Integrated application of geochemical and geophysical methods for hydrogeological impact assessment for tunneling in fractured rock

The interaction of tunneling with groundwater is a problem both from an environmental and an engineering point of view. In fact, tunnel drilling may cause a drawdown of piezometric levels and water inflows into tunnels that may cause problems during excavation of the tunnel. While the influence of tunneling on the regional groundwater systems may be adequately predicted in porous media using analytical solutions, such an approach is difficult to apply in fractured rocks. Numerical solutions are preferable and various conceptual approaches have been proposed to describe and model groundwater flow through fractured rock masses, ranging from equivalent continuum models to discrete fracture network simulation models. However, their application needs many preliminary investigations on the behavior of the groundwater system based on hydrochemical and structural data. To study large scale flow systems in fractured rocks of mountainous terrains, a comprehensive study was conducted in southern Switzerland, using as case studies two infrastructures actually under construction: (i) the Monte Ceneri base railway tunnel (Ticino), and the (ii) San Fedele highway tunnel (Roveredo, Graubiinden). The chosen approach in this study combines the temporal and spatial variation of geochemical and geophysical measurements. About 60 localities from both surface and underlying tunnels were temporarily and spatially monitored during more than one year. At first, the project was focused on the collection of hydrochemical and structural data. A number of springs, selected in the area surrounding the infrastructures, were monitored for discharge, electric conductivity, pH, and temperature. Water samples (springs, tunnel inflows and rains) were taken for isotopic analysis; in particular the stable isotope composition (δ2Η, δ180 values) can reflect the origin of the water, because of spatial (recharge altitude, topography, etc.) and temporal (seasonal) effects on precipitation which in turn strongly influence the isotopic composition of groundwater. Tunnel inflows in the accessible parts of the tunnels were also sampled and, if possible, monitored with time. Noble-gas concentrations and their isotope ratios were used in selected locations to better understand the origin and the circulation of the groundwater. In addition, electrical resistivity and VLF-type electromagnetic surveys were performed to identify water bearing fractures and/or weathered areas that could be intersected at depth during tunnel construction. The main goal of this work was to demonstrate that these hydrogeological data and geophysical methods, combined with structural and hydrogeological information, can be successfully used in order to develop hydrogeological conceptual models of the groundwater flow in regions to be exploited for tunnels. The main results of the project are: (i) to have successfully tested the application of electrical resistivity and VLF-electromagnetic surveys to asses water-bearing zones during tunnel drilling; (ii) to have verified the usefulness of noble gas, major ion and stable isotope compositions as proxies for the detection of faults and to understand the origin of the groundwater and its flow regimes (direct rain water infiltration or groundwater of long residence time); and (iii) to have convincingly tested the combined application of a geochemical and geophysical approach to assess and predict the vulnerability of springs to tunnel drilling. - L'interférence entre eaux souterraines et des tunnels pose des problèmes environnementaux et de génie civile. En fait, la construction d'un tunnel peut faire abaisser le niveau des nappes piézométriques et faire infiltrer de l'eau dans le tunnel et ainsi créer des problème pendant l'excavation. Alors que l'influence de la construction d'un tunnel sur la circulation régionale de l'eau souterraine dans des milieux poreux peut être prédite relativement facilement par des solution analytiques de modèles, ceci devient difficile dans des milieux fissurés. Dans ce cas-là, des solutions numériques sont préférables et plusieurs approches conceptuelles ont été proposées pour décrire et modéliser la circulation d'eau souterraine à travers les roches fissurées, en allant de modèles d'équivalence continue à des modèles de simulation de réseaux de fissures discrètes. Par contre, leur application demande des investigations importantes concernant le comportement du système d'eau souterraine basées sur des données hydrochimiques et structurales. Dans le but d'étudier des grands systèmes de circulation d'eau souterraine dans une région de montagnes, une étude complète a été fait en Suisse italienne, basée sur deux grandes infrastructures actuellement en construction: (i) Le tunnel ferroviaire de base du Monte Ceneri (Tessin) et (ii) le tunnel routière de San Fedele (Roveredo, Grisons). L'approche choisie dans cette étude est la combinaison de variations temporelles et spatiales des mesures géochimiques et géophysiques. Environs 60 localités situées à la surface ainsi que dans les tunnels soujacents ont été suiviès du point de vue temporel et spatial pendant plus de un an. Dans un premier temps le projet se focalisait sur la collecte de données hydrochimiques et structurales. Un certain nombre de sources, sélectionnées dans les environs des infrastructures étudiées ont été suivies pour le débit, la conductivité électrique, le pH et la température. De l'eau (sources, infiltration d'eau de tunnel et pluie) a été échantillonnés pour des analyses isotopiques; ce sont surtout les isotopes stables (δ2Η, δ180) qui peuvent indiquer l'origine d'une eaux, à cause de la dépendance d'effets spatiaux (altitude de recharge, topographie etc.) ainsi que temporels (saisonaux) sur les précipitations météoriques , qui de suite influencent ainsi la composition isotopique de l'eau souterraine. Les infiltrations d'eau dans les tunnels dans les parties accessibles ont également été échantillonnées et si possible suivies au cours du temps. La concentration de gaz nobles et leurs rapports isotopiques ont également été utilisées pour quelques localités pour mieux comprendre l'origine et la circulation de l'eau souterraine. En plus, des campagnes de mesures de la résistivité électrique et électromagnétique de type VLF ont été menées afin d'identifier des zone de fractures ou d'altération qui pourraient interférer avec les tunnels en profondeur pendant la construction. Le but principal de cette étude était de démontrer que ces données hydrogéologiques et géophysiques peuvent être utilisées avec succès pour développer des modèles hydrogéologiques conceptionels de tunnels. Les résultats principaux de ce travail sont : i) d'avoir testé avec succès l'application de méthodes de la tomographie électrique et des campagnes de mesures électromagnétiques de type VLF afin de trouver des zones riches en eau pendant l'excavation d'un tunnel ; ii) d'avoir prouvé l'utilité des gaz nobles, des analyses ioniques et d'isotopes stables pour déterminer l'origine de l'eau infiltrée (de la pluie par le haut ou ascendant de l'eau remontant des profondeurs) et leur flux et pour déterminer la position de failles ; et iii) d'avoir testé d'une manière convainquant l'application combinée de méthodes géochimiques et géophysiques pour juger et prédire la vulnérabilité de sources lors de la construction de tunnels. - L'interazione dei tunnel con il circuito idrico sotterraneo costituisce un problema sia dal punto di vista ambientale che ingegneristico. Lo scavo di un tunnel puô infatti causare abbassamenti dei livelli piezometrici, inoltre le venute d'acqua in galleria sono un notevole problema sia in fase costruttiva che di esercizio. Nel caso di acquiferi in materiale sciolto, l'influenza dello scavo di un tunnel sul circuito idrico sotterraneo, in genere, puô essere adeguatamente predetta attraverso l'applicazione di soluzioni analitiche; al contrario un approccio di questo tipo appare inadeguato nel caso di scavo in roccia. Per gli ammassi rocciosi fratturati sono piuttosto preferibili soluzioni numeriche e, a tal proposito, sono stati proposti diversi approcci concettuali; nella fattispecie l'ammasso roccioso puô essere modellato come un mezzo discreto ο continuo équivalente. Tuttavia, una corretta applicazione di qualsiasi modello numerico richiede necessariamente indagini preliminari sul comportamento del sistema idrico sotterraneo basate su dati idrogeochimici e geologico strutturali. Per approfondire il tema dell'idrogeologia in ammassi rocciosi fratturati tipici di ambienti montani, è stato condotto uno studio multidisciplinare nel sud della Svizzera sfruttando come casi studio due infrastrutture attualmente in costruzione: (i) il tunnel di base del Monte Ceneri (canton Ticino) e (ii) il tunnel autostradale di San Fedele (Roveredo, canton Grigioni). L'approccio di studio scelto ha cercato di integrare misure idrogeochimiche sulla qualité e quantité delle acque e indagini geofisiche. Nella fattispecie sono state campionate le acque in circa 60 punti spazialmente distribuiti sia in superficie che in sotterraneo; laddove possibile il monitoraggio si è temporalmente prolungato per più di un anno. In una prima fase, il progetto di ricerca si è concentrato sull'acquisizione dati. Diverse sorgenti, selezionate nelle aree di possibile influenza attorno allé infrastrutture esaminate, sono state monitorate per quel che concerne i parametri fisico-chimici: portata, conduttività elettrica, pH e temperatura. Campioni d'acqua sono stati prelevati mensilmente su sorgenti, venute d'acqua e precipitazioni, per analisi isotopiche; nella fattispecie, la composizione in isotopi stabili (δ2Η, δ180) tende a riflettere l'origine delle acque, in quanto, variazioni sia spaziali (altitudine di ricarica, topografia, etc.) che temporali (variazioni stagionali) della composizione isotopica delle precipitazioni influenzano anche le acque sotterranee. Laddove possibile, sono state campionate le venute d'acqua in galleria sia puntualmente che al variare del tempo. Le concentrazioni dei gas nobili disciolti nell'acqua e i loro rapporti isotopici sono stati altresi utilizzati in alcuni casi specifici per meglio spiegare l'origine delle acque e le tipologie di circuiti idrici sotterranei. Inoltre, diverse indagini geofisiche di resistività elettrica ed elettromagnetiche a bassissima frequenza (VLF) sono state condotte al fine di individuare le acque sotterranee circolanti attraverso fratture dell'ammasso roccioso. Principale obiettivo di questo lavoro è stato dimostrare come misure idrogeochimiche ed indagini geofisiche possano essere integrate alio scopo di sviluppare opportuni modelli idrogeologici concettuali utili per lo scavo di opere sotterranee. I principali risultati ottenuti al termine di questa ricerca sono stati: (i) aver testato con successo indagini geofisiche (ERT e VLF-EM) per l'individuazione di acque sotterranee circolanti attraverso fratture dell'ammasso roccioso e che possano essere causa di venute d'acqua in galleria durante lo scavo di tunnel; (ii) aver provato l'utilità di analisi su gas nobili, ioni maggiori e isotopi stabili per l'individuazione di faglie e per comprendere l'origine delle acque sotterranee (acque di recente infiltrazione ο provenienti da circolazioni profonde); (iii) aver testato in maniera convincente l'integrazione delle indagini geofisiche e di misure geochimiche per la valutazione della vulnérabilité delle sorgenti durante lo scavo di nuovi tunnel. - "La NLFA (Nouvelle Ligne Ferroviaire à travers les Alpes) axe du Saint-Gothard est le plus important projet de construction de Suisse. En bâtissant la nouvelle ligne du Saint-Gothard, la Suisse réalise un des plus grands projets de protection de l'environnement d'Europe". Cette phrase, qu'on lit comme présentation du projet Alptransit est particulièrement éloquente pour expliquer l'utilité des nouvelles lignes ferroviaires transeuropéens pour le développement durable. Toutefois, comme toutes grandes infrastructures, la construction de nouveaux tunnels ont des impacts inévitables sur l'environnement. En particulier, le possible drainage des eaux souterraines réalisées par le tunnel peut provoquer un abaissement du niveau des nappes piézométriques. De plus, l'écoulement de l'eau à l'intérieur du tunnel, conduit souvent à des problèmes d'ingénierie. Par exemple, d'importantes infiltrations d'eau dans le tunnel peuvent compliquer les phases d'excavation, provoquant un retard dans l'avancement et dans le pire des cas, peuvent mettre en danger la sécurité des travailleurs. Enfin, l'infiltration d'eau peut être un gros problème pendant le fonctionnement du tunnel. Du point de vue de la science, avoir accès à des infrastructures souterraines représente une occasion unique d'obtenir des informations géologiques en profondeur et pour échantillonner des eaux autrement inaccessibles. Dans ce travail, nous avons utilisé une approche pluridisciplinaire qui intègre des mesures d'étude hydrogéochimiques effectués sur les eaux de surface et des investigations géophysiques indirects, tels que la tomographic de résistivité électrique (TRE) et les mesures électromagnétiques de type VLF. L'étude complète a été fait en Suisse italienne, basée sur deux grandes infrastructures actuellement en construction, qui sont le tunnel ferroviaire de base du Monte Ceneri, une partie du susmentionné projet Alptransit, situé entièrement dans le canton Tessin, et le tunnel routière de San Fedele, situé a Roveredo dans le canton des Grisons. Le principal objectif était de montrer comment il était possible d'intégrer les deux approches, géophysiques et géochimiques, afin de répondre à la question de ce que pourraient être les effets possibles dû au drainage causés par les travaux souterrains. L'accès aux galeries ci-dessus a permis une validation adéquate des enquêtes menées confirmant, dans chaque cas, les hypothèses proposées. A cette fin, nous avons fait environ 50 profils géophysiques (28 imageries électrique bidimensionnels et 23 électromagnétiques) dans les zones de possible influence par le tunnel, dans le but d'identifier les fractures et les discontinuités dans lesquelles l'eau souterraine peut circuler. De plus, des eaux ont été échantillonnés dans 60 localités situées la surface ainsi que dans les tunnels subjacents, le suivi mensuelle a duré plus d'un an. Nous avons mesurés tous les principaux paramètres physiques et chimiques: débit, conductivité électrique, pH et température. De plus, des échantillons d'eaux ont été prélevés pour l'analyse mensuelle des isotopes stables de l'hydrogène et de l'oxygène (δ2Η, δ180). Avec ces analyses, ainsi que par la mesure des concentrations des gaz rares dissous dans les eaux et de leurs rapports isotopiques que nous avons effectués dans certains cas spécifiques, il était possible d'expliquer l'origine des différents eaux souterraines, les divers modes de recharge des nappes souterraines, la présence de possible phénomènes de mélange et, en général, de mieux expliquer les circulations d'eaux dans le sous-sol. Le travail, même en constituant qu'une réponse partielle à une question très complexe, a permis d'atteindre certains importants objectifs. D'abord, nous avons testé avec succès l'applicabilité des méthodes géophysiques indirectes (TRE et électromagnétiques de type VLF) pour prédire la présence d'eaux souterraines dans le sous-sol des massifs rocheux. De plus, nous avons démontré l'utilité de l'analyse des gaz rares, des isotopes stables et de l'analyses des ions majeurs pour la détection de failles et pour comprendre l'origine des eaux souterraines (eau de pluie par le haut ou eau remontant des profondeurs). En conclusion, avec cette recherche, on a montré que l'intégration des ces informations (géophysiques et géochimiques) permet le développement de modèles conceptuels appropriés, qui permettant d'expliquer comment l'eau souterraine circule. Ces modèles permettent de prévoir les infiltrations d'eau dans les tunnels et de prédire la vulnérabilité de sources et des autres ressources en eau lors de construction de tunnels.

Oculopalatal tremor: variations on a theme by Guillain and Mollaret.

BACKGROUND: Oculopalatal tremor (OPT) is a delayed complication of a brainstem lesion, characterized by involuntary contractions of the soft palate associated with a synchronized ocular pendular nystagmus. MRI reveals inferior olivary nucleus hypersignal/hypertrophy (IONH). Our objective was to refine the clinical profile of patients with OPT and to report a few oddities in both presentation and evolution. METHODS: We performed a retrospective study of patients diagnosed with OPT and a literature search. RESULTS: From our database, we retrieved 5 men and 3 women with a diagnosis of OPT. Eighty-two patients with OPT were retrieved from the literature and were compiled with our series. The average age was 54 years and there was a male predominance. Brainstem vascular lesion was the most common etiology (80%). Prominent vertical pendular nystagmus was found in 90%. Dissociated nystagmus was mostly associated to unilateral contralateral IONH on MRI, while bilateral symmetrical nystagmus was due to a bilateral IONH in the majority of cases. Three oddities were found amongst our 8 patients: prominent nystagmus ipsilateral to IONH; disappearance of IONH on MRI despite persisting nystagmus, and asymptomatic OPT. CONCLUSION: The clinical profile of OPT is rather stereotyped. Rarely do patients deviate from the classical description of OPT.

PixFRET, an ImageJ plug-in for FRET calculation that can accommodate variations in spectral bleed-throughs.

Fluorescence resonance energy transfer (FRET) allows the user to investigate interactions between fluorescent partners. One crucial issue when calculating sensitized emission FRET is the correction for spectral bleed-throughs (SBTs), which requires to calculate the ratios between the intensities in the FRET and in the donor or acceptor settings, when only the donor or acceptor are present. Theoretically, SBT ratios should be constant. However, experimentally, these ratios can vary as a function of fluorophore intensity, and assuming constant values may hinder precise FRET calculation. One possible cause for such a variation is the use of a microscope set-up with different photomultipliers for the donor and FRET channels, a set-up allowing higher speed acquisitions on very dynamic fluorescent molecules in living cells. Herein, we show that the bias introduced by the differential response of the two PMTs can be circumvented by a simple modeling of the SBT ratios as a function of fluorophore intensity. Another important issue when performing FRET is the localization of FRET within the cell or a population of cells. We hence developed a freely available ImageJ plug-in, called PixFRET, that allows a simple and rapid determination of SBT parameters and the display of normalized FRET images. The usefulness of this modeling and of the plug-in are exemplified by the study of FRET in a system where two interacting nuclear receptors labeled with ECFP and EYFP are coexpressed in living cells.

Variations in PROKR2, But Not PROK2, Are Associated With Hypopituitarism and Septo-optic Dysplasia.

Context:Loss-of-function mutations in PROK2 and PROKR2 have been implicated in Kallmann syndrome (KS), characterized by hypogonadotropic hypogonadism and anosmia. Recent data suggest overlapping phenotypes/genotypes between KS and congenital hypopituitarism (CH), including septo-optic dysplasia (SOD).Objective:We screened a cohort of patients with complex forms of CH (n = 422) for mutations in PROK2 and PROKR2.Results:We detected 5 PROKR2 variants in 11 patients with SOD/CH: novel p.G371R and previously reported p.A51T, p.R85L, p.L173R, and p.R268C-the latter 3 being known functionally deleterious variants. Surprisingly, 1 patient with SOD was heterozygous for the p.L173R variant, whereas his phenotypically unaffected mother was homozygous for the variant. We sought to clarify the role of PROKR2 in hypothalamopituitary development through analysis of Prokr2(-/-) mice. Interestingly, these revealed predominantly normal hypothalamopituitary development and terminal cell differentiation, with the exception of reduced LH; this was inconsistent with patient phenotypes and more analogous to the healthy mother, although she did not have KS, unlike the Prokr2(-/-) mice.Conclusions:The role of PROKR2 in the etiology of CH, SOD, and KS is uncertain, as demonstrated by no clear phenotype-genotype correlation; loss-of-function variants in heterozygosity or homozygosity can be associated with these disorders. However, we report a phenotypically normal parent, homozygous for p.L173R. Our data suggest that the variants identified herein are unlikely to be implicated in isolation in these disorders; other genetic or environmental modifiers may also impact on the etiology. Given the phenotypic variability, genetic counseling may presently be inappropriate.

A propos des "small area variations": opérations pour fracture de hanche dans le canton de Vaud. [Small area variations: surgery for hip fractures in the canton of Vaud].

OBJECTIVES: Studies of small area variations of health care utilization are more and more frequent. Such variations are often considered to be an indication of variations in the quality of medical care. The variations in the rate of operations for hip fractures are among the lowest studied to date, due to the fact that a consensus exists concerning this surgery. Our objective is to examine these variations within the context of relatively small and heterogeneous districts. METHOD: Based on anonymous computerized data on public hospital stays, this study describes the variations in population rates (crude and standardized) of operations for hip fracture among the health districts of the Canton of Vaud for the period from 1986 to 1991. District populations vary from 22,000 to 164,000. Using the extremal quotient (EQ), the importance of these variations was determined. RESULTS: The study population consists of 2363 cases, of which 78% are women. Mean age is 80.4 for women and 70.6 for men. Standardized rates of operation for hip fracture per 100,000 in the Canton Vaud for the years 1986 to 1991 are, respectively: 56; 67; 86; 91; 89 and 94. The EQ for the years 1986 to 1991 are respectively: 8.2; 4.0; 3.5; 2.7; 1.9 and 1.9. The high EQ, especially for the earlier years, are contrary to the initial premise of absence of variation. The progressive implementation in the Canton Vaud of VESKA medical statistics could play a role, as could the small size of many of the districts, with resultant instability of rates. CONCLUSIONS: Considering the wide variations shown here for an operation hardly regarded as subject to variations, it is important to exercise caution in interpreting published data of small area variations.

Microsatellite variations of Quercus aquifolioides populations at varying altitudes in the Wolong Natural Reserve of China

Abstract

Climate and sea-level variations along the northwestern Tethyan margin during the Valanginian C-isotope excursion: Mineralogical evidence from the Vocontian Basin (SE France)

A high resolution mineralogical study (bulk-rock and clay-fraction) was carried out upon the hemipelagic strata of the Angles section (Vocontian Basin, SE France) in which the Valanginian positive C-isotope excursion occurs. To investigate sea-level fluctuations and climate change respectively, a Detrital Index (DI: (phyllosilicates and quartz)/calcite) and a Weathering Index (WI: kaolinite/(illite + chlorite)) were established and compared to second-order sea-level fluctuations. In addition, the mineralogical data were compared with the High Nutrient Index (HNI, based on calcareous nannofossil taxa) data obtained by Duchamp-Alphonse et al. (2007), in order to assess the link between the hydrolysis conditions recorded on the surrounding continents and the trophic conditions inferred for the Vocontian Basin. It appears that the mineralogical distribution along the northwestern Tethyan margin is mainly influenced by sea-level changes during the Early Valanginian (Pertransiens to Stephanophorus ammonite Zones) and by climate variations from the late Early Valanginian to the base of the Hauterivian (top of the Stephanophorus to the Radiatus ammonite Zones). The sea-level fall observed in the Pertransiens ammonite Zone (Early Valanginian) is well expressed by an increase in detrital inputs (an increase in the DI) associated with a more proximal source and a shallower marine environment, whereas the sea-level rise recorded in the Stephanophorus ammonite Zone corresponds to a decrease in detrital influx (a decrease in the DI) as the source becomes more distal and the environment deeper. Interpretation of both DI and WI, indicates that the positive C-isotope excursion (top of the Stephanophorus to the Verrucosum ammonite Zones) is associated with an increase of detrital inputs under a stable, warm and humid climate, probably related to greenhouse conditions, the strongest hydrolysis conditions being reached at the maximum of the positive C-isotope excursion. From the Verrucosum ammonite Zone to the base of the Hauterivian (Radiatus ammonite Zone) climatic conditions evolved from weak hydrolysis conditions and, most likely, a cooler climate (resulting in a decrease in detrital inputs) to a seasonal climate in which more humid seasons alternated with more arid ones. The comparison of the WI to the HNI shows that the nutrification recorded al: the Angles section from the top of the Stephanophorus to the Radiatus ammonite Zones (including the positive C-isotope shift), is associated with climatic changes in the source areas. At that time, increased nutrient inputs were generally triggered by increased weathering processes in the source areas due to acceleration in the hydrological cycle under greenhouse conditions This scenario accords with the widely questioned palaeoenvironmental model proposed by Lini et al., (1992) and suggests that increasing greenhouse conditions are the main factor that drove the palaeoenvironmental changes observed in the hemipelagic realm of the Vocontian Basin, during the Valanginian positive C-isotope shift. This high-resolution mineralogical study highlights short-term climatic changes during the Valanginian, probably associated to rapid changes in the C-cycle. Coeval Massive Parana-Etendeka flood basalt eruptions may explain such rapid perturbations. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Genetic factors of obesity and eating disorders: Copy number variations (CNV) involving SH2B1

Context : It is now clearly shown that genetic factors in association with environment play a key role in obesity and eating disorders. This project studies the clinical symptoms and molecular abnormalities in patients carrying a strong hereditary predisposition to obesity and eating behavior disorders. We have previously published the association between the 16:29.5-30.1 deletion and a very penetrant form of morbid obesity and macrocephaly. We have also demonstrated the association between the reciprocal 16:29.5-30.1 duplication and underweight and small head circumference. These 2 studies demonstrate that gene dosage of one or several genes in this region regulates BMI as well as brain growth. At present, there are no data pointing towards particular candidate genes. We are currently investigating a second non-overlapping recurrent CNV encompassing SH2B1, upstream of the aforementioned rearrangement. SNPs in this gene have been associated with BMI in GWAS studies and mice models confirmed this association. Bokuchova et al have reported an association between deletions encompassing this gene and severe early onset obesity, as well as insulin resistance. We are currently collecting and analyzing data to fully characterize the phenotype and the transcriptional patterns associated with this rearrangement. Aims : 1. Identify carriers of any CNVs in the greater 16p11.2 region (between 16:28MB and 32MB) in the EGG consortium. 2. Perform association studies between SNPs in the greater 16p11.2 region (16:28-32MB) and anthropometric measures with adjusted "locus-wide significance", to identify or prioritize candidate genes potentially driving the association observed in patients with the CNVs (and thus worthy of further validation and sequencing). 3. Explore associations between GSV genome-wide and brain volume. 4. Explore relationship between brain volumes (whole brain and regional for those who underwent brain MRI), head circumference and BMI. 5. Extrapolate this procedure to other regions covered by the Metabochip. Methods : - Examine and collect clinical informations, as well as molecular informations in these patients. - Analysis of MRI data in children and adults with BMI > 2SD. Compare changes to MRI data obtained in patients with monogenic forms of obesity (data from Lausanne study) and to underweight (BMI<-2SD) individuals from EGG. - Test whether opposite extremes of the phenotypic distribution may be highly informative Expected results : This is a highly focused study, pertaining to approximately 1 0/00 of the human genome. Yet it is clear that if successful, the lessons learned from this study could be extrapolated to other segments of the genome and would need validation and replication by additional studies. Altogether they will contribute to further explore the missing heritability and point to etiologic genes and pathways underlying these important health burdens.

Nouvelle méhode d'étude en nature des relations spatiales et sociales chez Crocidura russula (Mammalia, Soricidae)

Une méthode de marquage radioactif simultané de deux musaraignes est décrite. Comme instruments, 2 compteurs a scintillation portatifs et un dispositif d'enregistrement automatique à 20 sondes ont été utilisés. Les musaraignes ont été respectivement marquées avec un filament de 100 µ Ci et 600 µ Ci. Avant l'enregistrement simultané il faut déterminer pour chaque individu le domaine vital et l'emplacement des nids et calibrer les instruments. Cette technique est appliquée à une population de Crocidura russula. Elle permet d'étudier les relations spatio-temporelles des individus durant leur activité et repos (occupation commune d'un nid).

Conservation of the Eurasian Lynx (Lynx lynx) in a fragmented landscape - habitat models, dispersal and potential distribution

Abstract: The expansion of a recovering population - whether re-introduced or spontaneously returning - is shaped by (i) biological (intrinsic) factors such as the land tenure system or dispersal, (ii) the distribution and availability of resources (e.g. prey), (iii) habitat and landscape features, and (iv) human attitudes and activities. In order to develop efficient conservation and recovery strategies, we need to understand all these factors and to predict the potential distribution and explore ways to reach it. An increased number of lynx in the north-western Swiss Alps in the nineties lead to a new controversy about the return of this cat. When the large carnivores were given legal protection in many European countries, most organizations and individuals promoting their protection did not foresee the consequences. Management plans describing how to handle conflicts with large predators are needed to find a balance between "overabundance" and extinction. Wildlife and conservation biologists need to evaluate the various threats confronting populations so that adequate management decisions can be taken. I developed a GIS probability model for the lynx, based on habitat information and radio-telemetry data from the Swiss Jura Mountains, in order to predict the potential distribution of the lynx in this mountain range, which is presently only partly occupied by lynx. Three of the 18 variables tested for each square kilometre describing land use, vegetation, and topography, qualified to predict the probability of lynx presence. The resulting map was evaluated with data from dispersing subadult lynx. Young lynx that were not able to establish home ranges in what was identified as good lynx habitat did not survive their first year of independence, whereas the only one that died in good lynx habitat was illegally killed. Radio-telemetry fixes are often used as input data to calibrate habitat models. Radio-telemetry is the only way to gather accurate and unbiased data on habitat use of elusive larger terrestrial mammals. However, it is time consuming and expensive, and can therefore only be applied in limited areas. Habitat models extrapolated over large areas can in turn be problematic, as habitat characteristics and availability may change from one area to the other. I analysed the predictive power of Ecological Niche Factor Analysis (ENFA) in Switzerland with the lynx as focal species. According to my results, the optimal sampling strategy to predict species distribution in an Alpine area lacking available data would be to pool presence cells from contrasted regions (Jura Mountains, Alps), whereas in regions with a low ecological variance (Jura Mountains), only local presence cells should be used for the calibration of the model. Dispersal influences the dynamics and persistence of populations, the distribution and abundance of species, and gives the communities and ecosystems their characteristic texture in space and time. Between 1988 and 2001, the spatio-temporal behaviour of subadult Eurasian lynx in two re-introduced populations in Switzerland was studied, based on 39 juvenile lynx of which 24 were radio-tagged to understand the factors influencing dispersal. Subadults become independent from their mothers at the age of 8-11 months. No sex bias neither in the dispersal rate nor in the distance moved was detected. Lynx are conservative dispersers, compared to bear and wolf, and settled within or close to known lynx occurrences. Dispersal distances reached in the high lynx density population - shorter than those reported in other Eurasian lynx studies - are limited by habitat restriction hindering connections with neighbouring metapopulations. I postulated that high lynx density would lead to an expansion of the population and validated my predictions with data from the north-western Swiss Alps where about 1995 a strong increase in lynx abundance took place. The general hypothesis that high population density will foster the expansion of the population was not confirmed. This has consequences for the re-introduction and recovery of carnivores in a fragmented landscape. To establish a strong source population in one place might not be an optimal strategy. Rather, population nuclei should be founded in several neighbouring patches. Exchange between established neighbouring subpopulations will later on take place, as adult lynx show a higher propensity to cross barriers than subadults. To estimate the potential population size of the lynx in the Jura Mountains and to assess possible corridors between this population and adjacent areas, I adapted a habitat probability model for lynx distribution in the Jura Mountains with new environmental data and extrapolated it over the entire mountain range. The model predicts a breeding population ranging from 74-101 individuals and from 51-79 individuals when continuous habitat patches < 50 km2 are disregarded. The Jura Mountains could once be part of a metapopulation, as potential corridors exist to the adjoining areas (Alps, Vosges Mountains, and Black Forest). Monitoring of the population size, spatial expansion, and the genetic surveillance in the Jura Mountains must be continued, as the status of the population is still critical. ENFA was used to predict the potential distribution of lynx in the Alps. The resulting model divided the Alps into 37 suitable habitat patches ranging from 50 to 18,711 km2, covering a total area of about 93,600 km2. When using the range of lynx densities found in field studies in Switzerland, the Alps could host a population of 961 to 1,827 residents. The results of the cost-distance analysis revealed that all patches were within the reach of dispersing lynx, as the connection costs were in the range of dispersal cost of radio-tagged subadult lynx moving through unfavorable habitat. Thus, the whole Alps could once be considered as a metapopulation. But experience suggests that only few disperser will cross unsuitable areas and barriers. This low migration rate may seldom allow the spontaneous foundation of new populations in unsettled areas. As an alternative to natural dispersal, artificial transfer of individuals across the barriers should be considered. Wildlife biologists can play a crucial role in developing adaptive management experiments to help managers learning by trial. The case of the lynx in Switzerland is a good example of a fruitful cooperation between wildlife biologists, managers, decision makers and politician in an adaptive management process. This cooperation resulted in a Lynx Management Plan which was implemented in 2000 and updated in 2004 to give the cantons directives on how to handle lynx-related problems. This plan was put into practice e.g. in regard to translocation of lynx into unsettled areas. Résumé: L'expansion d'une population en phase de recolonisation, qu'elle soit issue de réintroductions ou d'un retour naturel dépend 1) de facteurs biologiques tels que le système social et le mode de dispersion, 2) de la distribution et la disponibilité des ressources (proies), 3) de l'habitat et des éléments du paysage, 4) de l'acceptation de l'espèce par la population locale et des activités humaines. Afin de pouvoir développer des stratégies efficaces de conservation et de favoriser la recolonisation, chacun de ces facteurs doit être pris en compte. En plus, la distribution potentielle de l'espèce doit pouvoir être déterminée et enfin, toutes les possibilités pour atteindre les objectifs, examinées. La phase de haute densité que la population de lynx a connue dans les années nonante dans le nord-ouest des Alpes suisses a donné lieu à une controverse assez vive. La protection du lynx dans de nombreux pays européens, promue par différentes organisations, a entraîné des conséquences inattendues; ces dernières montrent que tout plan de gestion doit impérativement indiquer des pistes quant à la manière de gérer les conflits, tout en trouvant un équilibre entre l'extinction et la surabondance de l'espèce. Les biologistes de la conservation et de la faune sauvage doivent pour cela évaluer les différents risques encourus par les populations de lynx, afin de pouvoir rapidement prendre les meilleuresmdécisions de gestion. Un modèle d'habitat pour le lynx, basé sur des caractéristiques de l'habitat et des données radio télémétriques collectées dans la chaîne du Jura, a été élaboré afin de prédire la distribution potentielle dans cette région, qui n'est que partiellement occupée par l'espèce. Trois des 18 variables testées, décrivant pour chaque kilomètre carré l'utilisation du sol, la végétation ainsi que la topographie, ont été retenues pour déterminer la probabilité de présence du lynx. La carte qui en résulte a été comparée aux données télémétriques de lynx subadultes en phase de dispersion. Les jeunes qui n'ont pas pu établir leur domaine vital dans l'habitat favorable prédit par le modèle n'ont pas survécu leur première année d'indépendance alors que le seul individu qui est mort dans l'habitat favorable a été braconné. Les données radio-télémétriques sont souvent utilisées pour l'étalonnage de modèles d'habitat. C'est un des seuls moyens à disposition qui permette de récolter des données non biaisées et précises sur l'occupation de l'habitat par des mammifères terrestres aux moeurs discrètes. Mais ces méthodes de- mandent un important investissement en moyens financiers et en temps et peuvent, de ce fait, n'être appliquées qu'à des zones limitées. Les modèles d'habitat sont ainsi souvent extrapolés à de grandes surfaces malgré le risque d'imprécision, qui résulte des variations des caractéristiques et de la disponibilité de l'habitat d'une zone à l'autre. Le pouvoir de prédiction de l'Analyse Ecologique de la Niche (AEN) dans les zones où les données de présence n'ont pas été prises en compte dans le calibrage du modèle a été analysée dans le cas du lynx en Suisse. D'après les résultats obtenus, la meilleure mé- thode pour prédire la distribution du lynx dans une zone alpine dépourvue d'indices de présence est de combiner des données provenant de régions contrastées (Alpes, Jura). Par contre, seules les données sur la présence locale de l'espèce doivent être utilisées pour les zones présentant une faible variance écologique tel que le Jura. La dispersion influence la dynamique et la stabilité des populations, la distribution et l'abondance des espèces et détermine les caractéristiques spatiales et temporelles des communautés vivantes et des écosystèmes. Entre 1988 et 2001, le comportement spatio-temporel de lynx eurasiens subadultes de deux populations réintroduites en Suisse a été étudié, basé sur le suivi de 39 individus juvéniles dont 24 étaient munis d'un collier émetteur, afin de déterminer les facteurs qui influencent la dispersion. Les subadultes se sont séparés de leur mère à l'âge de 8 à 11 mois. Le sexe n'a pas eu d'influence sur le nombre d'individus ayant dispersés et la distance parcourue au cours de la dispersion. Comparé à l'ours et au loup, le lynx reste très modéré dans ses mouvements de dispersion. Tous les individus ayant dispersés se sont établis à proximité ou dans des zones déjà occupées par des lynx. Les distances parcourues lors de la dispersion ont été plus courtes pour la population en phase de haute densité que celles relevées par les autres études de dispersion du lynx eurasien. Les zones d'habitat peu favorables et les barrières qui interrompent la connectivité entre les populations sont les principales entraves aux déplacements, lors de la dispersion. Dans un premier temps, nous avons fait l'hypothèse que les phases de haute densité favorisaient l'expansion des populations. Mais cette hypothèse a été infirmée par les résultats issus du suivi des lynx réalisé dans le nord-ouest des Alpes, où la population connaissait une phase de haute densité depuis 1995. Ce constat est important pour la conservation d'une population de carnivores dans un habitat fragmenté. Ainsi, instaurer une forte population source à un seul endroit n'est pas forcément la stratégie la plus judicieuse. Il est préférable d'établir des noyaux de populations dans des régions voisines où l'habitat est favorable. Des échanges entre des populations avoisinantes pourront avoir lieu par la suite car les lynx adultes sont plus enclins à franchir les barrières qui entravent leurs déplacements que les individus subadultes. Afin d'estimer la taille de la population de lynx dans le Jura et de déterminer les corridors potentiels entre cette région et les zones avoisinantes, un modèle d'habitat a été utilisé, basé sur un nouveau jeu de variables environnementales et extrapolé à l'ensemble du Jura. Le modèle prédit une population reproductrice de 74 à 101 individus et de 51 à 79 individus lorsque les surfaces d'habitat d'un seul tenant de moins de 50 km2 sont soustraites. Comme des corridors potentiels existent effectivement entre le Jura et les régions avoisinantes (Alpes, Vosges, et Forêt Noire), le Jura pourrait faire partie à l'avenir d'une métapopulation, lorsque les zones avoisinantes seront colonisées par l'espèce. La surveillance de la taille de la population, de son expansion spatiale et de sa structure génétique doit être maintenue car le statut de cette population est encore critique. L'AEN a également été utilisée pour prédire l'habitat favorable du lynx dans les Alpes. Le modèle qui en résulte divise les Alpes en 37 sous-unités d'habitat favorable dont la surface varie de 50 à 18'711 km2, pour une superficie totale de 93'600 km2. En utilisant le spectre des densités observées dans les études radio-télémétriques effectuées en Suisse, les Alpes pourraient accueillir une population de lynx résidents variant de 961 à 1'827 individus. Les résultats des analyses de connectivité montrent que les sous-unités d'habitat favorable se situent à des distances telles que le coût de la dispersion pour l'espèce est admissible. L'ensemble des Alpes pourrait donc un jour former une métapopulation. Mais l'expérience montre que très peu d'individus traverseront des habitats peu favorables et des barrières au cours de leur dispersion. Ce faible taux de migration rendra difficile toute nouvelle implantation de populations dans des zones inoccupées. Une solution alternative existe cependant : transférer artificiellement des individus d'une zone à l'autre. Les biologistes spécialistes de la faune sauvage peuvent jouer un rôle important et complémentaire pour les gestionnaires de la faune, en les aidant à mener des expériences de gestion par essai. Le cas du lynx en Suisse est un bel exemple d'une collaboration fructueuse entre biologistes de la faune sauvage, gestionnaires, organes décisionnaires et politiciens. Cette coopération a permis l'élaboration du Concept Lynx Suisse qui est entré en vigueur en 2000 et remis à jour en 2004. Ce plan donne des directives aux cantons pour appréhender la problématique du lynx. Il y a déjà eu des applications concrètes sur le terrain, notamment par des translocations d'individus dans des zones encore inoccupées.

Sulfur isotope variations from orebody to hand-specimen scale at the Mezica lead-zinc deposit, Slovenia: a predominantly biogenic pattern

The Mississippi Valley-type (MVT) Pb-Zn ore district at Mezica is hosted by Middle to Upper Triassic platform carbonate rocks in the Northern Karavanke/Drau Range geotectonic units of the Eastern Alps, northeastern Slovenia. The mineralization at Mezica covers an area of 64 km(2) with more than 350 orebodies and numerous galena and sphalerite occurrences, which formed epigenetically, both conformable and discordant to bedding. While knowledge on the style of mineralization has grown considerably, the origin of discordant mineralization is still debated. Sulfur stable isotope analyses of 149 sulfide samples from the different types of orebodies provide new insights on the genesis of these mineralizations and their relationship. Over the whole mining district, sphalerite and galena have delta(34)S values in the range of -24.7 to -1.5% VCDT (-13.5 +/- 5.0%) and -24.7 to -1.4% (-10.7 +/- 5.9%), respectively. These values are in the range of the main MVT deposits of the Drau Range. All sulfide delta(34)S values are negative within a broad range, with delta(34)S(pyrite) < delta(34)S(sphalerite) < delta(34)S(galena) for both conformable and discordant orebodies, indicating isotopically heterogeneous H(2)S in the ore-forming fluids and precipitation of the sulfides at thermodynamic disequilibrium. This clearly supports that the main sulfide sulfur originates from bacterially mediated reduction (BSR) of Middle to Upper Triassic seawater sulfate or evaporite sulfate. Thermochemical sulfate reduction (TSR) by organic compounds contributed a minor amount of (34)S-enriched H(2)S to the ore fluid. The variations of delta(34)S values of galena and coarse-grained sphalerite at orefield scale are generally larger than the differences observed in single hand specimens. The progressively more negative delta(34)S values with time along the different sphalerite generations are consistent with mixing of different H(2)S sources, with a decreasing contribution of H(2)S from regional TSR, and an increase from a local H(2)S reservoir produced by BSR (i.e., sedimentary biogenic pyrite, organo-sulfur compounds). Galena in discordant ore (-11.9 to -1.7%; -7.0 +/- 2.7%, n=12) tends to be depleted in (34)S compared with conformable ore (-24.7 to -2.8%, -11.7 +/- 6.2%, n=39). A similar trend is observed from fine-crystalline sphalerite I to coarse open-space filling sphalerite II. Some variation of the sulfide delta(34)S values is attributed to the inherent variability of bacterial sulfate reduction, including metabolic recycling in a locally partially closed system and contribution of H(2)S from hydrolysis of biogenic pyrite and thermal cracking of organo-sulfur compounds. The results suggest that the conformable orebodies originated by mixing of hydrothermal saline metal-rich fluid with H(2)S-rich pore waters during late burial diagenesis, while the discordant orebodies formed by mobilization of the earlier conformable mineralization.

Evolutionary ecology of the colour-dimorphic rewardless orchid "Dactylorhiza sambucina"

Abstract Phenotypic polymorphism is an ideal system to study natural selection in wild populations, because it allows tracking population genetic changes by means of phenotypic changes. A wide variety of polymorphic traits have been studied in numerous animals and plants, as for example colour patterns in moths, snails and birds, human laterality, male reproductive strategies, plant morphology or mating systems. This thesis focused on Dactylorhiza sarnbucina, a rewardless European orchid species, showing a striking flower colour polymorphism, with either yellow or red flowered individuals co-occurring in natural populations. Several studies have investigated its evolutionary ecology since Nilsson's seminal paper in 1980, with a particular emphasis in the evolution and maintenance of its colour polymorphism. One of the main selective forces proposed to maintain this colour polymorphism was pollinator driven negative frequency-dependent selection (NFDS), when each morph is advantaged when rare, and comparatively disadvantaged when common. However, other investigators have recently questioned the occurrence of NFDS, and proposed alternatively that fluctuating selection may maintain this colour polymorphism. In this thesis, we aimed at reviewing and synthesizing these different studies, and also brought our contribution on D. sambucina reproductive ecology. Because numerous hypotheses have still to be tested, we concluded by saying that we are a long way from understanding the evolution and dynamics of colour polymorphism in natural D. sambucina populations. Beside the debated question of colour polymorphism maintenance, one question remained to be tested: what are the consequences of polymorphism per se. We experimentally addressed this question using artificial populations of D. sambucina, and found no relationship between population phenotypic diversity and orchid pollination success. This finding suggest that polymorphism itself was not an advantage for deceptive species such D sambucina, contrarily to the expectations. Finally, we suggest potential research perspectives that could allow a better understanding of the evolutionary ecology of this species. Résumé Le polymorphisme phénotypique est un système biologique idéal pour étudier l'action de la sélection en populations naturelles, grâce à la possibilité de suivre les changements génétiques de la population en étudiant les phénotypes des individus. De très nombreuses études ont montré du polymorphisme phénotypique chez les animaux, par exemple la latéralité chez l'Homme, la coloration des escargots ou des oiseaux. Dans le règne végétal, le polymorphisme est souvent associé à des traits du système de reproduction. Cette thèse est centrée sur une espèce d'orchidée Européenne qui ne produit pas de nectar, Dactylorhiza sambucina. Cette espèce présente des individus à fleurs jaunes et des individus à fleurs rouge, généralement présents en mélange dans les populations naturelles. Plusieurs études ont investigué l'écologie évolutive de cette espèce depuis 25 ans, avec comme thème central l'évolution et le maintien de ce polymorphisme. La principale force sélective proposée pour maintenir ce polymorphisme de couleur est la sélection fréquence-dépendante, exercée par le comportement des pollinisateurs. Chacun des deux variants de couleur est favorisé quand il est rare, et défavorisé quand il devient commun. Bien que ce mécanisme semble agir, certains auteurs doutent de son importance, et ont proposé que les variations temporelles ou spatiales des forces de sélection puisse maintenir le polymorphisme de couleur chez D. sambucina. Dans cette thèse, nous avons voulu résumer et synthétiser les résultats de ces différentes études, et aussi présenter des données nouvelles concernant la reproduction de cette espèce. À la vue de ces résultats, il apparait que de nombreux points nécessitent des expériences complémentaires, et que la compréhension de ce système biologique est encore fragmentaire. Nous nous sommes également intéressés à une question laissée en suspens dans la littérature: le polymorphisme de couleur en soit confère-t-il un avantage à l'espèce, comme proposé par certains auteurs? En construisant des populations artificielles de D. sambucina, nous avons pu montrer que le polymorphisme de couleur n'augmente pas le succès reproducteur de l'espèce. Nous terminons ce travail de recherche en proposant plusieurs axes de recherche pouvant conduire à une meilleure compréhension de l'écologie et de l'évolution de cette espèce.