The pollen tube: a soft shell with a hard core

Plant cell expansion is controlled by a fine-tuned balance between intracellular turgor pressure, cell wall loosening and cell wall biosynthesis. To understand these processes, it is important to gain in-depth knowledge of cell wall mechanics. Pollen tubes are tip-growing cells that provide an ideal system to study mechanical properties at the single cell level. With the available approaches it was not easy to measure important mechanical parameters of pollen tubes, such as the elasticity of the cell wall. We used a cellular force microscope (CFM) to measure the apparent stiffness of lily pollen tubes. In combination with a mechanical model based on the finite element method (FEM), this allowed us to calculate turgor pressure and cell wall elasticity, which we found to be around 0.3 MPa and 20–90 MPa, respectively. Furthermore, and in contrast to previous reports, we showed that the difference in stiffness between the pollen tube tip and the shank can be explained solely by the geometry of the pollen tube. CFM, in combination with an FEM-based model, provides a powerful method to evaluate important mechanical parameters of single, growing cells. Our findings indicate that the cell wall of growing pollen tubes has mechanical properties similar to rubber. This suggests that a fully turgid pollen tube is a relatively stiff, yet flexible cell that can react very quickly to obstacles or attractants by adjusting the direction of growth on its way through the female transmitting tissue.

SLC9/NHE gene family, a plasma membrane and organellar family of Na⁺/H⁺ exchangers

This brief review of the human Na/H exchanger gene family introduces a new classification with three subgroups to the SLC9 gene family. Progress in the structure and function of this gene family is reviewed with structure based on homology to the bacterial Na/H exchanger NhaA. Human diseases which result from genetic abnormalities of the SLC9 family are discussed although the exact role of these transporters in causing any disease is not established, other than poorly functioning NHE3 in congenital Na diarrhea.

Gründungsausbildung und Gründungsabsicht: eine empirische Untersuchung an der TU Dortmund

Für das wirtschaftliche Wachstum und die Innovationskraft einer Volkswirtschaft sind junge Unternehmen von herausragender Bedeutung. Ein wichtiges Ziel von Politik und Wirtschaft muss folglich die Sensibilisierung und Förderung potenzieller Gründer sein. Die vorliegende Untersuchung geht der Frage nach, ob eine universitäre Gründungsausbildung die Gründungsabsicht von Studierenden positiv beeinflussen kann. Aufbauend auf dem intentionsbasierten Modell von Krueger /Carsrud (1993) wurden im Rahmen einer Befragung an der TU Dortmund 111 Studierende der Wirtschaftswissenschaften zu ihren Gründungsabsichten befragt. Es zeigte sich, dass die Gründungsabsicht durch den Besuch von Veranstaltungen zum Gründungsmanagement deutlich gesteigert werden kann. Für die deutsche Wirtschafts- und Bildungspolitik ergibt sich aus den Ergebnissen die Handlungsempfehlung, die universitäre Gründungsausbildung auszubauen und intensiv zu fördern.

Assessment of detectability of neutral interstellar deuterium by IBEX observations

Context. The abundance of deuterium in the interstellar gas in front of the Sun gives insight into the processes of filtration of neutral interstellar species through the heliospheric interface and potentially into the chemical evolution of the Galactic gas. Aims: We investigate the possibility of detection of neutral interstellar deuterium at 1 AU from the Sun by direct sampling by the Interstellar Boundary Explorer (IBEX). Methods: Using both previous and the most recent determinations of the flow parameters of neutral gas in the local interstellar cloud (LIC) and an observation-based model of solar radiation pressure and ionization in the heliosphere, we simulated the flux of neutral interstellar D at IBEX for the actual measurement conditions. We assessed the number of interstellar D atom counts expected during the first three years of IBEX operation. We also simulated the observations expected during an epoch of high solar activity. In addition, we calculated the expected counts of D atoms from the thin terrestrial water layer covering the IBEX-Lo conversion surface, sputtered by neutral interstellar He atoms. Results: Most D counts registered by IBEX-Lo are expected to come from the water layer, exceeding the interstellar signal by 2 orders of magnitude. However, the sputtering should stop once the Earth leaves the portion of orbit traversed by interstellar He atoms. We identify seasons during the year when mostly the genuine interstellar D atoms are expected in the signal. During the first 3 years of IBEX operations about 2 detectable interstellar D atoms are expected. This number is comparable to the expected number of sputtered D atoms registered during the same time intervals. Conclusions: The most favorable conditions for the detection occur during low solar activity, in an interval including March and April each year. The detection chances could be improved by extending the instrument duty cycle, say, by making observations in the special deuterium mode of IBEX-Lo.

Prediction of the thermal release of transactinide elements (112 ≤ Z ≤ 116) from metals

Metallic catcher foils have been investigated on their thermal release capabilities for future superheavy element studies. These catcher materials shall serve as connection between production and chemical investigation of superheavy elements (SHE) at vacuum conditions. The diffusion constants and activation energies of diffusion have been extrapolated for various catcher materials using an atomic volume based model. Release rates can now be estimated for predefined experimental conditions using the determined diffusion values. The potential release behavior of the volatile SHE Cn (E112), E113, Fl (E114), E115, and Lv (E116) from polycrystalline, metallic foils of Ni, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W is predicted. Example calculations showed that Zr is the best suited material in terms of on-line release efficiency and long-term operation stability. If higher temperatures up to 2773 K are applicable, tungsten is suggested to be the material of choice for such experiments.

Multiple greenhouse-gas feedbacks from the land biosphere under future climate change scenarios

Atmospheric concentrations of the three important greenhouse gases (GHGs) CO2, CH4 and N2O are mediated by processes in the terrestrial biosphere that are sensitive to climate and CO2. This leads to feedbacks between climate and land and has contributed to the sharp rise in atmospheric GHG concentrations since pre-industrial times. Here, we apply a process-based model to reproduce the historical atmospheric N2O and CH4 budgets within their uncertainties and apply future scenarios for climate, land-use change and reactive nitrogen (Nr) inputs to investigate future GHG emissions and their feedbacks with climate in a consistent and comprehensive framework1. Results suggest that in a business-as-usual scenario, terrestrial N2O and CH4 emissions increase by 80 and 45%, respectively, and the land becomes a net source of C by AD 2100. N2O and CH4 feedbacks imply an additional warming of 0.4–0.5 °C by AD 2300; on top of 0.8–1.0 °C caused by terrestrial carbon cycle and Albedo feedbacks. The land biosphere represents an increasingly positive feedback to anthropogenic climate change and amplifies equilibrium climate sensitivity by 22–27%. Strong mitigation limits the increase of terrestrial GHG emissions and prevents the land biosphere from acting as an increasingly strong amplifier to anthropogenic climate change.

Frequency-Dependent Selection Predicts Patterns of Radiations and Biodiversity

Most empirical studies support a decline in speciation rates through time, although evidence for constant speciation rates also exists. Declining rates have been explained by invoking pre-existing niches, whereas constant rates have been attributed to non-adaptive processes such as sexual selection and mutation. Trends in speciation rate and the processes underlying it remain unclear, representing a critical information gap in understanding patterns of global diversity. Here we show that the temporal trend in the speciation rate can also be explained by frequency-dependent selection. We construct a frequency-dependent and DNA sequence-based model of speciation. We compare our model to empirical diversity patterns observed for cichlid fish and Darwin's finches, two classic systems for which speciation rates and richness data exist. Negative frequency-dependent selection predicts well both the declining speciation rate found in cichlid fish and explains their species richness. For groups like the Darwin's finches, in which speciation rates are constant and diversity is lower, speciation rate is better explained by a model without frequency-dependent selection. Our analysis shows that differences in diversity may be driven by incipient species abundance with frequency-dependent selection. Our results demonstrate that genetic-distance-based speciation and frequency-dependent selection are sufficient to explain the high diversity observed in natural systems and, importantly, predict decay through time in speciation rate in the absence of pre-existing niches.

Schmiede ─ Heiligtum ─ Wassermühle. Cham-Hagendorn (Kanton Zug) in römischer Zeit. Ausgrabungen 1944/45 und 2003/04

1944/1945 wurde in Cham-Hagendorn eine Wassermühle ausgegraben, die dank ihrer aussergewöhnlich guten Holzerhaltung seit langem einen prominenten Platz in der Forschung einnimmt. 2003 und 2004 konnte die Kantonsarchäologie Zug den Platz erneut archäologisch untersuchen. Dabei wurden nicht nur weitere Reste der Wassermühle, sondern auch Spuren älterer und jüngerer Anlagen geborgen: eine ältere und eine jüngere Schmiedewerkstatt (Horizont 1a/Horizont 3) sowie ein zweiphasiges Heiligtum (Horizonte 1a/1b). All diese Anlagen lassen sich nun in das in den neuen Grabungen erkannte stratigraphische Gerüst einhängen (s. Beil. 2). Dank der Holzerhaltung können die meisten Phasen dendrochronologisch datiert werden (s. Abb. 4.1/1a): Horizont 1a mit Schlagdaten zwischen 162(?)/173 und 200 n. Chr., Horizont 1b um 215/218 n. Chr. und Horizont 2 um 231 n. Chr. Ferner konnten in den neuen Grabungen Proben für mikromorphologische und archäobotanische Untersuchungen entnommen werden (Kap. 2.2; 3.11). In der vorliegenden Publikation werden der Befund und die Baustrukturen vorgelegt, (Kap. 2), desgleichen sämtliche stratifizierten Funde und eine umfassende Auswahl der 1944/1945 geborgenen Funde (Kap. 3). Dank anpassender Fragmente, sog. Passscherben, lassen sich diese zum Teil nachträglich in die Schichtenabfolge einbinden. Die mikromorphologischen und die archäobotanischen Untersuchungen (Kap. 2.2; 3.11) zeigen, dass der Fundplatz in römischer Zeit inmitten einer stark vom Wald und dem Fluss Lorze geprägten Landschaft lag. In unmittelbarer Nähe können weder eine Siedlung noch einzelne Wohnbauten gelegen haben. Die demnach nur gewerblich und sakral genutzten Anlagen standen an einem Bach, der vermutlich mit jenem Bach identisch ist, der noch heute das Groppenmoos entwässert und bei Cham-Hagendorn in die Lorze mündet (s. Abb. 2.4/1). Der antike Bach führte wiederholt Hochwasser ─ insgesamt sind fünf grössere Überschwemmungsphasen auszumachen (Kap. 2.2; 2.4). Wohl anlässlich eines Seehochstandes durch ein Überschwappen der Lorze in den Bach ausgelöst, müssen diese Überschwemmungen eine enorme Gewalt entwickelt haben, der die einzelnen Anlagen zum Opfer fielen. Wie die Untersuchung der Siedlungslandschaft römischer Zeit rund um den Zugersee wahrscheinlich macht (Kap. 6 mit Abb. 6.2/2), dürften die Anlagen von Cham-Hagendorn zu einer in Cham-Heiligkreuz vermuteten Villa gehören, einem von fünf grösseren Landgütern in diesem Gebiet. Hinweise auf Vorgängeranlagen fehlen, mit denen die vereinzelten Funde des 1. Jh. n. Chr. (Kap. 4.5) in Verbindung gebracht werden könnten. Diese dürften eher von einer der Überschwemmungen bachaufwärts weggerissen und nach Cham-Hagendorn eingeschwemmt worden sein. Die Nutzung des Fundplatzes (Horizont 1a; s. Beil. 6) setzte um 170 n. Chr. mit einer Schmiedewerkstatt ein (Kap. 2.5.1). Der Fundanfall, insbesondere die Schmiedeschlacken (Kap. 3.9) belegen, dass hier nur hin und wieder Geräte hergestellt und repariert wurden (Kap. 5.2). Diese Werkstatt war vermutlich schon aufgelassen und dem Verfall preisgegeben, als man 200 n. Chr. (Kap. 4.2.4) auf einer Insel zwischen dem Bach und einem Lorzearm ein Heiligtum errichtete (Kap. 5.3). Beleg für den sakralen Status dieser Insel ist in erster Linie mindestens ein eigens gepflanzter Pfirsichbaum, nachgewiesen mit Pollen, einem Holz und über 400 Pfirsichsteinen (Kap. 3.11). Die im Bach verlaufende Grenze zwischen dem sakralen Platz und der profanen Umgebung markierte man zusätzlich mit einer Pfahlreihe (Kap. 2.5.3). In diese war ein schmaler Langbau integriert (Kap. 2.5.2), der an die oft an Temenosmauern antiker Heiligtümer angebauten Portiken erinnert und wohl auch die gleiche Funktion wie diese gehabt hatte, nämlich das Aufbewahren von Weihegaben und Kultgerät (Kap. 5.3). Das reiche Fundmaterial, das sich in den Schichten der ersten Überschwemmung fand (s. Abb. 5./5), die um 205/210 n. Chr. dieses Heiligtum zerstört hatte, insbesondere die zahlreiche Keramik (Kap. 3.2.4), und die zum Teil auffallend wertvollen Kleinfunde (Kap. 3.3.3), dürften zum grössten Teil einst in diesem Langbau untergebracht gewesen sein. Ein als Glockenklöppel interpretiertes, stratifiziertes Objekt spricht dafür, dass die fünf grossen, 1944/1945 als Stapel aufgefundenen Eisenglocken vielleicht auch dem Heiligtum zuzuweisen sind (Kap. 3.4). In diesen Kontext passen zudem die überdurchschnittlich häufig kalzinierten Tierknochen (Kap. 3.10). Nach der Überschwemmung befestigte man für 215 n. Chr. (Kap. 4.2.4) das unterspülte Bachufer mit einer Uferverbauung (Kap. 2.6.1). Mit dem Bau eines weiteren, im Bach stehenden Langbaus (Kap. 2.6.2) stellte man 218 n. Chr. das Heiligtum auf der Insel in ähnlicher Form wieder her (Horizont 1b; s. Beil. 7). Von der Pfahlreihe, die wiederum die sakrale Insel von der profanen Umgebung abgrenzte, blieben indes nur wenige Pfähle erhalten. Dennoch ist der sakrale Charakter der Anlage gesichert. Ausser dem immer noch blühenden Pfirsichbaum ist es ein vor dem Langbau aufgestelltes Ensemble von mindestens 23 Terrakottafigurinen (s. Abb. 3.6/1), elf Veneres, zehn Matres, einem Jugendlichen in Kapuzenmantel und einem kindlichen Risus (Kap. 3.6; s. auch Kap. 2.6.3). In den Sedimenten der zweiten Überschwemmung, der diese Anlage um 225/230 n. Chr. zum Opfer gefallen war, fanden sich wiederum zahlreiche Keramikgefässe (Kap. 3.2.4) und zum Teil wertvolle Kleinfunde wie eine Glasperle mit Goldfolie (Kap. 3.8.2) und eine Fibel aus Silber (Kap. 3.3.3), die wohl ursprünglich im Langbau untergebracht waren (Kap. 5.3.2 mit Abb. 5/7). Weitere Funde mit sicherem oder möglichem sakralem Charakter finden sich unter den 1944/1945 geborgenen Funden (s. Abb. 5/8), etwa ein silberner Fingerring mit Merkurinschrift, ein silberner Lunula-Anhänger, eine silberne Kasserolle (Kap. 3.3.3), eine Glasflasche mit Schlangenfadenauflage (Kap. 3.8.2) und einige Bergkristalle (Kap. 3.8.4). Im Bereich der Terrakotten kamen ferner mehrere Münzen (Kap. 3.7) zum Vorschein, die vielleicht dort niedergelegt worden waren. Nach der zweiten Überschwemmung errichtete man um 231 n. Chr. am Bach eine Wassermühle (Horizont 2; Kap. 2.7; Beil. 8; Abb. 2.7/49). Ob das Heiligtum auf der Insel wieder aufgebaut oder aufgelassen wurde, muss mangels Hinweisen offen bleiben. Für den abgehobenen Zuflusskanal der Wassermühle verwendete man mehrere stehen gebliebene Pfähle der vorangegangenen Anlagen der Horizonte 1a und 1b. Obwohl die Wassermühle den 28 jährlichen Überschwemmungshorizonten (Kap. 2.2) und den Funden (Kap. 4.3.2; 4.4.4; 45) zufolge nur bis um 260 n. Chr., während gut einer Generation, bestand, musste sie mindestens zweimal erneuert werden – nachgewiesen sind drei Wasserräder, drei Mühlsteinpaare und vermutlich drei Podeste, auf denen jeweils das Mahlwerk ruhte. Grund für diese Umbauten war wohl der weiche, instabile Untergrund, der zu Verschiebungen geführt hatte, so dass das Zusammenspiel von Wellbaum bzw. Sternnabe und Übersetzungsrad nicht mehr funktionierte und das ganze System zerbrach. Die Analyse von Pollen aus dem Gehhorizont hat als Mahlgut Getreide vom Weizentyp nachgewiesen (Kap. 3.11.4). Das Abzeichen eines Benefiziariers (Kap. 3.3.2 mit Abb. 3.3/23,B71) könnte dafür sprechen, dass das verarbeitete Getreide zumindest zum Teil für das römische Militär bestimmt war (s. auch Kap. 6.2.3). Ein im Horizont 2 gefundener Schreibgriffel und weitere stili sowie eine Waage für das Wägen bis zu 35-40 kg schweren Waren aus dem Fundbestand von 1944/1945 könnten davon zeugen, dass das Getreide zu wägen und zu registrieren war (Kap. 3.4.2). Kurz nach 260 n. Chr. fiel die Wassermühle einem weiteren Hochwasser zum Opfer. Für den folgenden Horizont 3 (Beil. 9) brachte man einen Kiesboden ein und errichtete ein kleines Gebäude (Kap. 2.8). Hier war wohl wiederum eine Schmiede untergebracht, wie die zahlreichen Kalottenschlacken belegen (Kap. 3.9), die im Umfeld der kleinen Baus zum Vorschein kamen. Aufgrund der Funde (Kap. 4.4.4; 4.5) kann diese Werkstatt nur kurze Zeit bestanden haben, höchstens bis um 270 n. Chr., bevor sie einem weiteren Hochwasser zum Opfer fiel. Von der jüngsten Anlage, die wohl noch in römische Zeit datiert (Horizont 4; Beil. 10), war lediglich eine Konstruktion aus grossen Steinplatten zu fassen (Kap. 2.9.1). Wozu sie diente, muss offen bleiben. Auch der geringe Fundanfall spricht dafür, dass die Nutzung des Platzes, zumindest für die römische Zeit, allmählich ein Ende fand (Kap. 4.5). Zu den jüngsten Strukturen gehören mehrere Gruben (Kap. 2.9.2), die vielleicht der Lehmentnahme dienten. Mangels Funden bleibt ihre Datierung indes ungewiss. Insbesondere wissen wir nicht, ob sie noch in römische Zeit datieren oder jünger sind. Spätestens mit der fünften Überschwemmung, die zur endgültigen Verlandung führte und wohl schon in die frühe Neuzeit zu setzen ist, wurde der Platz aufgelassen und erst mit dem Bau der bestehenden Fensterfabrik Baumgartner wieder besetzt.

Eco-Evolutionary Spatial Dynamics. Rapid Evolution and Isolation Explain Food Web Persistence

One of the current challenges in evolutionary ecology is understanding the long-term persistence of contemporary-evolving predator–prey interactions across space and time. To address this, we developed an extension of a multi-locus, multi-trait eco-evolutionary individual-based model that incorporates several interacting species in explicit landscapes. We simulated eco-evolutionary dynamics of multiple species food webs with different degrees of connectance across soil-moisture islands. A broad set of parameter combinations led to the local extinction of species, but some species persisted, and this was associated with (1) high connectance and omnivory and (2) ongoing evolution, due to multi-trait genetic variability of the embedded species. Furthermore, persistence was highest at intermediate island distances, likely because of a balance between predation-induced extinction (strongest at short island distances) and the coupling of island diversity by top predators, which by travelling among islands exert global top-down control of biodiversity. In the simulations with high genetic variation, we also found widespread trait evolutionary changes indicative of eco-evolutionary dynamics. We discuss how the ever-increasing computing power and high-resolution data availability will soon allow researchers to start bridging the in vivo–in silico gap.

Coupled human and natural system dynamics as key to the sustainability of Lake Victoria's ecosystem services

East Africa’s Lake Victoria provides resources and services to millions of people on the lake’s shores and abroad. In particular, the lake’s fisheries are an important source of protein, employment, and international economic connections for the whole region. Nonetheless, stock dynamics are poorly understood and currently unpredictable. Furthermore, fishery dynamics are intricately connected to other supporting services of the lake as well as to lakeshore societies and economies. Much research has been carried out piecemeal on different aspects of Lake Victoria’s system; e.g., societies, biodiversity, fisheries, and eutrophication. However, to disentangle drivers and dynamics of change in this complex system, we need to put these pieces together and analyze the system as a whole. We did so by first building a qualitative model of the lake’s social-ecological system. We then investigated the model system through a qualitative loop analysis, and finally examined effects of changes on the system state and structure. The model and its contextual analysis allowed us to investigate system-wide chain reactions resulting from disturbances. Importantly, we built a tool that can be used to analyze the cascading effects of management options and establish the requirements for their success. We found that high connectedness of the system at the exploitation level, through fisheries having multiple target stocks, can increase the stocks’ vulnerability to exploitation but reduce society’s vulnerability to variability in individual stocks. We describe how there are multiple pathways to any change in the system, which makes it difficult to identify the root cause of changes but also broadens the management toolkit. Also, we illustrate how nutrient enrichment is not a self-regulating process, and that explicit management is necessary to halt or reverse eutrophication. This model is simple and usable to assess system-wide effects of management policies, and can serve as a paving stone for future quantitative analyses of system dynamics at local scales.

Public service motivation and rational choice modeling

While most previous research has considered public service motivation (PSM) as the only motivational factor predicting (public) job choice, the authors present a novel, rational choice-based model which includes three motivational dimensions: extrinsic, enjoyment-based intrinsic and prosocial intrinsic. Besides providing more accurate person-job fit predictions, this new approach fills a significant research gap and facilitates future theory building.

Modelling the impact of deferring HCV treatment on liver-related complications in HIV coinfected men who have sex with men

BACKGROUND AND AIMS Hepatitis C (HCV) is a leading cause of morbidity and mortality in people who live with HIV. In many countries, access to direct acting antiviral agents to treat HCV is restricted to individuals with advanced liver disease (METAVIR stage F3 or F4). Our goal was to estimate the long term impact of deferring HCV treatment for men who have sex with men (MSM) who are coinfected with HIV and often have multiple risk factors for liver disease progression. METHODS We developed an individual-based model of liver disease progression in HIV/HCV coinfected men who have sex with men. We estimated liver-related morbidity and mortality as well as the median time spent with replicating HCV infection when individuals were treated in liver fibrosis stages F0, F1, F2, F3 or F4 on the METAVIR scale. RESULTS The percentage of individuals who died of liver-related complications was 2% if treatment was initiated in F0 or F1. It increased to 3% if treatment was deferred until F2, 7% if it was deferred until F3 and 22% if deferred until F4. The median time individuals spent with replicating HCV increased from 5 years if treatment was initiated in F2 to almost 15 years if it was deferred until F4. CONCLUSIONS Deferring HCV therapy until advanced liver fibrosis is established could increase liver-related morbidity and mortality in HIV/HCV coinfected individuals, and substantially prolong the time individuals spend with replicating HCV infection.