Reconstruction of metal pollution and recent sedimentation processes in Havana Bay (Cuba): A tool for coastal ecosystem management.

Since 1998 the highly polluted Havana Bay ecosystem has been the subject of a mitigation program. In order to determine whether pollution-reduction strategies were effective, we have evaluated the historical trends of pollution recorded in sediments of the Bay. A sediment core was dated radiometrically using natural and artificial fallout radionuclides. An irregularity in the (210)Pb record was caused by an episode of accelerated sedimentation. This episode was dated to occur in 1982, a year coincident with the heaviest rains reported in Havana over the XX century. Peaks of mass accumulation rates (MAR) were associated with hurricanes and intensive rains. In the past 60 years, these maxima are related to strong El Niño periods, which are known to increase rainfall in the north Caribbean region. We observed a steady increase of pollution (mainly Pb, Zn, Sn, and Hg) since the beginning of the century to the mid 90s, with enrichment factors as high as 6. MAR and pollution decreased rapidly after the mid 90s, although some trace metal levels remain high. This reduction was due to the integrated coastal zone management program introduced in the late 90s, which dismissed catchment erosion and pollution.

Description of a tertiary swiss university hospital palliative population based on the International Classifiaction of Disease (ICD) : a retrospective pilot study

Introduction : L'équipe mobile de soins palliatifs intra hospitalière (EMSP) du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) a été mise en place en 1996. Il s'agit d'une des premières équipes interdisciplinaire de consultants mise à disposition d'un hôpital tertiaire. Le CHUV est l'hôpital de proximité de la ville de Lausanne (850 lits) mais aussi un hôpital de référence pour le reste du canton. En 2007, il y a eu 38'359 patients hospitalisés au CHUV. Les facteurs d'évaluation du taux d'utilisation d'une équipe mobile de soins palliatifs consultantes sont variés et complexes. Plusieurs méthodes sont décrites dans la littérature pour tenter de répondre à cette problématique. Avant de pouvoir évaluer l'utilisation de notre équipe mobile consultante de soins palliatifs intra hospitalière, il nous est apparu nécessaire de mieux décrire et définir la population qui meurt dans notre institution. McNamara et collègues ont proposé des critères qui classifient une population palliative comme « minimale », « intermédiaire » ou « maximale ». L'objectif de cette étude est de déterminer le taux de patients décédés au CHUV sur une période de 4 mois (Γ1 février au 31 mai 2007) suivie par notre EMSP en utilisant la méthode de classification «minimal » et « maximal ». Méthode : les archives médicales du CHUV ont été analysées pour chaque patient adulte décédé pendant la période sélectionnée. Les populations « maximal » et « minimal » de ces patients ont été ensuite déterminées selon des critères basés sur les codes diagnostiques figurants sur les certificats de décès. De ces deux populations, nous avons identifié à partir de notre base de données, les patients qui ont été suivie par notre EMSP. Le CHUV utilise les mêmes codes diagnostiques (International Classification of Disease, ICD) que ceux utilisés dans la classification de McNamara. Une recherche pilote effectuée dans les archives médicales du CHUV manuellement en analysant en profondeur l'ensemble du dossier médical a révélé que la classification de la population « minimal » pouvait être biaisée notamment en raison d'une confusion entre la cause directe du décès (complication d'une maladie) et la maladie de base. Nous avons estimé le pourcentage d'erreur de codification en analysé un échantillon randomisé de patients qui remplissait les critères « minimal ». Résultats : sur un total de 294 décès, 263 (89%) remplissaient initialement les critères « maximal » et 83 (28%) les critères «minimal», l'analyse de l'échantillon randomisé de 56 dossiers de patients sur les 180 qui ne remplissaient pas les critères « minimal » ont révélé que 21 (38%) auraient dus être inclus dans la population « minimal ». L'EMSP a vu 67/263 (25.5%) de la population palliative « maximal » et 56/151 (37.1%) de la population palliative « minimal ». Conclusion : cette étude souligne l'utilité de la méthode proposée par McNamara pour déterminer la population de patients palliatifs. Cependant, notre travail illustre aussi une limite importante de l'estimation de la population « minima » en lien avec l'imprécision des causes de décès figurant sur les certificats de décès de notre institution. Nos résultats mettent aussi en lumière que l'EMSP de notre institution est clairement sous- utilisée. Nous prévoyons une étude prospective de plus large envergure utilisant la même méthodologie afin d'approfondir les résultats de cette étude pilote.

Environmental changes in the aftermath of Neoproterozoic glaciations: a biogeochemical study of sediments from SW-Gondwana

Abstract The late Neoproterozoic or Ediacaran period, (635 to -543 Ma) is a primordial time in the Earth history corresponding to the beginning of animal life and the most extreme ice ages on Earth. In this dissertation, palaeoenvironmental conditions were reconstructed for Ediacaran, post-Gaskiers shelf deposits in SW- Gondwana and their changes were evaluated according to the diversity of organisms. The present study addresses the question of interactions between biodiversity and environmental change by using the elemental and isotopic geochemistry of sedimentary rocks and associated organic matter, as well as the distribution of hydrocarbon biomarkers. The studied sedimentary sequences are from a large basin extended from the Paraguay belt to the Rio de la Plata craton, including the Corumbâ Group in SW-Brazil (Paraguay belt), the Arroyo del Soldado Group in Uruguay and the Sierras Bayas Group in Argentina (both in the Rio de la Plata craton). Several geochemical signatures of the sediments from Corumbâ and Sierras Bayas groups provides evidence for an euxinic setting in the Ediacaran Ocean: 1) The occurrence of syngenetic pyrite in the Corumbâ Group together with hydrocarbon biomarkers of an anoxic microbial consortium including traces of gammacerane, a distribution of hopanes with maxima at C29 as well as a low pristane/phytane (Pr/Ph) ratio; 2) the occurrence of 34S enrichments within sulfides of the Sierras Bayas Group exceeding the sulfur isotopic composition of coeval carbonate-associated sulfate. In the Arroyo del Soldado Group, an event of reducing conditions was revealed by higher concentrations of redox-sensitive trace elements and negative 513Ccar shifts in all sections. This event is extended to the whole unit in the deepest section and is restricted to tempestites in the two other shallow sections. The persistent negative. ôl3Ccar values recorded at the basinal setting implies strong isotopic gradient between shallow and deep water environments and therefore, a locus of deposition below the redox chemocline. In all studied sections, the excursions, the strong enrichment of authigenic trace-elements, the occurrence of longer chain «-alkanes, gammacerane and low Pr/Ph and Ph/>;-C]a ratios, combined with the previous sedimentological and paleontological observations indicate that the chemistry of the ocean was strongly controlled by the oxygen availability; waters being moderately oxic at the surface and anoxic at depth for much of the Neoproterozoic. This water column stratification was favourable to the storage of large amounts of nutrients in the deep ocean. During upwelling periods, the export of these nutrient-rich waters may have triggered an important bioproductivity in surface waters. Drops in Al3Cc,,.](Cr and positive ôl3Ccllr excursions highlight the increase in primary productivity. Preservation of organic carbon was ensured by reducing conditions at the bottom. The Al3ccar.kcr excursions could also reflect changes in the composition of the primary biomass. New geochemical evidence from SW-Gondwana sections supports a stratified Ediacaran ocean, outside restricted or hypersaline environments, in the aftermath of glaciations. The association of ocean stratification and the appearance of metazoans support the model that the evolution of eukaryotic life was related to the increase of oxygen levels in surface environments due to an efficient recycling of nutrients in the anoxic deep ocean. Résumé Le Néoprotérozoïque terminal, ou Édiacarien (635 à -543 Ma), est un période de première importance dans l'histoire de la Terre, car elle correspond a l'apparition des métazoaires pendant un intervalle de glaciations extrêmes. Le présent mémoire se propose de reconstituer les conditions paléoenvironnementales des dépôts de plateforme mis en place durant l'Édiacarien, au sud-ouest du Gondwana. Les interactions entre changements environnementaux et biodiversité sont évaluées en s'appuyant d'une part sur la composition élémentaire et isotopique des roches sédimentaires et de leur matière organique, et d'autre part sur la distribution moléculaire de biomarqueurs hydrocarbonés. Les séquences sédimentaires étudiées proviennent d'un grand bassin qui s'étend de la chaîne du Paraguay jusqu'au craton du Rio de la Plata. La séquence du Groupe Corumbâ au Sud Ouest du Brésil se situe dans la chaîne du Paraguay, tandis que le Groupe Arroyo del Soldado en Uruguay et le Groupe Sierras Bayas en Argentine sont situés sur le craton du Rio de la Plata. L'étude géochimique des sédiments des groupes Corumbâ et Sierras Bayas révèle de façon claire des conditions euxiniques dans l'océan édiacarien. On trouve ainsi, dans le Groupe Corumbâ, les biomarqueurs d'un cortège microbien anoxique et sulfurique comprenant des bactéries sulfato-réductrices, et dans les sulfures du Groupe Sierras Bayas, des enrichissements en Î4S excédant les rapports isotopiques du soufre dans le sulfate cogénétique associé aux carbonates. Dans la séquence de l'Arroyo del Soldado, un événement réducteur est mis en évidence par des teneurs plus élevées en éléments traces sensibles aux conditions redox et par des excursions négatives du 613Ccardans toutes les coupes. Cet événement affecte la totalité de la section la plus profonde et n'apparaît que dans les tempestites dans les sections les moins profondes. La persistance de valeurs négatives du ô13Ccarau large implique un gradient isotopique prononcé entre les environnements superficiels et profonds, et donc, ta présence d'une chémocline redox. Les excursions du. ôBCcar, l'enrichissement authigène en éléments traces, la présence de gammacérane et de rt-alcanes à longue chaîne, ainsi que de faibles rapports Pr/Ph et Ph/«-Cl8, viennent s'ajouter aux observations préliminaires sur la sédimentologie et la paléontologie pour indiquer que la chimie de l'océan était fortement contrôlée par la disponibilité d'oxygène, les eaux étant modérément oxiques à la surface et anoxiques en profondeur pendant la plus grande partie du Néoprotérozoïque. La stratification de la colonne d'eau était favorable au stockage de grandes quantités de nutriments dans l'océan profond. Dans les zones d'upwelling, la migration d'eaux profondes riches en nutriment vers la surface a pu provoquer une bioproductivité prononcée dans les eaux de surface. La conservation du carbone organique était assurée par les conditions anoxiques prévalant au fond. Les excursions du A13Ccar.kt.r pourraient aussi refléter des changements dans la biomasse primaire. Le présent travail apporte donc de nouvelles preuves qu'un océan stratifié s'est maintenu à la suite des glaciations néoprotérozoïques dans le Sud Ouest du Gondwana. L'association d'un océan stratifié et de l'apparition de la vie animale est en accord avec le modèle stipulant que l'évolution de la vie est associée à une meilleure oxygénation des environnements de surface. Résumé pour le grand public La période Ediacarienne (635 à -543 Ma) à la fin du Précambrien est l'une de plus énigmatiques dans l'histoire de la Terre, car elle est caractérisée par la diversification de la vie multicellulaire (eucaryote) pendant un intervalle de glaciations extrêmes. Dans ce travail de thèse, nous cherchons à déceler l'existence éventuelle d'un lien entre ces changements environnementaux et l'évolution de la vie eucaryote à travers une étude biogéochimique. La biogéochimie est l'étude des activités biologiques dans la géosphère, telles que celles intervenant dans les cycles des éléments chimiques (y compris les isotopes stables) et celles de production de composés carbonés caractérisant certains groups d'organismes ou taxons. La recherche des signatures paléoenvironnementales dans les roches précambriennes a été fortement facilitée par l'utilisation des biomarqueurs ou fossiles moléculaires. Ces composés, provenant des lipides biologiques (molécules avec des fonctions spécifiques dans les organismes), peuvent être reliés à des taxons spécifiques ou à des voies métaboliques. La transformation d'un biolipide en fossile moléculaire intervient lorsque des restes organiques déposés dans un substrat subissent un enfouissement et une augmentation de la pression (diagenèse). Ce processus mène à la formation de kérogène, un grand agrégat chimique de matière organique insoluble dans des solvants organiques, et de bitume ou fraction soluble (extractible) de la matière organique. L'analyse intégrée du kérogène et du bitume fournit des indications précieuses pour les reconstitutions paléoenvironnementales. Des conditions paléoenvironnementales ont ainsi été déterminées pour une plateforme marine Ediacarienne située dans la partie sud-américaine du bloc occidental du paléocontinent Gondwana. Les séquences sédimentaires étudiées appartiennent au même bassin qui s'étend de la ceinture du Paraguay (Groupe Corumbâ, Brésil) au craton du Rio de la Plata (Groupes Arroyo del Soldado, Uruguay et Sierras Bayas, Argentina). Nous nous sommes intéressés aux isotopes stables de carbonates et de la matière organique associée (kérogène et bitume), aux éléments majeurs et traces, ainsi qu'aux biomarqueurs caractérisant ces roches. Les résultats de cette dissertation suggèrent qu'au cours de l'Édiacarien, suite aux glaciations néoprotérozoïques dans le bloc occidental du Gondwana, l'océan était stratifié en zones spécifiques d'eaux riches en sulfures et dépourvues d'oxygène (euxiniques). L'association d'un océan stratifié et de l'apparition de la vie animale est en accord avec le modèle stipulant que l'évolution de la vie est associée à une meilleure oxygénation des environnements de surface. Les excursions isotopiques (tendance à des valeurs positives ou négatives) en constante fluctuation pour le carbone et très positives pour le soufre des sulfures, l'enrichissement en éléments trace et la présence de certains composés (e.g. gammacerane; Pr/Ph et Ph/«-Ci8 en basse proportion) conjugués aux observations sédimentologiques et paléontologiques des différents profils étudiés indiquent que la chimie de l'océan était fortement contrôlée par la disponibilité d'oxygène, avec des eaux modérément oxygénées en surface et euxiniques en profondeur pour la plupart du Néoprotérozoïque.

The thermal circuits of the Argentera Massif (western Alps, Italy): An example of low-enthalpy geothermal resources controlled by Neogene alpine tectonics

This work presents geochemistry and structural geology data concerning the low enthalpy geothermal circuits of the Argentera crystalline Massif in northwestern Italian Alps. I n this area some thermal springs (50-60 degreesC), located in the small Bagni di Vinadio village, discharge mixtures made up of a Na-Cl end-member and a Na-SO4 component. The latter is also discharged by the thermal springs of Terme di Valdieri located some kilometres apart within the same tectonic complex. Both end-members share the same meteoric origin and the same reservoir temperature, which is close to 150 degreesC. Explanations are thus required to understand how they reach the surface and how waters of the same origin and circulating in similar rocks can attain such different compositions. Sodium-sulphate waters discharged at both sites, likely represent the common interaction product of meteoric waters with the widespread granitic-migmatitic rocks of the Argentera Massif, whereas Na-CI waters originate through leaching of mineralised cataclastic rocks, which are rich in phyllosilicatic minerals and fluid inclusions, both acting as Cl- sources. Due to the relatively low inferred geothermal gradient of the region, -25C/km, meteoric waters have to descend to depths of 5.5-6 km to attain temperatures of similar to 150 degreesC. These relevant depths can be reached by descending meteoric waters, due to the recent extensional stress field, which allows the development of geothermal circulations at greater depths than in other sectors of the Alps by favouring a greater fractures aperture. The ascent of the thermal waters rakes place along brittle shear zones. In both sites, the thermal waters emerge at the bottoms of the valleys, close to either the lateral termination of a brittle shear zone at Terme di Valdieri, or a step-over between two en-echelon brittle shear zones at Bagni di Vinadio. These observations attest to a strong control operated on the location of outlet regions by both brittle tectonics and the minima in hydraulic potential inside the fractured massif.

Elemental (C/N ratios) and isotopic (δ15N(org), δ13C(org)) compositions of sedimentary organic matter from a high-altitude mountain lake (Meidsee, 2661 m a.s.l., Switzerland): Implications for Lateglacial and Holocene Alpine landscape evolution

The deposition of Late Pleistocene and Holocene sediments in the high-altitude lake Meidsee (located at an altitude of 2661 m a.s.l. in the Southwestern Alps) strikingly coincided with global ice-sheet and mountain-glacier decay in the Alpine forelands and the formation of perialpine lakes. Radiocarbon ages of bottom-core sediments point out (pre-) Holocene ice retreat below 2700 m a.s.l., at about 16, 13, 10, and 9 cal. kyr BP. The Meidsee sedimentary record therefore provides information about the high-altitude Alpine landscape evolution since the Late Pleistocene/Holocene deglaciation in the Swiss Southwestern Alps. Prior to 5 cal. kyr BP, the C/N ratio and the isotopic composition of sedimentary organic matter (delta N-15(org), delta C-13(org)) indicate the deposition of algal-derived organic matter with limited input of terrestrial organic matter. The early Holocene and the Holocene climatic optimum (between 7.0 and 5.5 cal. kyr BP) were characterized by low erosion (decreasing magnetic susceptibility, chi) and high content of organic matter (C-org > 13 wt.%), enriched in C-13(org) (>-18 parts per thousand) with a low C/N (similar to 10) ratio, typical of modern algal matter derived from in situ production. During the late Holocene, there was a long-term increasing contribution of terrestrial organic matter into the lake (C/N > 11), with maxima between 2.4 and 0.9 cal. kyr BP. A major environmental change took place 800 years ago, with an abrupt decrease in the relative contribution of terrestrial organic material into the lake compared with aquatic organic material which subsequently largely dominated (C/N drop from 16 to 10). Nonetheless, this event was marked by a rise in soil erosion (chi), in nutrients input (N and P contents) and in anthropogenic lead deposition, suggesting a human disturbance of Alpine ecosystems 800 years ago. Indeed, this time period coincided with the migration of the Walser Alemannic people in the region, who settled at relatively high altitude in the Southwestern Alps for farming and maintaining Alpine passes.

Local optima networks of hard combinatorial landscapes

Combinatorial optimization involves finding an optimal solution in a finite set of options; many everyday life problems are of this kind. However, the number of options grows exponentially with the size of the problem, such that an exhaustive search for the best solution is practically infeasible beyond a certain problem size. When efficient algorithms are not available, a practical approach to obtain an approximate solution to the problem at hand, is to start with an educated guess and gradually refine it until we have a good-enough solution. Roughly speaking, this is how local search heuristics work. These stochastic algorithms navigate the problem search space by iteratively turning the current solution into new candidate solutions, guiding the search towards better solutions. The search performance, therefore, depends on structural aspects of the search space, which in turn depend on the move operator being used to modify solutions. A common way to characterize the search space of a problem is through the study of its fitness landscape, a mathematical object comprising the space of all possible solutions, their value with respect to the optimization objective, and a relationship of neighborhood defined by the move operator. The landscape metaphor is used to explain the search dynamics as a sort of potential function. The concept is indeed similar to that of potential energy surfaces in physical chemistry. Borrowing ideas from that field, we propose to extend to combinatorial landscapes the notion of the inherent network formed by energy minima in energy landscapes. In our case, energy minima are the local optima of the combinatorial problem, and we explore several definitions for the network edges. At first, we perform an exhaustive sampling of local optima basins of attraction, and define weighted transitions between basins by accounting for all the possible ways of crossing the basins frontier via one random move. Then, we reduce the computational burden by only counting the chances of escaping a given basin via random kick moves that start at the local optimum. Finally, we approximate network edges from the search trajectory of simple search heuristics, mining the frequency and inter-arrival time with which the heuristic visits local optima. Through these methodologies, we build a weighted directed graph that provides a synthetic view of the whole landscape, and that we can characterize using the tools of complex networks science. We argue that the network characterization can advance our understanding of the structural and dynamical properties of hard combinatorial landscapes. We apply our approach to prototypical problems such as the Quadratic Assignment Problem, the NK model of rugged landscapes, and the Permutation Flow-shop Scheduling Problem. We show that some network metrics can differentiate problem classes, correlate with problem non-linearity, and predict problem hardness as measured from the performances of trajectory-based local search heuristics.

Relation between sequence and structure of HIV-1 protease inhibitor complexes: a model system for the analysis of protein flexibility.

The flexibility of different regions of HIV-1 protease was examined by using a database consisting of 73 X-ray structures that differ in terms of sequence, ligands or both. The root-mean-square differences of the backbone for the set of structures were shown to have the same variation with residue number as those obtained from molecular dynamics simulations, normal mode analyses and X-ray B-factors. This supports the idea that observed structural changes provide a measure of the inherent flexibility of the protein, although specific interactions between the protease and the ligand play a secondary role. The results suggest that the potential energy surface of the HIV-1 protease is characterized by many local minima with small energetic differences, some of which are sampled by the different X-ray structures of the HIV-1 protease complexes. Interdomain correlated motions were calculated from the structural fluctuations and the results were also in agreement with molecular dynamics simulations and normal mode analyses. Implications of the results for the drug-resistance engendered by mutations are discussed briefly.

CNDOL: A fast and reliable method for the calculation of electronic properties of very large systems. Applications to retinal binding pocket in rhodopsin and gas phase porphine.

Very large molecular systems can be calculated with the so called CNDOL approximate Hamiltonians that have been developed by avoiding oversimplifications and only using a priori parameters and formulas from the simpler NDO methods. A new diagonal monoelectronic term named CNDOL/21 shows great consistency and easier SCF convergence when used together with an appropriate function for charge repulsion energies that is derived from traditional formulas. It is possible to obtain a priori molecular orbitals and electron excitation properties after the configuration interaction of single excited determinants with reliability, maintaining interpretative possibilities even being a simplified Hamiltonian. Tests with some unequivocal gas phase maxima of simple molecules (benzene, furfural, acetaldehyde, hexyl alcohol, methyl amine, 2,5 dimethyl 2,4 hexadiene, and ethyl sulfide) ratify the general quality of this approach in comparison with other methods. The calculation of large systems as porphine in gas phase and a model of the complete retinal binding pocket in rhodopsin with 622 basis functions on 280 atoms at the quantum mechanical level show reliability leading to a resulting first allowed transition in 483 nm, very similar to the known experimental value of 500 nm of "dark state." In this very important case, our model gives a central role in this excitation to a charge transfer from the neighboring Glu(-) counterion to the retinaldehyde polyene chain. Tests with gas phase maxima of some important molecules corroborate the reliability of CNDOL/2 Hamiltonians.