448 resultados para Spines
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Estrogens (E) and progestins regulate synaptogenesis in the CA1 region of the dorsal hippocampus during the estrous cycle of the female rat, and the functional consequences include changes in neurotransmission and memory. Synapse formation has been demonstrated by using the Golgi technique, dye filling of cells, electron microscopy, and radioimmunocytochemistry. N-methyl-d-aspartate (NMDA) receptor activation is required, and inhibitory interneurons play a pivotal role as they express nuclear estrogen receptor alpha (ERα) and show E-induced decreases of GABAergic activity. Although global decreases in inhibitory tone may be important, a more local role for E in CA1 neurons seems likely. The rat hippocampus expresses both ERα and ERβ mRNA. At the light microscopic level, autoradiography shows cell nuclear [3H]estrogen and [125I]estrogen uptake according to a distribution that primarily reflects the localization of ERα-immunoreactive interneurons in the hippocampus. However, recent ultrastructural studies have revealed extranuclear ERα immunoreactivity (IR) within select dendritic spines on hippocampal principal cells, axon terminals, and glial processes, localizations that would not be detectable by using standard light microscopic methods. Based on recent studies showing that both types of ER are expressed in a form that activates second messenger systems, these findings support a testable model in which local, non-genomic regulation by estrogen participates along with genomic actions of estrogens in the regulation of synapse formation.
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Protein synthesis occurs in neuronal dendrites, often near synapses. Polyribosomal aggregates often appear in dendritic spines, particularly during development. Polyribosomal aggregates in spines increase during experience-dependent synaptogenesis, e.g., in rats in a complex environment. Some protein synthesis appears to be regulated directly by synaptic activity. We use “synaptoneurosomes,” a preparation highly enriched in pinched-off, resealed presynaptic processes attached to resealed postsynaptic processes that retain normal functions of neurotransmitter release, receptor activation, and various postsynaptic responses including signaling pathways and protein synthesis. We have found that, when synaptoneurosomes are stimulated with glutamate or group I metabotropic glutamate receptor agonists such as dihydroxyphenylglycine, mRNA is rapidly taken up into polyribosomal aggregates, and labeled methionine is incorporated into protein. One of the proteins synthesized is FMRP, the protein that is reduced or absent in fragile X mental retardation syndrome. FMRP has three RNA-binding domains and reportedly binds to a significant number of mRNAs. We have found that dihydroxyphenylglycine-activated protein synthesis in synaptoneurosomes is dramatically reduced in a knockout mouse model of fragile X syndrome, which cannot produce full-length FMRP, suggesting that FMRP is involved in or required for this process. Studies of autopsy samples from patients with fragile X syndrome have indicated that dendritic spines may fail to assume a normal mature size and shape and that there are more spines per unit dendrite length in the patient samples. Similar findings on spine size and shape have come from studies of the knockout mouse. Study of the development of the somatosensory cortical region containing the barrel-like cell arrangements that process whisker information suggests that normal dendritic regression is impaired in the knockout mouse. This finding suggests that FMRP may be required for the normal processes of maturation and elimination to occur in cerebral cortical development.
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Long-term potentiation (LTP), an increase in synaptic efficacy believed to underlie learning and memory mechanisms, has been proposed to involve structural modifications of synapses. Precise identification of the morphological changes associated with LTP has however been hindered by the difficulty in distinguishing potentiated or activated from nonstimulated synapses. Here we used a cytochemical method that allowed detection in CA1 hippocampus at the electron microscopy level of a stimulation-specific, D-AP5-sensitive accumulation of calcium in postsynaptic spines and presynaptic terminals following application of high-frequency trains. Morphometric analyses carried out 30-40 min after LTP induction revealed dramatic ultrastructural differences between labeled and nonlabeled synapses. The majority of labeled synapses (60%) exhibited perforated postsynaptic densities, whereas this proportion was only 20% in nonlabeled synaptic contacts. Labeled synaptic profiles were also characterized by a larger apposition zone between pre- and postsynaptic structures, longer postsynaptic densities, and enlarged spine profiles. These results add strong support to the idea that ultrastructural modifications and specifically an increase in perforated synapses are associated with LTP induction in field CA1 of hippocampus and they suggest that a majority of activated contacts may exhibit such changes.
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Synapses of the hippocampal mossy fiber pathway exhibit several characteristic features, including a unique form of long-term potentiation that does not require activation of the N-methyl-D-aspartate receptor by glutamate, a complex postsynaptic architecture, and sprouting in response to seizures. However, these connections have proven difficult to study in hippocampal slices because of their relative paucity (<0.4%) compared to commissural-collateral synapses. To overcome this problem, we have developed a novel dissociated cell culture system in which we have enriched mossy fiber synapses by increasing the ratio of granule-to-pyramidal cells. As in vivo, mossy fiber connections are composed of large dynorphin A-positive varicosities contacting complex spines (but without a restricted localization). The elementary synaptic connections are glutamatergic, inhibited by dynorphin A, and exhibit N-methyl-D-aspartate-independent long-term potentiation. Thus, the simplicity and experimental accessibility of this enriched in vitro mossy fiber pathway provides a new perspective for studying nonassociative plasticity in the mammalian central nervous system.
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Postnatal development and adult function of the central nervous system are dependent on the capacity of neurons to effect long-term changes of specific properties in response to neural activity. This neuronal response has been demonstrated to be tightly correlated with the expression of a set of regulatory genes which include transcription factors as well as molecules that can directly modify cellular signaling. It is hypothesized that these proteins play a role in activity-dependent response. Previously, we described the expression and regulation in brain of an inducible form of prostaglandin synthase/cyclooxygenase, termed COX-2. COX-2 is a rate-limiting enzyme in prostanoid synthesis and its expression is rapidly regulated in developing and adult forebrain by physiological synaptic activity. Here we demonstrate that COX-2 immunoreactivity is selectively expressed in a subpopulation of excitatory neurons in neo-and allocortices, hippocampus, and amygdala and is compartmentalized to dendritic arborizations. Moreover, COX-2 immunoreactivity is present in dendritic spines, which are specialized structures involved in synaptic signaling. The developmental profile of COX-2 expression in dendrites follows well known histogenetic gradients and coincides with the critical period for activity-dependent synaptic remodeling. These results suggest that COX-2, and its diffusible prostanoid products, may play a role in postsynaptic signaling of excitatory neurons in cortex and associated structures.
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The objective of this study was to examine the influence of sensory experience on the synaptic circuitry of the cortex. For this purpose, the quantitative distribution of the overall and of the gamma-aminobutyric acid (GABA) population of synaptic contacts was investigated in each layer of the somatosensory barrel field cortex of rats which were sensory deprived from birth by continuously removing rows of whiskers. Whereas there were no statistically significant changes in the quantitative distribution of the overall synaptic population, the number and proportion of GABA-immunopositive synaptic contacts were profoundly altered in layer IV of the somatosensory cortex of sensory-deprived animals. These changes were attributable to a specific loss of as many as two-thirds of the GABA contacts targeting dendritic spines. Thus, synaptic contacts made by GABA terminals in cortical layer IV and, in particular, those targeting dendritic spines represent a structural substrate of experience-dependent plasticity. Furthermore, since in this model of cortical plasticity the neuronal receptive-field properties are known to be affected, we propose that the inhibitory control of dendritic spines is essential for the elaboration of these functional properties.
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Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) promotes survival of midbrain dopaminergic neurons and motoneurons. Expression of GDNF mRNA in cerebellum raises the possibility that cells within this structure might also respond to GDNF. To examine potential trophic activities of GDNF, dissociated cultures of gestational day 18 rat cerebellum were grown for < or = 21 days in the presence of factor. GDNF increased Purkinje cell number without affecting the overall number of neurons or glial cells. A maximal response (50% above control) was elicited with GDNF at 1 pg/ml. Effects of GDNF on Purkinje cell differentiation were examined by scoring the morphologic maturation of cells in treated and control cultures. GDNF increased the proportion of Purkinje cells that displayed relatively mature morphologies, characterized by dendritic thickening and the development of spines and filopodial extensions. Morphologic maturation of the overall neuronal population was unaffected. In sum, our data indicate that GDNF is a potent survival and differentiation factor for Purkinje cells, the efferent neurons of cerebellar cortex. Together with its other actions, these findings raise the possibility that GDNF might be a critical trophic factor at multiple loci in neuronal circuits that control motor function.
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Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.
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Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.
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Experimental ocean acidification leads to a shift in resource allocation and to an increased [HCO3-] within the perivisceral coelomic fluid (PCF) in the Baltic green sea urchin Strongylocentrotus droebachiensis. We investigated putative mechanisms of this pH compensation reaction by evaluating epithelial barrier function and the magnitude of skeleton (stereom) dissolution. In addition, we measured ossicle growth and skeletal stability. Ussing chamber measurements revealed that the intestine formed a barrier for HCO3- and was selective for cation diffusion. In contrast, the peritoneal epithelium was leaky and only formed a barrier for macromolecules. The ossicles of 6 week high CO2-acclimatised sea urchins revealed minor carbonate dissolution, reduced growth but unchanged stability. On the other hand, spines dissolved more severely and were more fragile following acclimatisation to high CO2. Our results indicate that epithelia lining the PCF space contribute to its acid-base regulation. The intestine prevents HCO3- diffusion and thus buffer leakage. In contrast, the leaky peritoneal epithelium allows buffer generation via carbonate dissolution from the surrounding skeletal ossicles. Long-term extracellular acid-base balance must be mediated by active processes, as sea urchins can maintain relatively high extracellular [HCO3-]. The intestinal epithelia are good candidate tissues for this active net import of HCO3- into the PCF. Spines appear to be more vulnerable to ocean acidification which might significantly impact resistance to predation pressure and thus influence fitness of this keystone species.
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The Nachtigall clay pit near Holzminden, northern Germany, is located in a subrosional basin filled with 43 m of interglacial, interstadial and stadial deposits adjacent to the Weser River. The succession separates the Older Middle Terrace from the Younger Middle Terrace of the Weser River. Nachtigall core KB1 (1998) mainly contains silt and clay with intercalated peat layers. The layers of fen peat and intercalated humic silt are between 36 and 22.5 m depth. According to palynological studies, the peat layers and some humic silts were deposited during interglacial and interstadial periods marked by forest vegetation, termed Nachtigall 1 and Nachtigall 2. They are subdivided by a stadial, termed Albaxen. The peat of Nachtigall 1 is interrupted twice by silt and clay strata (Allochthonous Unit I, II) which are reworked sediments of older glacial periods, possibly of late Elsterian or early Holsteinian age. The palynological sequences of Nachtigall and Göttingen/Ottostrasse show the same pattern. Moreover, the contemporaneous pollen profiles of Nachtigall and Göttingen/Ottostrasse can be compared with the Velay pollen sequence (France). The Nachtigall core section 36-26.02 m corresponds to Bouchet 2 - Bonnefond - Bouchet 3 in Velay. The profiles of Velay and Nachtigall are independently correlated to the MIS-timescale and correspond to MIS 7c, 7b, and 7a. TIMS 230Th/U-dating shows ages ranging from 227 + 9/-8 to 201 + 15/-13 ka, which are in good agreement with the inferred MIS 7 age.
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Marine diatoms are the primary biostratigraphical and paleoenvironmental tool for interpreting the upper Palaeogene and lower Neogene strata recovered during the second drilling season of the Cape Roberts Project at site CRP-2 in the western Ross Sea, Antarctica. Silicoflagellates, ebridians, and a chrysophyte cyst provide supporting biostratigraphical information. More than 100 dominantly planktic diatom taxa are recognised. Of these, more than 30 are treated informally, pending SEM examination and formal description. Many other taxa are noted only to generic level. Lower Oligocene (c. 31 Ma) through lower Miocene (c. 18.5 Ma) diatoms occur from 28 mbsf down to 565 mbsf. Below this level, to the bottom of the hole at 624.15 mbsf, diatom assemblages are poorly-preserved and many samples are barren. A biostratigraphic zonal framework, consisting of ten diatom zones, is proposed for the Antarctic continental shelf. Ages inferred from the diatom biostratigraphy correspond well with geochronological data from argon dating of volcanic materials and strontium dating of calcareous macrofossils, as well as nannofossil biochronological datums. The biochronostratigraphical record from CRP-2/2A provides an important record of diatom events and mid-Cenozoic environmental changes in the Antarctic neritic zone.
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Calcareous microfossils are widely used by paleoceanographers to investigate past sea-surface hydrology. Among these microfossils, planktonic foraminifera are probably the most extensively used tool (e.g. [1] for a review), as they are easy to extract from the sediment and can also be used for coupled geochemical (e.g; d18O, d13C, Mg/Ca) and paleo-ecological investigations. Planktonic foraminifera are marine protists, which build a calcareous shell made of several chambers which reflect in their chemistry the properties of the ambient water-masses. Planktonic foraminifera are known to thrive in various habitats, distributed not only along a latitudinal gradient, but also along different water-depth intervals within surface waters (0-1000 m). Regarding their biogeographical distribution, planktonic foraminifera assemblages therefore mirror different water-masses properties, such as temperature, salinity and nutrient content of the surface water in which they live. The investigation of the specific composition of a fossil assemblage (relative abundances) is therefore a way to empirically obtain (paleo)information on past variations of sea-surface hydrological parameters. This paper focuses on the planktonic foraminifera record from the Arctic domain. This polar region records peculiar sea-surface conditions, with the influence of nearly perennial sea-ice cover development. This has strong impact on living foraminifera populations and on the preservation of their shells in the underlying sediments.