Chorioallantoic and yolk sac placentation in Thrichomys laurentinus (Echimyidae) and the evolution of hystricognath rodents

The evolutionary history of Hystricognathi is associated with major transformations in their placental system. Data so far indicate that key characters are independent from size dimensions in medium to very large species. To better understand the situation in smaller species, we analyzed placental development in a spiny rat, Thrichomys laurentinus. Fourteen individuals ranging from early implantation to near term were investigated by histology, immunohistochemistry, proliferation activity and electron microscopy. Placentation in Thrichomys revealed major parallels to the guinea pig and other hystricognath rodents with respect to the early and invasive implantation, the process of trophoblast invasion, the internal organization of the labyrinth and the trophospongium as well as the establishment of the complete inverted yolk sac placenta. In contrast to systematically related small-sized species, the placental regionalization in Thrichomys was characterized by a remarkable lobulated structure and associated growing processes. Reverse to former perspectives, these conditions represented ancient character states of hystricognaths. The subplacenta was temporarily supplied by both the maternal and fetal blood systems, a rare condition among hystricognaths. The extraplacental trophoblast originating from the subplacenta was partly proliferative in mid gestation. In conclusion, the presented results indicated that only minor variations occurred in small-sized hystricognath species, independent of their systematic interrelationships. Previous views were supported that placentation in hystricognaths followed an extraordinary stable pattern, although the group had distinct habitats in South America and Africa that were separated 30-40 million years ago. J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 318:13-25, 2012. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc.

Kinetic Analysis of Gill (Na+,K+)-ATPase Activity in Selected Ontogenetic Stages of the Amazon River Shrimp, (Decapoda, Palaemonidae): Interactions at ATP- and Cation-Binding Sites

We investigated modulation by ATP, Mg2+, Na+, K+ and NH4 (+) and inhibition by ouabain of (Na+,K+)-ATPase activity in microsomal homogenates of whole zoeae I and decapodid III (formerly zoea IX) and whole-body and gill homogenates of juvenile and adult Amazon River shrimps, . (Na+,K+)-ATPase-specific activity was increased twofold in decapodid III compared to zoea I, juveniles and adults, suggesting an important role in this ontogenetic stage. The apparent affinity for ATP ( (M) = 0.09 +/- A 0.01 mmol L-1) of the decapodid III (Na+,K+)-ATPase, about twofold greater than the other stages, further highlights this relevance. Modulation of (Na+,K+)-ATPase activity by K+ also revealed a threefold greater affinity for K+ ( (0.5) = 0.91 +/- A 0.04 mmol L-1) in decapodid III than in other stages; NH4 (+) had no modulatory effect. The affinity for Na+ ( (0.5) = 13.2 +/- A 0.6 mmol L-1) of zoea I (Na+,K+)-ATPase was fourfold less than other stages. Modulation by Na+, Mg2+ and NH4 (+) obeyed cooperative kinetics, while K+ modulation exhibited Michaelis-Menten behavior. Rates of maximal Mg2+ stimulation of ouabain-insensitive ATPase activity differed in each ontogenetic stage, suggesting that Mg2+-stimulated ATPases other than (Na+,K+)-ATPase are present. Ouabain inhibition suggests that, among the various ATPase activities present in the different stages, Na+-ATPase may be involved in the ontogeny of osmoregulation in larval The NH4 (+)-stimulated, ouabain-insensitive ATPase activity seen in zoea I and decapodid III may reflect a stage-specific means of ammonia excretion since functional gills are absent in the early larval stages.

Home range, movements and diurnal roosts of the endangered thin-spined porcupine, Chaetomys subspinosus (Rodentia: Erethizontidae), in the Brazilian Atlantic Forest

Chaetomys subspinosus is the sole species within the Chaetomyinae subfamily of Caviomorph rodents. This poorly studied porcupine is restricted to the Atlantic Forest in eastern Brazil, where deforestation and habitat fragmentation threaten its survival. Data on the ranging and roosting behavior of C. subspinosus is fairly scarce as it is difficult to observe these behaviors in nature and, consequently, it is very rarely detected during field surveys. We monitored the home ranges of three radio-tagged females over the course of 1 year (2005-2006) and collected data on several aspects of their natural history including movement patterns and the use of diurnal roosts and latrines. The animals were monitored at Parque Estadual Paulo Cesar Vinha, a nature reserve dominated by restinga forests, a subtype of Atlantic Forest occurring on sandy soil. The estimated home range varied little between individuals and was relatively small (mean = 2.14 ha/individual and 1.09 ha/individual using minimum convex polygon and kernel methods, respectively). The animals travelled an average of 147 m/night (range: 21-324 m/night) between two consecutive day roosts. The day roosts were mostly located on vine and liana tangles in the canopy which also aid in connecting the canopy to adjacent trees or the forest floor. Latrines were mostly located near the ground in places heavily protected by spiny bromeliads or by other tangled vegetation. Our data suggests that C. subspinosus has the smallest range among all Neotropical Erethizontids which is likely due to its small size and strictly folivorous diet. Our data also helps explain why C. subspinosus is so difficult to observe in nature: researchers should focus on arboreal masses of tangled vegetation where individuals will normally rest during the day. (C) 2011 Deutsche Gesellschaft fur Saugetierkunde. Published by Elsevier GmbH. All rights reserved.

Leaf cuticular alkanes of Solanum subg. Leptostemonum Dunal (Bitter) of some northeast Brazilian species: Composition and taxonomic significance

Solanum subgenus Leptostemonum (Dunal) Bitter comprises approximately 450 species, of which 110, including 58 endemics, occur in Brazil, which is recognized as one of the centers of diversity of the group. Due the great morphological plasticity and its large number of species, several taxonomic treatments have been proposed for the genus Solanum, but its infrageneric classification is problematic. The aim of this study was to analyze the alkane composition of the leaf epicuticular waxes of nine species of the subgenus Leptostemonum to evaluate the chemotaxonomic potential of the alkanes. As results, were identified in nine species thirty-one alkanes, including iso- and anteiso-alkanes. The major constituent of wax in most species was tritriacontane. Hentriacontane was the main constituent of Solanum paraibanum and Solanum torvum, and penta-triacontane was predominant in different populations of Solanum stramonifolium. The phenetic analysis of nine species based on the distribution profile of alkanes (Euclidean distance and UPGMA method) show three clusters with distinct main homolog. The profiles of alkanes showed some qualitative taxonomic value for species analyzed, although, a larger number of representative samples of this subgenus must be investigated. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Masking environmental feedback : Misfits between institutions and ecosystems in Belize and Thailand

The thesis analyses relationships between ecological and social systems in the context of coastal ecosystems. It examines human impacts from resource extraction and addresses management and governance behind resource exploitation. The main premises are that a lack of ecological knowledge leads to poor ecosystem management and that the dichotomy between social and natural systems is an artificial one. The thesis illustrates the importance of basing resource management on the ecological conditions of the resource and its ecosystem. It also demonstrates the necessity of accounting for the human dimension in ecosystem management and the challenges of organising human actions for sustainable use of ecosystem services in the face of economic incentives that push users towards short-term extraction. Many Caribbean coral reefs have undergone a shift from coral to macroalgal domination. An experiment on Glovers Reef Atoll in Belize manually cleared patch reefs in a no-take zone and a fished zone (Papers I and II). The study hypothesised that overfishing has reduced herbivorous fish populations that control macroalgae growth. Overall, management had no significant effect on fish abundance and the impacts of the algal reduction were short-lived. This illustrated that the benefits of setting aside marine reserves in impacted environments should not be taken for granted. Papers III and IV studied the development of the lobster and conch fisheries in Belize, and the shrimp farming industry in Thailand respectively. These studies found that environmental feedback can be masked to give the impression of resource abundance through sequential exploitation. In both cases inadequate property rights contributed to this unsustainable resource use. The final paper (V) compared the responses to changes in the resource by the lobster fisheries in Belize and Maine in terms of institutions, organisations and their role in management. In contrast to Maine’s, the Belize system seems to lack social mechanisms for responding effectively to environmental feedback. The results illustrate the importance of organisational and institutional diversity that incorporate ecological knowledge, respond to ecosystem feedback and provide a social context for learning from and adapting to change.

Zur Struktur und Funktion der Typ-3-Kupferproteine sowie der Lichtsammlerkomplexe LHCI und LHCII

In der vorliegenden Arbeit wurden die bioinformatischen Methoden der Homologie-Modellierung und Molekularen Modellierung dazu benutzt, die dreidimensionalen Strukturen verschiedenster Proteine vorherzusagen und zu analysieren. Experimentelle Befunde aus Laborversuchen wurden dazu benutzt, die Genauigkeit der Homologie-Modelle zu erhöhen. Die Ergebnisse aus den Modellierungen wurden wiederum dazu benutzt, um neue experimentelle Versuche vorzuschlagen. Anhand der erstellten Modelle und bekannten Kristallstrukturen aus der Protein-Datenbank PDB wurde die Struktur-Funktionsbeziehung verschiedener Tyrosinasen untersucht. Dazu gehörten sowohl die Tyrosinase des Bakteriums Streptomyces als auch die Tyrosinase der Hausmaus. Aus den vergleichenden Strukturanalysen der Tyrosinasen resultierten Mechanismen für die Monophenolhydroxylase-Aktivität der Tyrosinasen sowie für den Import der Kupferionen ins aktive Zentrum. Es konnte der Beweis geführt werden, daß die Blockade des CuA-Zentrums tatsächlich der Grund für die unterschiedliche Aktivität von Tyrosinasen und Catecholoxidasen ist. Zum ersten Mal konnte mit der Maus-Tyrosinase ein vollständiges Strukturmodell einer Säugetier-Tyrosinase erstellt werden, das dazu in der Lage ist, die Mechanismen bekannter Albino-Mutationen auf molekularer Ebene zu erklären. Die auf der Basis des ermittelten 3D-Modells gewonnenen Erkenntnisse über die Wichtigkeit bestimmter Aminosäuren für die Funktion wurde durch gerichtete Mutagenese an der rekombinant hergestellten Maus-Tyrosinase getestet und bestätigt. Weiterhin wurde die Struktur der Tyrosinase des Krebses Palinurus elephas durch eine niedrigaufgelöste 3D-Rekonstruktion aus elektronenmikroskopischen Bildern aufgeklärt. Der zweite große Themenkomplex umfasst die Strukturanalyse der Lichtsammlerkomplexe LHCI-730 und LHCII. Im Falle des LHCII konnte der Oligomerisierungszustand der LHCMoleküle mit diskreten Konformationen des N-Terminus korreliert werden. Auch hier kam eine Kombination von Homologie-Modellierung und einer experimentellen Methode, der Elektronen-Spin-Resonanz-Messung, zum Einsatz. Die Änderung des Oligomerisierungszustands des LHCII kontrolliert den Energiezufluß zu den Photosystemen PS I und PS II. Des Weiteren wurde ein vollständiges Modell des LHCI-730 erstellt, um die Auswirkungen gerichteter Mutagenese auf das Dimerisierungsverhalten zu untersuchen. Auf Basis dieses Modells wurden die Wechselwirkungen zwischen den Monomeren Lhca1 und Lhca4 evaluiert und potentielle Bindungspartner identifiziert.

Systematics, phylogeny and biogeography of Cousinia (Asteraceae)

Die Systematik, Phylogenie und Biogeographie der Gattung Cousinia (Asteraceae, Cardueae) als größter Gattung der Tribus Cardueae mit mehr als 600 Arten wurde untersucht. Diese Dissertation umfasst drei Hauptteile: Im ersten Teil wurde die Phylogenie und Evolution des Arctium-Cousinia-Komplexes Untersucht. Dieser Gattungskomplex enthält Arctium, Cousinia, Hypacanthium und Schmalhausenia und zeigt die höchste Diversität in der Irano-Turanischen Region und in den Gebirgen Zentralasiens. Es wurden ITS und rpS4-trnT-trnL-Sequenzen für insgesamt 138 Arten generiert, darunter von 129 (von ca. 600) Arten von Cousinia. Wie in früheren Analysen bereits gefunden, ist Cousinia nicht monophyletisch. Stattdessen sind Cousinia subg. Cynaroides und subg. Hypacanthodes mit insgesamt ca. 30 Arten enger mit Arctium, Hypacanthium und Schmalhausenia (Arctioid Clade) als mit subg. Cousinia (Cousinioid Clade) verwandt. Die Arctioid und Cousiniod clades werden auch durch Pollenmorphologie und Chromosomenzahl unterstützt, wie bereits früher bekannt war. In dem Arctioid Clade entsprechen morphologische Gattungsgrenzen, basierend auf Blattform, Blattbedornung und Morphologie der Involukralblätter, nicht den in der molekularen analyse gefundenen clades. Es kann keine taxonomische Lösung für diesen Konflikt gefunden werden, und die gennanten Merkmale wurden als homoplastisch betrachtet. Obwohl die phylogenetische Auflösung in dem Cousinioid Clade schlecht ist, enthalten die ITS und rpS4-trnT-trnL-Sequenzen phylogenetische Information. So gruppierten z.B. die sechs annuellen Arten in zwei Gruppen. Schlechte phylogenetische Auflösung resultiert wahrscheinlich aus dem Mangel an Merkmalen und der großen Artenzahl in dieser artenreichen und vergleichsweise jungen (ca. 8,7 mya) Linie. Artbildung in dem Cousinioid Clade scheint hauptsächlich allopatrisch zu sein. Der zweite Teil der Dissertation untersucht die Rolle der Hybridisierung in der Evolution von Cousinia s.s. Die in der Vergangenheit publizierteten 28 Hybrid-Kombinationen und 11 Zwischenformen wurden kritisch geprüft, und zwei Hybridindividuen wurden morphologisch und molekular untersucht. Die vermutlichen oder nachgewiesenen Eltern der Hybriden und Zwischenformen wurden auf die aus einer Bayesischen Analyse der ITS-Sequenzen von 216 Arten von Cousinia und verwandten Gattungen resultierenden Phylogenie aufgetragen. Weder Hybriden zwischen dem Cousinioid Clade und anderen Haupt-Claden des Arctium-Cousinia-Komplexes noch zwischen annuellen und perennirenden Arten von Cousinia s.s. wurden beobachtet. Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass Hybridisierung in Cousinia möglich is, und dass ca. 10,7% der Arten an interspezifischer Hybridisierung beteiligt sind. Obwohl Hybridisierung in Cousinia s.s. stattfindet und zu den Schwierigkeiten bei der Rekonstruktion ihrer phylogenetischen Geschichte beitragen könnte, war ihre Rolle für die Entwicklung und Diversität der Gruppe offenbar gering. Im dritten Teil wird eine taxonomische Revision der C. sect. Cynaroideae präsentiert. Cousinia sect. Cynaroideae, die größte Sektion der Gattung mit 110 veröffentlichten Arten, zeichnet sich durch eine Chromosomenzahl von 2n = 24 und durch ± herablaufende Blätter und Hüllblätter mit Anhängseln aus. Sie kommt im Iran, Irak, dem Kaukasus, der Türkei, Turkmenistan, Afghanistan, Pakistan, dem Libanon und Anti-Libanon vor und hat ihre Hauptzentren der Artdiversität im westlichen und nordwestlichen Iran, im Irak und in der südöstlichen Türkei. Die Revision dieser Gruppe, hauptsächlich basierend auf der Untersuchung von ca. 2250 Herbarbögen, führte zu einer Verringerung der Artenzahl auf 31 Arten mit acht Unterarten. Alle Arten werden typifiziert und ausgeschlüsselt, und Beschreibungen, Abbildungen und Verbreitungskarten werden für jede Art angegeben.

Muster und Prozesse in einer Microcebus-Hybridzone in Südostmadagaskar

Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde in zwei Schwerpunktanalysen mit eine Teil- und Gesamtdatensatz die Untersuchung der Hybridisierung zwischen den beiden Microcebus-Arten M. murinus und M. griseorufus im Ökoton Südostmadagaskars umfangreich und vertieft untersucht. Für die genetischen Analysen wurden die maternal vererbte mitochondriale Hypervariable Region I (HVR 1) und neun nukleäre biparental vererbte Mikrosatellitenmarker eingesetzt. Als weiterer Datensatz wurden morphometrische Daten verwendet. Für die erste Schwerpunktanalyse wurde ein bereits vorhandener Teildatensatz (Hapke 2005 & Gligor 2006) mit Daten von insgesamt 162 Individuen aus neun Populationen der Dornbuschzone, der Übergangswaldzone und des Küstenwaldgebietes eingesetzt. In der zweiten Schwerpunktanalyse wurde eine umfangreiche Untersuchung der Microcebus griseoruus-M. murinus- Hybridzone vorgenommen. Für diese detaillierte Charakterisierung der Hybridzone wurde eine ausgedehnte und fein auflösende Probennahme in einem als Kernzone definierten Bereich, der die gesamte Übergangswaldzone und die dazu benachbarten Dornbuschgebiete umfasste, durchgeführt. Die morphometrischen und genetischen Daten der neu beprobten Individuen dieser Kernzone wurden mit den Daten des Teildatensatzes und weiteren Daten aus Küstenwaldpopulationen (Hapke 2005) zu einem Gesamtdatensatz zusammengefasst. Die Integration des Teildatensatzes in den Gesamtdatensatz erforderte umfassende und zeitintensive Labor- und Analysearbeiten, die im Rahmen dieser Doktorarbeit durchgeführt wurden. Der Gesamtdatensatz umfasste insgesamt 569 Individuen der Gattung Microcebus aus 29 Untersuchungsstandorten. Die mit beiden Datensätzen durchgeführte Analyse morphometrischer Daten zeigte deutlich, dass die Mehrzahl der Individuen aus der Übergangswaldzone einen intermediären Morphotyp aufweist. Durch die mit den Daten des Teildatensatzes durchgeführten Bayes’schen Clusteranalysen und Assignment-Tests, das vornehmlich in den Populationen der Übergangszone beobachtete signifikante Kopplungsungleichgewicht und Heterozygotendefizit, die festgestellte Verteilung der mitochondrialen Haplotypen und das kontrastierende Muster zwischen nukleären Mikrosatellitengenotypen und mitochondrialen Haplotypen in den Übergangswaldpopulationen konnte erstmals das Vorkommen einer Hybridzone zwischen Microcebus-Arten wissenschaftlich fundiert festgestellt werden. Die Ergebnisse dieser Schwerpunktanalyse wurden in der Fachzeitschrift Molecular Ecology publiziert (Gligor et al. 2009). Die in der ersten Schwerpunktanalyse festgestellte Hybridzone konnte durch die zweite Schwerpunktanalyse mit den genetischen und morphometrischen Daten des Gesamtdatensatzes nicht nur bestätigt werden, sondern auch auf die gesamte Übergangswaldzone erweitert werden. Ferner wurden starke Hinweise auf eine Hybridisierung beider Microcebus-Arten an einigen Dornbuschstandorten der Kernzone gefunden. Durch die große Datenmenge des Gesamtdatensatzes, vor allem aus der Kernzone des Untersuchungsgebietes, war es möglich eine fundierte Charakterisierung der Microcebus griseoruus-M. murinus- Hybridzone durchzuführen. Die Übereinstimmung der Hybridzone mit dem beobachteten Vegetationsmosaik zusammen mit den Ergebnissen der PCA, der PCoA und der Bayes’schen Clusteranalyse sprechen für das Modell der „Mosaik Hybridzone“, während die Einzelbetrachtung der mosaikartig verteilten intermediären Übergangswälder eine hohe Abundanz der Hybride aufzeigte und somit eher das „Bounded Hybrid Superiority model“ unterstützt. Der gewählte geographische Beprobungsmaßstab könnte somit einen Einfluss auf die beobachtete Struktur einer Hybridzone haben. Eines der markantesten Muster in der Hybridzone ist das stark kontrastierende cyto-nukleäre Muster. Der seit ca. 3000 Jahren fortschreitende Klimawandel in Südmadagaskar und die damit verbundene Expansion des Verbreitungsgebietes der Art Microcebus griseorufus nach Osten, das in dieser Arbeit festgestellte „male-biased dispersal“ bei M. griseorufus und der Einfluss exogener Selektion sprechen stark für eine massive asymmetrische nukleäre Genintrogression von M. griseorufus-Allelen in M. murinus-Populationen, verbunden mit einer potentiellen Verdrängung der Art M. murinus aus der Übergangswaldzone. In den jeweiligen Kerngebieten Dornbusch und Küstenwald bleibt jedoch die Diskretheit beider Arten gewahrt.

Cannabinoid CB1 receptor in the regulation of sociability, stress coping, and its interaction with the serotonergic system

Cannabinerge Substanzen können das Verhalten in einer dosisabhängigen, aber biphasischen Weise beeinflussen. Eine Erklärung für diese Art der Effekte könnte die Verteilung des CB1 Rezeptors auf verschiedenen Neuronentypen sein. CB1 Rezeptoren in glutamatergen und GABAergen Neuronen sind hier besonders wichtig, da die entsprechenden Neurotransmitter als Gegenspieler die neuronale Erregung kontrollieren. Spezifische Deletion des CB1 Rezeptor-Gens von einer der beiden Populationen führte zu gegensätzlichen Phenotypen, genauer gesagt, einem erniedrigten, bzw. einem gesteigerten Interaktiondrang. Tiere, bei denen der CB1 Rezeptor ausschließlich in striatalen, GABAergen „Medium Spiny“ Neuronen deletiert wurde, zeigten keinen veränderten Phänotyp. Dies legt nahe, dass der CB1 Rezeptor in kortikalen glutamatergen und GABAergen Neuronen für einen ausgeglichenen Interaktionsdrang entscheidend ist (siehe Kapitel 3).rnDiese dosisabhängigen, biphasischen Effekte auf das Verhalten können auch im „Forced Swim Test“ (FST) beobachtet werden. Ein möglicher Mechanismus, durch den Cannabinoide das Stressverhalten beeinflussen können, wäre die Regulierung der Monoaminausschüttung. Um die Abhängigkeit der Cannabinoideffekte von der Serotonintransmission zu untersuchen, wurden Dosen von CB1 Rezeptoragonisten und –antagonisten mit antidepressiv-induzierenden Eigenschaften bei gleichzeitiger Inhibition der Serotonintransmission im FST getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass lediglich der Agonisteffekt durch die Inhibition der Serotoninauschüttung beeinflusst wird. Zusätzlich konnte die Abhängigkeit des Antagonisteneffekts von funktionsfähigen GABAergen CB1 Rezeptoren nachweisen werden. Interessanter Weise konnte der durch die Deletion von glutamatergen CB1 Rezeptoren induzierte Phänotyp durch Inhibition der Serotoninausschüttung blockiert werden (siehe Kapitel 4).rnEin indirekter Einfluss auf Serotoninausschüttung scheint also wahrscheinlich zu sein. Bis jetzt blieb jedoch unklar, inwieweit cannabinerge Substanzen direkt auf serotonerge Neuronen wirken können. Im Jahr 2007 konnte unsere Gruppe die Expression des CB1 Rezeptors in serotonergen Neuronen auf mRNA- und Proteinebene nachweisen. Die Züchtung und Analyse einer mutanten Mauslinie, in welcher der CB1-Rezeptor spezifisch in serotonergen Neuronen ausgeschaltet wurde, zeigte bei männlichen Tieren eine schwache, aber signifikante Verhaltensänderungen, die durch soziale Stimuli und lebensbedrohlichen Situationen ausgelöst wurde. So ist es erstmals gelungen nachzuweisen, dass serotonerge CB1-Rezeptoren eine physiologische Relevanz besitzen (siehe Kapitel 5).rn

Synaptic regulation of spike firing in interneurons of the striatum in vivo

The striatum, the major input nucleus of the basal ganglia, is numerically dominated by a single class of principal neurons, the GABAergic spiny projection neuron (SPN) that has been extensively studied both in vitro and in vivo. Much less is known about the sparsely distributed interneurons, principally the cholinergic interneuron (CIN) and the GABAergic fast-spiking interneuron (FSI). Here, we summarize results from two recent studies on these interneurons where we used in vivo intracellular recording techniques in urethane-anaesthetized rats (Schulz et al., J Neurosci 31[31], 2011; J Physiol, in press). Interneurons were identified by their characteristic responses to intracellular current steps and spike waveforms. Spontaneous spiking contained a high proportion (~45%) of short inter-spike intervals (ISI) of <30 ms in FSIs, but virtually none in CINs. Spiking patterns in CINs covered a broad spectrum ranging from regular tonic spiking to phasic activity despite very similar unimodal membrane potential distributions across neurons. In general, phasic spiking activity occurred in phase with the slow ECoG waves, whereas CINs exhibiting tonic regular spiking were little affected by afferent network activity. In contrast, FSIs exhibited transitions between Down and Up states very similar to SPNs. Compared to SPNs, the FSI Up state membrane potential was noisier and power spectra exhibited significantly larger power at frequencies in the gamma range (55-95 Hz). Cortical-evoked inputs had faster dynamics in FSIs than SPNs and the membrane potential preceding spontaneous spike discharge exhibited short and steep trajectories, suggesting that fast input components controlled spike output in FSIs. Intrinsic resonance mechanisms may have further enhanced the sensitivity of FSIs to fast oscillatory inputs. Induction of an activated ECoG state by local ejection of bicuculline into the superior colliculus, resulted in increased spike frequency in both interneuron classes without changing the overall distribution of ISIs. This manipulation also made CINs responsive to a light flashed into the contralateral eye. Typically, the response consisted of an excitation at short latency followed by a pause in spike firing, via an underlying depolarization-hyperpolarization membrane sequence. These results highlight the differential sensitivity of striatal interneurons to afferent synaptic signals and support a model where CINs modulate the striatal network in response to salient sensory bottom-up signals, while FSIs serve gating of top-down signals from the cortex during action selection and reward-related learning.

Lateralization of dynorphin gene expression in the rat striatum

Hemispheric lateralization is well known in the cerebral cortex, but not in subcortical structures like basal ganglia. The goal of our study was to determine whether lateralization was present in the direct and indirect striatal pathways. We studied gene expression in the striatum of healthy rats, which was divided into two sectors, medial and lateral. Dynorphin (DYN) and enkephalin (ENK) mRNA were analyzed as markers of the direct and indirect striatal pathways, respectively and glutamic acid decarboxylase (GAD) mRNA was analyzed as a marker of all medium spiny neurons. DYN and GAD mRNA expression was higher on the left hemisphere in the medial sector of the striatum, but not in the lateral one. We did not observe any difference between sides with ENK mRNA expression. We suggest the presence of a lateralization in the medial striatum, which is specific for the direct striatal pathway.

Possible Demographic Consequences of Intraspecific Shelter Competition Among American Lobsters

Pioneering work by J. Stan Cobb described how habitat architecture and body size scaling affect shelter-related behavior of American lobsters. Subsequent research suggested that shelter availability and competition could set local carrying capacity and demographics for this species. To determine how shelter spacing affects population density, the intensity of intraspecific competition and the distribution of body size for this species, I deployed sets of 10 identically sized artificial shelters spaced at distances of 2.5, 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 meters on otherwise featureless substrate at 10 m depth in mid-coast Maine, U.S.A. Five sets had two parallel strings of five opposing shelters and an additional linear string set 2 to apart without opposing shelters was the most widely separated treatment. Shelters spaced I m apart and closer had higher lobster population densities, more intraspecific competition and higher proportions of empty shelters. Surprisingly, lobsters there were also significantly smaller, declining from 62.7 mm to 50.9 on the carapace (CL) for 2 to linear to 0.25 m spaced shelters, respectively. Nearly all 932 lobsters measured in this study were juvenile (< 90 mm CL) and preharvestable (< 83 mm CL) sized, so mate selection and fishing effects were unlikely. At the scale of the experiment, larger lobsters leave or avoid areas of high lobster population density and intense competition for areas of low population density and relaxed competition (called "demographic diffusion"). Scuba surveys in coastal zones found lobster population densities scale with shelter densities and were highest in boulder habitat where, like the experiment, more than half the shelters were vacant. Fisheries independent scuba and trawl surveys in Maine's shallow coastal zone repeatedly recorded declines of preharvestable, lobsters larger than 60 turn CL in size and increases of those sizes offshore and in deep water. It is possible that this demographic diffusion is driven by behaviors associated with intraspecific shelter competition.

Inference in Ecology: The Sea Urchin Phenomenon in the Northwestern Atlantic

We have reviewed the considerable body of research into the sea urchin phenomenon responsible for the alternation between macroalgal beds and coralline barrens in the northwestern Atlantic. In doing so, we have identified problems with both the scientific approach and the interpretation of results. Over a period of approximately 20 years, explanations for the phenomenon invoked four separate scenarios, which changed mainly as a consequence of extraneous events rather than experimental testing. Our specific concerns are that results contrary to the keystone-predator paradigm for the American lobster were circumvented, system components of the various scenarios became accepted without testing, and modifications of some components appeared arbitrary. Our review illustrates dilemmas that, we suggest, have hindered ecological progress in general. We argue for a more rigorous experimental approach, based on sound natural-history observations and strong inference. Moreover, we believe that the scientific community needs to be cautious about allowing paradigms to become established without adequate scrutiny.

Different Early Post-Settlement Strategies Between American Lobsters Homarus Americanus and Rock Crabs Cancer Irroratus in the Gulf of Maine

The abundance of many invertebrates with planktonic larval stages can be determined shortly after they reach the benthos. In this study, we quantified patterns of abundance and habitat utilization of early benthic phases of the American lobster Homarus americanus and the rock crab Cancer irroratus. These 2 decapods are among the most common and abundant macroinvertebrates in coastal zones of the Gulf of Maine, with similar densities of larger individuals. Settlement and early postsettlement survival indicate that lobsters are highly substrate-specific early in life, settling predominantly in cobble beds. Crabs appear to be less selective, setting both in cobble and sand. Cumulative settlement of crabs, inferred from weekly censuses over the summer, was an order of magnitude greater than that of lobsters over the same time period. However, only crabs showed significant postsettlement losses. Although the identity of specific predators is unknown, predator exclusion experiments and placement of vacant uninhabited nursery habitat suggested that post-settlement mortality rather than emigration was responsible for these losses. The selective habitat-seeking behavior and lower post-settlement mortality of lobsters is consistent with their lower fecundity and later onset of reproductive maturity. The patterns observed for crabs, however, suggest a different strategy which is more in accordance with their higher fecundity and earlier onset of maturity. It is possible that lower fecundity but greater per-egg investment, along with strict habitat selection at settlement and lower post-settlement mortality, allows adult lobster populations to equal adult populations of crabs. This occurs despite crabs being more fecund and less habitat-selective settlers but sustaining higher postsettlement mortality.

Long-term trends in invertebrate–habitat relationships under protected and fished conditions

Few studies examine the long-term effects of changing predator size and abundance on the habitat associations of resident organisms despite that this knowledge is critical to understand the ecosystem effects of fishing. Marine reserves offer the opportunity to determine ecosystem-level effects of manipulated predator densities, while parallel monitoring of adjacent fished areas allows separating these effects from regional-scale change. Relationships between two measures of benthic habitat structure (reef architecture and topographic complexity) and key invertebrate species were followed over 17 years at fished and protected subtidal rocky reefs associated with two southern Australian marine reserves. Two commercially harvested species, the southern rock lobster (Jasus edwardsii) and blacklip abalone (Haliotis rubra) were initially weakly associated with habitat structure across all fished and protected sites. The strength of association with habitat for both species increased markedly at protected sites 2 years after marine reserve declaration, and then gradually weakened over subsequent years. The increasing size of rock lobster within reserves apparently reduced their dependency on reef shelters as refuges from predation. Rising predation by fish and rock lobster in the reserves corresponded with weakening invertebrate–habitat relationships for H. rubra and sea urchins (Heliocidaris erythrogramma). These results emphasise that animal–habitat relationships are not necessarily stable through time and highlight the value of marine reserves as reference sites. Our work shows that fishery closures to enhance populations of commercially important and keystone species should be in areas with a range of habitat features to accommodate shifting ecological requirements with ontogenesis.