skilgreina til hvaða aðgerða þarf að grípa til þess að setja á stofn verndarsvæði í sjó í Skjálfanda. Helstu niðurstöður rannsóknarinnar sýna nauðsyn þess að móta stefnu um hávaða neðansjávar vegna þess að sjávardýr styðjast við hljóð til þess að ferðast um í vatni en á svæðinu eru vísbendingar um hávaðamengun. Setja ætti hraðatakmarkanir við 10 hnúta á viðkvæmum búsvæðum sjávardýra til að koma í veg fyrir árekstra og draga úr hávaða neðansjávar. Grípa þarf til aðgerða til þess að minnka hættu á því að sjávardýr flækist í netum og að sjávarspendýr séu veidd sem meðafli. Einnig er brýnt að setja veiðibann á búsvæðum sjávarspendýra innan verndarsvæða. Engar vísbendingar eru um að siðareglum hvalaskoðunar sé fylgt og því er lagt til að þeim verði skipulega fylgt eftir. Með því að stofna verndarvæði í sjó þar sem veiði er bönnuð er hægt að stuðla að því að vistkerfi jafni sig af ágangi manna og blómstri á ný. Ísland hefur alla burði til þess að verða leiðandi afl á sviði náttúruverndar í sjó og leggja sitt af mörkum til þess að markmiði UNEP um að „vernda 30% lands og sjávar“ verði náð.

Advisors:  Marianne Helene Rasmussen, Director at the Húsavík Research Center and Brynhildur Davíðsdóttir, Professor in Environment and Natural Resources, University of Iceland
Examiner: Freydís Vigfúsdóttir, Specialist at Reykjavík City

Abstract 
This thesis proposes the establishment of marine protected area (MPA) with no-take zones in Skjálfandi Bay based on the ecocentric perspective. To describe the criteria and challenges for establishing an MPA in Skjálfandi, the case study method was used. For the first time in a thesis study, the Marine Mammals Management Self-Assessment Tool (Web-SAT) was used to define what actions need to be taken in order to implement an MPA in Skjálfandi. The area of Skjálfandi needs protection because it is an important feeding ground for cetaceans. The study's key findings include the need for an underwater noise policy since marine animals use sound to navigate underwater and there is evidence for underwater noise pollution. Speed limits below 10 knots should be in force within marine mammal critical habitat areas to avoid collisions as well as to reduce underwater noise pollution. There should be some actions taken in order to mitigate entanglements and marine mammal by-catch. It is necessary to ban fishing in marine mammal key zones of an MPA. There is no evidence that the whale watching voluntary Code of Conduct is being followed, hence enforcement is recommended. Creating an MPA with no-take zone will allow ecosystems to recover from anthropogenic impact and thrive. Iceland has a potential to be a leader in marine nature conservation and contribute towards “protection of 30% of land and sea by 2030” goal set by UNEP.