Gains from switching and evolutionary stability in multi-player matrix games.

In this paper we unify, simplify, and extend previous work on the evolutionary dynamics of symmetric N-player matrix games with two pure strategies. In such games, gains from switching strategies depend, in general, on how many other individuals in the group play a given strategy. As a consequence, the gain function determining the gradient of selection can be a polynomial of degree N-1. In order to deal with the intricacy of the resulting evolutionary dynamics, we make use of the theory of polynomials in Bernstein form. This theory implies a tight link between the sign pattern of the gains from switching on the one hand and the number and stability of the rest points of the replicator dynamics on the other hand. While this relationship is a general one, it is most informative if gains from switching have at most two sign changes, as is the case for most multi-player matrix games considered in the literature. We demonstrate that previous results for public goods games are easily recovered and extended using this observation. Further examples illustrate how focusing on the sign pattern of the gains from switching obviates the need for a more involved analysis.

Inconsistency between different measures of sexual selection.

Measuring the intensity of sexual selection is of fundamental importance to the study of sexual dimorphism, population dynamics, and speciation. Several indices, pools of individuals, and fitness proxies are used in the literature, yet their relative performances are strongly debated. Using 12 independent common lizard populations, we manipulated the adult sex ratio, a potentially important determinant of the intensity of sexual selection at a particular time and place. We investigated differences in the intensity of sexual selection, as estimated using three standard indices of sexual selection-the standardized selection gradient (β'), the opportunity of selection (I), and the Bateman gradient (βss)--calculated for different pools of individuals and different fitness proxies. We show that results based on estimates of I were the opposite of those derived from the other indices, whereas results based on estimates of β' were consistent with predictions derived from knowledge about the species' mating system. In addition, our estimates of the strength and direction of sexual selection depended on both the fitness proxy used and the pool of individuals included in the analysis. These observations demonstrate inconsistencies in distinct measures of sexual selection and underscore the need for caution when comparing studies and species.

A Modulated Closed Form solution for Quantitative Susceptibility Mapping - A thorough evaluation and comparison to iterative methods based on edge prior knowledge.

The aim of this study is to perform a thorough comparison of quantitative susceptibility mapping (QSM) techniques and their dependence on the assumptions made. The compared methodologies were: two iterative single orientation methodologies minimizing the l2, l1TV norm of the prior knowledge of the edges of the object, one over-determined multiple orientation method (COSMOS) and anewly proposed modulated closed-form solution (MCF). The performance of these methods was compared using a numerical phantom and in-vivo high resolution (0.65mm isotropic) brain data acquired at 7T using a new coil combination method. For all QSM methods, the relevant regularization and prior-knowledge parameters were systematically changed in order to evaluate the optimal reconstruction in the presence and absence of a ground truth. Additionally, the QSM contrast was compared to conventional gradient recalled echo (GRE) magnitude and R2* maps obtained from the same dataset. The QSM reconstruction results of the single orientation methods show comparable performance. The MCF method has the highest correlation (corrMCF=0.95, r(2)MCF =0.97) with the state of the art method (COSMOS) with additional advantage of extreme fast computation time. The l-curve method gave the visually most satisfactory balance between reduction of streaking artifacts and over-regularization with the latter being overemphasized when the using the COSMOS susceptibility maps as ground-truth. R2* and susceptibility maps, when calculated from the same datasets, although based on distinct features of the data, have a comparable ability to distinguish deep gray matter structures.

Immunoglobulin classes in aquatic mammals. Characterization by serologic cross-reactivity, molecular size and binding of human free secretory component.

On the basis of serologic cross-reactivity, three immunoglobulin classes homologous to human IgG, IgM and IgA were identified in two species of acquatic mammal representing the orders Cetacea (dolphin) and Pinnipedea (sea lion). Molecular size was estimated by sucrose density gradient ultracentrifugation and Sephadex G-200 chromatography, indicating a 7S IgG, 19S IgM and heterogeneous serum IgA. Human secretory component was readily bound to the IgM of both species and to an apparently lesser extent to the larger molecular size populations of IgA. No binding was observed with IgG. Several antisera specific for human γ-chains gave a single precipitin line with the sea lion IgG but when made to react with dolphin serum produced two lines, suggesting the presence of two different subclasses of IgG in this species.

Combining food web and species distribution models for improved community projections

The ability to model biodiversity patterns is of prime importance in this era of severe environmental crisis. Species assemblage along environmental gradient is subject to the interplay of biotic interactions in complement to abiotic environmental filtering. Accounting for complex biotic interactions for a wide array of species remains so far challenging. Here, we propose to use food web models that can infer the potential interaction links between species as a constraint in species distribution models. Using a plant-herbivore (butterfly) interaction dataset, we demonstrate that this combined approach is able to improve both species distribution and community forecasts. Most importantly, this combined approach is very useful in rendering models of more generalist species that have multiple potential interaction links, where gap in the literature may be recurrent. Our combined approach points a promising direction forward to model the spatial variation of entire species interaction networks. Our work has implications for studies of range shifting species and invasive species biology where it may be unknown how a given biota might interact with a potential invader or in future climate.

Fast screening and confirmation of doping agents by UHPLC-QTOF-MS/MS

Introduction: The general strategy to perform anti-doping analysis starts with a screening followed by a confirmatory step when a sample is suspected to be positive. The screening step should be fast, generic and able to highlight any sample that may contain a prohibited substance by avoiding false negative and reducing false positive results. The confirmatory step is a dedicated procedure comprising a selective sample preparation and detection mode. Aim: The purpose of the study is to develop rapid screening and selective confirmatory strategies to detect and identify 103 doping agents in urine. Methods: For the screening, urine samples were simply diluted by a factor 2 with ultra-pure water and directly injected ("dilute and shoot") in the ultrahigh- pressure liquid chromatography (UHPLC). The UHPLC separation was performed in two gradients (ESI positive and negative) from 5/95 to 95/5% of MeCN/Water containing 0.1% formic acid. The gradient analysis time is 9 min including 3 min reequilibration. Analytes detection was performed in full scan mode on a quadrupole time-of-flight (QTOF) mass spectrometer by acquiring the exact mass of the protonated (ESI positive) or deprotonated (ESI negative) molecular ion. For the confirmatory analysis, urine samples were extracted on SPE 96-well plate with mixed-mode cation (MCX) for basic and neutral compounds or anion exchange (MAX) sorbents for acidic molecules. The analytes were eluted in 3 min (including 1.5 min reequilibration) with a S1-25 Ann Toxicol Anal. 2009; 21(S1) Abstracts gradient from 5/95 to 95/5% of MeCN/Water containing 0.1% formic acid. Analytes confirmation was performed in MS and MS/MS mode on a QTOF mass spectrometer. Results: In the screening and confirmatory analysis, basic and neutral analytes were analysed in the positive ESI mode, whereas acidic compounds were analysed in the negative mode. The analyte identification was based on retention time (tR) and exact mass measurement. "Dilute and shoot" was used as a generic sample treatment in the screening procedure, but matrix effect (e.g., ion suppression) cannot be avoided. However, the sensitivity was sufficient for all analytes to reach the minimal required performance limit (MRPL) required by the World Anti Doping Agency (WADA). To avoid time-consuming confirmatory analysis of false positive samples, a pre-confirmatory step was added. It consists of the sample re-injection, the acquisition of MS/MS spectra and the comparison to reference material. For the confirmatory analysis, urine samples were extracted by SPE allowing a pre-concentration of the analyte. A fast chromatographic separation was developed as a single analyte has to be confirmed. A dedicated QTOF-MS and MS/MS acquisition was performed to acquire within the same run a parallel scanning of two functions. Low collision energy was applied in the first channel to obtain the protonated molecular ion (QTOF-MS), while dedicated collision energy was set in the second channel to obtain fragmented ions (QTOF-MS/MS). Enough identification points were obtained to compare the spectra with reference material and negative urine sample. Finally, the entire process was validated and matrix effects quantified. Conclusion: Thanks to the coupling of UHPLC with the QTOF mass spectrometer, high tR repeatability, sensitivity, mass accuracy and mass resolution over a broad mass range were obtained. The method was sensitive, robust and reliable enough to detect and identify doping agents in urine. Keywords: screening, confirmatory analysis, UHPLC, QTOF, doping agents

Discharge properties of single neurons in the dorsal nucleus of the lateral lemniscus of the rat.

The aim of the present study was to characterize the discharge properties of single neurons in the dorsal nucleus of the lateral lemniscus (DNLL) of the rat. In the absence of acoustic stimulation, two types of spontaneous discharge patterns were observed: units tended to fire in a bursting or in a nonbursting mode. The distribution of units in the DNLL based on spontaneous firing rate followed a rostrocaudal gradient: units with high spontaneous rates were most commonly located in the rostral part of the DNLL, whereas in the caudal part units had lower spontaneous discharge rates. The most common response pattern of DNLL units to 200 ms binaural noise bursts contained a prominent onset response followed by a lower but steady-state response and an inhibitory response in the early-off period. Thresholds of response to noise bursts were on average higher for DNLL units than for units recorded in the inferior colliculus under the same experimental conditions. The DNLL units were arranged according to a mediolateral sensitivity gradient with the lowest threshold units in the most lateral part of the nucleus. In the rat, as in other mammals, the most common DNLL binaural input type was an excitatory response to contralateral ear stimulation and inhibitory response to ipsilateral ear stimulation (EI type). Pure tone bursts were in general a more effective stimulus compared to noise bursts. Best frequency (BF) was established for 97 DNLL units and plotted according to their spatial location. The DNLL exhibits a loose tonotopic organization, where there is a concentric pattern with high BF units located in the most dorsal and ventral parts of the DNLL and lower BF units in the middle part of the nucleus.

Predicting smoking cessation and its relapse in HIV-infected patients: the Swiss HIV Cohort Study.

OBJECTIVES: The aim of the study was to assess whether prospective follow-up data within the Swiss HIV Cohort Study can be used to predict patients who stop smoking; or among smokers who stop, those who start smoking again. METHODS: We built prediction models first using clinical reasoning ('clinical models') and then by selecting from numerous candidate predictors using advanced statistical methods ('statistical models'). Our clinical models were based on literature that suggests that motivation drives smoking cessation, while dependence drives relapse in those attempting to stop. Our statistical models were based on automatic variable selection using additive logistic regression with component-wise gradient boosting. RESULTS: Of 4833 smokers, 26% stopped smoking, at least temporarily; because among those who stopped, 48% started smoking again. The predictive performance of our clinical and statistical models was modest. A basic clinical model for cessation, with patients classified into three motivational groups, was nearly as discriminatory as a constrained statistical model with just the most important predictors (the ratio of nonsmoking visits to total visits, alcohol or drug dependence, psychiatric comorbidities, recent hospitalization and age). A basic clinical model for relapse, based on the maximum number of cigarettes per day prior to stopping, was not as discriminatory as a constrained statistical model with just the ratio of nonsmoking visits to total visits. CONCLUSIONS: Predicting smoking cessation and relapse is difficult, so that simple models are nearly as discriminatory as complex ones. Patients with a history of attempting to stop and those known to have stopped recently are the best candidates for an intervention.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Differential allocation and deployment of direct and indirect defences by Vicia sepium along elevation gradients

Dissecting drivers of plant defence investment remains central for understanding the assemblage of communities across different habitats. There is increasing evidence that direct defence strategies against herbivores, including secondary metabolites production, differ along ecological gradients in response to variation in biotic and abiotic conditions. In contrast, intraspecific variation in indirect defences remains unexplored. Here, we investigated variation in herbivory rate, resistance to herbivores, and indirect defences in ant-attracting Vicia species along the elevation gradient of the Alps. Specifically, we compared volatile organic compounds (VOCs) and ant attraction in high and low elevation ecotypes. Consistent with adaptation to the lower herbivory conditions that we detected at higher elevations in the field, high elevation plants were visited by fewer ants and were more susceptible to herbivore attack. In parallel, constitutive volatile organic compound production and subsequent ant attraction were lower in the high elevation ecotypes. We observed an elevation-driven trade-off between constitutive and inducible production of VOCs and ant attraction along the environmental cline. At higher elevations, inducible defences increased, while constitutive defence decreased, suggesting that the high elevation ecotypes compensate for lower indirect constitutive defences only after herbivore attack. Synthesis. Overall, direct and indirect defences of plants vary along elevation gradients. Our findings show that plant allocation to defences are subject to trade-offs depending on local conditions, and point to a feedback mechanism linking local herbivore pressure, predator abundance and the defence investment of plants.

Surgery for aortic coarctation: a 30 years experience.

OBJECTIVE: A retrospective study to review the experience of a single center with surgery for aortic coarctation over a period of 30 years (1970-1999). METHODS: Criteria for inclusion: (a) aortic coarctation, isolated or associated with congenital heart defect; (b) surgery between 1970 and 1999. Data recorded: (1) date of surgery; (2) age at surgery; (3) associated lesions; (4) surgical technique; (5) simultaneous surgical procedures; (6) early and late surgical results in term of: (a) deaths; (b) need for reoperation because of re-coarctation or other cardiac lesion; (c) residual/recurrent pressure gradient, evaluated at cuff/Doppler at rest; (d) systemic hypertension, requiring medical treatment. RESULTS: One hundred and forty-one patients underwent surgery for aortic coarctation: 30 neonates, 29 infants, 45 children and 37 adults. Associated lesions were found in 8/37 (=21.6%) adults and in 73/104 (=70.1%) pediatric patients. There were no hospital deaths. During the follow-up there were one late death in the adults group (1/37=2.7%) and three late deaths in the pediatric group (3/104=2.9%), all unrelated with aortic coarctation. Re-operation because of re-coarctation occurred only in ten late survivors of the pediatric group (10/101=9.9%), 9/10 operated on before 1980 (P<0.00001). End-to-end anastomosis, enlarged to the aortic arch in neonates, was associated with the lowest incidence of re-coarctation (P<0.005). A significant (>20 mmHg at rest) pressure gradient was found in none of the adults, and in seven of the 91 pediatric patients (7/91=7.7%) late survivors. Three adults (3/36=8.3%) late survivors are on medical treatment to control systemic hypertension. CONCLUSIONS: The long-term results of our retrospective study confirm that surgery has to be considered the gold standard for the treatment of aortic coarctation. The interventional angioplasty techniques have to provide long-term outcome at least similar to the results obtained with surgery.

Thermal niches are more conserved at cold than warm limits in arctic-alpine plant species

Aim Understanding the stability of realised niches is crucial for predicting the responses of species to climate change. One approach is to evaluate the niche differences of populations of the same species that occupy regions that are geographically disconnected. Here, we assess niche conservatism along thermal gradients for 26 plant species with a disjunct distribution between the Alps and the Arctic. Location European Alps and Norwegian Finnmark. Methods We collected a comprehensive dataset of 26 arctic-alpine plant occurrences in two regions. We assessed niche conservatism through a multi-species comparison and analysed species rankings at cold and warm thermal limits along two distinct gradients corresponding to (1) air temperatures at 2 meters above ground level and (2) elevation distances to the treeline (TLD) for the two regions. We assessed whether observed relationships were close to those predicted under thermal limit conservatism. Results We found a weak similarity in species ranking at the warm thermal limits. The range of warm thermal limits for the 26 species was much larger in the Alps than in Finnmark. We found a stronger similarity in species ranking and correspondence at the cold thermal limit along the gradients of 2-m temperature and TLD. Yet, along the 2-m temperature gradient, the cold thermal limits of species in the Alps were lower on average than those in Finnmark. Main conclusion We found low conservatism of the warm thermal limits but a stronger conservatism of the cold thermal limits. We suggest that biotic interactions at the warm thermal limit likely modulate species responses more strongly than at the cold limit. The differing biotic context between the two regions is likely responsible for the observed differences in realised niches.

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Quantitative Measurement of Brain Perfusion with Intravoxel Incoherent Motion MR Imaging.

Purpose: To evaluate the sensitivity of the perfusion parameters derived from Intravoxel Incoherent Motion (IVIM) MR imaging to hypercapnia-induced vasodilatation and hyperoxygenation-induced vasoconstriction in the human brain. Materials and Methods: This study was approved by the local ethics committee and informed consent was obtained from all participants. Images were acquired with a standard pulsed-gradient spin-echo sequence (Stejskal-Tanner) in a clinical 3-T system by using 16 b values ranging from 0 to 900 sec/mm(2). Seven healthy volunteers were examined while they inhaled four different gas mixtures known to modify brain perfusion (pure oxygen, ambient air, 5% CO(2) in ambient air, and 8% CO(2) in ambient air). Diffusion coefficient (D), pseudodiffusion coefficient (D*), perfusion fraction (f), and blood flow-related parameter (fD*) maps were calculated on the basis of the IVIM biexponential model, and the parametric maps were compared among the four different gas mixtures. Paired, one-tailed Student t tests were performed to assess for statistically significant differences. Results: Signal decay curves were biexponential in the brain parenchyma of all volunteers. When compared with inhaled ambient air, the IVIM perfusion parameters D*, f, and fD* increased as the concentration of inhaled CO(2) was increased (for the entire brain, P = .01 for f, D*, and fD* for CO(2) 5%; P = .02 for f, and P = .01 for D* and fD* for CO(2) 8%), and a trend toward a reduction was observed when participants inhaled pure oxygen (although P > .05). D remained globally stable. Conclusion: The IVIM perfusion parameters were reactive to hyperoxygenation-induced vasoconstriction and hypercapnia-induced vasodilatation. Accordingly, IVIM imaging was found to be a valid and promising method to quantify brain perfusion in humans. © RSNA, 2012.

Cdc42 explores the cell periphery for mate selection in fission yeast.

How cells polarize in response to external cues is a fundamental biological problem. For mating, yeast cells orient growth toward the source of a pheromone gradient produced by cells of the opposite mating type. Polarized growth depends on the small GTPase Cdc42, a central eukaryotic polarity regulator that controls signaling, cytoskeleton polarization, and vesicle trafficking. However, the mechanisms of polarity establishment and mate selection in complex cellular environments are poorly understood. Here we show that, in fission yeast, low-level pheromone signaling promotes a novel polarization state, where active Cdc42, its GEF Scd1, and scaffold Scd2 form colocalizing dynamic zones that sample the periphery of the cell. Two direct Cdc42 effectors--actin cables marked by myosin V Myo52 and the exocyst complex labeled by Sec6 and Sec8--also dynamically colocalize with active Cdc42. However, these cells do not grow due to a block in the exocytosis of cell wall synthases Bgs1 and Bgs4. High-level pheromone stabilizes active Cdc42 zones and promotes cell wall synthase exocytosis and polarized growth. However, in the absence of prior low-level pheromone signaling, exploration fails, and cells polarize growth at cell poles by default. Consequently, these cells show altered partner choice, mating preferentially with sister rather than nonsister cells. Thus, Cdc42 exploration serves to orient growth for partner selection. This process may also promote genetic diversification.