Application of low temperature thermochronology to understanding cooling and exhumation in the Central Swiss Alps

THESIS ABSTRACT : Low-temperature thermochronology relies on application of radioisotopic systems whose closure temperatures are below temperatures at which the dated phases are formed. In that sense, the results are interpreted as "cooling ages" in contrast to "formation ages". Owing to the low closure-temperatures, it is possible to reconstruct exhumation and cooling paths of rocks during their residence at shallow levels of the crust, i.e. within first ~10 km of depth. Processes occurring at these shallow depths such as final exhumation, faulting and relief formation are fundamental for evolution of the mountain belts. This thesis aims at reconstructing the tectono-thermal history of the Aar massif in the Central Swiss Alps by means of zircon (U-Th)/He, apatite (U-Th)/He and apatite fission track thermochronology. The strategy involved acquisition of a large number of samples from a wide range of elevations in the deeply incised Lötschen valley and a nearby NEAT tunnel. This unique location allowed to precisely constrain timing, amount and mechanisms of exhumation of the main orographic feature of the Central Alps, evaluate the role of topography on the thermochronological record and test the impact of hydrothermal activity. Samples were collected from altitudes ranging between 650 and 3930 m and were grouped into five vertical profiles on the surface and one horizontal in the tunnel. Where possible, all three radiometric systems were applied to each sample. Zircon (U-Th)/He ages range from 5.1 to 9.4 Ma and are generally positively correlated with altitude. Age-elevation plots reveal a distinct break in slope, which translates into exhumation rate increasing from ~0.4 to ~3 km/Ma at 6 Ma. This acceleration is independently confirmed by increased cooling rates on the order of 100°C/Ma constrained on the basis of age differences between the zircon (U-Th)/He and the remaining systems. Apatite fission track data also plot on a steep age-elevation curve indicating rapid exhumation until the end of the Miocene. The 6 Ma event is interpreted as reflecting tectonically driven uplift of the Aar massif. The late Miocene timing implies that the increase of precipitation in the Pliocene did not trigger rapid exhumation in the Aar massif. The Messinian salinity crisis in the Mediterranean could not directly intensify erosion of the Aar but associated erosional output from the entire Alps may have tapered the orogenic wedge and caused reactivation of thrusting in the Aar massif. The high exhumation rates in the Messinian were followed by a decrease to ~1.3 km/Ma as evidenced by ~8 km of exhumation during last 6 Ma. The slowing of exhumation is also apparent from apatite (U-Th)1He age-elevation data in the northern part of the Lötschen valley where they plot on a ~0.5km/Ma line and range from 2.4 to 6.4 Ma However, from the apatite (U-Th)/He and fission track data from the NEAT tunnel, there is an indication of a perturbation of the record. The apatite ages are youngest under the axis of the valley, in contrast to an expected pattern where they would be youngest in the deepest sections of the tunnel due to heat advection into ridges. The valley however, developed in relatively soft schists while the ridges are built of solid granitoids. In line with hydrological observations from the tunnel, we suggest that the relatively permeable rocks under the valley floor, served as conduits of geothermal fluids that caused reheating leading to partial Helium loss and fission track annealing in apatites. In consequence, apatite ages from the lowermost samples are too young and the calculated exhumation rates may underestimate true values. This study demonstrated that high-density sampling is indispensable to provide meaningful thermochronological data in the Alpine setting. The multi-system approach allows verifying plausibility of the data and highlighting sources of perturbation. RÉSUMÉ DE THÈSE : La thermochronologie de basse température dépend de l'utilisation de systèmes radiométriques dont la température de fermeture est nettement inférieure à la température de cristallisation du minéral. Les résultats obtenus sont par conséquent interprétés comme des âges de refroidissement qui diffèrent des âges de formation obtenus par le biais d'autres systèmes de datation. Grâce aux températures de refroidissement basses, il est aisé de reconstruire les chemins de refroidissement et d'exhumation des roches lors de leur résidence dans la croute superficielle (jusqu'à 10 km). Les processus qui entrent en jeu à ces faibles profondeurs tels que l'exhumation finale, la fracturation et le faillage ainsi que la formation du relief sont fondamentaux dans l'évolution des chaînes de montagne. Ces dernières années, il est devenu clair que l'enregistrement thermochronologique dans les orogènes peut être influencé par le relief et réinitialisé par l'advection de la chaleur liée à la circulation de fluides géothermaux après le refroidissement initial. L'objectif de cette thèse est de reconstruire l'histoire tectono-thermique du massif de l'Aar dans les Alpes suisses Centrales à l'aide de trois thermochronomètres; (U-Th)/He sur zircon, (U-Th)/He sur apatite et les traces de fission sur apatite. Afin d'atteindre cet objectif, nous avons récolté un grand nombre d'échantillons provenant de différentes altitudes dans la vallée fortement incisée de Lötschental ainsi que du tunnel de NEAT. Cette stratégie d'échantillonnage nous a permis de contraindre de manière précise la chronologie, les quantités et les mécanismes d'exhumation de cette zone des Alpes Centrales, d'évaluer le rôle de la topographie sur l'enregistrement thermochronologique et de tester l'impact de l'hydrothermalisme sur les géochronomètres. Les échantillons ont été prélevés à des altitudes comprises entre 650 et 3930m selon 5 profils verticaux en surface et un dans le tunnel. Quand cela à été possible, les trois systèmes radiométriques ont été appliqués aux échantillons. Les âges (U-Th)\He obtenus sur zircons sont compris entre 5.l et 9.4 Ma et sont corrélés de manière positive avec l'altitude. Les graphiques représentant l'âge et l'élévation montrent une nette rupture de la pente qui traduisent un accroissement de la vitesse d'exhumation de 0.4 à 3 km\Ma il y a 6 Ma. Cette accélération de l'exhumation est confirmée par les vitesses de refroidissement de l'ordre de 100°C\Ma obtenus à partir des différents âges sur zircons et à partir des autres systèmes géochronologiques. Les données obtenues par traces de fission sur apatite nous indiquent également une exhumation rapide jusqu'à la fin du Miocène. Nous interprétons cet évènement à 6 Ma comme étant lié à l'uplift tectonique du massif de l'Aar. Le fait que cet évènement soit tardi-miocène implique qu'une augmentation des précipitations au Pliocène n'a pas engendré cette exhumation rapide du massif de l'Aar. La crise Messinienne de la mer méditerranée n'a pas pu avoir une incidence directe sur l'érosion du massif de l'Aar mais l'érosion associée à ce phénomène à pu réduire le coin orogénique alpin et causer la réactivation des chevauchements du massif de l'Aar. L'exhumation rapide Miocène a été suivie pas une diminution des taux d'exhumation lors des derniers 6 Ma (jusqu'à 1.3 km\Ma). Cependant, les âges (U-Th)\He sur apatite ainsi que les traces de fission sur apatite des échantillons du tunnel enregistrent une perturbation de l'enregistrement décrit ci-dessus. Les âges obtenus sur les apatites sont sensiblement plus jeunes sous l'axe de la vallée en comparaison du profil d'âges attendus. En effet, on attendrait des âges plus jeunes sous les parties les plus profondes du tunnel à cause de l'advection de la chaleur dans les flancs de la vallée. La vallée est creusée dans des schistes alors que les flancs de celle-ci sont constitués de granitoïdes plus durs. En accord avec les observations hydrologiques du tunnel, nous suggérons que la perméabilité élevée des roches sous l'axe de la vallée à permi l'infiltration de fluides géothermaux qui a généré un réchauffement des roches. Ce réchauffement aurait donc induit une perte d'Hélium et un recuit des traces de fission dans les apatites. Ceci résulterait en un rajeunissement des âges apatite et en une sous-estimation des vitesses d'exhumation sous l'axe de la vallée. Cette étude à servi à démontrer la nécessité d'un échantillonnage fin et précis afin d'apporter des données thermochronologiques de qualité dans le contexte alpin. Cette approche multi-système nous a permi de contrôler la pertinence des données acquises ainsi que d'identifier les sources possibles d'erreurs lors d'études thermochronologiques. RÉSUMÉ LARGE PUBLIC Lors d'une orogenèse, les roches subissent un cycle comprenant une subduction, de la déformation, du métamorphisme et, finalement, un retour à la surface (ou exhumation). L'exhumation résulte de la déformation au sein de la zone de collision, menant à un raccourcissement et un apaissessement de l'édifice rocheux, qui se traduit par une remontée des roches, création d'une topographie et érosion. Puisque l'érosion agit comme un racloir sur la partie supérieure de l'édifice, des tentatives de corrélation entre les épisodes d'exhumation rapide et les périodes d'érosion intensive, dues aux changements climatiques, ont été effectuées. La connaissance de la chronologie et du lieu précis est d'une importance capitale pour une quelconque reconstruction de l'évolution d'une chaîne de montagne. Ces critères sont donnés par un retraçage des changements de la température de la roche en fonction du temps, nous donnant le taux de refroidissement. L'instant auquel les roches ont refroidit, passant une certaine température, est contraint par l'application de techniques de datation par radiométrie. Ces méthodes reposent sur la désintégration des isotopes radiogéniques, tels que l'uranium et le potassium, tous deux abondants dans les roches de la croûte terrestre. Les produits de cette désintégration ne sont pas retenus dans les minéraux hôtes jusqu'au moment du refroidissement de la roche sous une température appelée 'de fermeture' , spécifique à chaque système de datation. Par exemple, la désintégration radioactive des atomes d'uranium et de thorium produit des atomes d'hélium qui s'échappent d'un cristal de zircon à des températures supérieures à 200°C. En mesurant la teneur en uranium-parent, l'hélium accumulé et en connaissant le taux de désintégration, il est possible de calculer à quel moment la roche échantillonnée est passée sous la température de 200°C. Si le gradient géothermal est connu, les températures de fermeture peuvent être converties en profondeurs actuelles (p. ex. 200°C ≈ 7km), et le taux de refroidissement en taux d'exhumation. De plus, en datant par système radiométrique des échantillons espacés verticalement, il est possible de contraindre directement le taux d'exhumation de la section échantillonnée en observant les différences d'âges entre des échantillons voisins. Dans les Alpes suisses, le massif de l'Aar forme une structure orographique majeure. Avec des altitudes supérieures à 4000m et un relief spectaculaire de plus de 2000m, le massif domine la partie centrale de la chaîne de montagne. Les roches aujourd'hui exposées à la surface ont été enfouies à plus de 10 km de profond il y a 20 Ma, mais la topographie actuelle du massif de l'Aar semble surtout s'être développée par un soulèvement actif depuis quelques millions d'années, c'est-à-dire depuis le Néogène supérieur. Cette période comprend un changement climatique soudain ayant touché l'Europe il y a environ 5 Ma et qui a occasionné de fortes précipitations, entraînant certainement une augmentation de l'érosion et accélérant l'exhumation des Alpes. Dans cette étude, nous avons employé le système de datation (U-TH)/He sur zircon, dont la température de fermeture de 200°C est suffisamment basse pour caractériser l'exhumation du Néogène sup. /Pliocène. Les échantillons proviennent du Lötschental et du tunnel ferroviaire le plus profond du monde (NEAT) situé dans la partie ouest du massif de l'Aar. Considérés dans l'ensemble, ces échantillons se répartissent sur un dénivelé de 3000m et des âges de 5.1 à 9.4 Ma. Les échantillons d'altitude supérieure (et donc plus vieux) documentent un taux d'exhumation de 0.4 km/Ma jusqu'à il y a 6 Ma, alors que les échantillons situés les plus bas ont des âges similaires allant de 6 à 5.4 Ma, donnant un taux jusqu'à 3km /Ma. Ces données montrent une accélération dramatique de l'exhumation du massif de l'Aar il y a 6 Ma. L'exhumation miocène sup. du massif prédate donc le changement climatique Pliocène. Cependant, lors de la crise de salinité d'il y a 6-5.3 Ma (Messinien), le niveau de la mer Méditerranée est descendu de 3km. Un tel abaissement de la surface d'érosion peut avoir accéléré l'exhumation des Alpes, mais le bassin sud alpin était trop loin du massif de l'Aar pour influencer son érosion. Nous arrivons à la conclusion que la datation (U-Th)/He permet de contraindre précisément la chronologie et l'exhumation du massif de l'Aar. Concernant la dualité tectonique-érosion, nous suggérons que, dans le cas du massif de l'Aar, la tectonique prédomine.

Temperature-dependent elasticity of microtubules

Central to the biological function of microtubules is their ability to modify their length which occurs by addition and removal of subunits at the ends of the polymer, both in vivo and in vitro. This dynamic behavior is strongly influenced by temperature. Here, we show that the lateral interaction between tubulin subunits forming microtubule is strongly temperature dependent. Microtubules deposited on prefabricated substrates were deformed in an atomic force microscope during imaging, in two different experimental geometries. Microtubules were modeled as anisotropic, with the Young's modulus corresponding to the resistance of protofilaments to stretching and the shear modulus describing the weak interaction between the protofilaments. Measurements involving radial compression of microtubules deposited on flat mica confirm that microtubule elasticity depends on the temperature. Bending measurements performed on microtubules deposited on lithographically fabricated substrates show that this temperature dependence is due to changing shear modulus, implying that the lateral interaction between the protofilaments is strongly determined by the temperature. These measurements are in good agreement with previously reported measurements of the disassembly rate of microtubules, demonstrating that the mechanical and dynamic properties of microtubules are closely related.

Comparative winter thermoregulation and body temperature in three sympatric Apodemus species (A-alpicola, A-flavicollis, and A-sylvaticus)

When living in sympatry with Apodemus sylvaticus and A. flavicollis, A. alpicola dominates numerically at higher altitudes. A more efficient winter thermal isolation or a higher winter thermogenic capacity procuring a physiological advantage could explain at least part of this domination. We therefore measured body temperature (Tb), oxygen consumption (VO2), wet minimal thermal conductance (C) and non shivering thermogenesis (NST) at different ambient temperatures (Ta) on winter acclimated mice of the three species, and this for the first time in A. alpicola. NST was high and C low in the three species. No significant difference could be noticed either in Tb between 5 and -10 degrees C, in VO2 measurements at a Ta of -10 degrees C or in C. The NST measurements represent, respectively, 135.2% for A. sylvaticus, 142.8% for A. flavicollis and 140.5% for A. alpicola of the expected values, the values for A. sylvaticus being significantly lower than for the other two species. The basal metabolic rates (BMR) represent 169.4% for A. sylvaticus, 161.6% for A. flavicollis and 138.3% for A. alpicola of the expected values. Having removed the effect of body weight, the BMR value was significantly lower in A. alpicola than in A. flavicollis, but no difference could be noticed between A. sylvaticus and the other two species. In conclusion, the three species of mice have very similar acclimated thermoregulatory characteristics, well adapted to cold ambient conditions. One discriminating and advantageous factor could be the lower basal metabolic rate measured in A. alpicola compared to the other two species.

Linking temperature estimates and microstructures in deformed polymineralic mantle rocks

To constrain deformation temperatures of mantle shear zones, we studied a strike-slip shear zone (Hilti massif, Semail ophiolite, Oman) and focused on the interaction between microstructural mechanisms and chemical equilibration processes. Quantitative microfabric analysis on harzburgites with different deformation intensity (porphyroclastic tectonite, mylonite, and ultramylonite) was combined with orthopyroxene geothermometry. The average grain size of all phases decreases with decreasing shear zone thickness. Dynamic recrystallization of porphyroclasts in combination with dissolution-precipitation and nucleation result in small-sized, chemically equilibrated pyroxenes. The composition of orthopyroxene was used to calculate deformation temperatures. In the case of the porphyroclastic tectonites, the chemical composition of orthopyroxene has been reset by diffusion yielding temperature estimates of 880-900 degrees C. The mylonites were deformed by dislocation creep of olivine and show a broad range of calculated temperatures, which result from a combination of grain size reduction and inheritance of equilibrium compositions from earlier high-temperature events and diffusion. In mylonites, diffusion profiles combined with geothermometry and grain size analysis indicate a mylonitic deformation temperature of 800-900 degrees C possibly followed by diffusion. In ultramylonites, the smallest grains (<30 mu m) reveal equilibration at temperatures of similar to 700 degrees C during the last stages of ductile deformation, which was dominated by diffusion creep of olivine. Our results provide a crucial link between temperature and evolution of microstructures from dislocation creep to diffusion creep in mantle shear zones.

" Leishmania major " metacaspase in programmed cell death

Abstract: The human protozoan parasite Leishmania major has been shown to exhibit several morphological and biochemical features characteristic of a programmed cell death (PCD) when differentiating into infectious stages and under a variety of stress conditions. In mammalian cells, the principal effector molecules of PCD or apoptosis are caspases. Although some caspase-like peptidase activity has been reported in dying parasites, no caspase gene is present in the L. major genome. However, a single metacaspase gene is present in L. major whose encoded protein harbors the predicted secondary structure and the catalytic dyad histidine/cysteine described for caspases and other metacaspases identified in plants and yeast. Metacaspases are also present in other protozoan parasites such as Trypanosoma and Plasmodium species and are not present in mammalian cells, which make them a possible drug target for the treatment of the parasitic diseases they cause. The Saccharomyces cerevisiae metacaspase YCA1 has been implicated in the death of aging cells, cells defective in some biological functions, and cells exposed to different environmental stresses. In this study, we evaluated the functional heterologous complementation of a S. cerevisiae ycal null mutant with the L. major metacaspase (LmjMCA} in cell death induced by oxidative stress. We show that LmjMCA is involved in yeast cell death, similar to YCA1, and that this function depends on its catalytic activity. LmjMCA was found to be auto-processed as occurs for caspases, however, LmjMCA did not exhibit any activity with caspase substrates. In contrast, LmjMCA was active towards substrates with arginine in the P1 position, with the activity being abolished following H147A and C202A catalytic site mutations and addition of the arginal inhibitor leupeptin. In order to identify the L. major proteins that may function as substrates, inhibitors, or may bind and recruit LmjMCA, a yeast two-hybrid screening with cDNA libraries from different life cycle stages of the parasite was conducted. Proteins putatively involved in PCD were identified as interacting with LmjMCA, however, the interaction of LmjMCA with proteins involved in other physiological processes such as vesicle transport, suggests that LmjMCA could have additional roles in the different life cycle stages of the parasite. Résumé: Plusieurs caractéristiques morphologiques et biochimiques rappelant la mort cellulaire programmée ont été identifiées dans les stades infectieux et sous des conditions de stress, chez le parasite protozoaire humain, Leishmania major. Dans les cellules de mammifères, les caspases sont les molécules effectrices principales impliquées dans la mort cellulaire programmée et l'apoptose. Bien qu'une activité caspase ait été retrouvée dans des parasites en mon` cellulaire, le génome de Leishmania ne contient aucun gène qui pourrait coder pour une caspase. À la place, on retrouve un gène unique codant pour une métacaspase. Une prédiction de la structure secondaire de la métacaspase montre que cette métacaspase a un domaine catalytique contenant la dyade histidine/cystéine présente dans les caspases et les autres métacaspases décrites chez les plantes et la levure. Les métacaspases sont aussi présentes dans d'autres parasites protozoaires tels que Trypanosome et Plasmodium, mais ne sont pas présentes dans les cellules de mammifères, ce qui en fait des cibles intéressantes pour le développement de drogue. Dans la levure, Saccharomyces cerevisiae, la métacaspase YCA1 est impliquée dans la mort des cellules âgées, la mort des cellules défectueuses dans certaines fonctions biologiques et dans les cellules exposées à différents stress environnementaux. Dans cette étude, une complémentation hétérologue fonctionnelle d'un mutant de la levure déficient en YCA1 par le gène LmjMCA de L. major lors de l'induction de ta mort par stress oxydatif a été évaluée. Nos résultats montrent que LmjMCA peut remplacer YGA1 dans le programme de mort cellulaire chez la levure et que celte fonction dépend de son activité catalytique. De plus, LmjMCA subit une auto clivage comme les caspases mais n'exhibe aucune spécificité pour les substrats des caspases. Au contraire, LmjMCA est active envers des substrats ayant une arginine en position P1, son activité étant détruite suite à des changements de son domaine catalytique par les mutations H147A et C202A ou suite à une inhibition para la leupeptine. Afin d'identifier quels pourraient être les substrats, les inhibiteurs ou les molécules interagissant avec LmjMCA, nous avons entrepris un criblage double-hybride en utilisant des librairies de d'ADNc provenant de différents stades du cycle parasitaire. Plusieurs protéines potentiellement impliquées dans un programme de mort cellulaire ont été identifiées comme interagissant avec LmjMCA. Cependant, l'identification de protéines impliquées dans le transport vésiculaire suggère aussi que LmjMCA pourrait avoir un rôle additionnel dans les différents stades du cycle parasitaire. Résumé destiné à un large public: De nos jours, la leishmaniose est la deuxième plus importante maladie parasitaire après la malaria. Malgré les avancées accomplies dans les stratégies de contrôle, près de deux millions de nouveaux cas apparaissent chaque année. Actuellement, la principale stratégie pour faire face à ce problème épidémiologique consiste en un traitement pharmacologique des personnes infectées. Pourtant, seule une dizaine de médicaments, dont la plupart sont toxiques, est disponible pour traiter la leishmaniose et des cas de résistance émergent dans certains pays endémiques. Il devient donc urgent de mettre au point de nouveaux traitements anti-leishmaniens capables d'éliminer le parasite sans effets indésirables sur le patient. Récemment, des caractéristiques morphologiques et biochimiques de la mort cellulaire programmée (MCP) semblables au processus de l'apoptose chez les mammifères ont été décrites dans Leishmania. Cependant, des gènes codant pour des protéines similaires à celles qui sont impliquées dans l'apoptose, comme les caspases, ne se retrouvent pas dans le génome de Leishmanía major. Néanmoins, les espèces de Leishmanía, aussi bien que d'autres parasites protozoaires responsables des trypanosomiases et de la malaria, possèdent des métacaspases qui sont des protéines homologues aux caspases mais qui ne sont pas présentes chez les mammifères. C'est pourquoi, la caractérisation de la métacaspase de Leishmania (LmjMCA) ainsi que ses mécanismes d'activation pourrait être une piste d'investigation intéressante dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans les voies de signalisation de la MCP des parasites protozoaires. Dans la levure, Saccharomyces cerevisiae, la métacaspase YCA1 est impliquée dans la mort des cellules âgées, la mort des cellules défectueuses dans certaines fonctions biologiques et dans les cellules exposées à différents stress environnementaux. Dans cette étude, une complémentation hétérologue fonctionnelle d'un mutant de la levure déficient en YCA1 par le gène LmjMCA de L major lors de l'induction de la mort par stress oxydatif a été évaluée. Nos résultats montrent que LmjMCA peut remplacer YCA1 dans le programme de mort cellulaire chez la levure et que cette fonction dépend de son activité catalytique. De plus, LmjMCA subit une auto clivage comme les caspases mais n'exhibe aucune spécificité pour les substrats des caspases. Au contraire, LmjMCA est active envers des substrats ayant une arginine en position P1, son activité étant détruite suite à des changements de son domaine catalytique par les mutations H147A et C202A ou suite à une inhibition para la leupeptine. Afin d'identifier quels pourraient être les substrats, les inhibiteurs ou les molécules interagissant avec LmjMCA, nous avons entrepris un criblage double-hybride en utilisant des librairies de d'ADNe provenant de différents stades du cycle parasitaire. Plusieurs protéines potentiellement impliquées dans un programme de mort cellulaire ont été identifiées comme interagissant avec LmjMCA. Cependant, l'identification de protéines impliquées dans le transport vésiculaire suggère aussi que LmjMCA pourrait avoir un rôle additionnel dans les différents stades du cycle parasitaire. Resumen destinado al público en general: La leishmaniasis es la segunda enfermedad parasitaria más importante en el mundo actual. Aproximadamente 2 millones de nuevos casos ocurren cada año a pesar de los avances logrados en el desarrollo de nuevos métodos de control. El tratamiento farmacológico de las personas infectadas es actualmente la principal estrategia de control, sin embargo, menos de una decena de medicamentos se encuentran disponibles en el mercado, la mayoría de ellos son tóxicos, y ya empiezan a encontrarse parásitos resistentes en algunos países endémicos para la leishmaniasis. El desarrollo de nuevos medicamentos capaces de eliminar los parásitos sin producir efectos indeseables en los humanos, es una necesidad inminente. Recientemente, algunas de las características morfológicas y bioquímicas de la muerte celular programada (MCP) similares al proceso de la apoptosis en mamíferos, han sido descritas en parasitos de Leishmania. Sin embargo, genes que codifiquen proteínas similares a aquellas involucradas en la apoptosis, como las caspasas, no se encuentran en el genoma de Leishmania major. AI contrario, las especies de Leishmania, así como de los otros parásitos responsables de la tripanosomiasis y de la malaria, poseen metacaspases, proteínas homologas a las caspases pero que no están presentes en las células de mamíferos. La caracterización de la metacaspasa de L. major y de sus mecanismos de activación constituye, por lo tanto, un área de investigación interesante para la identificación de nuevos blancos terapéuticos en el proceso de MCP de los parásitos protozoarios. En la levadura Saccharomyces cerevisiae, la metacaspasa YCA1 ha sido descrita como implicada en la muerte de células envejecidas, células defectuosas en algunas funciones biológicas, y en células expuestas a diferentes tipos de estrés ambiental. En el presente estudio se evaluó la complementación heteróloga funcional de una levadura mutante deficiente en YCA1 con el gen de metacaspase de L. major (LmjMCA) en la MCP inducida por estrés oxidativo. Nuestros resultados muestran que la LmjMCA puede reemplazarla YCA1 en la MCP de la levadura dependiente de su actividad catalítica y que la LmjMCA se auto-procesa similar a las caspasas. Sin embargo, LmjMCA no reconoce los substratos de caspasas sino substratos con una arginina en ta posición P1. Dicha actividad enzimática fue abolida con la inducción de las mutaciones puntuales H147A y C202A en la díada catalítica de LmjMCA y con la adición de leupeptina, un inhibidor con arginina. Con el fin de identificar proteínas que pudieran funcionar como substratos, inhibidores o moléculas modificadoras de LmjMCA, se aplicó el método de doble-híbrido en levadura con bibliotecas de ADNc provenientes de diferentes estadios del ciclo de vida del parásito. Algunas proteínas potencialmente implicadas. en la MCP del parásito fueron identiñcadas interactuando con LmjMCA. La identificación de otras proteínas involucradas en transporte vesicular sugiere que la LmjMCA podría tener una función biológica adicional en los diferentes estadios del ciclo de vida dei parásito.

Evaluating thermal treeline indicators based on air and soil temperature using an air-to-soil temperature transfer model

In recent research, both soil (root-zone) and air temperature have been used as predictors for the treeline position worldwide. In this study, we intended to (a) test the proposed temperature limitation at the treeline, and (b) investigate effects of season length for both heat sum and mean temperature variables in the Swiss Alps. As soil temperature data are available for a limited number of sites only, we developed an air-to-soil transfer model (ASTRAMO). The air-to-soil transfer model predicts daily mean root-zone temperatures (10cm below the surface) at the treeline exclusively from daily mean air temperatures. The model using calibrated air and root-zone temperature measurements at nine treeline sites in the Swiss Alps incorporates time lags to account for the damping effect between air and soil temperatures as well as the temporal autocorrelations typical for such chronological data sets. Based on the measured and modeled root-zone temperatures we analyzed. the suitability of the thermal treeline indicators seasonal mean and degree-days to describe the Alpine treeline position. The root-zone indicators were then compared to the respective indicators based on measured air temperatures, with all indicators calculated for two different indicator period lengths. For both temperature types (root-zone and air) and both indicator periods, seasonal mean temperature was the indicator with the lowest variation across all treeline sites. The resulting indicator values were 7.0 degrees C +/- 0.4 SD (short indicator period), respectively 7.1 degrees C +/- 0.5 SD (long indicator period) for root-zone temperature, and 8.0 degrees C +/- 0.6 SD (short indicator period), respectively 8.8 degrees C +/- 0.8 SD (long indicator period) for air temperature. Generally, a higher variation was found for all air based treeline indicators when compared to the root-zone temperature indicators. Despite this, we showed that treeline indicators calculated from both air and root-zone temperatures can be used to describe the Alpine treeline position.

Functional diversity decreases with temperature in high elevation ant fauna

1. Severe environmental conditions filter community species compositions, forming clines of functional diversity along environmental gradients. Here, the changes in functional diversity in ant assemblages with severe environmental conditions in the Swiss Alps were investigated. 2. Eight sites were sampled along an elevation gradient (1800-2550 m). The variation in functional diversity was analysed along an elevation gradient considering four traits: social structure (monogynous vs. polygynous), worker size, pupal development, and nest structure. 3. Ant species richness and functional diversity decreased with decreasing temperature. Species found in colder habitats tended to live in subterranean nests rather than in mounds and exhibit a polymorphism in queen number, either within or across populations. The phylogenetic diversity did not decrease at colder temperature: Formicinae and Myrmicinae occupied the full range of elevations investigated. 4. An insulation experiment indicated that mounds are more thermally insulated against the cold compared with soil. The absence of a mound-building ant from high elevations probably results from a reduction in the amount of vegetal materials provided by coniferous trees. 5. More severe abiotic conditions at higher elevations act as a filter on ant assemblages, directly through physiological tolerances to the abiotic conditions and indirectly as the vegetation necessary for nest building shifts with elevation.</list-item

Genetically programmed autoinducer destruction reduces virulence gene expression and swarming motility in Pseudomonas aeruginosa PAO1.

Virulence in the opportunistic human pathogen Pseudomonas aeruginosa is controlled by cell density via diffusible signalling molecules ('autoinducers') of the N-acylhomoserine lactone (AHL) type. Two Bacillus sp. isolates (A23 and A24) with AHL-degrading activity were identified among a large collection of rhizosphere bacteria. From isolate A24 a gene was cloned which was similar to the aiiA gene, encoding an AHL lactonase in another Bacillus strain. Expression of the aiiA homologue from isolate A24 in P. aeruginosa PAO1 reduced the amount of the quorum sensing signal N-oxododecanoyl-L-homoserine lactone and completely prevented the accumulation of the second AHL signal, N-butyryl-L-homoserine lactone. This strongly reduced AHL content correlated with a markedly decreased expression and production of several virulence factors and cytotoxic compounds such as elastase, rhamnolipids, hydrogen cyanide and pyocyanin, and strongly reduced swarming. However, no effect was observed on flagellar swimming or on twitching motility, and aiiA expression did not affect bacterial adhesion to a polyvinylchloride surface. In conclusion, introduction of an AHL degradation gene into P. aeruginosa could block cell-cell communication and exoproduct formation, but failed to interfere with surface colonization.

High elevation Plantago lanceolata plants are less resistant to herbivory than their low elevation conspecifics: is it just temperature?

Traits that mediate species interactions are evolutionarily shaped by biotic and abiotic drivers, yet we know relatively little about the relative importance of these factors. Herbivore pressure, along with resource availability and third-party' mutualists, are hypothesized to play a major role in the evolution of plant defence traits. Here, we used the model system Plantago lanceolata, which grows along steep elevation gradients in the Swiss Alps, to investigate the effect of elevation, herbivore pressure, mycorrhizal inoculation and temperature on plant resistance. Over a 1200 m elevation gradient, the levels of herbivory and iridoid glycosides (IGs) declined with increasing elevation. By planting seedlings at three different elevations, we further showed that both low-elevation growing conditions and mycorrhizal inoculation resulted in increased plant resistance to herbivores. Finally, using a temperature-controlled experiment comparing high- and low-elevation ecotypes, we showed that high-elevation ecotypes are less resistant to herbivory, and that lower temperatures impair IGs deployment after herbivore attack. We thus propose that both lower herbivore pressure, and colder temperatures relax the defense syndrome of high elevation plants.

Dispersion of natural arsenic in the Malcantone watershed, Southern Switzerland: field evidence for repeated sorption-desorption and oxidation-reduction processes

In recent years, elevated arsenic concentrations have been found in waters and soils of many, countries, often resulting in a health threat for the local population. Switzerland is not an exception and this paper deals with the release and subsequent fate of arsenic in a 200-km(2) mountainous watershed, characterized by crystalline silicate rocks (gneisses, schists, amphibolites) that contain abundant As-bearing sulfide ore deposits, some of which have been mined for iron and gold in the past. Using analytical methods common for mineralogical, ground water and soil studies (XRD, XRF, XAS-XANES and -EXAFS, electron microprobe, extraction, ICP, AAS with hydride generator, ion chromatography), seven different field situations and related dispersion processes of natural arsenic have been studied: (1) release by rock weathering, (2) transport and deposition by water and ice; (3) release of As to the ground and surface water due to increasing pH; (4) accumulation in humic soil horizons; (5) remobilization by reduction in water-saturated soils and stagnant ground waters; (6) remobilization by using P-rich fertilizers or dung and (7) oxidation, precipitation and dilution in surface waters. Comparison of the results with experimental adsorption studies and speciation diagrams from the literature allows us to reconstruct and identify the typical behavior of arsenic in a natural environment under temperate climatic conditions. The main parameters identified are: (a) once liberated from the primary minerals, sorption processes on Fe-oxy-hydroxides dominate over Al-phases, such as Al-hydroxides or clay minerals and limit the As concentrations in the spring and well waters between 20 and 300 mug/l. (b) Precipitation as secondary minerals is limited to the weathering domain, where the As concentrations are still high and not yet too diluted by rain and soils waters. (c) Although neutral and alkaline pH conditions clearly increase the mobility of As, the main factor to mobilize As is a low redox potential (Eh close or below 0 mV), which favors the dissolution of the Fe-oxy-hydroxides on which the As is sorbed. (d) X-ray absorption spectroscopy (XAS) of As in water-logged humic forest soils indicates that the reduction to As III only occurs at the solid-water interface and that the solid contains As as As V (e) A and Bh horizons of humic cambisols can effectively capture As when As-rich waters flow through them. Complex spatial and temporal variation of the various parameters in a watershed results in repeated mobilization and immobilization of As, which continuously transports As from the upper to the lower part of a watershed and ultimately to the ocean. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Statistical discrimination of black gel pen inks analysed by laser desorption/ionization mass spectrometry

Pearson correlation coefficients were applied for the objective comparison of 30 black gel pen inks analysed by laser desorption ionization mass spectrometry (LDI-MS). The mass spectra were obtained for ink lines directly on paper using positive and negative ion modes at several laser intensities. This methodology has the advantage of taking into account the reproducibility of the results as well as the variability between spectra of different pens. A differentiation threshold could thus be selected in order to avoid the risk of false differentiation. Combining results from positive and negative mode yielded a discriminating power up to 85%, which was better than the one obtained previously with other optical comparison methodologies. The technique also allowed discriminating between pens from the same brand.

Flowering date of taxonomic families predicts phenological sensitivity to temperature: Implications for forecasting the effects of climate change on unstudied taxa.

PREMISE OF THE STUDY: Numerous long-term studies in seasonal habitats have tracked interannual variation in first flowering date (FFD) in relation to climate, documenting the effect of warming on the FFD of many species. Despite these efforts, long-term phenological observations are still lacking for many species. If we could forecast responses based on taxonomic affinity, however, then we could leverage existing data to predict the climate-related phenological shifts of many taxa not yet studied. METHODS: We examined phenological time series of 1226 species occurrences (1031 unique species in 119 families) across seven sites in North America and England to determine whether family membership (or family mean FFD) predicts the sensitivity of FFD to standardized interannual changes in temperature and precipitation during seasonal periods before flowering and whether families differ significantly in the direction of their phenological shifts. KEY RESULTS: Patterns observed among species within and across sites are mirrored among family means across sites; early-flowering families advance their FFD in response to warming more than late-flowering families. By contrast, we found no consistent relationships among taxa between mean FFD and sensitivity to precipitation as measured here. CONCLUSIONS: Family membership can be used to identify taxa of high and low sensitivity to temperature within the seasonal, temperate zone plant communities analyzed here. The high sensitivity of early-flowering families (and the absence of early-flowering families not sensitive to temperature) may reflect plasticity in flowering time, which may be adaptive in environments where early-season conditions are highly variable among years.

Chemical labelling of oyster shells used for time-calibrated high-resolution Mg/Ca ratios: A tool for estimation of past seasonal temperature variations

The geochemical compositions of biogenic carbonates are increasingly used for palaeoenvironmental reconstructions. The skeletal delta O-18 temperature relationship is dependent on water salinity, so many recent studies have focused on the Mg/Ca and Sr/Ca ratios because those ratios in water do not change significantly on short time scales. Thus, those elemental ratios are considered to be good palaeotemperature proxies in many biominerals, although their use remains ambiguous in bivalve shells. Here, we present the high-resolution Mg/Ca ratios of two modern species of juvenile and adult oyster shells, Crassostrea gigas and Ostrea edulis. These specimens were grown in controlled conditions for over one year in two different locations. In situ monthly Mn-marking of the shells has been used for day calibration. The daily Mg/Ca.ratios in the shell have been measured with an electron microprobe. The high frequency Mg/Ca variation of all specimens displays good synchronism with lunar cycles, suggesting that tides strongly influence the incorporation of Mg/Ca into the shells. Highly significant correlation coefficients (0.70<R<0.83, p<0.0001) between the Mg/Ca ratios and the seawater temperature are obtained only for juvenile C. gigas samples, while metabolic control of Mg/Ca incorporation and lower shell growth rates preclude the use of the Mg/Ca ratio in adult shells as a palaeothermometer. Data from three juvenile C. gigas shells from the two study sites are selected to establish a relationship: T = 3.77Mg/Ca + 1.88, where T is in degrees C and Mg/Ca in mmol/mol. (c) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.