Weathering and the mobility of phosphorus in the catchments and forefields of the Rhone and Oberaar glaciers, central Switzerland: Implications for the global phosphorus cycle on glacial-interglacial timescales

In this study we evaluate the dynamics of the biophile element phosphorus (P) in the catchment and proglacial areas of the Rhone and Oberaar glaciers (central Switzerland). We analysed erosion and dissolution rates of P-containing minerals in the subglacial environment by sampling water and suspended sediment in glacier outlets during three ablation and two accumulation seasons. We also quantified biogeochemical weathering rates of detrital P in proglacial sedimentary deposits using two chronosequences of samples of fresh, suspended, material obtained from the Oberaar and Rhone water outlets, Little-Ice-Age (LIA) moraines and Younger Dryas (YD) tills in each catchment. Subglacial P weathering is mainly a physical process and detrital P represents more than 99%, of the precipitation-corrected total P denudation flux (234 and 540 kg km(-2) yr(-1) for the Rhone and Oberaar catchments, respectively). The calculated detrital P flux rates are three to almost five times higher than the world average flux. The precipitation-corrected soluble reactive P (SRP) flux corresponds to 1.88-1.99 kg km(-2) yr(-1) (Rhone) and 2.12-2.44 kg km(-2) yr(-1) (Oberaar), respectively. These fluxes are comparable to those of tropical rivers draining transport-limited, tectonically inactive weathering areas. In order to evaluate the efficiency of detrital P weathering in the Rhone and Oberaar proglacial areas, we systematically graded apatite grains extracted from the chronosequence in each catchment relative to weathering-induced changes in their surface morphologies (grades 1-4). Fresh apatite grains are heavily indented and dissolution rounded (grade 1). LIA grains from two 0-10 cm deep moraine samples show extensive dissolution etching, similar to surface grains from the YD profile (mean grades 2.7, 3.5 and 3.5, respectively). In these proglacial deposits, the weathering front deepens progressively as a function of time due to biocorrosion in the evolving acidic pedosphere, with mechanical indentations on grains acting as sites of preferential dissolution. We also measured iron-bound, organic and detrital P concentrations in the chronosequence and show that organic and iron-bound P has almost completely replaced detrital P in the top layers of the YD profiles. Detrital P weathering rates are calculated as 3 10 and 280 kg km(-2) yr(-1) for LIA moraines and 10 kg km(-2) yr(-1) for YD tills. During the first 300 years of glacial sediment exposure P dissolution rates are shown to be approximately 70 times higher than the mean global dissolved P flux from ice-free continents. After 11.6 kyr the flux is 2.5 times the global mean. These data strengthen the argument for substantial changes in the global dissolved P flux on glacial-interglacial timescales. A crude extrapolation from the data described here suggests that the global dissolved P flux may increase by 40-45% during the first few hundred years of a deglaciation phase

Anatomy of contaminated aquifers of an industrial site: insights from the stable isotope compositions of waters and dissolved inorganic carbon

The hydrogen and oxygen isotopes of water and the carbon isotope composition of dissolved inorganic carbon (DIC) from different aquifers at an industrial site, highly contaminated by organic pollutants representing residues of the former gas production, have been used as natural tracers to characterize the hydrologic system. On the basis of their stable isotope compositions as well as the seasonal variations, different groups of waters (precipitation, surface waters, groundwaters and mineral waters) as well as seasonably variable processes of mixing between these waters can clearly be distinguished. In addition, reservoir effects and infiltration rates can be estimated. In the northern part of the site an influence of uprising mineral waters within the Quaternary aquifers, presumably along a fault zone, can be recognized. Marginal infiltration from the Neckar River in the cast and surface water infiltration adjacent to a steep hill on the western edge of the site with an infiltration rate of about one month can also be resolved through the seasonal variation. Quaternary aquifers closer to the centre of the site show no seasonal variations, except for one borehole close to a former mill channel and another borehole adjacent to a rain water channel. Distinct carbon isotope compositions and concentrations of DIC for these different groups of waters reflect variable influence of different components of the natural carbon cycle: dissolution of marine carbonates in the mineral waters, biogenic, soil-derived CO2 in ground- and surface waters, as well as additional influence of atmospheric CO2 for the surface waters. Many Quaternary aquifer waters have, however, distinctly lower delta(13)C(DIC) values and higher DIC concentrations compared to those expected for natural waters. Given the location of contaminated groundwaters at this site but also in the industrially well-developed valley outside of this site, the most likely source for the low C-13(DIC) values is a biodegradation of anthropogenic organic substances, in particular the tar oils at the site.

Carbon dioxide in scree slope deposits: A pathway from atmosphere to pedogenic carbonate

A continuum of carbon, from atmospheric CO2 to secondary calcium carbonate, has been studied in a soil associ- ated with scree slope deposits in the Jura Mountains of Switzerland. This approach is based on former studies conducted in other environments. This C continuum includes atmospheric CO2, soil organic matter (SOM), soil CO2, dissolved inorganic carbon (DIC) in soil solutions, and secondary pedogenic carbonate. Soil parameters (pCO2, temperature, pH, Cmin and Corg contents), soil solution chemistry, and isotopic compositions of soil CO2, DIC, carbonate and soil organic matter (δ13CCO2, δ13CDIC, δ13Ccar and δ13CSOM values) have been monitored at different depths (from 20 to 140 cm) over one year. Results demonstrated that the carbon source in secondary carbonate (mainly needle fiber calcite) is related to the dissolved inorganic carbon, which is strongly dependent on soil respiration. The heterotrophic respiration, rather than the limestone parent material, seems to control the pedogenic carbon cycle. The correlation of δ13Corg values with Rock-Eval HI and OI indices demonstrates that, in a soil associated to scree slope deposits, the main process responsible for 13C-enrichment in SOM is related to bac- terial oxidative decarboxylation. Finally, precipitation of secondary calcium carbonate is enhanced by changes in soil pCO2 associated to the convective movement of air masses induced by temperature gradients (heat pump effect) in the highly porous scree slope deposits. The exportation of soil C-leachates from systems such as the one studied in this paper could partially explain the "gap in the European carbon budget" reported by recent studies.

The dynamics of yeast telomeres and silencing proteins through the cell cycle.

Genes integrated near the telomeres of budding yeast have a variegated pattern of gene repression that is mediated by the silent information regulatory proteins Sir2p, Sir3p, and Sir4p. Immunolocalization and fluorescence in situ hybridization (FISH) reveal 6-10 perinuclear foci in which silencing proteins and subtelomeric sequences colocalize, suggesting that these are sites of Sir-mediated repression. Telomeres lacking subtelomeric repeat elements and the silent mating locus, HML, also localize to the periphery of the nucleus. Conditions that disrupt telomere proximal repression disrupt the focal staining pattern of Sir proteins, but not necessarily the localization of telomeric DNA. To monitor the telomere-associated pools of heterochromatin-binding proteins (Sir and Rap1 proteins) during mitotic cell division, we have performed immunofluorescence and telomeric FISH on populations of yeast cells synchronously traversing the cell cycle. We observe a partial release of Rap1p from telomeres in late G2/M, although telomeres appear to stay clustered during G2-phase and throughout mitosis. A partial release of Sir3p and Sir4p during mitosis also occurs. This is not observed upon HU arrest, although other types of DNA damage cause a dramatic relocalization of Sir and Rap1 proteins. The observed cell cycle dynamics were confirmed by direct epifluorescence of a GFP-Rap1p fusion. Using live GFP fluorescence we show that the diffuse mitotic distribution of GFP-Rap1p is restored to the interphase pattern of foci in early G1-phase.

Variation in the intensity of inbreeding depression among successive life-cycle stages and generations in gynodioecious Silene vulgaris (Caryophyllaceae).

Inbreeding depression is one of the hypotheses explaining the maintenance of females within gynodioecious plant populations. However, the measurement of fitness components in selfed and outcrossed progeny depends on life-cycle stage and the history of inbreeding. Comparative data indicate that strong inbreeding depression is more likely to occur at later life-cycle stages. We used hermaphrodite individuals of Silene vulgaris originating from three populations located in different valleys in the Swiss Alps to investigate the effect of two generations of self- and cross-fertilization on fitness components among successive stages of the life cycle in a glasshouse experiment. We detected significant inbreeding depression for most life-cycle stages including: the number of viable and aborted seeds per fruit, probability of germination, above ground biomass, probability of flowering, number of flowers per plant, flower size and pollen viability. Overall, the intensity of inbreeding depression increased among successive stages of the life cycle and cumulative inbreeding depression was significantly stronger in the first generation (delta approximately 0.5) compared with the second generation (delta approximately 0.35). We found no evidence for synergistic epistasis in our experiment. Our finding of more intense inbreeding depression during later stages of the life cycle may help to explain the maintenance of females in gynodioecious populations of S. vulgaris because purging of genetic load is less likely to occur.

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.

Turning sunlight into stone: the oxalate-carbonate pathway in a tropical tree ecosystem.

An African oxalogenic tree, the iroko tree (Milicia excelsa), has the property to enhance carbonate precipitation in tropical oxisols, where such accumulations are not expected due to the acidic conditions in these types of soils. This uncommon process is linked to the oxalate-carbonate pathway, which increases soil pH through oxalate oxidation. In order to investigate the oxalate-carbonate pathway in the iroko system, fluxes of matter have been identified, described, and evaluated from field to microscopic scales. In the first centimeters of the soil profile, decaying of the organic matter allows the release of whewellite crystals, mainly due to the action of termites and saprophytic fungi. In addition, a concomitant flux of carbonate formed in wood tissues contributes to the carbonate flux and is identified as a direct consequence of wood feeding by termites. Nevertheless, calcite biomineralization of the tree is not a consequence of in situ oxalate consumption, but rather related to the oxalate oxidation inside the upper part of the soil. The consequence of this oxidation is the presence of carbonate ions in the soil solution pumped through the roots, leading to preferential mineralization of the roots and the trunk base. An ideal scenario for the iroko biomineralization and soil carbonate accumulation starts with oxalatization: as the iroko tree grows, the organic matter flux to the soil constitutes the litter, and an oxalate pool is formed on the forest ground. Then, wood rotting agents (mainly termites, saprophytic fungi, and bacteria) release significant amounts of oxalate crystals from decaying plant tissues. In addition, some of these agents are themselves producers of oxalate (e.g. fungi). Both processes contribute to a soil pool of "available" oxalate crystals. Oxalate consumption by oxalotrophic bacteria can then start. Carbonate and calcium ions present in the soil solution represent the end products of the oxalate-carbonate pathway. The solution is pumped through the roots, leading to carbonate precipitation. The main pools of carbon are clearly identified as the organic matter (the tree and its organic products), the oxalate crystals, and the various carbonate features. A functional model based on field observations and diagenetic investigations with δ13C signatures of the various compartments involved in the local carbon cycle is proposed. It suggests that the iroko ecosystem can act as a long-term carbon sink, as long as the calcium source is related to non-carbonate rocks. Consequently, this carbon sink, driven by the oxalate carbonate pathway around an iroko tree, constitutes a true carbon trapping ecosystem as defined by ecological theory.

In vivo detection of brain Krebs cycle intermediate by hyperpolarized magnetic resonance.

The Krebs (or tricarboxylic acid (TCA)) cycle has a central role in the regulation of brain energy regulation and metabolism, yet brain TCA cycle intermediates have never been directly detected in vivo. This study reports the first direct in vivo observation of a TCA cycle intermediate in intact brain, namely, 2-oxoglutarate, a key biomolecule connecting metabolism to neuronal activity. Our observation reveals important information about in vivo biochemical processes hitherto considered undetectable. In particular, it provides direct evidence that transport across the inner mitochondria membrane is rate limiting in the brain. The hyperpolarized magnetic resonance protocol designed for this study opens the way to direct and real-time studies of TCA cycle kinetics.

Life cycle of a biologist.

Review of the book : "Lives of a biologist: Adventures in a century of extraordinary science", by J.T. Bonner, Harvard University Press, Cambridge, USA

Life histories and distribution of ostracods with depth in western Lake Geneva (Petit-Lac), Switzerland: A reconnaissance study

Because environmental conditions within a given basin are different for each season and at different water depth, knowledge of the life history and depth distribution of target species is important for environmental and palaeoenvironmental interpretations based on ostracod species assemblages and/or the geochemical compositions of their valves. In order to determine the distribution of species with depth as well as the life history of species from Lake Geneva, a one year sampling campaign of living ostracods was conducted at five sites (2, 5, 13, 33 and 70 m water depth) on a monthly basis in the Petit-Lac (western basin of Lake Geneva, Switzerland). Based on the results, the different species can be classified into three groups. Littoral taxa are found at 2 and 5 m water depth and include, in decreasing numbers of individuals, Cypridopsis vidua (O. F.Müller, 1776), Pseudocandona compressa (Koch, 1838), Limnocythere inopinata (Baird, 1843), Herpetocypris reptans (Baird, 1835), Potamocypris smaragdina (Vávra, 1891), Potamocypris similis (G. W. Müller, 1912), Plesiocypridopsis newtoni (Brady & Robertson, 1870), Prionocypris zenkeri (Chyzer & Toth, 1858) and Ilyocypris sp. Brady & Norman, 1889. Sublittoral species are found in a majority at 13 m water depth and to a lesser extend at 33 m water depth and include, in decreasing numbers of individuals, Fabaeformiscandona caudata (Kaufmann, 1900), Limnocytherina sanctipatricii, Candona candida (O. F. Müller, 1776) and Isocypris beauchampi (Paris, 1920). Profundal species are found equally at 13, 33 and 70 m water depth and includes, in decreasing numbers of individuals, Cytherissa lacustris (Sars, 1863), Candona neglecta Sars, 1887 and Cypria lacustris Lilljeborg, 1890. The occurrence of Limnocytherina sanctipatricii (Brady & Robertson, 1869) is restricted from late winter to late spring when temperatures are low, while C. vidua, L. inopinata, P. smaragdina, P. similis, P. newtoni and Ilyocypris sp. occur predominantly from spring to early autumn when temperatures are high. Individuals of C. neglecta, C. candida, F. caudata, P. compressa, C. lacustris, H. reptans and Cp. lacustris occur throughout the year with juveniles and adults occurring during the same period (C. neglecta at 70 m, C. lacustris at 13, 33 and 70 m, and H. reptans at 2, 5 and 13 m water depth) or with juveniles occurring during a different period of the year than adults (C. neglecta at 13 and 33 m and C. candida, F. caudata and P. compressa at their respective depth of occurrence). Among the environmental parameters investigated, an estimate of the relationship between ostracod autoecology and environmental parameters suggests that in the Petit-Lac: (i) water temperature and substrate characteristics are important factors controlling the distribution of species with depth, (ii) water temperature is also important for determining the timing of species development and, hence, its specific life history, and (iii) water oxygen and sedimentary organic matter content is less important compared to the other environmental parameter monitored.

Trace-element and phosphorus contents in sediment associated with Cretaceous oceanic anoxic events

ABSTRACT : During my SNSF-funded Ph.D. thesis project, I studied the evolution of redox conditions and organic-carbon preservation in the western Tethyan realm during three major positive excursions in the Cretaceous δ13C record, corresponding to the Valanginian, Early Aptian and Late Cenomanian. These periods were characterized by important global environmental and climate change, which was associated with perturbations in the carbon cycle. For the period of the Valanginian δ13C excursion, total organic carbon (TOC) contents and the quality of preserved organic matter are typical of oxic pelagic settings in the western Tethys. This is confirmed by the absence of major excursions in the stratigraphic distribution of RSTE during the δ13C shift. Published TOC data from other parts of the Valanginian oceans indicate that dys- to anaerobic zones were restricted to marginal seas within the Atlantic and Southern Ocean, and to the Pacific. Phosphorus (P) and mineralogical contents suggest a stepwise climatic evolution during the Valanginian, with a humid and warm climate prior to the δ13C shift leading to an increase in continental runoff. During the δ13C shift, a decrease in detrital input and P contents suggests a change in the climate towards more and conditions. During the early Aptian oceanic anoxic event (OAE 1a), a general increase followed by a rapid decrease in P contents suggests enhanced nutrient input at the beginning of OAE 1a. The return to lower values during OAE 1 a, associated with an increase in RSTE contents, may have been related to the weakened capacity to retain P in the sedimentary reservoir due to bottom-water oxygen depletion. In basinal settings, the RSTE distribution indicates well-developed anoxic conditions during OAE la, whereas in the shallower-water environments, conditions were oxic to suboxic, rather than anoxic. Furthermore, in the deeper part of the Tethys, two distinct enrichments have been observed, indicating fluctuations in the intensity of water column anoxia during the δ73C excursion. We also studied the effect of the end-Cenomanian oceanic anoxic event (OAE 2) on an expanded section in the Chrummflueschlucht (E of Euthal, Ct Switzerland). The goal here was to identify paleoceanographic and paleoenvironmental conditions during OAE 2 in this part of the northern Tethyan margin. The results show that this section is one of the most complete sections for the Cenomanian-Turonian boundary interval known from the Helvetic realm, despite a small hiatus between sediments corresponding to peaks 1 and 2 in the δ13C record. The evolution of P contents points to an increase in the input of this nutrient at the onset of OAE 2. The trends in RSTE contents show, however, that this part of the Helvetic realm was not affected by a strong depletion in oxygen conditions during OAE 2, despite its hemipelagic position. A further goal of this project was to submit the samples to a total extraction method (a combined HF/HNO3/HCI acid digestion) and compare the results obtained by the partial HNO3 acid extraction in order to standardize the analytical prócedures in the extraction of RSTE. The obtained results for samples of OAE 1 a suggest that RSTE trends using the partial HNO3 digestion are very comparable to those obtained by the total digestion method and subsequently normalized with regards to AI contents. RÉSUMÉ : Durant ce projet de thèse, financé par le Swiss National Science Funding (SNSF), j'ai étudié l'évolution des conditions redox et de la préservation de carbone organique dans le domnaine ouesttéthysien pendant trois excursions majeures du δ13C au Crétacé correspondant au Valanginien, à l'Aptien inférieur et à la limite Cénomanien-Turonien. Ces périodes sont caractérisées par des changements climatiques et environnementaux globaux associés à des perturbations dans le cylce du carbone. Pour L'excursion positive en δ13C du Valanginien, les analyses du carbone organique total (COT) et les observations palynologiques du domaine téthysien ont présenté des indications d'environnement pélagique relativementbienoxygéné. L'absence d'enrichissements en éléments traces sensibles aux conditions redox (TE) pendant l'excursion positive en δ13C confirme ces interprétations. Les données publiées de COT dans d'autres partie du globe indiquent cependant l'existence de conditions dys- à anaérobiques dans certains bassins restreints de l'Atlantique, l'Océan Austral et du Pacifique. L'évolution du phosphore (P) et la composition minéralogique des sédiments semblent indiquer un climat relativement chaud et humide avant l'excursion en δ13C entraînant une augmentation de l'altération continentale. Pendant le shift isotopique, une diminution des apports détritiques et du P suggèrent une transition vers des conditions plus arides. À l'Aptien Inférieur, le début de l'événement anoxique (OAE 1a) est marqué par une augmentation générale du P dans les sédiments indiquant une augmentation du niveau trophique à la base de l'excursion isotopique. Durant l'événement anoxique, les sédiments sont relativement appauvris en P. Cette diminution rapide associée à des enrichissements en TE est probablement liée à une remobilisation plus importante du P lors de la mise en place de conditions anoxiques dans les eaux de fond. Dans les environnements de bassin, le comportement des TE (enrichissements bien marqués) attestent de conditions réductrices bien marquées alors que dans les environnements moins profonds, les conditions semblent plutôt oxiques à dysoxiques. De plus, deux niveaux d'enrichissement en TE ont été observés dans la partie plus profonde de la Téthys, indiquant des fluctuations assez rapides dans l'intensité de l'anoxie de la colonne d'eau. Nous avons ensuite étudié les effets de l'événement anoxique de la fin du Cenomanien (OAE 2) dans un basin marginal de la marge nord de la Téthys avec la coupe de Chrummflueschlucht (à l'est de Euthal, Ct Schwyz). Les résultats ont montré que cette coupe présente un des enregistrements sédimentaires des plus complets de l'OAE 2 dans le domaine helvétique malgré un hiatus entre le pic 1 et 2 de l'excursion en δ13C. L'évolution du P montre une augmentation au début de l'OAE 2. Cependant, la distribution des TE indique que cette région n'a pas été affectée par des conditions réductrices trop importantes. Un second aspect de ce travail a été l'étude des différentes méthodes sur l'analyse de la distribution des TE. Des échantillons de l'OAE 1a ont été soumis à deux types d'extractions, l'une dite «totale » (attaque combinée d'acides HF/HNO3/HCI) et l'autre dite partielle » (HNO3). Les résultats obtenus suggèrent que les courbes de tendances des TE acquises par extraction partielle sont semblables à celle obtenues par extraction totale et normalisées par l'AI.

Copeptin Levels Remain Unchanged during the Menstrual Cycle.

BACKGROUND: Copeptin, a surrogate marker for arginin vasopressin production, is evaluated as an osmo-dependent stress and inflammatory biomarker in different diseases. We investigated copeptin during the menstrual cycle and its relationship to sex hormones, markers of subclinical inflammation and estimates of body fluid. METHODS: In 15 healthy women with regular menstrual cycles, blood was drawn on fifteen defined days of their menstrual cycle and was assayed for copeptin, progesterone, estradiol, luteinizing hormone, high-sensitive C-reactive protein, tumor necrosis factor-alpha and procalcitonin. Symptoms of fluid retention were assessed on each visit, and bio impedance analysis was measured thrice to estimate body fluid changes. Mixed linear model analysis was performed to assess the changes of copeptin across the menstrual cycle and the relationship of sex hormones, markers of subclinical inflammation and estimates of body fluid with copeptin. RESULTS: Copeptin levels did not significantly change during the menstrual cycle (p = 0.16). Throughout the menstrual cycle, changes in estradiol (p = 0.002) and in the physical premenstrual symptom score (p = 0.01) were positively related to copeptin, but changes in other sex hormones, in markers of subclinical inflammation or in bio impedance analysis-estimated body fluid were not (all p = ns). CONCLUSION: Although changes in estradiol and the physical premenstrual symptom score appear to be related to copeptin changes, copeptin does not significantly change during the menstrual cycle.