Johann Heinrich von Thünen: Leben und Werk des Namenspatrons des neuen Bundesforschungsinstituts für Ländliche Räume, Wald und Fischerei

A new concept for resource oriented federal research within the competence of the German Ministry of Food, Agriculture and Consumer Protection was implemented in 2008. The Johann Heinrich von Thünen-Institute, Federal Research Institute for Rural Areas, Forestry and Fisheries is one of 4 newly established large scale federal research institutions. It comprises the former Federal Research Centre for Fisheries, the Federal Research Centre for Forestry and Forest Products and large parts of the Federal Agricultural Research Centre. The institute is named after Johann Heinrich von Thünen, a famous national economist and social reformer of the 19th century. He developed the first serious treatment of spatial economics (the so-called Thünen rings) and the basics of the theory of the natural pay.

A dynamical systems analysis of vortex pinch-off

Vortex rings constitute the main structure in the wakes of a wide class of swimming and flying animals, as well as in cardiac flows and in the jets generated by some moss and fungi. However, there is a physical limit, determined by an energy maximization principle called the Kelvin-Benjamin principle, to the size that axisymmetric vortex rings can achieve. The existence of this limit is known to lead to the separation of a growing vortex ring from the shear layer feeding it, a process known as `vortex pinch-off', and characterized by the dimensionless vortex formation number. The goal of this thesis is to improve our understanding of vortex pinch-off as it relates to biological propulsion, and to provide future researchers with tools to assist in identifying and predicting pinch-off in biological flows.

To this end, we introduce a method for identifying pinch-off in starting jets using the Lagrangian coherent structures in the flow, and apply this criterion to an experimentally generated starting jet. Since most naturally occurring vortex rings are not circular, we extend the definition of the vortex formation number to include non-axisymmetric vortex rings, and find that the formation number for moderately non-axisymmetric vortices is similar to that of circular vortex rings. This suggests that naturally occurring vortex rings may be modeled as axisymmetric vortex rings. Therefore, we consider the perturbation response of the Norbury family of axisymmetric vortex rings. This family is chosen to model vortex rings of increasing thickness and circulation, and their response to prolate shape perturbations is simulated using contour dynamics. Finally, the response of more realistic models for vortex rings, constructed from experimental data using nested contours, to perturbations which resemble those encountered by forming vortices more closely, is simulated using contour dynamics. In both families of models, a change in response analogous to pinch-off is found as members of the family with progressively thicker cores are considered. We posit that this analogy may be exploited to understand and predict pinch-off in complex biological flows, where current methods are not applicable in practice, and criteria based on the properties of vortex rings alone are necessary.

Directed evolution of terpene synthases for non-natural substrates

Terpenes represent about half of known natural products, with terpene synthases catalyzing reactions to increase the complexity of substrates and generate cyclizations of the linear diphosphate substrates, therefore forming rings and stereocenters. With their diverse functionality, terpene synthases may be highly evolvable, with the ability to accept a wide range of non-natural compounds and with high product selectivity. Our hypothesis is that directed evolution of terpene synthases can be used to increase selectivity of the synthase on a specific substrate. In the first part of the work presented herein, three natural terpene synthases, Cop2, BcBOT2, and SSCG_02150, were tested for activity against the natural substrate and a non-natural substrate, called Surrogate 1, and the relative activities on both the natural and non-natural substrates were compared. In the second part of this work, a terpene synthase variant of BcBOT2 that has been evolved for thermostability, was used for directed evolution for increased activity and selectivity on the non-natural substrate referred to as Surrogate 2. Mutations for this evolution were introduced using random mutagenesis, with error prone polymerase chain reactions, and using site-specific saturation mutagenesis, in which an NNK library is designed with a specific active site amino acid targeted for mutation. The mutant enzymes were then screened and selected for enhancement of the desired functionality. Two neutral mutants, 19B7 W367F and 19B7 W118Q, were found to maintain activity on Surrogate 2, as measured by the screen.

Dinâmica de crescimento de Cedrela odorata L. (Meliaceae) na Floresta Atlântica do Estado do Rio de Janeiro: fenologia, atividade cambial e dendrocronologia

Ao longo do século XX, poucos estudos de dendrocronologia foram desenvolvidos com espécies de ambientes tropicais, em função da crença de que as condições climáticas nessas regiões não apresentavam variações suficientemente marcantes e regulares para induzir um ritmo anual de crescimento radial. A realização de trabalhos sobre esse tema nas últimas décadas revelou que a formação de anéis de crescimento anuais nos trópicos pode estar associada a fatores diversos, como: existência de estação seca bem definida, ocorrência de inundações sazonais, respostas ao comportamento fenológico, respostas ao fotoperíodo e a ritmos endógenos. O presente estudo tem por objetivo compreender a dinâmica de crescimento radial de uma espécie da Mata Atlântica se desenvolvendo em ambiente natural. Para tanto, propôs-se: i) investigar a periodicidade da atividade cambial e dos fatores que a influenciam; ii) estimar a idade e taxa de crescimento diamétrico e iii) correlacionar os fatores ambientais com os anéis de crescimento, em indivíduos de Cedrela odorata L. Para o estudo da atividade cambial, foram obtidas amostras de caule a 1,30 m do solo, contendo periderme, faixa cambial e xilema e floema secundários, por métodos não destrutivos. A fenologia vegetativa e a frutificação dos indivíduos amostrados foram acompanhadas durante todo o período do experimento. O material coletado foi processado segundo técnicas usuais em Anatomia Vegetal e analisado sob microscopia óptica e de fluorescência. Os dados de fotoperíodo, precipitação, temperatura e fenologia vegetativa foram correlacionados à atividade cambial. Para o estudo dos anéis de crescimento, as coletas também foram realizadas a 1,30 m do solo, por meio de sonda de Pressler. As amostras obtidas foram polidas e analisadas sob microscópio estereoscópio, para demarcação e aferição do número de anéis de crescimento, e a largura dos anéis foi mensurada para a determinação das taxas de crescimento radial. A série histórica de temperatura e precipitação foi correlacionada à cronologia dos anéis de crescimento. Os resultados indicaram que a atividade cambial segue um ritmo anual de crescimento, correlacionado à sazonalidade do fotoperíodo, da precipitação e da fenologia vegetativa. A análise dos anéis de crescimento permitiu estimar a idade dos indivíduos e determinar a taxa média de incremento e as taxas de incremento diamétrico acumulado e incremento médio anual para a espécie no sítio de estudo. Os dados de incremento radial evidenciaram a ausência de relação entre a idade e o diâmetro das árvores. A análise da variação na largura dos anéis não apresentou correlações significativas com os fatores climáticos analisados.

Dinâmica de crescimento de Centrolobium robustum (Vell.) Mart. ex Benth. (Leguminosae-Papilionoideae) na Floresta Atlântica, Rio de Janeiro, Brasil

O conhecimento sobre o ritmo de crescimento radial e a idade das árvores é um aspecto básico para compreender a dinâmica das populações, bem como o desenvolvimento e a sobrevivência das espécies. Nos trópicos, entretanto, estudos populacionais com este enfoque ainda são escassos, a despeito da urgente necessidade de preservação e manejo de suas florestas. Este trabalho tem por objetivo: i) Descrever a atividade cambial e o comportamento fenológico de Centrolobium robustum (Vell.) Mart. ex Benth., correlacionando estes parâmetros entre si; ii) Avaliar a influência da sazonalidade climática e do fotoperíodo sobre a atividade cambial e o comportamento fenológico e iii) Caracterizar o padrão estrutural dos anéis de crescimento e determinar, a partir destes, a idade e as taxas de crescimento radial da espécie na Reserva Biológica do Tinguá, RJ. Para a análise da atividade cambial, amostras de câmbio foram coletadas trimestralmente, processadas segundo técnicas usuais de anatomia vegetal e observadas sob microscopia ótica de campo claro, de fluorescência, de polarização e microscopia eletrônica de transmissão. O acompanhamento fenológico foi realizado mensalmente e os índices de atividade e de intensidade foram utilizados para analisar as fenofases reprodutivas e vegetativas, respectivamente. Para a investigação dendrocronológica, foram coletadas amostras com auxílio de sonda de Pressler, as quais foram polidas e observadas sob microscópio estereoscópico. Os resultados evidenciaram um ciclo anual de atividade e dormência cambial, caracterizados, respectivamente, pela presença de células em processo de divisão e diferenciação junto ao câmbio e de células completamente diferenciadas e deposição de calose em elementos de tubo crivado adjacentes à zona cambial. A dormência cambial coincidiu com a senescência e queda foliar, enquanto a atividade foi mais evidente na presença de folhas adultas na copa. A sazonalidade da atividade cambial apresentou correlação significativa com os dados de temperatura, precipitação e fotoperíodo do mês de realização das coletas. Foi constatado o regime sazonal da atividade cambial em associação ao clima e ao comportamento fenológico da espécie, conferindo caráter anual aos anéis de crescimento. Os resultados permitiram estabelecer o padrão dendroecológico de C. robustum e as idades e taxas de crescimento da população estudada.

Anatomia da madeira e dendrocronologia de espécies arbóreas do gênero Machaerium Pers. (Leguminosae-Papilionoideae)

Machaerium é um dos maiores gêneros arbóreos tropicais de leguminosas, com cerca de 130 espécies com distribuição predominantemente neotropical e centro de diversidade no Brasil, onde ocorrem cerca de 80 espécies. O gênero ocorre em todos os domínios fitogeográficos do país, porém a Mata Atlântica e a Floresta Amazônica possuem os maiores índices de riqueza e endemismo. As espécies do gênero estão classificadas em cinco seções infragenéricas, que se baseiam principalmente na forma e venação dos folíolos e na presença de estípulas espinescentes. Entretanto, esta classificação tem sido questionada por alguns autores, principalmente quando comparada com análises filogenéticas. Dessa forma, surge a necessidade de buscar outros caracteres que auxiliem na delimitação das espécies e que permitam uma reavaliação na classificação nfragenéricas, além de conhecer o potencial para estudos dendrocronológicos das espécies em um bioma tão rico e ameaçado como a Mata Atlântica. O presente trabalho visou estudar a anatomia do lenho de onze espécies arbóreas de Machaerium a fim de verificar a consistência das seções infragenéricas, fornecer caracteres diagnósticos para a delimitação das espécies e caracterizar as pontoações intervasculares ornamentadas, para verificar seu potencial diagnóstico no gênero em questão. Além disso, analisar a periodicidade de crescimento e a influência dos fatores climáticos no crescimento de Machaerium incorruptibile, espécie endêmica da Mata Atlântica. As amostras foram coletadas através de método não destrutivo e processadas seguindo os métodos usuais para anatomia do lenho, microscopia eletrônica de varredura e dendrocronologia. As espécies apresentaram as características anatômicas descritas para a família Leguminosae e para a subfamília Papilionoideae. A presença de faixas de parênquima não lignificado, fibras de paredes delgadas e raios irregularmente estratificados foram importantes na separação de Machaerium hirtum das outras dez espécies. As dez espécies restantes foram separadas entre si pelos dados quantitativos do lenho, principalmente diâmetro e frequência de vasos, e também pelos caracteres morfológicos das pontoações ornamentadas, como a projeção ou não das ornamentações na abertura da pontoação. A anatomia da madeira não correspondeu as seções infragenéricas tradicionalmente tratadas para o gênero. Para a dendrocronologia os dados foram analisados com uso do software ARSTAN e foi construída uma cronologia para M. incorruptibile. As cronologias foram analisadas juntamente com os dados de precipitação e temperatura, onde observou-se uma correlação significativa com a temperatura. A largura dos anéis de crescimento foi correlacionada positivamente com a temperatura média da primavera, época em que a temperatura se encontra mais amena e, negativamente com a temperatura média do verão, onde as temperaturas são mais altas. Também houve correlação negativa entre os eventos mais severos de El Niño e a largura dos anéis de crescimento, demonstrando o efeito deste fenômeno no crescimento da população arbórea, como encontrado em outras espécies tropicais.

Quantitative determination of the timing of otolith ring formation from marginal increments in four marine teleost species from northwestern Australia

The sectioned otoliths of four fish species from a tropical demersal trawl fishery in Western Australia revealed a series of alternating trans-lucent and opaque zones in reflected light. The translucent zones, referred to as growth rings, were counted to determine fish ages. The width of the opaque zone on the periphery of the otolith section as a proportion of the width of the previous opaque zone (index of completion) was used to determine the periodicity of growth-ring formation. This article describes a method for modeling changes in the index of ring completion over time, from which a parameter for the most probable time of growth-ring formation (with confidence intervals) can be determined. The parameter estimate for the timing of new growth-ring formation for Lethrinus sp. 3 was from mid July to mid September, for Lutjanus vitta from early July to the end of August, for Nemipterus furcosus from mid July to late September, and for Lutjanus sebae from mid July to mid November. The confidence intervals for the timing of formation of growth rings was variable between species, being smallest for L. vitta, and variable between fish of the same species with different numbers of growth rings. The stock assessments of these commercially important species relies on aging information for all the age classes used in the assessment. This study demonstrated that growth rings on sectioned otoliths were laid down annually, irrespective of the number of growth rings, and also demonstrated that the timing of ring formation for these tropical species can be determined quantitatively (with confidence intervals.

Graphene-based optical modulator realized in metamaterial split-ring resonators operating in the THz frequency range

The integration of quantum cascade lasers with devices capable of efficiently manipulating terahertz light, represents a fundamental step for many different applications. Split-ring resonators, sub-wavelength metamaterial elements exhibiting broad resonances that are easily tuned lithographically, represent the ideal route to achieve such optical control of the incident light. We have realized a design based on the interplay between metallic split rings and the electronic properties of a graphene monolayer integrated into a single device. By acting on the doping level of graphene, an active modulation of the optical intensity was achieved in the frequency range between 2.2 THz and 3.1 THz, with a maximum modulation depth of 18%.

Complex quantum ring structures formed by droplet epitaxy

Well-defined complex quantum ring structures formed by droplet epitaxy are demonstrated. By varying the temperature of the crystallizing Ga droplets and changing the As flux, GaAs/AlGaAs quantum single rings and concentric quantum double rings are fabricated, and double-ring complexes are observed. The growth mechanism of these quantum ring complexes is addressed. (c) 2006 American Institute of Physics.

Electronic states of InAs/GaAs quantum ring

In the framework of effective mass envelope function theory, the electronic states of the InAs/GaAs quantum ring are studied. Our model can be used to calculate the electronic states of quantum wells, quantum wires, and quantum dots. In calculations, the effects due to the different effective masses of electrons in rings and out rings are included. The energy levels of the electron are calculated in the different shapes of rings. The results indicate that the inner radius of rings sensitively changes the electronic states. The energy levels of the electron are not sensitively dependent on the outer radius for large rings. If decreasing the inner and outer radii simultaneously, one may increase the energy spacing between energy levels and keep the ground state energy level unchanged. If changing one of two radii (inner or outer radius), the ground state energy level and the energy spacing will change simultaneously. These results are useful for designing and fabricating the double colors detector by intraband and interband translations. The single electron states are useful for studying the electron correlations and the effects of magnetic fields in quantum rings. Our calculated results are consistent with the recent experimental data of nanoscopic semiconductor rings. (C) 2001 American Institute of Physics.

Assembly of 'discrete' (H2O)(16) water clusters within a supramolecular compound of calixarene

A 'discrete' (H2O)(16) cluster, featuring four basic cyclic nine-membered rings and a twelve-membered ring, illustrates a new mode of supramolecular association of water molecules.

Molecular dynamics simulation of sub-transition for polyethersulfone

Molecular dynamics (MD) simulations of a polyethersulfone (PES) chain are carried out in the amorphous state by using the Dreiding 2.21 force field at four temperatures. Two types of molecular motion, i.e, rotations of phenylene rings and torsions of large segments containing two oxygen atoms, two sulfur atoms, and five phenylene rings on the backbone, are simulated. The modeling results show that the successive phenylene rings should be in-phase cooperative rotations, whereas the successive large segments should be out-of-phase cooperative torsions. By calculating the diffusion coefficient for the phenylene ring rotations, it is found that this rotation contributes to the beta -transition of PES.

The algorithm on ring perception of molecule

It's important to identify ring in the process of structure elucidation. In this paper, all rings and the smallest set of smallest ring(SSSR) of structure are obtained from two-dimensional connection table. The results are satisfactory by using this algorithm in ESESOC expert system as constraint.

The formation of ring-banded spherulites of poly(epsilon-caprolactone) in its miscible mixtures with poly(styrene-co-acrylonitrile)

Ring-banded spherulites in polymer blends of poly(epsilon-caprolactone) (PCL) and poly(styrene-co-acrylonitrile) (SAN) were investigated by optical microscopy equipped with a digital image analysis system. PCL/SAN blends exhibit not only spherulites with a Maltese cross, but also distinct extinction rings. The periodic distance of rings changes with blend ratio and crystallization temperature and was plotted as a function of the undercooling and overall mobility of the mixtures, respectively. It was found that the overall mobility of chain segments in the mixtures could be mainly attributed to the origin of the formation of ring-banded spherulites. It was believed that for the first time a quantitative experimental result was obtained about the relationship of periodic distance of rings and the overall mobility of the mixtures. This relationship may be useful to explain the formation mechanism of ring-banded spherulites in polymer blends or even in homopolymers in the future. (C) 1977 Elsevier Science Ltd.

2-(Benzotriazol-1-yl)-2-(alpha-hydroxybenzyl)-N-phenylthioacrylamide

In the title compound, C21H16N4OS, the dihedral angles between the planes of the benzotriazole and N-phenyl rings and the plane of the atoms that link these two rings are 79.56 (6) and 59.02 (5) degrees, respectively, while that between the two benzene rings is 64.12 (6) degrees. There are some inter- and intramolecular interactions in the crystal structure.