Peripheral communities of the Eastern Lau Spreading Center and Valu Fa Ridge: community composition, temporal change and comparison to near-vent communities

Western Pacific hydrothermal vents will soon be subjected to deep-sea mining and peripheral sites are considered the most practical targets. The limited information on community dynamics and temporal change in these communities makes it difficult to anticipate the impact of mining activities and recovery trajectories. We studied community composition of peripheral communities along a cline in hydrothermal chemistry on the Eastern Lau Spreading Center and Valu Fa Ridge (ELSC-VFR) and also studied patterns of temporal change. Peripheral communities located in the northern vent fields of the ELSC-VFR are significantly different from those in the southern vent fields. Higher abundances of zoanthids and anemones were found in northern peripheral sites and the symbiont-containing mussel Bathymodiolus brevior, brisingid seastars and polynoids were only present in the northern peripheral sites. By contrast, certain faunal groups were seen only in the southern peripheral sites, such as lollipop sponges, pycnogonids and ophiuroids. Taxonomic richness of the peripheral communities was similar to that of active vent communities, due to the presence of non-vent endemic species that balanced the absence of species found in areas of active venting. The communities present at waning active sites resemble those of peripheral sites, indicating that peripheral species can colonize previously active vent sites in addition to settling in the periphery of areas of venting. Growth and mortality were observed in a number of the normally slow-growing cladorhizid stick sponges, indicating that these animals may exhibit life history strategies in the vicinity of vents that differ from those previously recorded. A novel facultative association between polynoids and anemones is proposed based on their correlated distributions.

Systématique évolutive et biogéographie de Angraecum (Orchidaceae, Angraecinae) à Madagascar

Le genre Angraecum est un groupe d’orchidées tropicales qui compte environ 221 espèces réparties en Afrique subsaharienne, dans l’ouest de l’Océan Indien, et au Sri Lanka. Plus de la moitié des espèces se trouvent à Madagascar, dont au moins 90% sont endémiques à l’île. L’étude systématique et taxonomique du genre Angraecum a toujours été problématique à cause de sa grande diversité morphologique. Pour faciliter la classification, des sections ont été établies dont la plus connue est celle de Garay (1973), qui regroupe les espèces sous 19 sections. Plusieurs analyses phylogénétiques avaient montré que le genre Angraecum et les sections de Garay ne sont pas monophylétiques. Cependant, aucune révision systématique n’a été apportée à cause du faible échantillonnage dans ces analyses. En incorporant un plus grand nombre d'espèces et en ajoutant d’autres caractères morphologiques dans l’analyse, nous avons apporté une plus grande résolution à la reconstruction phylogénétique du groupe. Cette résolution concerne surtout les nœuds plus profonds qui représentent les différents clades à l’intérieur d'Angraecum, qui correspondent à des sections naturelles. A partir de ces clades, nous avons redéfini 14 sections monophylétiques toute en reconnaissant cinq nouvelles. Grâce à cette nouvelle phylogénie d'Angraecum, nous avons pu étudier la diversification du genre et de la sous-tribu Angraecinae en utilisant des méthodes macroévolutives, notamment les roles joués par les traits floraux dans la spéciation, tout en l'interprétant grâce aux histoires géologique et paléoclimatique. Le modèle de diversification chez les Angraecinae semble avoir été celui communément rencontré dans les forêts tropicales humides, c’est-à-dire une diversification par accumulation graduelle d’espèces à travers le temps et non pas une radiation adaptative rapide, comme souvent observée chez des lignées animales malgaches. Plusieurs caractères morphologiques jouent un rôle important dans la diversification des espèces d'Angraecum. Le début de la diversification d'Angraecum à Madagascar coïncide avec le mouvement progressif de l’île vers le nord, l’établissement de la mousson dans la partie nord de l’île durant le Miocène, et l’expansion de la forêt tropicale malgache pendant cette période. Notre étude de l’histoire biogéographique des Angraecinae suggère une origine malgache de la sous-tribu et du genre Angraecum. On observe de la dispersion à longue distance à partir de Madagascar vers le reste du monde dans le genre Angraecum. La forêt tropicale humide du Nord Est de Madagascar est le point de départ de la diversification des espèces d'Angraecum. Le premier événement de dispersion a débuté à l’intérieur de l’île vers la fin du Miocène. Cet évènement est marqué par une migration du Nord Est vers le centre de Madagascar. Par ailleurs, la majorité des événements de dispersion à longue distance se sont produits durant le Pliocène-Pléistocène à partir soit du centre, soit du Nord Est de l'île. On assiste à des migrations indépendantes vers l’Afrique de l’est et les Comores d’une part, et vers les Mascareignes d’autre part. Un seul événement fondateur ayant conduit à l’apparition de la section Hadrangis est observé dans les Mascareignes. La saison cyclonique joue un rôle significatif dans la dispersion à longue distance des graines d’orchidées, comparée aux vents dominants qui soufflent dans la région ouest de l’Océan Indien, notamment l’alizé et la mousson. La similarité des niches écologiques a facilité l’expansion des espèces d'Angraecum dans les Comores et les Mascareignes.

Molecular identification and localization of filamentous symbiotic bacteria associated with the hydrothermal vent annelid Alvinella pompejana

Alvinella pompejana is a polychaetous annelid that inhabits high temperature environments associated with active deep-sea hydrothermal vents along the East Pacific Rise. A unique and diverse epibiotic microflora with a prominent filamentous morphotype is found associated with the worm's dorsal integument. A previous study established the taxonomic positions of two epsilon proteobacterial phylotypes, 13B and 5A, which dominated a clone library of 16S rRNA genes amplified by PCR from the epibiotic microbial community of an A. pompejana specimen. In the present study deoxyoligonucleotide PCR primers specific for phylotypes 13B and 5A were used to demonstrate that these phylotypes are regular features of the bacterial community associated with A. pompejana. Assaying of other surfaces around colonies of A. pompejana revealed that phylotypes 13B and 5A are not restricted to A. pompejana. Phylotype 13B occurs on the exterior surfaces of other invertebrate genera and rock surfaces, and phylotype 5A occurs on a congener, Alvinella caudata. The 13B and 5A phylotypes were identified and localized on A. pompejana by in situ hybridization, demonstrating that these two phylotypes are, in fact, the prominent filamentous bacteria on the dorsal integument of A. pompejana. These findings indicate that the filamentous bacterial symbionts of A. pompejana are epsilon Proteobacteria which do not have an obligate requirement for A. pompejana.

La face cachée de la dune : communautés fongiques du sol: dynamique, succession et interactions avec la végétation d’un écosystème dunaire côtier aux Îles de la Madeleine, Qc

Les écosystèmes dunaires remplissent plusieurs fonctions écologiques essentielles comme celle de protéger le littoral grâce à leur capacité d’amortissement face aux vents et vagues des tempêtes. Les dunes jouent aussi un rôle dans la filtration de l’eau, la recharge de la nappe phréatique, le maintien de la biodiversité, en plus de présenter un attrait culturel, récréatif et touristique. Les milieux dunaires sont très dynamiques et incluent plusieurs stades de succession végétale, passant de la plage de sable nu à la dune bordière stabilisée par l’ammophile à ligule courte, laquelle permet aussi l’établissement d’autres herbacées, d’arbustes et, éventuellement, d’arbres. Or, la survie de ces végétaux est intimement liée aux microorganismes du sol. Les champignons du sol interagissent intimement avec les racines des plantes, modifient la structure des sols, et contribuent à la décomposition de la matière organique et à la disponibilité des nutriments. Ils sont donc des acteurs clés de l’écologie des sols et contribuent à la stabilisation des dunes. Malgré cela, la diversité et la structure des communautés fongiques, ainsi que les mécanismes influençant leur dynamique écologique, demeurent relativement méconnus. Le travail présenté dans cette thèse explore la diversité des communautés fongiques à travers le gradient de succession et de conditions édaphiques d’un écosystème dunaire côtier afin d’améliorer la compréhension de la dynamique des sols en milieux dunaires. Une vaste collecte de données sur le terrain a été réalisée sur une plaine de dunes reliques se trouvant aux Îles de la Madeleine, Qc. J’ai échantillonné plus de 80 sites répartis sur l’ensemble de ce système dunaire et caractérisé les champignons du sol grâce au séquençage à haut débit. Dans un premier temps, j’ai dressé un portait d’ensemble des communautés fongiques du sol à travers les différentes zones des dunes. En plus d’une description taxonomique, les modes de vie fongiques ont été prédits afin de mieux comprendre comment les variations au niveau des communautés de champignons du sol peuvent se traduire en changements fonctionnels. J’ai observé un niveau de diversité fongique élevé (plus de 3400 unités taxonomiques opérationnelles au total) et des communautés taxonomiquement et fonctionnellement distinctes à travers un gradient de succession et de conditions édaphiques. Ces résultats ont aussi indiqué que toutes les zones des dunes, incluant la zone pionière, supportent des communautés fongiques diversifiées. Ensuite, le lien entre les communautés végétales et fongiques a été étudié à travers l’ensemble de la séquence dunaire. Ces résultats ont montré une augmentation claire de la richesse spécifique végétale, ainsi qu’une augmentation de la diversité des stratégies d’acquisition de nutriments (traits souterrains lié à la nutrition des plantes, soit mycorhizien à arbuscule, ectomycorhizien, mycorhizien éricoide, fixateur d’azote ou non spécialisé). J’ai aussi pu établir une forte corrélation entre les champignons du sol et la végétation, qui semblent tous deux réagir de façon similaire aux conditions physicochimiques du sol. Le pH du sol influençait fortement les communautés végétales et fongiques. Le lien observé entre les communautés végétales et fongiques met l’emphase sur l’importance des interactions biotiques positives au fil de la succession dans les environnements pauvres en nutriments. Finalement, j’ai comparé les communautés de champignons ectomycorhiziens associées aux principales espèces arborescentes dans les forêts dunaires. J’ai observé une richesse importante, avec un total de 200 unités taxonomiques opérationnelles ectomycorhiziennes, appartenant principalement aux Agaricomycètes. Une analyse de réseaux n’a pas permis de détecter de modules (c'est-à-dire des sous-groupes d’espèces en interaction), ce qui indique un faible niveau de spécificité des associations ectomycorhiziennes. De plus, je n’ai pas observé de différences en termes de richesse ou de structure des communautés entre les quatre espèces hôtes. En conclusion, j’ai pu observer à travers la succession dunaire des communautés diversifiées et des structures distinctes selon la zone de la dune, tant chez les champignons que chez les plantes. La succession semble toutefois moins marquée au niveau des communautés fongiques, par rapport aux patrons observés chez les plantes. Ces résultats ont alimenté une réflexion sur le potentiel et les perspectives, mais aussi sur les limitations des approches reposant sur le séquençage à haut-débit en écologie microbienne.

Complete Genome Sequence of the Hyperthermophilic and Piezophilic Archeon Thermococcus piezophilus CDGS T , Able To Grow under Extreme Hydrostatic Pressures

We report the genome sequence of Thermococcus superprofundus strain CDGST, a new piezophilic and hyperthermophilic member of the order Thermococcales isolated from the world’s deepest hydrothermal vents, at the Mid-Cayman Rise. The genome is consistent with a heterotrophic, anaerobic, and piezophilic lifestyle.

Modélisation hydro-sédimentaire de la rade de Toulon : application à l’étude de la dispersion de radionucléides

L’objectif de ce travail est mettre en place un modèle hydro-sédimentaire de dispersion des radionucléides, comme outil d’aide à la décision suite à une hypothétique contamination marine accidentelle. Appliqué à la Rade de Toulon, il utilise le modèle MARS-3D pour l’étude hydrodynamique et le module MIXSED pour la dynamique des différentes classes de sédiments. Les cas d’application présentés concernent le césium et le plutonium, qui ont des affinités très différentes avec les sédiments fins. Les simulations de rejet, effectuées en fond de baie, montrent une variabilité saisonnière marquée, due aux conditions météorologiques typiques, mais aussi aux conditions de débit et de charge sédimentaire associée du fleuve Las, qui se jette dans la Rade. Ainsi, les simulations par forts vents, qui favorisent la circulation et les échanges de masses d’eau, présentent une diminution rapide des activités dissoutes. Par ailleurs, le Vent d’Est hivernal, qui engendre d’importantes crues du Las et un apport de sédiments à la Rade, favorise le piégeage des radionucléides dans les sédiments de fond, où les deuxtiers de la contamination initiale sont piégés après une simulation de deux mois.

Development of an ecotoxicological protocol for the deep-sea fauna using the hydrothermal vent shrimp Rimicaris exoculata

In light of deep-sea mining industry development, particularly interested in massive-sulphide deposits enriched in metals with high commercial value, efforts are increasing to better understand potential environmental impacts to local fauna. The aim of this study was to assess the natural background levels of biomarkers in the hydrothermal vent shrimp Rimicaris exoculata and their responses to copper exposure at in situ pressure (30MPa) as well as the effects of depressurization and pressurization of the high-pressure aquarium IPOCAMP. R. exoculata were collected from the chimney walls of the hydrothermal vent site TAG (Mid Atlantic Ridge) at 3630m depth during the BICOSE cruise in 2014. Tissue metal accumulation was quantified in different tissues (gills, hepatopancreas and muscle) and a battery of biomarkers was measured: metal exposure (metallothioneins), oxidative stress (catalase, superoxide dismutase, glutathione-S-transferase and glutathione peroxidase) and oxidative damage (lipid peroxidation). Data show a higher concentration of Cu in the hepatopancreas and a slight increase in the gills after incubations (for both exposed groups). Significant induction of metallothioneins was observed in the gills of shrimps exposed to 4μM of Cu compared to the control group. Moreover, activities of enzymes were detected for the in situ group, showing a background protection against metal toxicity. Results suggest that the proposed method, including a physiologically critical step of pressurizing and depressurizing the test chamber to enable the seawater exchange during exposure to contaminants, is not affecting metal accumulation and biomarkers response and may prove a useful method to assess toxicity of contaminants in deep-sea species.

Sensor psychrometric approaches to mitigating aflatoxins in maize dried on farms in Kenya

Kenia liegt in den Äquatorialtropen von Ostafrika und ist als ein weltweiter Hot-Spot für Aflatoxinbelastung insbesondere bei Mais bekannt. Diese toxischen und karzinogenen Verbindungen sind Stoffwechselprodukte von Pilzen und so insbesondere von der Wasseraktivität abhängig. Diese beeinflusst sowohl die Trocknung als auch die Lagerfähigkeit von Nahrungsmitteln und ist somit ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung von energieeffizienten und qualitätsorientierten Verarbeitungsprozessen. Die vorliegende Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, die Veränderung der Wasseraktivität während der konvektiven Trocknung von Mais zu untersuchen. Mittels einer Optimierungssoftware (MS Excel Solver) wurde basierend auf sensorerfassten thermo-hygrometrischen Daten der gravimetrische Feuchteverlust von Maiskolben bei 37°C, 43°C und 53°C vorausberechnet. Dieser Bereich stellt den Übergang zwischen Niedrig- und Hochtemperaturtrocknung dar. Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede im Verhalten der Körner und der Spindel. Die Trocknung im Bereich von 35°C bis 45°C kombiniert mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten (> 1,5 m / s) begünstigte die Trocknung der Körner gegenüber der Spindel und kann daher für eine energieeffiziente Trocknung von Kolben mit hohem Anfangsfeuchtegehalt empfohlen werden. Weitere Untersuchungen wurden zum Verhalten unterschiedlicher Schüttungen bei der bei Mais üblichen Satztrocknung durchgeführt. Entlieschter und gedroschener Mais führte zu einem vergrößerten Luftwiderstand in der Schüttung und sowohl zu einem höheren Energiebedarf als auch zu ungleichmäßigerer Trocknung, was nur durch einen erhöhten technischen Aufwand etwa durch Mischeinrichtungen oder Luftumkehr behoben werden könnte. Aufgrund des geringeren Aufwandes für die Belüftung und die Kontrolle kann für kleine landwirtschaftliche Praxisbetriebe in Kenia daher insbesondere die Trocknung ganzer Kolben in ungestörten Schüttungen empfohlen werden. Weiterhin wurde in der Arbeit die Entfeuchtung mittels eines Trockenmittels (Silikagel) kombiniert mit einer Heizquelle und abgegrenztem Luftvolumen untersucht und der konventionellen Trocknung gegenüber gestellt. Die Ergebnisse zeigten vergleichbare Entfeuchtungsraten während der ersten 5 Stunden der Trocknung. Der jeweilige Luftzustand bei Verwendung von Silikagel wurde insbesondere durch das eingeschlossene Luftvolumen und die Temperatur beeinflusst. Granulierte Trockenmittel sind bei der Maistrocknung unter hygienischen Gesichtspunkten vorteilhaft und können beispielsweise mit einfachen Öfen regeneriert werden, so dass Qualitätsbeeinträchtigungen wie bei Hochtemperatur- oder auch Freilufttrocknung vermieden werden können. Eine hochwertige Maistrocknungstechnik ist sehr kapitalintensiv. Aus der vorliegenden Arbeit kann aber abgeleitet werden, dass einfache Verbesserungen wie eine sensorgestützte Belüftung von Satztrocknern, der Einsatz von Trockenmitteln und eine angepasste Schüttungshöhe praktikable Lösungen für Kleinbauern in Kenia sein können. Hierzu besteht, ggf. auch zum Aspekt der Verwendung regenerativer Energien, weiterer Forschungsbedarf.

Verification of rupture disc sizing of Acrylic Reactor

The primary goal of this thesis is to verify the rupture disc sizing of the acrylic reactor. Primarily the test to check the sizing was divided into several stages. It went on to examine ideas to explain the concern and ethical ways, as well as remedies and suggestions to solve the issues and difficulties that were discovered. This thesis will highlight the gathering and arranging of reaction data (recipe composition, enthalpies, reaction temperature, and catalyst feeding times) of the products to be chosen, in accordance with pre-established criteria. To collaborate with the research and development team in the lab to carry out calorimetric testing for the important recipes that have been identified. The verification of the currently installed Rupture Discs in the plant based on the calorimetric test findings is the final stage. This thesis used two separate calorimetry techniques: Phi-TEC II adiabatic calorimetry and differential scanning calorimetry (DSC). The target of the experiment is to check and confirm the correct size of the reactor rupture disc. Arkema (Boretto/Coatex) plant (Emilia romagna) provided a recipe and a scenario following multiple meetings and discussions. The purpose of this technical paper is to describe the outcomes of adiabatic calorimetry performed at the lab scale so that the computation of the vents for a particular recipe and scenario can be verified.