The Lithium, Boron and Beryllium content of serpentinized peridotites from ODP Leg 209 (Sites 1272A and 1274A): Implications for lithium and boron budgets of oceanic lithosphere

Despite the key importance of altered oceanic mantle as a repository and carrier of light elements (B, Li, and Be) to depth, its inventory of these elements has hardly been explored and quantified. In order to constrain the systematics and budget of these elements we have studied samples of highly serpentinized (>50%) spinel harzburgite drilled at the Mid-Atlantic Ridge (Fifteen-Twenty Fracture zone, ODP Leg 209, Sites 1272A and 1274A). In-situ analysis by secondary ion mass spectrometry reveals that the B, Li and Be contents of mantle minerals (olivine, orthopyroxene, and clinopyroxene) remain unchanged during serpentinization. B and Li abundances largely correspond to those of unaltered mantle minerals whereas Be is close to the detection limit. The Li contents of clinopyroxene are slightly higher (0.44-2.8 mu g g(-1)) compared to unaltered mantle clinopyroxene, and olivine and clinopyroxene show an inverse Li partitioning compared to literature data. These findings along with textural observations and major element composition obtained from microprobe analysis suggest reaction of the peridotites with a mafic silicate melt before serpentinization. Serpentine minerals are enriched in B (most values between 10 and 100 mu g g(-1)), depleted in Li (most values below I mu g g(-1)) compared to the primary phases, with considerable variation within and between samples. Be is at the detection limit. Analysis of whole rock samples by prompt gamma activation shows that serpentinization tends to increase B (10.4-65.0 mu g g(-1)), H2O and Cl contents and to lower Li contents (0.07-3.37 mu g g(-1)) of peridotites, implying that-contrary to alteration of oceanic crust-B is fractionated from Li and that the B and Li inventory should depend essentially on rock-water ratios. Based on our results and on literature data, we calculate the inventory of B and Li contained in the oceanic lithosphere, and its partitioning between crust and mantle as a function of plate characteristics. We model four cases, an ODP Leg 209-type lithosphere with almost no igneous crust, and a Semail-type lithosphere with a thick igneous crust, both at I and 75 Ma, respectively. The results show that the Li contents of the oceanic lithosphere are highly variable (17-307 kg in a column of I m x I m x thickness of the lithosphere (kg/col)). They are controlled by the primary mantle phases and by altered crust, whereas the B contents (25-904 kg/col) depend entirely on serpentinization. In all cases, large quantities of B reside in the uppermost part of the plate and could hence be easily liberated during slab dehydration. The most prominent input of Li into subduction zones is to be expected from Semail-type lithosphere because most of the Li is stored at shallow levels in the plate. Subducting an ODP Leg 209-type lithosphere would mean only very little Li contribution from the slab. Serpentinized mantle thus plays an important role in B recycling in subduction zones, but it is of lesser importance for Li. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

The role of fungi in the precipitation of calcite : relationships between fungal filaments, nanofibres, and needle fibre calcite

RésuméLes champignons sont impliqués dans les cycles biogéochimiques de différentes manières. En particulier, ils sont reconnus en tant qu'acteurs clés dans la dégradation de la matière organique, comme fournisseurs d'éléments nutritifs via l'altération des minéraux mais aussi comme grands producteurs d'acide oxalique et de complexes oxalo-métalliques. Toutefois, peu de choses sont connues quant à leur contribution à la genèse d'autres types de minéraux, tel que le carbonate de calcium (CaCO3). Le CaCO3 est un minéral ubiquiste dans de nombreux écosystèmes et il joue un rôle essentiel dans les cycles biogéochimiques du carbone (C) et du calcium (Ca). Le CaCO3 peut être d'origine physico-chimique ou biogénique et de nombreux organismes sont connus pour contrôler ou induire sa biominéralisation. Les champignons ont souvent été soupçonnés d'être impliqué dans ce processus, cependant il existe très peu d'informations pour étayer cette hypothèse.Cette thèse a eu pour but l'étude de cet aspect négligé de l'impact des champignons dans les cycles biogéochimiques, par l'exploration de leur implication potentielle dans la formation d'un type particulier de CaCO3 secondaires observés dans les sols et dans les grottes des environnements calcaires. Dans les grottes, ces dépôts sont appelés moonmilk, alors que dans les sols on les appelle calcite en aiguilles. Cependant ces deux descriptions correspondent en fait au même assemblage microscopique de deux habitus particulier de la calcite: la calcite en aiguilles (au sens strict du terme cette fois-ci) et les nanofibres. Ces deux éléments sont des habitus aciculaires de la calcite, mais présentent des dimensions différentes. Leur origine, physico-chimique ou biologique, est l'objet de débats intenses depuis plusieurs années déjà.L'observation d'échantillons environnementaux avec des techniques de microscopie (microscopie électronique et micromorphologie), ainsi que de la microanalyse EDX, ont démontré plusieurs relations intéressantes entre la calcite en aiguilles, les nanofibres et des éléments organiques. Premièrement, il est montré que les nanofibres peuvent être organiques ou minérales. Deuxièmement, la calcite en aiguilles et les nanofibres présentent de fortes analogies avec des structures hyphales, ce qui permet de confirmer l'hypothèse de leur origine fongique. En outre, des expériences en laboratoire ont confirmé l'origine fongique des nanofibres, par des digestions enzymatiques d'hyphes fongiques. En effet, des structures à base de nanofibres, similaires à celles observées dans des échantillons naturels, ont pu être produites par cette approche. Finalement, des enrichissements en calcium ont été mesurés dans les parois des hyphes et dans des inclusions intrahyphales provenant d'échantillons naturels de rhizomorphes. Ces résultats suggèrent une implication de la séquestration de calcium dans la formation de la calcite en aiguilles et/ou des nanofibres.Plusieurs aspects restent à élucider, en particulier la compréhension des processus physiologiques impliqués dans la nucléation de calcite dans les hyphes fongiques. Cependant, les résultats obtenus dans cette thèse ont permis de confirmer l'implication des champignons dans la formation de la calcite en aiguilles et des nanofibres. Ces découvertes sont d'une grande importance dans les cycles biogéochimiques puisqu'ils apportent de nouveaux éléments dans le cycle couplé C-Ca. Classiquement, les champignons sont considérés comme étant impliqués principalement dans la minéralisation de la matière organique et dans l'altération minérale. Cette étude démontre que les champignons doivent aussi être pris en compte en tant qu'agents majeurs de la genèse de minéraux, en particulier de CaCO3. Ceci représente une toute nouvelle perspective en géomycologie quant à la participation des champignons au cycle biologique du C. En effet, la présence de ces précipitations de CaCO3 secondaires représente un court-circuit dans le cycle biologique du C puisque du C inorganique du sol se retrouve piégé dans de la calcite plutôt que d'être retourné dans l'atmosphère.AbstractFungi are known to be involved in biogeochemical cycles in numerous ways. In particular, they are recognized as key players in organic matter recycling, as nutrient suppliers via mineral weathering, as well as large producers of oxalic acid and metal-oxalate. However, little is known about their contribution to the genesis of other types of minerals such as calcium carbonate (CaCO3). Yet, CaC03 are ubiquitous minerals in many ecosystems and play an essential role in the biogeochemical cycles of both carbon (C) and calcium (Ca). CaC03 may be physicochemical or biogenic in origin and numerous organisms have been recognized to control or induce calcite biomineralization. While fungi have often been suspected to be involved in this process, only scarce information support this hypothesis.This Ph.D. thesis aims at investigating this disregarded aspect of fungal impact on biogeochemical cycles by exploring their possible implication in the formation of a particular type of secondary CaC03 deposit ubiquitously observed in soils and caves from calcareous environments. In caves, these deposits are known as moonmilk, whereas in soils, they are known as Needle Fibre Calcite (NFC - sensu lato). However, they both correspond to the same microscopic assemblage of two distinct and unusual habits of calcite: NFC {sensu stricto) and nanofibres. Both features are acicular habits of calcite displaying different dimensions. Whether these habits are physicochemical or biogenic in origin has been under discussion for a long time.Observations of natural samples using microscopic techniques (electron microscopy and micromorphology) and EDX microanalyses have demonstrated several interesting relationships between NFC, nanofibres, and organic features. First, it has shown that nanofibres can be either organic or minera! in nature. Second, both nanofibres and NFC display strong structural analogies with fungal hyphal features, supporting their fungal origin. Furthermore, laboratory experiments have confirmed the fungal origin of nanofibres through an enzymatic digestion of fungal hyphae. Indeed, structures made of nanofibres with similar features as those observed in natural samples have been produced. Finally, calcium enrichments have been measured in both cell walls and intrahyphal inclusions of hyphae from rhizomorphs sampled in the natural environment. These results point out an involvement of calcium sequestration in nanofibres and/or NFC genesis.Several aspects need further investigation, in particular the understanding of the physiological processes involved in hyphal calcite nucleation. However, the results obtained during this study have allowed the confirmation of the implication of fungi in the formation of both NFC and nanofibres. These findings are of great importance regarding global biogeochemical cycles as they bring new insights into the coupled C and Ca cycles. Conventionally, fungi are considered to be involved in organic matter mineralization and mineral weathering. In this study, we demonstrate that they must also be considered as major agents in mineral genesis, in particular CaC03. This is a completely new perspective in geomycology regarding the role of fungi in the short-term (or biological) C cycle. Indeed, the presence of these secondary CaC03 precipitations represents a bypass in the short- term carbon cycle, as soil inorganic C is not readily returned to the atmosphere.

The ubiquitin-proteasome system in glioma cell cycle control.

A major determinant of cell fate is regulation of cell cycle. Tight regulation of this process is lost during the course of development and progression of various tumors. The ubiquitin-proteasome system (UPS) constitutes a universal protein degradation pathway, essential for the consistent recycling of a plethora of proteins with distinct structural and functional roles within the cell, including cell cycle regulation. High grade tumors, such as glioblastomas have an inherent potential of escaping cell cycle control mechanisms and are often refractory to conventional treatment. Here, we review the association of UPS with several UPS-targeted proteins and pathways involved in regulation of the cell cycle in malignant gliomas, and discuss the potential role of UPS inhibitors in reinstitution of cell cycle control.

Dynamic, auxin-responsive plasma membrane-to-nucleus movement of Arabidopsis BRX.

In Arabidopsis, interplay between nuclear auxin perception and trans-cellular polar auxin transport determines the transcriptional auxin response. In brevis radix (brx) mutants, this response is impaired, probably indirectly because of disturbed crosstalk between the auxin and brassinosteroid pathways. Here we provide evidence that BRX protein is plasma membrane-associated, but translocates to the nucleus upon auxin treatment to modulate cellular growth, possibly in conjunction with NGATHA class B3 domain-type transcription factors. Application of the polar auxin transport inhibitor naphthalene phthalamic acid (NPA) resulted in increased BRX abundance at the plasma membrane. Thus, nuclear translocation of BRX could depend on cellular auxin concentration or on auxin flux. Supporting this idea, NPA treatment of wild-type roots phenocopied the brx root meristem phenotype. Moreover, BRX is constitutively turned over by the proteasome pathway in the nucleus. However, a stabilized C-terminal BRX fragment significantly rescued the brx root growth phenotype and triggered a hypocotyl gain-of-function phenotype, similar to strong overexpressors of full length BRX. Therefore, although BRX activity is required in the nucleus, excess activity interferes with normal development. Finally, similar to the PIN-FORMED 1 (PIN1) auxin efflux carrier, BRX is polarly localized in vascular cells and subject to endocytic recycling. Expression of BRX under control of the PIN1 promoter fully rescued the brx short root phenotype, suggesting that the two genes act in the same tissues. Collectively, our results suggest that BRX might provide a contextual readout to synchronize cellular growth with the auxin concentration gradient across the root tip.

The nuclear hormone receptor peroxisome proliferator-activated receptor beta/delta potentiates cell chemotactism, polarization, and migration.

After an injury, keratinocytes acquire the plasticity necessary for the reepithelialization of the wound. Here, we identify a novel pathway by which a nuclear hormone receptor, until now better known for its metabolic functions, potentiates cell migration. We show that peroxisome proliferator-activated receptor beta/delta (PPARbeta/delta) enhances two phosphatidylinositol 3-kinase-dependent pathways, namely, the Akt and the Rho-GTPase pathways. This PPARbeta/delta activity amplifies the response of keratinocytes to a chemotactic signal, promotes integrin recycling and remodeling of the actin cytoskeleton, and thereby favors cell migration. Using three-dimensional wound reconstructions, we demonstrate that these defects have a strong impact on in vivo skin healing, since PPARbeta/delta-/- mice show an unexpected and rare epithelialization phenotype. Our findings demonstrate that nuclear hormone receptors not only regulate intercellular communication at the organism level but also participate in cell responses to a chemotactic signal. The implications of our findings may be far-reaching, considering that the mechanisms described here are important in many physiological and pathological situations.

Detritivorous crustaceans become herbivores on jasmonate-deficient plants.

The jasmonate signal pathway is known to control defenses against herbivores, such as leaf eaters (folivores). Does the reach of the pathway extend to defense against other types of animal? Among the arthropods attracted to seed baits placed below flowering Arabidopsis thaliana plants are 2 largely nocturnal isopod crustaceans generally considered as detritivores: Porcellio scaber and Armadillidium vulgare. Parallel laboratory experiments identified the isopods as being capable of predation on intact plants. Isopod feeding was strongly facilitated in jasmonate-deficient Arabidopsis and rice plants. The feeding activity of isopods revealed potentially detritivore-sensitive, jasmonate-protected Achilles' heels in these architecturally different plants (petioles and inflorescence stems in Arabidopsis, and lower stem and mesocotyl in rice). The work addresses the question of what stops 2 detritivores from attacking living plants and provides evidence that it is, in part, the jasmonate signal pathway. Furthermore, senescent leaves from an Arabidopsis jasmonate mutant were consumed more rapidly than senescent wild-type leaves, suggesting that past activity of the jasmonate signal pathway in leaves may slow carbon recycling through detritivory.

Occupational exposure to beryllium in Switzerland : exposed workers and occupations at risk

Introduction: Beryllium (Be) is increasingly used in various industrial applications. Occupational exposure to Be may lead to chronic beryllium disease (CBD), a pulmonary granulomatous disorder closely similar to sarcoidosis, which develop in 1 to 15% of exposed workers. Although Switzerland is one of the major Be importers worldwide, little information is available about occurrence of exposure and the number of workers exposed in this country. Objectives: 1) evaluate the number of workers potentially exposed to Be in Switzerland; 2) construct a screening tool to allow potential Be exposure detection in a clinical setting. Methods: After identification of industrial sectors involving beryllium exposure based on expert reports and scientific literature, an estimation of the number of workers employed in these relevant industries was made using data from the Swiss federal population census and registries of economic activities. A second analysis was performed to estimate the fraction of workers really exposed to Be in each industrial sector. This adjustment was made according to the results of a French survey (INRS, Institut National de Recherche et de Sécurité) conducted by questionnaire addressed to 4500 companies in relevant industries on their use of beryllium and other issues such as percentage of employees really exposed. These realistic data were used to develop a self-administrated screening questionnaire allowed to identify patients with possible Be exposure. Results: In Switzerland, the number of workers employed in industries using Be was nearly 150 000. The estimated number of workers exposed to beryllium in these industries ranged from 2000 to 4000. Relevant sectors were: microengineering, precision turning, watchmaking and metal waste treatment and recycling. The validation of the self-administrated questionnaire containing a list of jobs and leisure activities associated with potential Be exposure is in progress within the framework of a national study. Conclusions: The number of workers potentially exposed to Be in Switzerland is rather high compared to estimations for other industrialized countries and might constitute an underestimated occupational health problem. Undetected Be exposure in patients with sarcoidosis may occur and result in misdiagnosis. Once validated, the self-administrated questionnaire could be used by clinicians to screen for Be exposure in patients with granulomatous lung disorders.

SH3TC2/KIAA1985 protein is required for proper myelination and the integrity of the node of Ranvier in the peripheral nervous system.

Charcot-Marie-Tooth disease type 4C (CMT4C) is an early-onset, autosomal recessive form of demyelinating neuropathy. The clinical manifestations include progressive scoliosis, delayed age of walking, muscular atrophy, distal weakness, and reduced nerve conduction velocity. The gene mutated in CMT4C disease, SH3TC2/KIAA1985, was recently identified; however, the function of the protein it encodes remains unknown. We have generated knockout mice where the first exon of the Sh3tc2 gene is replaced with an enhanced GFP cassette. The Sh3tc2(DeltaEx1/DeltaEx1) knockout animals develop progressive peripheral neuropathy manifested by decreased motor and sensory nerve conduction velocity and hypomyelination. We show that Sh3tc2 is specifically expressed in Schwann cells and localizes to the plasma membrane and to the perinuclear endocytic recycling compartment, concordant with its possible function in myelination and/or in regions of axoglial interactions. Concomitantly, transcriptional profiling performed on the endoneurial compartment of peripheral nerves isolated from control and Sh3tc2(DeltaEx1/DeltaEx1) animals uncovered changes in transcripts encoding genes involved in myelination and cell adhesion. Finally, detailed analyses of the structures composed of compact and noncompact myelin in the peripheral nerve of Sh3tc2(DeltaEx1/DeltaEx1) animals revealed abnormal organization of the node of Ranvier, a phenotype that we confirmed in CMT4C patient nerve biopsies. The generated Sh3tc2 knockout mice thus present a reliable model of CMT4C neuropathy that was instrumental in establishing a role for Sh3tc2 in myelination and in the integrity of the node of Ranvier, a morphological phenotype that can be used as an additional CMT4C diagnostic marker.

VPS35 mutations in Parkinson disease.

The identification of genetic causes for Mendelian disorders has been based on the collection of multi-incident families, linkage analysis, and sequencing of genes in candidate intervals. This study describes the application of next-generation sequencing technologies to a Swiss kindred presenting with autosomal-dominant, late-onset Parkinson disease (PD). The family has tremor-predominant dopa-responsive parkinsonism with a mean onset of 50.6 ± 7.3 years. Exome analysis suggests that an aspartic-acid-to-asparagine mutation within vacuolar protein sorting 35 (VPS35 c.1858G>A; p.Asp620Asn) is the genetic determinant of disease. VPS35 is a central component of the retromer cargo-recognition complex, is critical for endosome-trans-golgi trafficking and membrane-protein recycling, and is evolutionarily highly conserved. VPS35 c.1858G>A was found in all affected members of the Swiss kindred and in three more families and one patient with sporadic PD, but it was not observed in 3,309 controls. Further sequencing of familial affected probands revealed only one other missense variant, VPS35 c.946C>T; (p.Pro316Ser), in a pedigree with one unaffected and two affected carriers, and thus the pathogenicity of this mutation remains uncertain. Retromer-mediated sorting and transport is best characterized for acid hydrolase receptors. However, the complex has many types of cargo and is involved in a diverse array of biologic pathways from developmental Wnt signaling to lysosome biogenesis. Our study implicates disruption of VPS35 and retromer-mediated trans-membrane protein sorting, rescue, and recycling in the neurodegenerative process leading to PD.

A regional Industrial Symbiosis methodology and its implementation in Geneva, Switzerland

The Agenda 21 for the Geneva region is the results from a broad consultation process including all local actors. The article 12 stipulates that « the State facilitates possible synergies between economic activities in order to minimize their environmental impacts » thus opening the way for Industrial Ecology (IE) and Industrial Symbiosis (IS). An Advisory Board for Industrial Ecology and Industrial Symbiosis implementation was established in 2002 involving relevant government agencies. Regulatory and technical conditions for IS are studied in the Swiss context. Results reveal that the Swiss law on waste does not hinder by-product exchanges. Methodology and technical factors including geographic, qualitative, quantitative and economical aspects are detailed. The competition with waste operators in a highly developed recycling system is also tackled.The IS project develops an empirical and systematic method for detecting and implementing by-products synergies between industrial actors disseminated throughout the Geneva region. Database management tool for the treatment of input-output analysis data and GIS tools for detecting potentials industrial partners are constantly improved. Potential symbioses for 17 flows (including energy, water and material flows) are currently studied for implementation.

SDF 1-alpha (CXCL12) triggers glutamate exocytosis from astrocytes on a millisecond time scale: Imaging analysis at the single-vesicle level with TIRF microscopy

Chemokines are small chemotactic molecules widely expressed throughout the central nervous system. A number of papers, during the past few years, have suggested that they have physiological functions in addition to their roles in neuroinflammatory diseases. In this context, the best evidence concerns the CXC-chemokine stromal cell-derived factor (SDF-1alpha or CXCL12) and its receptor CXCR4, whose signalling cascade is also implicated in the glutamate release process from astrocytes. Recently, astrocytic synaptic like microvesicles (SLMVs) that express vesicular glutamate transporters (VGLUTs) and are able to release glutamate by Ca(2+)-dependent regulated exocytosis, have been described both in tissue and in cultured astrocytes. Here, in order to elucidate whether SDF-1alpha/CXCR4 system can participate to the brain fast communication systems, we investigated whether the activation of CXCR4 receptor triggers glutamate exocytosis in astrocytes. By using total internal reflection (TIRF) microscopy and the membrane-fluorescent styryl dye FM4-64, we adapted an imaging methodology recently developed to measure exocytosis and recycling in synaptic terminals, and monitored the CXCR4-mediated exocytosis of SLMVs in astrocytes. We analyzed the co-localization of VGLUT with the FM dye at single-vesicle level, and observed the kinetics of the FM dye release during single fusion events. We found that the activation of CXCR4 receptors triggered a burst of exocytosis on a millisecond time scale that involved the release of Ca(2+) from internal stores. These results support the idea that astrocytes can respond to external stimuli and communicate with the neighboring cells via fast release of glutamate.

Calcium Microdomains Control Exo-Endocytosis of Synaptic-Like Microvesicles in Astrocytes

During the last decade, the discovery that astrocytes possess a nonelectrical form of excitability (Ca21-excitability) that leads to the release of chemical transmitters, an activity called ''gliotransmission'', indicates that these cells may have additional important roles in brain function. Elucidating the stimulus-secretion coupling leading to the exocytic release of chemical transmitters (such as glutamate, Bezzi et al., Nature Neurosci, 2004) may therefore clarify i) whether astrocytes represent in full a new class of secretory cells in the brain and ii) whether they can participate to the fast brain signaling in the brain. Here by using a recently developed approach for studying vesicle recycling dynamics at synapses (Voglmaier et al., Neuron, 2006; Balaji and Ryan, PNAS, 2007) combined with epifluorescence and total internal reflection fluorescence (TIRF) imaging, we investigated the spatiotemporal characteristics of stimulus-secretion coupling leading glutamate exocytosis of synaptic-like microvesicles (SLMVs) in astrocytes. We performed the analysis at both the whole-cell and single-vesicle levels providing the first system for comparing exo-endocytic processes in astrocytes with those in neurons. Both the time course and modalities of secretion in astrocytes present more similarities to neurons then previously expected. We found that 1. the G-protein-coupled receptor (GPCR)-evoked exocytosis reached the maximum on a ms time scale and that 2. ER tubuli formed sub-micrometer domains beneath the plasma membrane in close proximity to exocytic vesicles, where fusion events were spatiotemporally correlated with fast Ca21 events.

Long-term and long range migration of radioisotopes in terrestrial systems : mechanisms of radioisotopes (Cs, Sr, Pu, Am) mobilization in soils

Summary Artificial radionuclides were released in the environment during the atmospheric nuclear weapon tests and after accidental events involving nuclear industries. As a primary receptor of the deposition, the soil is a very sensitive compartment and understanding the interaction and migration of radionuclides within soils allows the development of scenario for the contamination risk of the population and of the environment. Most available field studies on radionuclides in soils only concern one or two isotopes, mostly 137Cs, and few physico-chemical soil parameters. The purpose of this study was a broader understanding of the radioecology of an Alpine valley. In a first part, we aimed to describe the depth distribution of 137Cs, 90Sr, 239+240Pu, and 241Am within different alpine soils and to identify some stable elements as indicators for accumulating layers. In the central part of the study, the goal was to investigate the repartition of ^Sr and 239Pu between the truly dissolved fraction and the colloidal fraction of the soil solutions and to identify the nature of colloids involved in the adsorption of ^Sr and 239Pu. These results were integrated in an "advection- sorption" transport model seeking to explain the migration of 239Pu and 90Sr within the soils and to assess the importance of colloidal transport for these two isotopes. A further aspect studied was the role of the competition between the radioisotopes (137Cs and 90Sr) and their stable chemical analogues (K and Ca) with respect to plant uptake by different plant species. The results on the depth distribution within the soils showed that 137Cs was mostly retained in the topsoil, to the exception of an organic-rich soil (Histosol 2) receiving important surface runoff, where migration down to a depth of 30 cm was observed. 137Cs depth distribution within the soils was similar to unsupported 210Pb depth distribution. The plant uptake of 137Cs clearly depended on the concentration of exchangeable potassium in the soils. Moreover, we showed that the 137Cs uptake by certain species of the taxonomic orders Poales and Rosales was more sensitive to the increase in exchangeable Κ compared to other orders. Strontium-90 was much more mobile in the soils than 137Cs and depth migration and accumulation in specific AI- and Fe-rich layers were found down to 30 cm. Copper and Ni showed accumulations in these same layers, indicating their potential to be used as indicators for the migration of ^Sr within the soils. In addition, we observed a 90Sr activity peak in the topsoil that can be attributable to recycling of 90Sr by plant uptake. We demonstrated for the first time that a part of 90Sr (at least 40%) was associated with the colloids in organic-rich soil solutions. Therefore, we predict a significant effect of the colloidal migration of ^Sr in organic-rich soil solutions. The plant uptake results for 90Sr indicated a phylogenetic effect between Non-Eudicot and Eudicots: the order Poales concentrating much less 90Sr than Eudicots do. Moreover, we were able to demonstrate that the sensitivity of the 90Sr uptake by 5 different Alpine plant species to the amount of exchangeable Ca was species-independent. Plutonium and 241Am accumulated in the second layer of all soils and only a slight migration deeper than 20 cm was observed. Plutonium and 241Am showed a similar depth distribution in the soils. The model results suggested that the present day migration of 239Pu was very slow and that the uptake by plants was negligible. 239Pu activities between 0.01 to 0.08 mBq/L were measured in the bulk soil solutions. Migration of 239Pu with the soil solution is dominated by colloidal transport. We reported strong evidences that humic substances were responsible of the sorption of 239Pu to the colloidal fraction of the soil solutions. This was reflected by the strong correlation between 239Pu concentrations and the content of (colloidal) organic matter in the soil solution. Résumé Certains radioéléments artificiels ont été disséminés dans l'environnement suite aux essais atmosphériques de bombes nucléaires et suite à des accidents impliquant les industries nucléaires. En tant que récepteur primaire de la déposition, le sol est un compartiment sensible et des connaissances sur les interactions et la migration des radioéléments dans le sol permettent de développer des modèles pour estimer la contamination de la population et de l'environnement. Actuellement, la plupart des études de terrain sur ce sujet concernent uniquement un ou deux radioéléments, surtout le 137Cs et peu d'études intègrent les paramètres du sol pour expliquer la migration des radioéléments. Le but général de cette étude était une compréhension étendue de la radio-écologie d'une vallée alpine. Notre premier objectif était de décrire la distribution en profondeur de 137Cs, ^Sr, 239+240pu et 241Am dans différents sols alpins en relation avec des éléments stables du sol, dans le but d'identifier des éléments stables qui pourraient servir d'indicateurs pour des horizons accumulateurs. L'objectif de la deuxième partie, qui était la partie centrale de l'étude, était d'estimer le pourcentage d'activité sous forme colloïdale du 239Pu et du 90Sr dans les solutions des sols. De plus nous avons déterminé la nature des colloïdes impliqués dans la fixation du ^Sr et 239Pu. Nous avons ensuite intégré ces résultats dans un modèle de transport développé dans le but de décrire la migration du 239Pu et 90Sr dans le sol. Finalement, nous avons étudié l'absorption de 137Cs et 90Sr par les plantes en fonction de l'espèce et de la compétition avec leur élément analogue stable (K et Ca). Les résultats sur la migration en profondeur du 137Cs ont montré que ce radioélément était généralement retenu en surface, à l'exception d'un sol riche en matière organique dans lequel nous avons observé une nette migration en profondeur. Dans tous les sols, la distribution en profondeur du 137Cs était corrélée avec la distribution du 210Pb. L'absorption du 137Cs par les plantes, était dépendante de la concentration en Κ échangeable dans le sol, le potassium étant un compétiteur. De plus, nous avons observé que les espèces ne réagissaient pas de la même manière aux variations de la concentration de Κ échangeable. En effet, les espèces appartenant aux ordres des Poales et des Rosales étaient plus sensibles aux variations de potassium échangeable dans le sol. Dans tous les sols Le 90Sr était beaucoup plus mobile que le 137Cs. En effet, nous avons observé des accumulations de 90Sr dans des horizons riches en Fe et Al jusqu'à 30 cm de profondeur. De plus, le Cu et le Ni montraient des accumulations dans les mêmes horizons que le 90Sr, indiquant qu'il pourrait être possible d'utiliser ces deux éléments comme analogues pour la migration du 90Sr. D'après le modèle développé, le pic de 90Sr dans les premiers centimètres du sol peut être attribué à du recyclage par les plantes. Le 90Sr en solution était principalement sous forme dissoute dans des solutions de sols peu organique (entre 60 et 100% de 90Sr dissous). Par contre, dans des solutions organiques, un important pourcentage de 90Sr (plus de 40%) était associé aux colloïdes. La migration colloïdale du 90Sr peut donc être significative dans des solutions organiques. Comme pour le 137Cs, l'absorption du 90Sr par les plantes dépendait de la concentration de son analogue chimique dans la fraction échangeable du sol. Par contre, les espèces de plantes étudiées avaient la même sensibilité aux variations de la concentration du calcium échangeable. Le plutonium et l'américium étaient accumulés dans le deuxième horizon du sol et nous avons observé seulement une faible migration plus profondément que 20 cm. Selon le modèle, la migration actuelle du plutonium est très lente et l'absorption par les plantes semble négligeable. Nous avons mesuré entre 0.01 et 0.08 mBq/L de 239Pu dans les solutions de sol brutes. La migration du plutonium par la solution du sol est due principalement aux colloïdes, probablement de nature humique. Résumé grand public Dans les années 1950 à 1960, l'environnement a été contaminé par des éléments radioactifs (radioéléments) artificiels provenant des essais des armes atomiques et de l'industrie nucléaire. En effet, durant ces années, les premiers essais de bombes atomiques se faisaient dans l'atmosphère, libérant de grandes quantités d'éléments radioactifs. De plus certains accidents impliquant l'industrie nucléaire civile ont contribué à la dissémination d'éléments radioactifs dans l'environnement. Ce fut par exemple le cas de l'accident de la centrale atomique de Tchernobyl en 1986 qui a causé une importante contamination d'une grande partie de l'Europe par le 137Cs. Lorsqu'ils sont libérés dans l'atmosphère, les radioéléments sont dispersés et transportés par les courants atmosphériques, puis peuvent être déposés dans l'environnement, principalement par les précipitations. Une fois déposés sur le sol, les radioéléments vont interagir avec les composants du sol et migrer plus ou moins vite. La connaissance des interactions des éléments radioactifs avec le sol est donc importante pour prédire les risques de contamination de l'environnement et de l'homme. Le but général de ce travail était d'évaluer la migration de différents éléments radioactifs (césium-137, strontium-90, plutonium et américium-241) à travers le sol. Nous avons choisi un site d'étude en milieu alpin (Val Piora, Tessin, Suisse), contaminé en radioéléments principalement par les retombées de l'accident de Tchernobyl et des essais atmosphériques de bombes atomiques. Dans un premier temps, nous avons caractérisé la distribution en profondeur des éléments radioactifs dans le sol et l'avons comparée à divers éléments stables. Cette comparaison nous a permit de remarquer que le cuivre et le nickel s'accumulaient dans les mêmes horizons du sol que le strontium-90 et pourraient donc être utilisés comme analogue pour la migration du strontium-90 dans les sols. Dans la plupart des sols étudiés, la migration du césium-137, du plutonium et de l'américium-241 était lente et ces radioéléments étaient donc accumulés dans les premiers centimètres du sol. Par contre, le strontium-90 a migré beaucoup plus rapidement que les autres radioéléments si bien qu'on observe des accumulations de strontium-90 à plus de 30 cm de profondeur. Les radioéléments migrent dans la solution du sol soit sous forme dissoute, soit sous forme colloïdale, c'est-à-dire associés à des particules de diamètre < Ιμηι. Cette association avec des colloïdes permet à des radioéléments peu solubles, comme le plutonium, de migrer plus rapidement qu'attendu. Nous avons voulu savoir quelle était la part de strontium-90 et plutonium associés à des colloïdes dans la solution du sol. Les résultats ont montré que le plutonium en solution était principalement associé à des colloïdes de type organique. Quant au strontium-90, ce dernier était en partie associé à des colloïdes dans des solutions de sol riches en matière organique, par contre, il était principalement sous forme dissoute dans les solutions de sol peu organiques. L'absorption de radioéléments par les plantes représente une voie importante pour le transfert vers la chaîne alimentaire, par conséquent pour la contamination de l'homme. Nous avons donc étudié le transfert du césium-137 et du strontium-90 de plusieurs sols vers différentes espèces de plantes. Les résultats ont montré que l'absorption des radioéléments par les plantes était liée à la concentration de leur analogue chimique (calcium pour le strontium-90 et potassium pour le césium- 137) dans la fraction échangeable du sol. De plus certaines espèces de plantes accumulent significativement moins de strontium-90.

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.

Role of homer 1 proteins in the calcium signaling pathway(s) underlying exo-endocytosis processes of glutamatergic slmvs in astrocytes

The discovery that astrocytes possess a nonelectrical form of excitability (calcium excitability) that leads to the release of chemical transmitters, an activity called gliotransmission, indicates that these cells may have additional important roles in brain function. Elucidating the stimulussecretion coupling leading to the exocytic release of chemical transmitters (such as glutamate, Bezzi et al., Nature Neurosci, 2004) may therefore clarify i) whether astrocytes represent in full a new class of secretory cells in the brain and ii) whether they can participate to the fast brain signaling in the brain. We have recently discovered the existence in astrocytes of functional sub-membrane microdomains of calcium release from the internal stores in response to mGluR5 activation (Marchaland et al., J of Neurosci., 2008). Such sub-plasma membrane calcium microdomains control exocytosis of astrocytic glutamate signaling to neurons. Homer proteins are scaffold proteins controlling calcium signaling in different cellular microdomains, including dendritic spines in neurons (Sala et al., J of Neurosci., 2005). Thus, similarly to dendritic pines, Homer1 could be implicated in the coupling between astrocytic mGluR5 and IP3Rs on the ER. Here, by using a recently developed approach for studying vesicle recycling dynamics at synapses (Voglmaier et al., Neuron, 2006; Balaji and Ryan, PNAS, 2007) combined with epifluorescence and total internal reflection fluorescence (TIRF) imaging, we investigated the involvement of Homer1 proteins in the calcium dependent stimulus-secretion coupling leading glutamate exocytosis of synaptic-like microvesicles (SLMVs) in astrocytes.