Comparison of epifaunal assemblages between Cymodocea nodosa and Caulerpa prolifera meadows in Gran Canaria (eastern Atlantic)

Máster en Oceanografía

Exploring respiration and respiratory electron transport system (ETS) in Ulva spp.

[ES] Respiration is a key ecological index. For either individuals or communities, it can be use to assess carbon and energy, demand and expenditure as well as carbon flow rates through food webs. When combined with productivity measurements it can establish the level of metabolic balance. When combined with measurements of respiratory capacity, it can indicate physiological state. Here, we report pilot studies the metabolism of the green algae, Ulva rotundata that inhabits intertidal pools of Gran Canaria. As a starting point we used the electron transport system (ETS) to differentiate between different growing conditions in the natural environment. We suspected different levels of stress associated with these conditions and looked for the influence of this stress in the ETS measurements. This technique has been successfully applied to study bacteria, phytoplankton and zooplankton in the ocean, but it has not been used to study sessile marine macroalgae. These neritic and littoral macrophytes have major ecological and industrial importance, yet little is known about their respiratory physiology. Such knowledge would strengthen our understanding of the resources of the coastal ocean and facilitate its development and best use. Here, we modified the ETS methodology for Ulva rotundata. With this modified ETS assay we investigated the capacity of Ulva to resist anoxia. We measured respiration with optodes (Fibox 4, Presens) in the dark to the point of oxygen exhaustion and through 24 h of anoxia. Then we exposed the Ulva to light and followed the oxygen increase due to photosynthesis. We discuss here the capacity of Ulva to survive during anoxia.

Efecto del aporte de nutrientes sobre la producción de macroalgas en condiciones de co-cultivo : crecimiento, biofiltración y características fisiológicas

Máster Oficial en Cultivos Marinos. Trabajo presentado como requisito parcial para la obtención del Título de Máster Oficial en Cultivos Marinos, otorgado por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC), el Instituto Canario de Ciencias Marinas (ICCM), y el Centro Internacional de Altos Estudios Agronómicos Mediterráneos de Zaragoza (CIHEAM)

Untersuchungen zum Sehen von bewegten Objekten beim Goldfisch (Carassius auratus)

In der vorliegenden Arbeit wurde das Objektbewegungssehen des Goldfischs betrachtet. Zuerst musste eine geeignete Methode gefunden werden, diese Form der Bewegungswahrnehmung untersuchen zu können, da bisherige Experimente zum Bewegungssehen beim Goldfisch ausschließlich mit Hilfe der optomotorischen Folgereaktion gemacht wurden. Anschließend sollte die Frage geklärt werden, ob das Objektbewegungssehen genau wie das Bewegungssehen einer Großfeldbewegung farbenblind ist und welcher Zapfentyp daran beteiligt ist. Die Verwendung eines Zufallpunktmusters zur Dressur auf ein bewegtes Objekt hat sich als äußert erfolgreich herausgestellt. Diese Methode hat den Vorteil, dass sich die Versuchstiere ausschließlich aufgrund der Bewegungsinformation orientieren können. In den Rot-Grün- und Blau-Grün-Transferversuchen zeigte sich, dass das Objektbewegungssehen beim Goldfisch farbenblind ist, aber erstaunlicherweise nicht vom L-Zapfen vermittelt wird, sondern wahrscheinlich vom M-Zapfen. Welchen Vorteil es haben könnte, dass für die verschiedenen Formen der Bewegungswahrnehmung verschiedene Eingänge benutzt werden, kann mit diesen Versuchen nicht geklärt werden. Farbenblindheit des Bewegungssehens scheint eine Eigenschaft visueller Systeme allgemein zu sein. Beim Menschen ist diese Frage im Moment noch nicht geklärt und wird weiterhin diskutiert, da es sowohl Experimente gibt, die zeigen, dass es farbenblind ist, als auch andere, die Hinweise darauf geben, dass es nicht farbenblind ist. Der Vorteil der Farbenblindheit eines bewegungsdetektierenden visuellen Systems zeigt sich auch in der Technik beim Maschinen Sehen. Hier wird ebenfalls auf Farbinformation verzichtet, was zum einen eine Datenreduktion mit sich bringt und zum anderen dazu führt, dass korrespondierende Bildpunkte leichter gefunden werden können. Diese werden benötigt, um Bewegungsvektoren zu bestimmen und letztlich Bewegung zu detektieren.

Charakterisierung funktioneller Domänen von Centrin-Isoformen

Centrine sind kleine Ca2+-bindende Proteine aus der Familie der EF-Hand Proteine. Erstmals wurden Centrine als Hauptbestandteil der kontraktilen Flagellenwurzeln von Grünalgen beschrieben. Mittlerweile konnten Centrine in nahezu allen eukaryotischen Organismen nachgewiesen werden. In Säugetieren wurden bis zu vier Isoformen identifiziert, die an Centrosomen oder davon abgeleiteten Strukturen, wie Spindelpolkörpern und Basalkörper, aber auch in Übergangszonen von Cilien exprimiert werden. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Centrine im zellulären Kontext der Photorezeptorzellen nicht nur durch die Bindung von Ca2+ reguliert werden, sondern auch durch reversible Phosphorylierungen. Die Phosphorylierung der Centrin-Isoformen findet in der Retina von Vertebraten lichtabhängig während der Dunkeladaption statt. Die Protein Kinase CK2 (CK2) ist für die beschriebenen lichtabhängigen Phosphorylierungen hauptverantwortlich. Obwohl alle Centrin-Isoformen mehrere mögliche Zielsequenzen für die CK2 besitzen, kommt es nur zur Phosphorylierung einer einzigen Aminosäure in Cen1p, Cen2p und Cen4p. Im Gegensatz dazu stellt die Isoform Cen3p kein Substrat für die CK2 dar. Zudem wurden hier erstmals Phosphatasen identifiziert, die in der Lage sind Centrine zu dephosphorylieren. Die Dephosphorylierung durch die PP2Cund PP2C ist sehr spezifisch, da keine andere Phosphatase der Retina die CK2-vermittelte Phosphorylierung der Centrine rückgängig machen kann. Hoch auflösende licht- und elektronenmikroskopische Analysen zeigten erstmals, dass die Centrine sowohl mit der CK2 als auch mit der PP2C im Verbindungscilium der Photorezeptorzellen colokalisiert sind. Cen1p und CK2 sind in der Lage, direkt an Mikrotubuli zu binden, was die notwendige räumliche Nähe zwischen Enzymen und Substrat herstellt. Bisherige Arbeiten zeigten, dass alle Centrine Ca2+-abhängig mit dem visuellen G-Protein Transducin interagieren. Diese Wechselwirkung dürfte an der Regulation der lichtabhängigen Translokation des visuellen G-Proteins Transducin zwischen dem Außen- und dem Innensegment der Photorezeptorzelle beteiligt sein. In der vorliegenden Arbeit zeigten Interaktionsstudien, dass die Bindungsaffinitäten der Centrine für Transducin durch die CK2-vermittelte Phosphorylierung drastisch verringert wurden. Dieser beobachtete Effekt beruht auf deutlich verringerten Ca2+-Affinitäten der Centrin-Isoformen nach der CK2-vermittelten Phosphorylierung. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiger Regulationsmechanismus der Centrine in den Photorezeptorzellen der Vertebraten beschrieben. Centrine werden nicht nur durch Ca2+-Bindung zur Bildung von Protein Komplexen stimuliert, sondern durch die Phosphorylierung zum Auflösen dieser Komplexe angeregt. Damit reguliert die CK2-vermittelte, lichtabhängige Phosphorylierung der Centrine möglicherweise ebenfalls die adaptive Translokation des visuellen G-Proteins Transducin zwischen dem Außen- und Innensegment der Photorezeptorzellen.

Effects of artificial defences and flooding on coastal habitats and assemblages

Since large stretches of European coasts are already retreating and projected scenarios are worsening, many artificial structures, such as breakwaters and seawalls, are built as tool against coastal erosion. However artificial structures produce widespread changes that alter the coastal zones and affect the biological communities. My doctoral thesis analyses the consequences of different options for coastal protection, namely hard engineering ‘artificial defences’ (i.e. impact of human-made structures) and ‘no-defence’ (i.e. impact of seawater inundation). I investigated two new aspects of the potential impact of coastal defences. The first was the effect of artificial hard substrates on the fish communities structure. In particular I was interested to test if the differences among breakwaters and natural rocky reef would change depending on the nature of the surrounding habitat of the artificial structure (prevalent sandy rather than rocky). The second was the effect on the native natural sandy habitats of the organic detritus derived from hard-bottom species (green algae and mussels) detached from breakwaters. Furthermore, I investigated the ecological implication of the “no-defend” option, which allow the inundation of coastal habitats. The focus of this study was the potential effect of seawater intrusion on the degradation process of marine, salt-marsh and terrestrial detritus, including changes on the breakdown rates and the associated macrofauna. The PhD research was conducted in three areas along European coasts: North Adriatic sea, Sicilian coast and South-West England where different habitats (coastal, estuarine), biological communities (soft-bottom macro-benthos; rocky-coastal fishes; estuarine macro-invertebrates) and processes (organic enrichment; assemblage structure; leaf-litter breakdown) were analyzed. The research was carried out through manipulative and descriptive field-experiments in which specific hypothesis were tested by univariate and multivariate analyses.

Charakterisierung spezieller pflanzlicher Gamma-Tubulin-Sequenzbereiche und Detektion potentieller Interaktionspartner mittels Yeast-two-Hybrid-System

Mitotische und postmitotische Vorgänge pflanzlicher Zellen basieren auf der Funktion von Mikrotubuli. Es liegen nur wenige gesicherte Erkenntnisse zur Organisation dieser Multifunktionalität vor. Eine zentrale Bedeutung wird bei der Nukleation der Mikrotubuli an MTOCs durch γ-Tubulin zugeschrieben. Deren Zusammenlagerung an MTOCs ist jedoch noch nicht richtig verstanden. Domänen, die an der Proteinoberfläche exponiert werden, könnten in Interaktionen involviert sein. Hier werden im Besonderen der γ-A und γ-B-Peptivmotiv diskutiert. Es wurde das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv des γ-Tubulins hinsichtlich einer Konservierung innerhalb des Pflanzenreiches untersucht. Die beiden Bereiche sind bei den grünen Landpflanzen stark konserviert. Sie divergieren stark zu den einzelligen Grünalgen Chlamydomonas reinhardtii und Chlorella spec. Es wurden daher in der bestehenden phylogentischen Lücke weitere Organismen hinsichtlich des γ-A und γ-B Peptidmotivs untersucht. Auswahlkriterien der Organismen waren Ein-/Mehrzelligkeit, Besitz/Abwesenheit von Centriolen und Besitz/Abwesenheit von Geißeln. Des weiteren wurde mit verschiedenen γ-Tubulin-Konstrukten um das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv, gewonnen aus Nicotiana tabacum (BY2) mittels Y2H-System nach Interaktionspartnern gesucht. Bei den Sequenzuntersuchungen des γ-A- und γ-B-Peptidmotivs konnte festgestellt werden, dass die Konservierung innerhalb der Streptophytenlinie erfolgt. Interessant erweist sich die Tatsache, dass dieses Motiv bei den Jochalgen, welche ebenfalls den Streptophyten angehören, nur im γ-A-Peptidmotiv auftritt. Es besteht die Möglichkeit, dass die beiden potentiellen Interaktionspartner verschiedene Proteine als Interaktions-partner besitzen. Durch eine Anwendung eines auf dem GAL4-Protein basierenden Y2H-Systems mit vier unterschiedlichen Konstrukten des γ-Tubulin-A/B-Peptidbereichs als Köder-konstrukt und einer cDNA-Bibliothek als Beutekonstrukt, wurden diverse Sequenzen identifiziert. Identifiziert wurden das Poly(A)-Bindeprotein, Glycerin-aldehyd-3-phosphatdehydrogenase, die S-adenosyl-L-methionine-Synthetase, diverse Proteasom-Untereinheiten, eine sekretorische Peroxidase, eine Ascorbat-Peroxidase, die NtPOX1-Peroxidase und verschiedene Peroxidasen aus Nicotiana tabacum, Sequenzen des Chloroplastengenoms, ein Myosin-ähnliches Protein und eine Sequenz auf dem 5. Chromosom des Medicago truncatula-Klons mth2-16f8 und diverse humane Sequenzen der Proteine DKFZp68 und DKFZp77. Die Ergebnisse weisen auf eine komplexe Funktionsweise der unterschiedlichen Komponenten des pflanzlichen Cytoskeletts und des γ-Tubulins hin. Zur Aufklärung müsste dies in Zukunft mittels anderer genetischer, biochemischer oder funktioneller Methoden untersucht werden. Hypothesen über Interaktionen der Cytoskelettkomponenten können wahrscheinlich nicht allein durch die Anwendung des Y2H-Systems aufgeklärt werden.

Nachweis und Charakterisierung der Ketocarotinoidakkumulation in Zygosporen des Modellorganismus Chlamydomonas reinhardtii

Ketocarotinoide sind in den Dauerstadien vieler Grünalgen anzutreffen und aufgrund ihres hohen antioxidativen Potentials vermutlich von großer Bedeutung für deren Überleben unter ungünstigen Umweltbedingungen. Daneben ist die Aufnahme von Ketocarotinoiden im Zuge der Nahrungskette für verschiedene Tiere lebensnotwendig. Trotz zahlreicher Untersuchungen des Biosynthesewegs der Ketocarotinoide, vorwiegend in der Grünalge Haematococcus pluvialis, sind viele grundlegende Aspekte der Synthese nicht verstanden. Dazu zählt neben dem genauen Reaktionsmechanismus des ketolierenden Enzyms ß-Carotin-Ketolase (BKT) vor allem der noch nicht aufgeklärte Zusammenhang zwischen Lipidsynthese und Ketocarotinoidakkumulation. Nach der Entdeckung eines zur BKT aus H. pluvialis homologen Gens in einer EST-Datenbank des Modellorganismus Chlamydomonas reinhardtii wurden im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit die als orange-rot beschrieben Zygosporen von C. reinhardtii als mögliches ketocarotinoidhaltiges Zellstadium untersucht. Dabei wurden für C. reinhardtii erstmals Ketocarotinoide in Konzentrationen bis zu einem Femtomol pro Zelle nachgewiesen und mittels HPLC-Analytik, chemischer Derivatisierung und Massenspektrometrie zweifelsfrei identifiziert. Es wurden, in aufsteigender Quantität, drei Ketocarotinoide detektiert: Canthaxanthin, Astaxanthin und 4-Ketolutein. Letzteres wurde bisher selten in anderen ketocarotinoidakkumulierenden Organismen beschrieben und stellt, im Gegensatz zu den vom ß-Carotin abgeleiteten Pigmenten Astaxanthin und Canthaxanthin, ein Pigment des α-Carotin-Zweiges dar. Astaxanthin und 4-Ketolutein wurden vor allem in Form von Pigment-Fettsäureestern nachgewiesen. Mit Hilfe von Paarungsansätzen mit der lor1-Mutante, die keine α-Carotinoide synthetisieren kann, und Vergleichen mit Ketocarotinoiden aus H. pluvialis konnte gezeigt werden, dass 4 Ketolutein nur als Monoacylester in der Alge vorliegt, während Astaxanthin sowohl als Monoacyl- wie auch als Diacylester anzutreffen ist. Ketocarotinoide wurden innerhalb der ersten 14 Tage der Zygotenreife gebildet. Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen der Zygoten dokumentierten, dass damit ein starker Umbau der Zelle einherging, der sich vor allem in der Reduktion des Chloroplasten und der Bildung von Lipidtröpfchen darstellte. Letztere nahmen bei reifen Zygosporen den größten Teil des Zelllumens ein und wurden mittels dünnschichtchromatografischer Analysen als Neutralfette identifiziert. Der sinkende Zellgehalt an Carotinoiden im Zuge der Zygosporenreifung und Inhibitorexperimente an reifenden Zygoten mittels Norflurazon zeigten, dass für die Ketocarotinoidakkumulation keine Neusynthese von Carotinoiden nötig ist und lassen die Hypothese zu, dass C. reinhardtii die im Zuge der Chloroplastenreduktion freigesetzten Photosynthese-Carotinoide als Substrate für die Ketocarotinoidsynthese verwendet. Physiologische Bedeutung könnte den Ketocarotinoiden vor allem beim Schutz der Speicherlipide vor Peroxidation durch reaktive Sauerstoffspezies zukommen. Diese Reservestoffe stellen die Energieversorgung während des Auskeimens der Zellen sicher. Durch den im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit dokumentierten Nachweis der Ketocarotinoidakkumulation in C. reinhardtii können die Ketocarotinoidsynthese und vor allem der Zusammenhang von Lipid- und Ketocarotinoidakkumulation zukünftig mit Hilfe der für diesen Modellorganismus vorliegenden umfangreichen molekulargenetischen Methoden detailliert untersucht werden.

Identifizierung und Quantifizierung der Ketocarotinoide in Dauerstadien von Grünalgen und Ketocarotinoidbiosynthese im Modellorganismus Chlamydomonas reinhardtii

Grünalgen bilden zur Überdauerung schlechter Umweltbedingungen Ruhestadien, die sich durch Ausbildung einer festen Zellwand, die Reduktion des Plastiden und die starke Akkumulation von Speicherfetten und Ketocarotinoiden im Zytosol auszeichnen. Obwohl Ketocarotinoide in Grünalgen seit über vierzig Jahren beforscht werden, gab es hierzu noch wenige molekularbiologische Untersuchungen. Im Vorfeld meiner Promotion wurde durch unsere Arbeitsgruppe entdeckt, dass auch der molekular gut zugängliche Modellorganismus Chlamydomonas reinhardtii im Zygotenstadium große Mengen an Ketocarotinoiden bildet. Neben dem zu erwartenden Ketocarotinoid Astaxanthin fanden wir große Mengen des bisher nur in einer Grünalge beschriebenen 4-Ketoluteins. Vorversuche ließen die Vermutung aufkommen, dass dieses Pigment bei der Untersuchung der Pigmentausstattung in Dauerstadien von vielen Grünalgen bisher übersehen wurde. rnIn der vorliegenden Arbeit wurde daher zunächst die Pigmentzusammensetzung von Dauerstadien der bereits gut untersuchten Grünalgen Muriella zofingiensis und Scenedesmus rubescens durch Vergleich mit dem Ketocarotinoidmuster aus Dauerstadien von C. reinhardtii und Fritschiella tuberosa reevaluiert und dabei erstmals das Vorkommen signifikanter Mengen an 4-Ketolutein nachgewiesen. Außerdem zeigte sich, dass die als bisheriger Modellorganismus der Ketocarotinoidbiosynthese in Grünalgen sehr gut untersuchte Alge Haematococcus pluvialis eher eine Ausnahme darstellt, da ihre Dauerstadien als einzige der hier untersuchten Algen nur minimale Mengen von 4 Ketolutein aufwiesen. Diese Beobachtungen machen es sehr wahrscheinlich, dass die Fähigkeit zur Bildung von 4-Ketolutein unter den Grünalgen wesentlich weiter verbreitet ist als bisher angenommen. Das sekundäre Carotinoid 4-Ketolutein kam in den Dauerstadien der Grünalgen neben seiner freien Form ausschließlich als Monoacylester vor, im Gegensatz zu Astaxanthin, das als mono- und diacylierte Form auftrat. rnÜber die Analyse der Pigmentausstattung hinaus konnten die entscheidenden Schritte des Synthesewegs der Ketocarotinoide in C. reinhardtii durch funktionelle Charakterisierung der beteiligten Enzyme in Bakterien aufgeklärt werden. Als Basis für die Charakterisierungen wurde ein umfangreiches Portfolio von carotinogenen E. coli-Bakterien etabliert, darunter α Carotin und Lutein produzierende Stämme, die bisher nicht zur Verfügung standen. Das wurde durch die Klonierung der Lycopinzyklase (OluLCY) aus der Grünalge Ostreococcus lucimarinus möglich, die eine Sonderolle unter den Zyklasen einnimmt, da sie die Lycopin-β-Zyklase und Lycopin-ε-Zyklase in einem Fusionsenzym vereint. Vorteile dieses Fusionsenzyms sind die Expressionskontrolle durch nur einen Promotor und die weitgehend konstante Stöchiometrie seiner Produkte α-Carotin und β-Carotin, was die OluLCY für die biotechnologische Anwendung prädestiniert.rnDie funktionelle Charakterisierung der Carotinoidbiosyntheseenzyme aus C. reinhardtii umfasste das Schlüsselenzym der Ketocarotinoidbiosynthese, die β-Carotin-Ketolase (BKT), sowie die Carotinoid-Hydroxylasen CHYB, CYP97A5 und CYP97C3. Dabei wurde für das BKT-Enzym aus C. reinhardtii nachgewiesen, dass es nicht nur die Ketolierung von β Carotin zu Canthaxanthin und von Zeaxanthin zu Astaxanthin, sondern auch die Bildung der von α-Carotin abgeleiteten Ketocarotinoide wie 4-Keto-α-Carotin und 4 Ketolutein katalysieren kann.rn

The importance of visual and olfactory stimuli during flower visits in Apis mellifera

Flowers attract honeybees using colour and scent signals. Bimodality (having both scent and colour) in flowers leads to increased visitation rates, but how the signals influence each other in a foraging situation is still quite controversial. We studied four basic questions: When faced with conflicting scent and colour information, will bees choose by scent and ignore the “wrong” colour, or vice versa? To get to the bottom of this question, we trained bees on scent-colour combination AX (rewarded) versus BY (unrewarded) and tested them on AY (previously rewarded colour and unrewarded scent) versus BX (previously rewarded scent and unrewarded colour). It turned out that the result depends on stimulus quality: if the colours are very similar (unsaturated blue and blue-green), bees choose by scent. If they are very different (saturated blue and yellow), bees choose by colour. We used the same scents, lavender and rosemary, in both cases. Our second question was: Are individual bees hardwired to use colour and ignore scent (or vice versa), or can this behaviour be modified, depending on which cue is more readily available in the current foraging context? To study this question, we picked colour-preferring bees and gave them extra training on scent-only stimuli. Afterwards, we tested if their preference had changed, and if they still remembered the scent stimulus they had originally used as their main cue. We came to the conclusion that a colour preference can be reversed through scent-only training. We also gave scent-preferring bees extra training on colour-only stimuli, and tested for a change in their preference. The number of animals tested was too small for statistical tests (n = 4), but a common tendency suggested that colour-only training leads to a preference for colour. A preference to forage by a certain sensory modality therefore appears to be not fixed but flexible, and adapted to the bee’s surroundings. Our third question was: Do bees learn bimodal stimuli as the sum of their parts (elemental learning), or as a new stimulus which is different from the sum of the components’ parts (configural learning)? We trained bees on bimodal stimuli, then tested them on the colour components only, and the scent components only. We performed this experiment with a similar colour set (unsaturated blue and blue-green, as above), and a very different colour set (saturated blue and yellow), but used lavender and rosemary for scent stimuli in both cases. Our experiment yielded unexpected results: with the different colours, the results were best explained by elemental learning, but with the similar colour set, bees exhibited configural learning. Still, their memory of the bimodal compound was excellent. Finally, we looked at reverse-learning. We reverse-trained bees with bimodal stimuli to find out whether bimodality leads to better reverse-learning compared to monomodal stimuli. We trained bees on AX (rewarded) versus BY (unrewarded), then on AX (unrewarded) versus BY (rewarded), and finally on AX (rewarded) and BY (unrewarded) again. We performed this experiment with both colour sets, always using the same two scents (lavender and rosemary). It turned out that bimodality does not help bees “see the pattern” and anticipate the switch. Generally, bees trained on the different colour set performed better than bees trained on the similar colour set, indicating that stimulus salience influences reverse-learning.

Dressurexperimente zum Kontrast- und Farbensehen von Phoca vitulina und Arctocephalus pusillus

Robben sind amphibische marine Säugetiere. Das bedeutet, dass sie zweirnunterschiedliche Lebensräume, Wasser und Land, bewohnen. Ihre sensorischen Systeme müssen auf beide Medien abgestimmt sein. Gerade für das Sehvermögen ist es eine große Herausforderung, sich den zwei optisch unterschiedlichen Medien anzupassen. Deshalb sind Forscher an dem Sehen von marinen Säugern seit dem zwanzigsten Jahrhundert so sehr interessiert. rnBis heute wird kontrovers diskutiert, ob marine Säugetiere Farbe sehen können, da sie durch einen Gendefekt nur einen Zapfentyp besitzen und somit zu den Zapfen-Monochromaten gehören. Dressurexperimente zeigten jedoch, dass Seebären und Seelöwen in der Lage sind grüne und blaue Testfelder von Graustufen zu unterscheiden (Busch & Dücker, 1987; Griebel & Schmid, 1992).rnUm auszuschließen, dass die Tiere ein Farbensehen über die Unterscheidung von Helligkeit vortäuschen, wurde in der vorliegenden Arbeit zunächst die Kontrasterkennung untersucht und danach Tests auf Farbensehen durchgeführt. Als Versuchstiere dienten zwei Seehunde (Phoca vitulina) und zwei Südafrikanische Seebären (Arctocephalus pusillus). Alle Versuche wurden unter freien Himmel im Zoo Frankfurt durchgeführt. Den Tieren wurden immer drei Testfelder zur Auswahl geboten: zwei waren gleich und zeigten ein homogenen Hintergrund, das dritte zeigte ein Dreieck auf demselben Hintergrund. Die Tiere wurden auf das Dreieck dressiert. In den Versuchen zum Helligkeitskontrast wurden graue Dreiecke auf grauem Hintergrund verwendet. Das Dreieck wurde nicht erkannt bei einem Luminanz-Kontrast (K= LD/(LD+LH)) zwischen 0,03 und -0,12.rnBeim Test auf Farbensehen wurden die Farben Blau, Grün, Gelb und Orange auf grauem Hintergrund verwendet. Die Testreihen zeigten, dass jedes Tier auch in Bereichen von geringem Helligkeitskontrast hohe Wahlhäufigkeiten auf das farbige Dreieck erzielte und somit eindeutig die Farben Blau, Grün und Gelb sehen konnte. Lediglich bei der Farbe Orange kann keine Aussage zum Farbensehen getroffen werden, da das farbige Dreieck immer dunkler war als der Hintergrund. rnZusammenfassend konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass Seehunde und Seebären in der Lage sind Farbe zu sehen. Vermutlich beruht diese Fähigkeit auf der Interaktion von Stäbchen und Zapfen. rn

Eggshell colour is more strongly affected by maternal identity than by dietary antioxidants in a captive poultry system

1.Biologists have long puzzled over the apparent conspicuousness of blue-green eggshell coloration in birds. One candidate explanation is the sexual signalling hypothesis that the blue-green colour of eggshells can reveal an intrinsic aspect of females' physiological quality, with only high-quality females having sufficient antioxidant capacity to pigment their eggs with large amounts of biliverdin. Subsequent work has argued instead that eggshell colour might signal condition-dependent traits based on diet. 2.Using Araucana chickens that lay blue-green eggs, we explored (i) whether high levels of dietary antioxidants yield eggshells with greater blue-green reflectance, (ii) whether females differ from one another in eggshell coloration despite standardized environments, diets and rearing conditions, and (iii) the relative strength with which diet vs. female identity affects eggshell coloration. 3.We reared birds to maturity and then placed them on either a high- or low-antioxidant diet, differing fourfold in Vitamin E acetate and Vitamin A retinol. After 8 weeks, the treatments were reversed, such that females laid eggs on both diets in an order-balanced design. We measured the reflectance spectra of 545 eggs from 25 females. 4.Diet had a very limited effect on eggshell spectral reflectance, but individual females differed strongly and consistently from one another, despite having been reared under uniform conditions. However, predictions from avian visual modelling suggest that most of the egg colour differences between females, and nearly all of the differences between diets, are unlikely to be visually discriminable. 5.Our data suggest that eggshell reflectance spectra may carry information on intrinsic properties of the female that laid the eggs, but the utility of this coloration as a signal to conspecifics in this species may be limited by the sensitivity of a receiver to detect it.

Proceedings of the Third Biochemical Engineering Symposium (April 28, 1973)

This report presents the proceedings of the Biochemical Engineering Symposium held at Kansas State University, April 28, 1973. Since a number of the contributions will be published in detail elsewhere, only brief summaries of each contribution are included here. Requests for additional information on projects conducted at The University of Nebraska should be directed to Dr. Peter J. Reilly, and those at Kansas State University to the editors. ContentsKenneth J. Jacobson, Andrew H.C. Chan, and Raymond C. Eliason, "Properties and Utilization of Small Particulates in Cattle Manure" Cady R. Engler and James S. Yohn, "Protein from Manure" Robert J. Williams, "Kinetics of Sucrose Inversion Using Invertase Immobilized on Hollow Fibers of Cellulose Acetate" David F. Aldis and Thomas A. Carlisle, "Study of a Triiodide-Resin Complex Disinfection System" John C. Heydweiller, "Modeling and Analysis of Symbiotic Growth" Kenneth J. Jacobson, "Synchronized Growth of the Blue Green Alga Microcystis aeruginosa" Clarence C. Y. Ron arui Lincoln L. S. Yang, "Computer Modeling of the Reductive Pentose Phosphate Cycle" Ming-ching T. Kuo, "Application of a Parallel Biochemical Oxidation Kinetic Model to the Design of an Activated Sludge System Including a Primary Clarifier" Prakash N. Mishra, "Optimal Synthesis of Water Renovation Systems"

Second Annual Kansas State–Nebraska Biochemical Engineering Symposium (April 29, 1972)

This booklet contains abstracts of papers presented at a biochemical engineering symposium conducted at the University of Nebraska-Lincoln on April 29, 1972. This was the second annual symposium on this subject, the first having been held at Kansas State University on June 4, 1971. It is expected that future symposia will alternate between the two campuses. ContentsS.H. Lin, Kansas State University, "Enzyme Reaction in a Tubular Reactor with Laminar Flow" Gregory C. Martin, University of Nebraska, "Estimation of Parameters in Population Models for Schizosaccharomyces pombe from Chemostat Data" Jaiprakash S. Shastry and Prakash N. Mishra, Kansas State University, "Immobilized Enzymes: Analysis of Ultrafiltration Reactors" Mark D. Young, University of Nebraska, "Modelling Unsteady-State Two-Species Data Using Ramkrishna's Staling Model" G.C.Y. Chu, Kansas State University, "Optimization of Step Aeration Waste Treatment Systems Using EVOP" Shinji Goto, University of Nebraska, "Growth of the Blue-Green Alga Microcytis aeruginosa under Defined Conditions" Prakash N. Mishra and Thomas M.C. Kuo, Kansas State University, "Digital Computer Simulation of the Activated Sludge System: Effect of Primary Clarifier on System Performance" Mark D. Young, University of Nebraska, "Aerobic Fermentation of Paunch Liquor"

Role of transducer proteins in photoaxis signaling of Halobacterium salinarum

In Halobacterium salinarum phototaxis is mediated by the visual pigment-like photoreceptors sensory rhodopsin I (SRI) and II (SRII). SRI is a receptor for attractant orange and repellent UV-blue light, and SRII is a receptor for repellent blue-green light, and transmit signals through the membrane-bound transducer proteins HtrI and HtrII, respectively. ^ The primary sequences of HtrI and HtrII predict 2 transmembrane helices (TM1 and TM2) followed by a hydrophilic cytoplasmic domain. HtrII shows an additional large periplasmic domain for chemotactic ligand binding. The cytoplasmic regions are homologous to the adaptation and signaling domains of eubacterial chemotaxis receptors and, like their eubacterial homologs, modulate the transfer of phosphate groups from the histidine protein kinase CheA to the response regulator CheY that in turn controls flagellar motor rotation and the cell's swimming behavior. HtrII and Htrl are dimeric proteins which were predicted to contain carboxylmethylation sites in a 4-helix bundle in their cytoplasmic regions, like eubacterial chemotaxis receptors. ^ The phototaxis transducers of H. salinarum have provided a model for studying receptor/tranducer interaction, adaptation in sensory systems, and the role of membrane molecular complexes in signal transduction. ^ Interaction between the transducer HtrI and the photoreceptor SRI was explored by creating six deletion constructs of HtrI, with progressively shorter cytoplasmic domains. This study confirmed a putative chaperone-like function of HtrI, facilitating membrane insertion or stability of the SRI protein, a phenomenon previously observed in the laboratory, and identified the smallest HtrI fragment containing interaction sites for both the chaperone-like function and SRI photocycle control. The active fragment consisted of the N-terminal 147 residues of the 536-residue HtrI protein, a portion of the molecule predicted to contain the two transmembrane helices and the first ∼20% of the cytoplasmic portion of the protein. ^ Phototaxis and chemotaxis sensory systems adapt to stimuli, thereby signaling only in response to changes in environmental conditions. Observations made in our and in other laboratories and homologies between the halobacterial transducers with the chemoreceptors of enteric bacteria anticipated a role for methylation in adaptation to chemo- and photostimuli. By site directed mutagenesis we identified the methylation sites to be the glutamate pairs E265–E266 in HtrI and E513–E514 in HtrII. Cells containing the unmethylatable transducers are still able to perform phototaxis and adapt to light stimuli. By pulse-chase analysis we found that methanol production from carboxylmethyl group hydrolysis occurs upon specific photo stimulation of unmethylatable HtrI and HtrII and is due to turnover of methyl groups on other transducers. We demonstrated that the turnover in wild-type H. salinarum cells that follows a positive stimulus is CheY-dependent. The CheY-feedback pathway does not require the stimulated transducer to be methylatable and operates globally on other transducers present in the cell. ^ Assembly of signaling molecules into architecturally defined complexes is considered essential in transmission of the signals. The spectroscopic characteristics of SRI were exploited to study the stoichiometric composition in the phototaxis complex SRI-HtrI. A molar ratio of 2.1 HtrI: 1 SRI was obtained, suggesting that only 1 SRI binding site is occupied on the HtrI homodimer. We used gold-immunoelectron microscopy and light fluorescence microscopy to investigate the structural organization and the distribution of other halobacterial transducers. We detected clusters of transducers, usually near the cell's poles, providing a ultrastructural basis for the global effects and intertransducer communication we observe. ^