Spatial competition induces the mobilization of morula cells in the colonial ascidian Didemnum perlucidum (Tunicata: Didemnidae)

The effects of spatial competition among colonial marine organisms are often evident in the contact zones between colonies. These effects are especially pronounced when the interaction results in overgrowth or necrosis of one of the competitors. Ascidians, one of the dominant taxonomic groups in subtidal sessile communities, have specialized morula cells that provide a defense against microbial infections. Injuries resulting from interspecific competitive interactions might also act as a stimulus for this defensive mechanism. Therefore, we expected to see the recruitment of morula cells in tissues near competitor contact zones. To test the hypothesis that spatial competition elicits this immune response, we placed colonies of the ascidian Didemnum perlucidum from southeastern Brazil in four different types of competitive situations: (1) overgrowth of the competitor, (2) stand-off interactions, (3) overgrowth by the competitor, and (4) free of competitors. Our results indicate that competitive interactions increase the population of morula cells in contact zones, as more cells were observed in interactions that resulted in the overgrowth of individuals of D. perlucidum, and fewer cells were observed in colonies that were free of competitors. We identified the defensive function of the morula cells by showing the presence of the enzyme phenoloxidase within its vacuoles. Phenoloxidase is a widespread enzyme among animals and plants, and is frequently used in defense by synthesizing toxic quinones from polyphenol substrates. This is the first study to document the presence of morula cells in didemnid ascidians and the mobilization of these cells by spatial competition by heterospecifics, and one of the first studies to identify phenoloxidase activity in morula cells.

Mixed colonies of two species of congeneric stingless bees (Hymenoptera: Apinae, Meliponini) display environmentally-acquired and endogenously-produced recognition signals

Nestmate recognition is fundamental for the maintenance of social organization in insect nests. It is becoming well recognized that cuticle hydrocarbons mediate the recognition process, although the origin of recognition cues in stingless bees remains poorly explored. The present study investigates the effects of endogenously-produced and environmentally-acquired components in cuticular hydrocarbons in stingless bees. The tests are conducted using colonies of Plebeia droryana Friese and Plebeia remota Holmberg. Recognition tests are performed with four different groups: conspecific nestmates, conspecific non-nestmates, heterospecifics and conspecific, genetically-related individuals that emerge in a heterospecific nest. This last group is produced by introducing brood cells of P. droryana into a P. remota colony, and the resulting adult bees are tested for acceptance 10 days after emergence. For all groups, 15 individuals are sampled for chemical analysis. The results show the acceptance of all conspecific nestmates, and the rejection of almost every conspecific non-nestmate and every heterospecific bee. Genetically-related individuals emerging from heterospecific nests present intermediate rejection (66.7% rejection). Chemical analysis shows that P. droryana individuals emerging in a P. remota nest have small amounts of alkene and diene isomers found in P. remota cuticle that are not found in workers from the natal nest. The data clearly show that the majority of the compounds present in P. droryana cuticle are endogenously produced, although a few unsaturated compounds are acquired from the environment, increasing the chemical differences and, consequently, the rejection percentages.

First record of chemical signals from the queen during the oviposition process in stingless bees

In stingless bees, the cell provisioning and oviposition process consists of several integrated behavioral sequences and several stereotyped queen-worker interactions. This study aims to demonstrate that chemical signals originating from the queen may contribute as cues for the sequence of the oviposition process in Melipona marginata. For this, we analyzed the cell before and after queen laying, and compared them with the cuticular hydrocarbons of the queen's abdomen, using a gas-chromatography and mass spectrometry system.

Hox Gene Expression Leads to Differential Hind Leg Development between Honeybee Castes

Beyond the physiological and behavioural, differences in appendage morphology between the workers and queens of Apis mellifera are pre-eminent. The hind legs of workers, which are highly specialized pollinators, deserve special attention. The hind tibia of worker has an expanded bristle-free region used for carrying pollen and propolis, the corbicula. In queens this structure is absent. Although the morphological differences are well characterized, the genetic inputs driving the development of this alternative morphology remain unknown. Leg phenotype determination takes place between the fourth and fifth larval instar and herein we show that the morphogenesis is completed at brown-eyed pupa. Using results from the hybridization of whole genome-based oligonucleotide arrays with RNA samples from hind leg imaginal discs of pre-pupal honeybees of both castes we present a list of 200 differentially expressed genes. Notably, there are castes preferentially expressed cuticular protein genes and members of the P450 family. We also provide results of qPCR analyses determining the developmental transcription profiles of eight selected genes, including abdominal-A, distal-less and ultrabithorax (Ubx), whose roles in leg development have been previously demonstrated in other insect models. Ubx expression in workers hind leg is approximately 25 times higher than in queens. Finally, immunohistochemistry assays show that Ubx localization during hind leg development resembles the bristles localization in the tibia/basitarsus of the adult legs in both castes. Our data strongly indicate that the development of the hind legs diphenism characteristic of this corbiculate species is driven by a set of caste-preferentially expressed genes, such as those encoding cuticular protein genes, P450 and Hox proteins, in response to the naturally different diets offered to honeybees during the larval period.

The role of wax and resin in the nestmate recognition system of a stingless bee, Tetragonisca angustula

Recent research has shown that entrance guards of the stingless bee Tetragonisca angustula make less errors in distinguishing nestmates from non-nestmates than all other bee species studied to date, but how they achieve this is unknown. We performed four experiments to investigate nestmate recognition by entrance guards in T. angustula. We first investigated the effect of colony odours on acceptance. Nestmates that acquired odour from non-nestmate workers were 63% more likely to be rejected while the acceptance rate of non-nestmates treated with nestmate odour increased by only 7%. We further hypothesised that guards standing on the wax entrance tube might use the tube as an odour referent. However, our findings showed that there was no difference in the acceptance of non-nestmates by guards standing on their own colony's entrance tube versus the non-nestmate's entrance tube. Moreover, treatment of bees with nestmate and non-nestmate resin or wax had a negative effect on acceptance rates of up to 65%, regardless of the origin of the wax or resin. The role of resin as a source of recognition cues was further investigated by unidirectionally transferring resin stores between colonies. Acceptance rates of nestmates declined by 37% for hives that donated resin, contrasting with resin donor hives where acceptance of non-nestmates increased by 21%. Overall, our results confirm the accuracy of nestmate recognition in T. angustula and reject the hypothesis that this high level of accuracy is due to the use of the wax entrance tubes as a referent for colony odour. Our findings also suggest that odours directly acquired from resin serve no primary function as nestmate recognition cues. The lack of consistency among colonies plus the complex results of the third and fourth experiments highlight the need for further research on the role of nest materials and cuticular profiles in understanding nestmate recognition in T. angustula.

Genes involved in thoracic exoskeleton formation during the pupal-to-adult molt in a social insect model, Apis mellifera

Background: The insect exoskeleton provides shape, waterproofing, and locomotion via attached somatic muscles. The exoskeleton is renewed during molting, a process regulated by ecdysteroid hormones. The holometabolous pupa transforms into an adult during the imaginal molt, when the epidermis synthe3sizes the definitive exoskeleton that then differentiates progressively. An important issue in insect development concerns how the exoskeletal regions are constructed to provide their morphological, physiological and mechanical functions. We used whole-genome oligonucleotide microarrays to screen for genes involved in exoskeletal formation in the honeybee thoracic dorsum. Our analysis included three sampling times during the pupal-to-adult molt, i.e., before, during and after the ecdysteroid-induced apolysis that triggers synthesis of the adult exoskeleton. Results: Gene ontology annotation based on orthologous relationships with Drosophila melanogaster genes placed the honeybee differentially expressed genes (DEGs) into distinct categories of Biological Process and Molecular Function, depending on developmental time, revealing the functional elements required for adult exoskeleton formation. Of the 1,253 unique DEGs, 547 were upregulated in the thoracic dorsum after apolysis, suggesting induction by the ecdysteroid pulse. The upregulated gene set included 20 of the 47 cuticular protein (CP) genes that were previously identified in the honeybee genome, and three novel putative CP genes that do not belong to a known CP family. In situ hybridization showed that two of the novel genes were abundantly expressed in the epidermis during adult exoskeleton formation, strongly implicating them as genuine CP genes. Conserved sequence motifs identified the CP genes as members of the CPR, Tweedle, Apidermin, CPF, CPLCP1 and Analogous-to-Peritrophins families. Furthermore, 28 of the 36 muscle-related DEGs were upregulated during the de novo formation of striated fibers attached to the exoskeleton. A search for cis-regulatory motifs in the 5′-untranslated region of the DEGs revealed potential binding sites for known transcription factors. Construction of a regulatory network showed that various upregulated CP- and muscle-related genes (15 and 21 genes, respectively) share common elements, suggesting co-regulation during thoracic exoskeleton formation. Conclusions: These findings help reveal molecular aspects of rigid thoracic exoskeleton formation during the ecdysteroid-coordinated pupal-to-adult molt in the honeybee.

La comunicazione chimica in Blattaria: contributo al miglioramento della lotta

CHEMICAL COMMUNICATION IN BLATTARIA: CONTRIBUTION TO THE IMPROVEMENT OF THE CONTROL TECNIQUES The management of cockroach infestations in urban environment has undergone some changes in recent years by moving to the predominant use of baits, thanks to the awareness of the risks connected with the use of spray insecticides. The effectiveness of a bait is determined by the collective performance of its components, including active and inert ingredients, the food attractant and any other attractive odour. This research has focused on the behavioral responses of Italian sinanthropic cockroaches to semiochemicals and food attractants, for the purpose of evaluating a possible practical application and of contributing to the improvement of control techniques. Behavioral and morphological studies have been carried out on Supella longipalpa (F.), a small cockroach that is spreading in Italy. Behavioral assays showed that the fourth and fifth tergites of females are significantly more attractive than other region of the body. Cuticular pores and ducts ending in glandular structures (observed with a S.E.M. = Scanning Electron Microscope) are present in large number on these tergites, suggesting that they could be involved in the production and the release of sexual pheromone. Cockroaches produce an aggregation pheromone that is excreted along with their frass and that consists of volatile and non-volatile compounds, mainly amines and steroidal glycosides. The effectiveness of faecal extracts obtained from excrements of Blattella germanica (L.), Blatta orientalis L., Periplaneta americana (L.) and S. longipalpa was evaluated, both at intraspecific and interspecific level, using a "Y" tube olfactometer. Bioassays showed that faecal extracts obtained with methanol have a good intraspecific attractiveness and, in some cases, they showed also interspecific behavioral responses. A gel was prepared, having physical characteristics that could give a good resistance to dehydration, as a potential basis for a new bait; the gel was then added faecal extracts, obtained with methanol from B. germanica and S. longipalpa frass. Arena-tests showed that the new gel containing faecal extracts is more attractive than some commercial gel formulations used as comparison: it was the only product that could attract 100% of insects placed in the arenas in 4-5 days. In conclusion, the substances involved in chemical communication of Blattaria may be able to effectively increase the attractiveness of products for monitoring and controlling cockroaches.

Modeling surface-atmosphere exchange of trace gases and energy within and above the Amazon rain forest

Die vorliegende Dissertation untersucht die biogeochemischen Vorgänge in der Vegetationsschicht (Bestand) und die Rückkopplungen zwischen physiologischen und physikalischen Umweltprozessen, die das Klima und die Chemie der unteren Atmosphäre beeinflussen. Ein besondere Schwerpunkt ist die Verwendung theoretischer Ansätze zur Quantifizierung des vertikalen Austauschs von Energie und Spurengasen (Vertikalfluss) unter besonderer Berücksichtigung der Wechselwirkungen der beteiligten Prozesse. Es wird ein differenziertes Mehrschicht-Modell der Vegetation hergeleitet, implementiert, für den amazonischen Regenwald parametrisiert und auf einen Standort in Rondonia (Südwest Amazonien) angewendet, welches die gekoppelten Gleichungen zur Energiebilanz der Oberfläche und CO2-Assimilation auf der Blattskala mit einer Lagrange-Beschreibung des Vertikaltransports auf der Bestandesskala kombiniert. Die hergeleiteten Parametrisierungen beinhalten die vertikale Dichteverteilung der Blattfläche, ein normalisiertes Profil der horizontalen Windgeschwindigkeit, die Lichtakklimatisierung der Photosynthesekapazität und den Austausch von CO2 und Wärme an der Bodenoberfläche. Desweiteren werden die Berechnungen zur Photosynthese, stomatären Leitfähigkeit und der Strahlungsabschwächung im Bestand mithilfe von Feldmessungen evaluiert. Das Teilmodell zum Vertikaltransport wird im Detail unter Verwendung von 222-Radon-Messungen evaluiert. Die ``Vorwärtslösung'' und der ``inverse Ansatz'' des Lagrangeschen Dispersionsmodells werden durch den Vergleich von beobachteten und vorhergesagten Konzentrationsprofilen bzw. Bodenflüssen bewertet. Ein neuer Ansatz wird hergeleitet, um die Unsicherheiten des inversen Ansatzes aus denjenigen des Eingabekonzentrationsprofils zu quantifizieren. Für nächtliche Bedingungen wird eine modifizierte Parametrisierung der Turbulenz vorgeschlagen, welche die freie Konvektion während der Nacht im unteren Bestand berücksichtigt und im Vergleich zu früheren Abschätzungen zu deutlich kürzeren Aufenthaltszeiten im Bestand führt. Die vorhergesagte Stratifizierung des Bestandes am Tage und in der Nacht steht im Einklang mit Beobachtungen in dichter Vegetation. Die Tagesgänge der vorhergesagten Flüsse und skalaren Profile von Temperatur, H2O, CO2, Isopren und O3 während der späten Regen- und Trockenzeit am Rondonia-Standort stimmen gut mit Beobachtungen überein. Die Ergebnisse weisen auf saisonale physiologische Änderungen hin, die sich durch höhere stomatäre Leitfähigkeiten bzw. niedrigere Photosyntheseraten während der Regen- und Trockenzeit manifestieren. Die beobachteten Depositionsgeschwindigkeiten für Ozon während der Regenzeit überschreiten diejenigen der Trockenzeit um 150-250%. Dies kann nicht durch realistische physiologische Änderungen erklärt werden, jedoch durch einen zusätzlichen cuticulären Aufnahmemechanismus, möglicherweise an feuchten Oberflächen. Der Vergleich von beobachteten und vorhergesagten Isoprenkonzentrationen im Bestand weist auf eine reduzierte Isoprenemissionskapazität schattenadaptierter Blätter und zusätzlich auf eine Isoprenaufnahme des Bodens hin, wodurch sich die globale Schätzung für den tropischen Regenwald um 30% reduzieren würde. In einer detaillierten Sensitivitätsstudie wird die VOC Emission von amazonischen Baumarten unter Verwendung eines neuronalen Ansatzes in Beziehung zu physiologischen und abiotischen Faktoren gesetzt. Die Güte einzelner Parameterkombinationen bezüglich der Vorhersage der VOC Emission wird mit den Vorhersagen eines Modells verglichen, das quasi als Standardemissionsalgorithmus für Isopren dient und Licht sowie Temperatur als Eingabeparameter verwendet. Der Standardalgorithmus und das neuronale Netz unter Verwendung von Licht und Temperatur als Eingabeparameter schneiden sehr gut bei einzelnen Datensätzen ab, scheitern jedoch bei der Vorhersage beobachteter VOC Emissionen, wenn Datensätze von verschiedenen Perioden (Regen/Trockenzeit), Blattentwicklungsstadien, oder gar unterschiedlichen Spezies zusammengeführt werden. Wenn dem Netzwerk Informationen über die Temperatur-Historie hinzugefügt werden, reduziert sich die nicht erklärte Varianz teilweise. Eine noch bessere Leistung wird jedoch mit physiologischen Parameterkombinationen erzielt. Dies verdeutlicht die starke Kopplung zwischen VOC Emission und Blattphysiologie.

Aktivierung von Hämocyanin zur Tyrosinase

Ziel der Arbeit war die enzymatische Aktivierung von Cheliceraten-Hämocyanin zur Erforschung ihrer Phenoloxidase-Aktivität. Hierzu wurden zwei Hämocyanine in vergleichenden Untersuchungen herangezogen: Das bekannte 24-mer aus der Spinne Eurypelma californicum und das ebenfalls 24-mere Hämocyanin des Skorpions Pandinus imperator, dessen Struktur hier aufgeklärt wurde. Elektronenmikroskopisch und in der dynamischer Lichtstreuung sind sich beide Hämocyanine sehr ähnlich und sedimentieren bei analytischer Ultrazentrifugation ebenfalls in gleicher Weise (Sedimentationskoeffizient von 37 S (S20, W)). Durch Dissoziation im alkalischen Milieu gewinnt man bis zu zwölf Untereinheiten, von denen sich neun immunologisch unterscheiden lassen. Das absorptionsspektroskopische Verhalten von P. imperator- und E. californicum-Hämocyanin sowie Sekundärstrukturanalyse mittels CD-Spektroskopie ist nahezu identisch. Die Stabilität des Hämocyanins gegenüber Temperatur und Denaturierungsmitteln wurde mit Circulardichroismus- und Fluoreszenzspektroskopie sowie durch die enzymatische Aktivität untersucht. Erstmals konnten die Hämocyanine von P. imperator und E. californicum nicht nur zu einer stabilen Diphenoloxidase umgewandelt werden, sondern auch eine Monophenolhydroxylase-Aktivität induziert und reguliert werden. Für letztere Aktivität ist dabei die Präsenz von Tris- oder Hepes-Puffer wesentlich. Während sich die Monophenolhydroxylase-Aktivität nur auf Ebene der oligomeren Zustände beobachten lässt, erkennt man bei den isolierten Untereinheiten-Typen lediglich eine Diphenoloxidase-Aktivität. Bei dem Spinnen-Hämocyanin zeigen die Untereinheiten bc die stärkste katalytische Aktivität auf, bei P. imperator-Hämocyanin findet man drei bis vier Untereinheiten, die enzymatisch aktiv sind. Die Aktivierung mit SDS liefert den Hinweis, dass die Quartärstruktur in eine andere Konformation gebracht und nicht durch SDS denaturiert wird. Zugabe von Mg2+ reguliert die Phenoloxidase-Aktivität und verschiebt bei P. imperator-Hämocyanin die enzymatische Aktivität zugunsten der Diphenoloxidase. Mit keiner der zur Verfügung stehenden Methoden konnte jedoch ein Konformationsübergang eindeutig nachgewiesen werden. Die Stabilität scheint durch die niedrigen SDS-Konzentrationen nicht beeinträchtigt zu werden. Die sehr lange “Verzögerungsphase“ bei der Monophenolhydroxylase-Aktivität konnte durch Zugabe von katalytischem Diphenol drastisch verkürzt werden, was ein Hinweis auf die echte Tyrosinase-Aktivität des aktivierten Hämocyanins ist. Ein in vivo-Aktivator konnte bis jetzt noch nicht gefunden werden. Trotzdem scheinen die Hämocyanine in der Immunologie von Cheliceraten eine bedeutende Rolle zu spielen, indem sie die Rolle der Tyrosinasen / Phenoloxidasen beziehungsweise Catecholoxidasen übernehmen, die bei Cheliceraten nicht vorkommen. Weitere Möglichkeiten des Cheliceraten-Immunsystems, eindringende Fremdorganismen abzuwehren, wurden untersucht. Das Fehlen einer ´echten` Phenoloxidase-Aktivität bei den Cheliceraten, mit der Fähigkeit, sowohl mono- als auch diphenolische Substrate umzusetzen, stützt die Hypothese, dass aktiviertes Hämocyanin in vivo an die Stelle der Phenoloxidase tritt.

Über die Funktion und Struktur der Tyrosinase aus Streptomyces antibioticus

Für die Aufklärung der chemisch anspruchsvollen Monophenolase-Reaktion von Tyrosinasen wurde ein System entwickelt, um das Zielprotein aus dem Bakterium Streptomyces antibioticus in großen Mengen und mit hoher Reinheit zu isolieren. Zudem konnte ein hypothetischer Reaktionsmechanismus für die Monophenolase- und die Diphenolase-Aktivität der Tyrosinase formuliert werden. Die beiden Reaktionen der S. antibioticus-Tyrosinase wurden kinetisch analysiert und auf diesem Weg die Aktivität des Enzyms mit jener der sehr gut charakterisierten Tyrosinase aus dem Pilz Agaricus bisporus verglichen. Hierbei wurden signifikante Unterschiede festgestellt, die auf die verschiedenartigen Proteinstrukturen zurückgeführt wurden. Auch konnte gezeigt werden, dass einige sekundäre Pflanzenstoffe, die vor allem in Wein zu finden sind und in ihrer chemischen Struktur den Tyrosinasesubstraten ähnlich sind, die Aktivität dieses Enzyms maßgeblich beeinflussen. Das O2-Transportprotein Hämocyanin aus der Vogelspinne Eurypelma californicum, das wie die Tyrosinase zu der Familie der Typ-3-Kupferproteine gehört, ist nach chemischer Aktivierung zur Phenoloxidase zur enzymatischen Quervernetzung von Proteinen fähig. Die Tatsache, dass diese Quervernetzung auch das Hämocyanin selbst betrifft, sowie der erfolgreiche Nachweis von Hämocyanin in der Kutikula des genannten Organismus, legen die Vermutung nahe, dass die physiologische Funktion von Hämocyanin im Rahmen der Sklerotisierung des Exoskeletts in einer aktiven und passiven Beteiligung an Gerbungsprozessen im Integument besteht.

Strukturelle, enzymkinetische und thermodynamische Untersuchungen am KLH, dem Hämocyanin der Schlüssellochschnecke Megathura crenulata

Hämocyanine sind große, kupferhaltige Sauerstoff-Transportproteine, die bei zahlreichen Schnecken extrazellulär in der Hämolymphe vorkommen. Das Keyhole Limpet-Hämocyanin (KLH) der Schlüssellochschnecke Megathura crenulata dient aufgrund seiner immunstimu-latorischen Eigenschaften seit vielen Jahren als Modellprotein in der Immunologie. In der Klinik wird es als Hapten- und Vakzincarrier sowie als Medikament gegen oberflächliche Harnblasenkarnzinome eingesetzt. Die Quartärstruktur des KLH besteht aus einem Hohl-zylinder mit einer Molekülmasse von 8 MDa und einem Durchmesser von 35 nm. Dieses sogenannte Didekamer setzt sich aus 20 Untereinheiten mit jeweils 400 kDa zusammen. Jede Untereinheit lässt sich weiter in acht funktionelle Einheiten a bis h (engl. Functional Units = FU) mit ~ 50 kDa unterteilen. Die FUs a bis f bilden die Wandregion des Moleküls, während der Kragen aus den FUs g und h geformt wird. Die Struktur der Wandregion sowie der FU-g konnte bisher bereits durch Röntgenstrukturanalysen aufgeklärt werden. Bezüglich der Struktur der FU-h, die sich durch eine spezielle C-terminale Verlängerung von ~ 100 Amino-säuren auszeichnet, sind allerdings noch keine Informationen verfügbar. Um die Architektur des Kragens zu verstehen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zunächst Strategien entwickelt, diese spezielle FU in großer Menge und Reinheit zu isolieren. Anschließend konnten Bedingungen gefunden werden, die zur Ausbildung 0,2 mm großer, hexagonaler Kristalle führten. Diese ergaben am Synchrotron eine Auflösung von 4 Å. Durch Auswertung der Röntgenstrukturdaten konnte für die C-terminale Zusatzdomäne der FU-h eine Cupredoxin-ähnliche Typ I-Kupferfaltung ermittelt werden. Der Nachweis eines zusätzlichen Kupfer-atoms innerhalb dieser Domäne bedarf allerdings einer höheren Auflösung der Kristall-struktur. Hämocyanine lassen sich aufgrund ihrer evolutionären Verwandtschaft zu Phenol-oxidasen mit Hilfe verschiedener in vitro-Aktivatoren zur Catecholoxidase und teilweise auch zur Tyrosinase aktivieren. Beim KLH konnte in dieser Arbeit eine eindeutige Diphenolase- und sogar eine schwache Monophenolase-Aktivität der FUs-a und -f nach SDS-Aktivierung nachgewiesen werden. Zudem konnte eine geringfügige intrinsische Diphenolase-Aktivität dieser FUs belegt werden. Die enzymatischen Reaktionen waren sowohl von der gewählten Puffersubstanz, als auch der Anwesenheit bivalenter Kationen abhängig. Tris wirkt vermutlich als allosterischer Effektor und steigerte den Substrat-Umsatz, während Mg2+-Ionen zu einer starken Inhibition der katalytischen Aktivität führten. Die Klärung einer möglichen physiologischen Funktion der Phenoloxidase-Aktivität des KLH sowie potenziellen in vivo-Aktivatoren steht noch aus. Studien zur thermischen Stabilität des KLH resultierten in einer irreversiblen Denaturierung des Proteins. Die Schmelzpunkte deuteten auf eine hohe Tempe-raturstabilität des KLH, vor allem in Anwesenheit bivalenter Kationen. Eine Hämocyanin-typische Abhängigkeit der Hitzeresistenz vom Oligomerisierungsgrad ließ sich nicht feststellen, da sowohl bei der FU-h als auch den KLH-Didekameren eine vergleichbar hohe thermische Stabilität, bei einer nach wie vor vorhandenen Oxygenierung beobachtet wurde.

Motile response patterns and ultrastructural observations of the isolated outer hair cell

The tonotopic organization of the mammalian cochlea is accompanied by structural gradients which include the somatic lengths of outer hair cells (OHCs). These receptors rest upon the vibrating portion of the basilar membrane and have been reported to exhibit motile responses following chemical and electrical stimulation. These movements were examined in detail in this dissertation. It was found that isolated OHCs cultured in vitro respond to chemical depolarization with slow tonic movements, and to electrical waveforms with bi-directional, frequency following movements extending from DC to at least 10 kHz.^ Slow contractions were also elicited following electrical stimulation, bath incubation in carbachol (a cholinergic agonist), and increases in extracellular K+ concentration as little as 50 mM.^ Isolated OHCs display anatomical features which are remarkable when contrasted with those prepared from intact receptor organs. A complex structure located between the cuticular plate and the nuclear membrane was consistently observed and was examined by serial cross-sections which revealed a network of non-membrane bound densities. This corresponded to a granular complex seen at the light microscope level. The complex was composed of dense regions of organelles, striated structures embedded within the core, and a circumferential network of microtubules residing in the peri-nuclear portion of the cell. In cells which had lost their nuclear attachment to the terminal synaptic body, the granular complex could be made to contract without effecting any change in cellular length, implying that the complex may be the driving force behind certain aspects of the motile response.^ Most cells displayed movements which revealed asymmetries analogous to those reported for OHC receptor potentials in vivo. The contraction phase (for longer cells) was shown to have a small time constant (approximately 400 microseconds) and saturated with limited displacements. The expansion phase had time constants as large as 1.3 milliseconds but yielded displacements as much as 60 percent larger than those seen for contractions.^ Additional waveform characteristics seen in the in vivo response could be emulated either by biasing the cell's resting length with either direct current, triggering contractions via large electrical displacements, or incubation with depolarizing compounds.^ Alternatively, short (20-30 um) cells revealed more linear response characteristics to the probe stimulus. Partial saturation was achieved and revealed a DC component which was opposite in polarity to that seen in longer cells. (Abstract shortened with permission of author.) ^

Chemical characteristics of coal pebbles and Barzas-type coals

Coal pebbles found in 1994 in the Greham Bell Island (Franz Josef Land Archipelago) are made up of Barzas-type cuticular liptobiolith. The coal belongs to the initial stage of catagenesis and is characterized by high content of cutinite (up to 70%) with very low reflectance (Ro = 0.1%). Maceration products show some tegillate elements of Arthropoda and individual Devonian spores. It is supposed that plant cuticle and Arthropoda exocuticle are present in this coal. Obtained data suggest presence of Paleozoic rocks in the sedimentary sequence, although they are not yet recovered. These data complement available information on distribution of specific Devonian coals and allow to have a new insight into zoogenic material involved in coal formation.

CPI, d13C, Corg and diploptene from ODP Hole 169-1034B varved sediments

Saanich Inlet has been a highly productive fjord since the last glaciation. During ODP Leg 169S, nearly 70 m of Holocene sediments were recovered from Hole 1034 at the center of the inlet. The younger sediments are laminated, anaerobic, and rich in organic material (1-2.5 wt.% Corg), whereas the older sediments below 70 mbsf are non-laminated, aerobic, with glacio-marine characteristics and have a significantly lower organic matter content. This difference is also reflected in the changes of interstitial fluids, and in biomarker compositions and their carbon isotope signals. The bacterially-derived hopanoid 17alpha(H),21beta(H)-hop-22(29)-ene (diploptene) occurs in Saanich Inlet sediments throughout the Holocene but is not present in Pleistocene glacio-marine sediments. Its concentration increases after ~6000 years BP up to present time to about 70 µg/g Corg, whereas terrigenous biomarkers such as the n-alkane C31 are low throughout the Holocene (<51 µg/g Corg) and even slightly decrease to 36 µg/g Corg at the most recent time. The increasing concentrations of diploptene in sediments younger than ~6000 years BP separate a recent period of higher primary productivity, stronger anoxic bottom waters, and higher bacterial activity from an older period with lesser activity, heretofore undifferentiated. Carbon isotopic compositions of diploptene in the Holocene are between ~31.5 and ~39.6 per mil PDB after ~6000 years BP. These differences in the carbon isotopic record of diploptene probably reflect changes in microbial community structure of bacteria living at the oxic-anoxic interface of the overlying water column. The heavier isotope values are consistent with the activity of nitrifying bacteria and the lighter isotope values with that of aerobic methanotrophic bacteria. Therefore, intermediate delta13C values probably represent mixtures between the populations. In contrast, carbon isotopic compositions of n-C31 are roughly constant at ~31.4 ± 1.1 per mil PDB throughout the Holocene, indicating a uniform input from cuticular waxes of higher plants. Prior to ~6000 years BP, diploptene enriched in 13C of up to -26.3 per mil PDB is indicative of cyanobacteria living in the photic zone and suggests a period of lower primary productivity, more oxygenated bottom waters, and hence lower bacterial activity during the earliest Holocene.