From Amazonia to the Atlantic forest: Molecular phylogeny of Phyzelaphryninae frogs reveals unexpected diversity and a striking biogeographic pattern emphasizing conservation challenges

Documenting the Neotropical amphibian diversity has become a major challenge facing the threat of global climate change and the pace of environmental alteration. Recent molecular phylogenetic studies have revealed that the actual number of species in South American tropical forests is largely underestimated, but also that many lineages are millions of years old. The genera Phyzelaphryne (1 sp.) and Adelophryne (6 spp.), which compose the subfamily Phyzelaphryninae, include poorly documented, secretive, and minute frogs with an unusual distribution pattern that encompasses the biotic disjunction between Amazonia and the Atlantic forest. We generated >5.8 kb sequence data from six markers for all seven nominal species of the subfamily as well as for newly discovered populations in order to (1) test the monophyly of Phyzelaphryninae, Adelophryne and Phyzelaphryne, (2) estimate species diversity within the subfamily, and (3) investigate their historical biogeography and diversification. Phylogenetic reconstruction confirmed the monophyly of each group and revealed deep subdivisions within Adelophryne and Phyzelaphryne, with three major clades in Adelophryne located in northern Amazonia, northern Atlantic forest and southern Atlantic forest. Our results suggest that the actual number of species in Phyzelaphryninae is, at least, twice the currently recognized species diversity, with almost every geographically isolated population representing an anciently divergent candidate species. Such results highlight the challenges for conservation, especially in the northern Atlantic forest where it is still degraded at a fast pace. Molecular dating revealed that Phyzelaphryninae originated in Amazonia and dispersed during early Miocene to the Atlantic forest. The two Atlantic forest clades of Adelophryne started to diversify some 7 Ma minimum, while the northern Amazonian Adelophryne diversified much earlier, some 13 Ma minimum. This striking biogeographic pattern coincides with major events that have shaped the face of the South American continent, as we know it today. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Is there a seamount effect on microbial community structure and biomass?: the case study of Seine and Sedlo seamounts (Northeast Atlantic)

[EN] Seamounts are considered to be ??hotspots?? of marine life but, their role in oceans primary productivity is still under discussion. We have studied the microbial community structure and biomass of the epipelagic zone (0?150 m) at two northeast Atlantic seamounts (Seine and Sedlo) and compared those with the surrounding ocean. Results from two cruises to Sedlo and three to Seine are presented. Main results show large temporal and spatial microbial community variability on both seamounts. Both Seine and Sedlo heterotrophic community (abundance and biomass) dominate during winter and summer months, representing 75% (Sedlo, July) to 86% (Seine, November) of the total plankton biomass. In Seine, during springtime the contribution to total plankton biomass is similar (47% autotrophic and 53% heterotrophic). Both seamounts present an autotrophic community structure dominated by small cells (nano and picophytoplankton). It is also during spring that a relatively important contribution (26%) of large cells to total autotrophic biomass is found. In some cases, a ??seamount effect?? is observed on Seine and Sedlo microbial community structure and biomass. In Seine this is only observed during spring through enhancement of large autotrophic cells at the summit and seamount stations. In Sedlo, and despite the observed low biomasses, some clear peaks of picoplankton at the summit or at stations within the seamount area are also observed during summer. Our results suggest that the dominance of heterotrophs is presumably related to the trapping effect of organic matter by seamounts. Nevertheless, the complex circulation around both seamounts with the presence of different sources of mesoscale variability (e.g. presence of meddies, intrusion of African upwelling water) may have contributed to the different patterns of distribution, abundances and also changes observed in the microbial community.

Constraints on mantle melting from major and trace element systematics in residual abyssal peridotites

ZusammenfassungDie Bildung von mittelozeanischen Rückenbasalten (MORB) ist einer der wichtigsten Stoffflüsse der Erde. Jährlich wird entlang der 75.000 km langen mittelozeanischen Rücken mehr als 20 km3 neue magmatische Kruste gebildet, das sind etwa 90 Prozent der globalen Magmenproduktion. Obwohl ozeanische Rücken und MORB zu den am meisten untersuchten geologischen Themenbereichen gehören, existieren weiterhin einige Streit-fragen. Zu den wichtigsten zählt die Rolle von geodynamischen Rahmenbedingungen, wie etwa Divergenzrate oder die Nähe zu Hotspots oder Transformstörungen, sowie der absolute Aufschmelzgrad, oder die Tiefe, in der die Aufschmelzung unter den Rücken beginnt. Diese Dissertation widmet sich diesen Themen auf der Basis von Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen in Mineralen ozeanischer Mantelgesteine.Geochemische Charakteristika von MORB deuten darauf hin, dass der ozeanische Mantel im Stabilitätsfeld von Granatperidotit zu schmelzen beginnt. Neuere Experimente zeigen jedoch, dass die schweren Seltenerdelemente (SEE) kompatibel im Klinopyroxen (Cpx) sind. Aufgrund dieser granatähnlichen Eigenschaft von Cpx wird Granat nicht mehr zur Erklärung der MORB Daten benötigt, wodurch sich der Beginn der Aufschmelzung zu geringeren Drucken verschiebt. Aus diesem Grund ist es wichtig zu überprüfen, ob diese Hypothese mit Daten von abyssalen Peridotiten in Einklang zu bringen ist. Diese am Ozeanboden aufgeschlossenen Mantelfragmente stellen die Residuen des Aufschmelz-prozesses dar, und ihr Mineralchemismus enthält Information über die Bildungs-bedingungen der Magmen. Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen von Peridotit-proben des Zentralindischen Rückens (CIR) wurden mit Mikrosonde und Ionensonde bestimmt, und mit veröffentlichten Daten verglichen. Cpx der CIR Peridotite weisen niedrige Verhältnisse von mittleren zu schweren SEE und hohe absolute Konzentrationen der schweren SEE auf. Aufschmelzmodelle eines Spinellperidotits unter Anwendung von üblichen, inkompatiblen Verteilungskoeffizienten (Kd's) können die gemessenen Fraktionierungen von mittleren zu schweren SEE nicht reproduzieren. Die Anwendung der neuen Kd's, die kompatibles Verhalten der schweren SEE im Cpx vorhersagen, ergibt zwar bessere Resultate, kann jedoch nicht die am stärksten fraktionierten Proben erklären. Darüber hinaus werden sehr hohe Aufschmelzgrade benötigt, was nicht mit Hauptelementdaten in Einklang zu bringen ist. Niedrige (~3-5%) Aufschmelzgrade im Stabilitätsfeld von Granatperidotit, gefolgt von weiterer Aufschmelzung von Spinellperidotit kann jedoch die Beobachtungen weitgehend erklären. Aus diesem Grund muss Granat weiterhin als wichtige Phase bei der Genese von MORB betrachtet werden (Kapitel 1).Eine weitere Hürde zum quantitativen Verständnis von Aufschmelzprozessen unter mittelozeanischen Rücken ist die fehlende Korrelation zwischen Haupt- und Spuren-elementen in residuellen abyssalen Peridotiten. Das Cr/(Cr+Al) Verhältnis (Cr#) in Spinell wird im Allgemeinen als guter qualitativer Indikator für den Aufschmelzgrad betrachtet. Die Mineralchemie der CIR Peridotite und publizierte Daten von anderen abyssalen Peridotiten zeigen, dass die schweren SEE sehr gut (r2 ~ 0.9) mit Cr# der koexistierenden Spinelle korreliert. Die Auswertung dieser Korrelation ergibt einen quantitativen Aufschmelz-indikator für Residuen, welcher auf dem Spinellchemismus basiert. Damit kann der Schmelzgrad als Funktion von Cr# in Spinell ausgedrückt werden: F = 0.10×ln(Cr#) + 0.24 (Hellebrand et al., Nature, in review; Kapitel 2). Die Anwendung dieses Indikators auf Mantelproben, für die keine Ionensondendaten verfügbar sind, ermöglicht es, geochemische und geophysikalischen Daten zu verbinden. Aus geodynamischer Perspektive ist der Gakkel Rücken im Arktischen Ozean von großer Bedeutung für das Verständnis von Aufschmelzprozessen, da er weltweit die niedrigste Divergenzrate aufweist und große Transformstörungen fehlen. Publizierte Basaltdaten deuten auf einen extrem niedrigen Aufschmelzgrad hin, was mit globalen Korrelationen im Einklang steht. Stark alterierte Mantelperidotite einer Lokalität entlang des kaum beprobten Gakkel Rückens wurden deshalb auf Primärminerale untersucht. Nur in einer Probe sind oxidierte Spinellpseudomorphosen mit Spuren primärer Spinelle erhalten geblieben. Ihre Cr# ist signifikant höher als die einiger Peridotite von schneller divergierenden Rücken und ihr Schmelzgrad ist damit höher als aufgrund der Basaltzusammensetzungen vermutet. Der unter Anwendung des oben erwähnten Indikators ermittelte Schmelzgrad ermöglicht die Berechnung der Krustenmächtigkeit am Gakkel Rücken. Diese ist wesentlich größer als die aus Schweredaten ermittelte Mächtigkeit, oder die aus der globalen Korrelation zwischen Divergenzrate und mittels Seismik erhaltene Krustendicke. Dieses unerwartete Ergebnis kann möglicherweise auf kompositionelle Heterogenitäten bei niedrigen Schmelzgraden, oder auf eine insgesamt größere Verarmung des Mantels unter dem Gakkel Rücken zurückgeführt werden (Hellebrand et al., Chem.Geol., in review; Kapitel 3).Zusätzliche Informationen zur Modellierung und Analytik sind im Anhang A-C aufgeführt

Recycled crustal material in the geochemical record of Pacific ocean island basalts from Pitcairn, Hawaii and Rurutu

Die Isotopenzusammensetzungen des Pitcairn Hotspot (Südpazifik), des Mauna Kea (Hawaii) und der Insel Rurutu (Französisch Polynesien) wurden bestimmt, um Heterogenitäten im Erdmantel zu charakterisieren. Die Bleiisotopenzusammensetzung wurde mit einer Dreiisotopenspiketechnik zur Korrektur der instrumentellen Massenfraktionierung gemessen. An Proben von Pitcairn wurde zusätzlich die Os, Hf, Nd, Sr Isotopenzusammensetzung, sowie die Haupt- und Spurenelementzusammensetzung bestimmt. Die Isotopensignatur des Pitcairn Hotspots kann durch eine Sedimentkomponente in der Magmenquelle erklärt werden. Die Bleiisotopenschwankungen des Mauna Kea in der HSDP-2 Bohrung treten als Oszillationen auf, die sich zu linearen Anordnungen im Bleiisotopenraum zusammensetzen. Das begrenzte zeitliche Auftreten einer linearen Anordnung zeigt, daß die Heterogenitäten mehrere zehner Kilometer Länge im aufsteigenden Mantelmaterial unter dem Vulkan einnehmen. Auch die Bleiisotopenzusammensetzungen der Rurutu-laven zeigen lineare Anordnungen.Diese lineare Anordnungen im Bleiisotopenraum können durch eine vorwiegend binäre Mischung erklärt werden. Ein Bleiisotopenentwicklungsmodell unterstützt, daß die Differenzierung der Ausgangsmaterialien vor weniger als etwa zwei Milliarden Jahren geschah und für Mauna Kea relativ jung sein könnte. Keine der Hotspots weisen identische Mischungsendglieder auf, so daß die Heterogenitäten kleinräumige Merkmale im Erdmantel sind.

Amphibian biodiversity in Taita Hills, Kenya

Species richness varies greatly across geographical regions. Eastern Arc Mountains (EAM) of Kenya and Tanzania is one of the global biodiversity hotspots. Despite this, high species diversity the explanatory factors have remained largely unexplored. Herein, this study first investigated amphibian species richness patterns in the EAM and particularly the reasons for the low richness in Taita Hills. It tested the hypothesis that the low richness is due to past forest loss or other factors. The results demonstrated that the regional species richness pattern was influenced largely by mean annual rainfall and not forest area. Secondly, using the 26 currently recorded amphibians in the Taita Hills, it investigated the relationship between amphibian species composition along anthropogenic habitat disturbance and elevation gradients. It tested the hypothesis that sites with similar environmental characteristics (temperature, rainfall and elevation), in close proximity and with similar disturbance levels (habitat types) harbour similar species composition. It was found that amphibian species composition differed in terms of elevation and was explained by both temperature and rainfall. Therefore sites with similar environmental characteristics, disturbance levels and in close proximity geographically have similar amphibian composition. Thirdly, diagnostic characters, distribution, basic life history characteristics and conservation status of all currently known amphibians in the Taita Hills were provided. Finally, first long term life history and ecological characteristics of a brevicipitid frog (Callulina sp) was provided. The results showed that this frog abundance and distribution is influenced mainly by mean monthly temperature, breeds during the long dry season and exhibit parental care. Results of this study strongly recommend increasing indigenous forest cover in order to enhance the conservation of the endemic indigenous forest associated amphibians such as Callulina sp, Boulengerula taitana and Boulengerula niedeni.

Environmental Assessment of the Agricultural Sector

One of the main problems recognized in sustainable development goals and sustainable agricultural objectives is Climate change. Farming contributes significantly to the overall Greenhouse gases (GHG) in the atmosphere, which is approximately 10-12 percent of total GHG emissions, but when taking in consideration also land-use change, including deforestation driven by agricultural expansion for food, fiber and fuel the number rises to approximately 30 percent (Smith et. al., 2007). There are two distinct methodological approaches for environmental impact assessment; Life Cycle Assessment (a bottom up approach) and Input-Output Analysis (a top down approach). The two methodologies differ significantly but there is not an immediate choice between them if the scope of the study is on a sectorial level. Instead, as an alternative, hybrid approaches which combine these two approaches have emerged. The aim of this study is to analyze in a greater detail the agricultural sectors contribution to Climate change caused by the consumption of food products. Hence, to identify the food products that have the greatest impact through their life cycle, identifying their hotspots and evaluating the mitigation possibilities for the same. At the same time evaluating methodological possibilities and models to be applied for this purpose both on a EU level and on a country level (Italy).

Approccio multidisciplinare per le valutazioni ambientali: Problematiche e sinergie in un uso combinato delle metodologie life cycle assessment (lca) e risk assessment (ra)

In questo lavoro di tesi si è elaborato un quadro di riferimento per l’utilizzo combinato di due metodologie di valutazione di impatti LCA e RA, per tecnologie emergenti. L’originalità dello studio sta nell’aver proposto e anche applicato il quadro di riferimento ad un caso studio, in particolare ad una tecnologia innovativa di refrigerazione, basata su nanofluidi (NF), sviluppata da partner del progetto Europeo Nanohex che hanno collaborato all’elaborazione degli studi soprattutto per quanto riguarda l’inventario dei dati necessari. La complessità dello studio è da ritrovare tanto nella difficile integrazione di due metodologie nate per scopi differenti e strutturate per assolvere a quegli scopi, quanto nel settore di applicazione che seppur in forte espansione ha delle forti lacune di informazioni circa processi di produzione e comportamento delle sostanze. L’applicazione è stata effettuata sulla produzione di nanofluido (NF) di allumina secondo due vie produttive (single-stage e two-stage) per valutare e confrontare gli impatti per la salute umana e l’ambiente. Occorre specificare che il LCA è stato quantitativo ma non ha considerato gli impatti dei NM nelle categorie di tossicità. Per quanto concerne il RA è stato sviluppato uno studio di tipo qualitativo, a causa della problematica di carenza di parametri tossicologici e di esposizione su citata avente come focus la categoria dei lavoratori, pertanto è stata fatta l’assunzione che i rilasci in ambiente durante la fase di produzione sono trascurabili. Per il RA qualitativo è stato utilizzato un SW specifico, lo Stoffenmanger-Nano che rende possibile la prioritizzazione dei rischi associati ad inalazione in ambiente di lavoro. Il quadro di riferimento prevede una procedura articolata in quattro fasi: DEFINIZIONE SISTEMA TECNOLOGICO, RACCOLTA DATI, VALUTAZIONE DEL RISCHIO E QUANTIFICAZIONE DEGLI IMPATTI, INTERPRETAZIONE.

Evolution of the sexual reproduction in Veronica (Plantaginaceae) : phylogeny, phylogeography and invasion

Die geschlechtliche Fortpflanzung ist ein universelles Merkmal und erlaubt es genetische Variation innerhalb von Blütenpflanzen zu schaffen. Die Evolution der sexuellen und reproduktiven Systeme wurde hier auf mehreren zeitlichen Ebenen, in verschiedenen Arten von Lebensraum studiert und mit fast allen möglichen Methoden im Labor, im Gewächshaus sowie im Feld untersucht. Drei Hauptteile sind in dieser Arbeit enthalten und entsprechen jeweils einem unterschiedlichen Niveau der Zeit: Gattung, Untergattung und Arten. Der erste Teil zeigt, dass die PO-Verhältnisse Untersuchungen systematisch in jeder Pflanzen-Gattung oder Untergattung untersucht werden müssen. Dieses güngstige, schnelle und leistungsstarke Werkzeug kann eine Vielzahl von Informationen über die Modi der Pflanzenreproduktion produzieren, ohne die Verwendung von teuren und langen Experimenten. Darüber hinaus könnte diese Maßnahme auch ergänzende Daten über die Taxonomie dieser untersuchten Gruppen geben. Das zweite Kapitel befasst sich mehr mit der Taxonomie der Ehrenpreis(Veronica)-Arten als die beiden anderen und zeigt, dass verschiedene Ereignisse der interspezifischen Reproduktion in einem der Hotspots der Artenvielfalt in Europa (der Balkan-Halbinsel) auftreten. Die Ergebnisse zeigen, dass morphologische und genetische Daten inkongruent sind und die Analyse der Taxonomie dieser Arten oder Unterart schwierig ist. Das letzteKapitel erzählt die Geschichte einer erfolgreichen Invasion, die während des letzten Jahrhunderts in Europa ablief trotz der Tatsache, dass die Arten obligate Fremdbefruchter sind und dass keine Samen-Produktion in der Region beobachtet wurde. Dieses Manuskript erläutert den Weg der Pflanze, um die “Baker-Regel“ zu umgehen. Diese Regel besagt, dass selbst-inkompatible Arten erfolgloser bei der Invasion neuer Lebensräume sind. Dennoch schafft es die hier untersuchte Art einen großen Teil der europäischen Rasen zu bevölkern und zeigt dabei genetische und morphologische Veränderungen auf diesem Weg.rnSchließlich wird in diesen drei verschiedenen Papieren versucht, die Verbindung zwischen der Mikro-und Makroevolution in der geschlechtlichen Fortpflanzun in Ehrenpreis (Veronica) unter Betracht verschiedener sexueller Systeme und der Stammesgeschichte, sowie der Migration zu klären.

Sensing applications of biofunctionalised plasmonic gold nanoparticles

Plasmonische Metallnanopartikel bündeln, verstärken und beeinflussen Licht auf nanoskopischer Ebene. Diese grundlegende Eigenschaft kommt von koheränten, kollektiven Schwingungen der Leitungsbandelektronen, die von einfallendem Licht resonant angeregt und lokalisierte Oberflächenplasmonenresonanz (LSPR) oder ‚Partikelplasmonen‘ genannt werden. Plasmonen in Metallnanopartikeln wurden bisher z.B. zur Erkennen von pathogenen Biomolekülen, bei der photothermischen Therapie und zur Verbesserung der Effizienz von Solarzellen verwendet. In dieser Arbeit werde ich meinen Fokus auf die Synthese und Funktionalisierung von Goldnanopartikeln zur Anwendung als Sensoren legen.rnrnKürzliche Verbesserungen in der nasschemischen Synthese haben zur Herstellung von Goldnanopartikel mit unterschiedlichen Formen und Größen geführt, die sich in ihren Sensoreigenschaften unterscheiden. Unter den unterschiedlichen Sensorgeometrien sind Goldnanostäbchen die bevorzugte Form zur Biomolekül-Sensorik durch LSPR. Nanostäbchen werden durch eine positiv geladene CTAB-Schicht stabilisiert, die Proteine bei neutralem pH-Wert anziehen kann. Die Adsorption und Desorption von Proteinen an der Nanopartikeloberfläche und damit die Bindungskinetiken von Proteinen kann auf Einzelmolekülebene erforscht werden. Ich zeige hier eine Studie mit hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung um einzelne Bindungsereignisse von Fibronectin auf Goldnanostäbchen darzustellen.rnrnGoldnanostäbchen müssen mit spezifischen biologischen Erkennungselementen funktionalisiert werden um eine Analyterkennung oder Proteinwechselwirkung zu erreichen. Ich funktionalisiere Goldnanostäbchen mit kurzen DNA-Sequenzen (Aptamer-Sequenzen und NTA konjugierten Polihymidinen) und habe anhand diese unterschiedlich sensitiven Partikel eine Studie mit verschiedenen Analyten (oder Protein-Protein Wechselwirkungen) erfolgreich durchgeführt.rn rnPlasmonen von Nanopartikel-Clustern koppeln miteinander, was ihre Resonanzenergie ändert. Der kontrollierte Zusammenbau von Nanopartikeln zu Dimeren oder höher geordneten Strukturen wie ‚Core-Satellites‘ können dazu dienen ihre Sensitivität zu erhöhen. Diese Cluster bieten eine hohe Sensitivität auf Grund der Anwesenheit von plasmonischen Hotspots in der Lücke zwischen zwei Partikeln. Die Plasmonkopplung ist ein Phänomen, das abhängig vom Abstand zweier Partikel zueinander ist und bildet somit die Basis von sogenannten Plasmon-Linealen. Ich habe eine Strategie entwickelt um Dimere aus Hsp90 funktionalisierten Goldnanosphären zu bilden. Diese Technik wird nicht durch Ausbleichen oder das Blinken von Farbstoffen limitiert und ich zeige zum ersten Mal wie man dadurch dynamische Proteinkonformationen untersuchen kann.rn

Bedeutung von allelen Varianten des Hexose-Transporters Hxt3p und der Hexokinasen Hxk1p und Hxk2p für Aufnahme und Verwertung von Glucose und Fructose durch Weinhefen

In Hinsicht darauf, dass sich S. cerevisiae-Stämme im Laufe der Domestizierung und Anpassung an verschiedene Habitate genetisch verändert haben, wurde in dieser Arbeit eine repräsentative Auswahl von Labor-, kommerziellen und in der Natur vorkommenden Saccharomyces-Stämmen und ihren Interspezies-Hybriden auf die Verbreitung alleler Varianten der Hexokinase-Gene HXK1 und HXK2 getestet. Von den Hexose-Transportern stand Hxt3p im Mittelpunkt, da seine essentielle Rolle bei der Vergärung von Glucose und Fructose bereits belegt wurde.rnIn dieser Arbeit wurde gezeigt, dass es bedeutende Unterschiede in der Vergärung von Glucose und Fructose zwischen Weinhefen der Gattung Saccharomyces gibt, die z.T. mit Struktur-Varianten des Hexose-Transporter Hxt3p korrelieren. rnInsgesamt 51 Hefestämme wurden auf ihre allele Variante des HXT3-Gens untersucht. Dabei haben sich drei Hauptgruppen (die Fermichamp®-Typ Gruppe, Bierhefen und Hybrid-Stämme) mit unterschiedlichem HXT3-Allel ergeben. Im Zusammenhang mit der Weinherstellung wurden signifikante Nukleotid-Substitutionen innerhalb des HXT3-Gens der robusten S. cerevisiae-Stämme (wie z.B. Sekthefen, kommerzielle Starterkulturen) und Hybrid-Stämmen festgestellt. Diese Hefen zeichneten sich durch die Fähigkeit aus, den Most trotz stressigen Umwelt-Bedingungen (wie hohe Ethanol-Konzentration, reduzierter Ammonium-Gehalt, ungünstiges Glucose:Fructose-Verhältnis) zu vergären. rnDie Experimente deuten darauf hin, dass die HXT3-Allel-Variante des als Starterkultur verwendbaren Stammes Fermichamp®, für den verstärkten Fructose-Abbau verantwortlich ist. Ein gleiches Verhalten der Stämme mit dieser Allel-Variante wurde ebenfalls beobachtet. Getestet wurden die S. cerevisiae-Stämme Fermichamp® und 54.41, die bezüglich Hxt3p-Aminosäuresequenz gleich sind, gegenüber zwei S. cerevisiae-Stämmen mit dem HXT3-Standard-Alleltyp Fermivin® und 33. Der Unterschied in der Hexose-Verwertung zwischen Stämmen mit Fermichamp®- und Standard-Alleltyp war in der Mitte des Gärverlaufs am deutlichsten zu beobachten. Beide Gruppen, sowohl mit HXT3 Fermichamp®- als auch Fermivin®-Alleltyp vergoren die Glucose schneller als die Fructose. Der Unterschied aber zwischen diesen HXT3-Alleltypen bei der Zucker-Verwertung lag darin, dass der Fermichamp®-Typ eine kleinere Differenz in der Abbau-Geschwindigkeit der beiden Hexosen zeigte als der Fermivin®-Typ. Die Zuckeraufnahme-Messungen haben die relativ gute Fructose-Aufnahme dieser Stämme bestätigt.rnEbenfalls korrelierte der fructophile Charakter des Triple-Hybrides S. cerevisiae x S. kudriavzevii x S. bayanus-Stamm HL78 in Transportexperimenten mit verstärkter Aufnahme von Fructose im Vergleich zu Glucose. Insgesamt zeigte dieser Stamm ähnliches Verhalten wie die S. cerevisiae-Stämme Fermichamp® und 54.41. rnIn dieser Arbeit wurde ein Struktur-Modell des Hexose-Transporters Hxt3p erstellt. Als Basis diente die zu 30 % homologe Struktur des Proton/Xylose-Symporters XylE aus Escherichia coli. Anhand des Hxt3p-Modells konnten Sequenzbereiche mit hoher Variabilität (Hotspots) in drei Hxt3p-Isoformen der Hauptgruppen (die Fermichamp®-Typ Gruppe, Bierhefen und Hybrid-Stämme) detektiert werden. Diese signifikanten Aminosäure-Substitutionen, die eine mögliche Veränderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Carriers mit sich bringen, konzentrieren sich auf drei Bereiche. Dazu gehören die Region zwischen den N- und C-terminalen Domänen, die cytosolische Domäne und der Outside-Loop zwischen Transmembranregion 9 und Transmembranregion 10. rnObwohl die Transportmessungen keinen Zusammenhang zwischen Stämmen mit unterschiedlichen HXT3-Allelen und ihrer Toleranz gegenüber Ethanol ergaben, wurde ein signifikanter Anstieg in der Zuckeraufnahme nach vorheriger 24-stündiger Inkubation mit 4 Vol% Ethanol bei den Teststämmen beobachtet. rnInsgesamt könnten allele Varianten von HXT3-Gen ein nützliches Kriterium bei der Suche nach robusten Hefen für die Weinherstellung oder für andere industrielle Anwendungen sein. Die Auswirkung dieser Modifikationen auf die Struktur und Effizienz des Hexose-Transporters, sowie der mögliche Zusammenhang mit Ethanol-Resistenz müssen weiter ausführlich untersucht werden. rnEin Zusammenhang zwischen den niedrig variablen Allel-Varianten der Hexokinase-Gene HXK1 und HXK2 und dem Zucker-Metabolismus wurde nicht gefunden. Die Hexokinasen der untersuchten Stämme wiesen allerdings generell eine signifikante geringere Affinität zu Fructose im Vergleich zu Glucose auf. Hier liegt sicherlich eine Hauptursache für den Anstieg des Fructose:Glucose-Verhältnisses im Laufe der Vergärung von Traubenmosten.rn

Local strain distribution in real three-dimensional alveolar geometries

Mechanical ventilation is not only a life saving treatment but can also cause negative side effects. One of the main complications is inflammation caused by overstretching of the alveolar tissue. Previously, studies investigated either global strains or looked into which states lead to inflammatory reactions in cell cultures. However, the connection between the global deformation, of a tissue strip or the whole organ, and the strains reaching the single cells lining the alveolar walls is unknown and respective studies are still missing. The main reason for this is most likely the complex, sponge-like alveolar geometry, whose three-dimensional details have been unknown until recently. Utilizing synchrotron-based X-ray tomographic microscopy, we were able to generate real and detailed three-dimensional alveolar geometries on which we have performed finite-element simulations. This allowed us to determine, for the first time, a three-dimensional strain state within the alveolar wall. Briefly, precision-cut lung slices, prepared from isolated rat lungs, were scanned and segmented to provide a three-dimensional geometry. This was then discretized using newly developed tetrahedral elements. The main conclusions of this study are that the local strain in the alveolar wall can reach a multiple of the value of the global strain, for our simulations up to four times as high and that thin structures obviously cause hotspots that are especially at risk of overstretching.

Land Management in the Central Highlands of Eritrea: A Participatory Appraisal of Conservation Measures and Soils in Afdeyu and its Vicinity

A comprehensive inventory of local and introduced soil and water conservation (SWC) measures presented in standardized fact sheets and completed with a special focus on the underlying reasons (problems) of acceptance / rejection. Different approaches are analysed and measures identified which are adapted to the specific local context. Second part of the study: soil assessment resulting in a consistent local classification of soil types and soil fertility, comparison with scientific classifications. Different topical maps show the spatial distribution of SWC measures, their condition, degradation hotspots, soil types, soil fertility and interrelations between these parameters. Based on the conclusions and the outcome of a stakeholder workshop recommendations are given for further activities in research and implementation of SWC in the Central Highlands of Eritrea.

Restoration of forest wetlands: Case studies in Michigan and Finland

Forested wetlands throughout the world are valuable habitats; especially in relatively species-poor northern regions, they can be considered biological hotspots. Unfortunately, these areas have been degraded and destroyed. In recent years, however, the biological importance of wetlands has been increasingly recognized, resulting in the desire to restore disturbed habitats or create in place of destroyed ones. Restoration work is taking place across the globe in a diversity of wetland types, and research must be conducted to determine successful techniques. As a result, two studies of the effects of wetland restoration and creation were conducted in forested wetlands in northern Michigan and southern Finland. In North America, northern white-cedar wetlands have been declining in area, despite attempts to regenerate them. Improved methods for successfully establishing northern white-cedar are needed; as a result, the target of the first study was to determine if creating microtopography could be beneficial for white-cedar recruitment and growth. In northern Europe, spruce swamp forests have become a threatened ecosystem due to extensive drainage for forestry. As part of the restoration of these habitats, i.e. rewetting through ditch blocking, Sphagnum mosses are considered to be a critical element to re-establish, and an in-depth analysis of how Sphagnum is responding to restoration in spruce swamp forests has not been previously done. As a result, the aim of the second study was to investigate the ecophysiological functioning of Sphagnum and feather mosses across a gradient of pristine, drained, and restored boreal spruce swamp forests.

Community mean traits as additional indicators to monitor effects of land-use intensity on grassland plant diversity

Semi-natural grasslands, biodiversity hotspots in Central-Europe, suffer from the cessation of traditional land-use. Amount and intensity of these changes challenge current monitoring frameworks typically based on classic indicators such as selected target species or diversity indices. Indicators based on plant functional traits provide an interesting extension since they reflect ecological strategies at individual and ecological processes at community levels. They typically show convergent responses to gradients of land-use intensity over scales and regions, are more directly related to environmental drivers than diversity components themselves and enable detecting directional changes in whole community dynamics. However, probably due to their labor- and cost intensive assessment in the field, they have been rarely applied as indicators so far. Here we suggest overcoming these limitations by calculating indicators with plant traits derived from online accessible databases. Aiming to provide a minimal trait set to monitor effects of land-use intensification on plant diversity we investigated relationships between 12 community mean traits, 2 diversity indices and 6 predictors of land-use intensity within grassland communities of 3 different regions in Germany (part of the German ‘Biodiversity Exploratory’ research network). By standardization of traits and diversity measures, use of null models and linear mixed models we confirmed (i) strong links between functional community composition and plant diversity, (ii) that traits are closely related to land-use intensity, and (iii) that functional indicators are equally, or even more sensitive to land-use intensity than traditional diversity indices. The deduced trait set consisted of 5 traits, i.e., specific leaf area (SLA), leaf dry matter content (LDMC), seed release height, leaf distribution, and onset of flowering. These database derived traits enable the early detection of changes in community structure indicative for future diversity loss. As an addition to current monitoring measures they allow to better link environmental drivers to processes controlling community dynamics.

Differentiation between active and chronic Crohn's disease using MRI small-bowel motility examinations — Initial experience

AIM: To evaluate the influence of locally active Crohn's disease on systemic small-bowel motility in patients with chronic Crohn's disease compared to healthy individuals. MATERIAL AND METHODS: Fifteen healthy individuals (11 men, four women; mean age 37 years) and 20 patients with histopathologically proven active (n = 15; 10 women, 5 men; mean age 45 years) or chronic (n = 5; four women, one man; mean age 48 years) Crohn's disease were included in this institutional review board-approved, retrospective study. Magnetic resonance imaging (MRI; 1.5 T) was performed after standardized preparation. Two-dimensional (2D) cine sequences for motility acquisition were performed in apnoea (27 s). Motility assessment was performed using dedicated software in three randomly chosen areas of the small-bowel outside known Crohn's disease-affected hotspots. The main quantitative characteristics (frequency, amplitude, occlusion rate) were compared using Student's t-test and one-way analysis of variance (ANOVA). RESULTS: Three randomly chosen segments were analysed in each participant. Patients with active Crohn's disease had significantly (p < 0.05) reduced contraction frequencies (active Crohn's disease: 2.86/min; chronic: 4.14/min; healthy: 4.53/min) and luminal occlusion rates (active: 0.43; chronic: 0.70; healthy: 0.73) compared to healthy individuals and patients with chronic Crohn's disease. Contraction amplitudes were significantly reduced during active Crohn's disease (6.71 mm) compared to healthy participants (10.14 mm), but this only reached borderline significance in comparison to chronic Crohn's disease (8.87 mm). Mean bowel lumen diameter was significantly (p = 0.04) higher in patients with active Crohn's disease (16.91 mm) compared to healthy participants (14.79 mm) but not in comparison to patients with chronic Crohn's disease (13.68). CONCLUSION: The findings of the present study suggest that local inflammatory activity of small-bowel segments in patients with active Crohn's disease alters small-bowel motility in distant, non-affected segments. The motility patterns revealed reduced contraction-wave frequencies, amplitudes, and decreased luminal occlusion rates. Thus evaluation of these characteristics potentially helps to differentiate between chronic and active Crohn's disease.