Effect of oral melatonin on the procoagulant response to acute psychosocial stress in healthy men: a randomized placebo-controlled study

Acute mental stress is a potent trigger of acute coronary syndromes. Catecholamine-induced hypercoagulability with acute stress contributes to thrombus growth after coronary plaque rupture. Melatonin may diminish catecholamine activity. We hypothesized that melatonin mitigates the acute procoagulant stress response and that this effect is accompanied by a decrease in the stress-induced catecholamine surge. Forty-five healthy young men received a single oral dose of either 3 mg melatonin (n = 24) or placebo medication (n = 21). One hour thereafter, they underwent a standardized short-term psychosocial stressor. Plasma levels of clotting factor VII activity (FVII:C), FVIII:C, fibrinogen, D-dimer, and catecholamines were measured at rest, immediately after stress, and 20 min and 60 min post-stress. The integrated change in D-dimer levels from rest to 60 min post-stress differed between medication groups controlling for demographic and metabolic factors (P = 0.047, eta(p)(2) = 0.195). Compared with the melatonin group, the placebo group showed a greater increase in absolute D-dimer levels from rest to immediately post-stress (P = 0.13; eta(p)(2) = 0.060) and significant recovery of D-dimer levels from immediately post-stress to 60 min thereafter (P = 0.007; eta(p)(2) = 0.174). Stress-induced changes in FVII:C, FVIII:C, fibrinogen, and catecholamines did not significantly differ between groups. Oral melatonin attenuated the stress-induced elevation in the sensitive coagulation activation marker D-dimer without affecting catecholamine activity. The finding provides preliminary support for a protective effect of melatonin in reducing the atherothrombotic risk with acute mental stress.

Comparison of low potassium Euro-Collins solution and standard Euro-Collins solution in an extracorporeal rat heart-lung model

OBJECTIVE: Euro-Collins solution (EC) is routinely used in lung transplantation. The high potassium of EC, however, may damage the vascular endothelium, thereby contributing to postischemic reperfusion injury. To assess the influence of the potassium concentration on lung preservation, we evaluated the effect of a "low potassium Euro-Collins solution" (LPEC), in which the sodium and potassium concentrations were reversed. METHODS: In an extracorporeal rat heart-lung model lungs were preserved with EC and LPEC. The heart-lung blocks (HLB) were perfused with Krebs-Henseleit solution containing washed bovine red blood cells and ventilated with room air. The lungs were perfused via the working right ventricle with deoxygenated perfusate. Oxygenation and pulmonary vascular resistance (PVR) were monitored. After baseline measurements, hearts were arrested with St. Thomas' solution and the lungs were perfused with EC or LPEC, or were not perfused (controls). The HLBs were stored for 5 min or 2 h ischemic time at 4 degrees C. Reperfusion and ventilation was performed for 40 min. At the end of the trial the wet/dry ratio of the lungs was calculated and light microscopic assessment of the degree of edema was performed. RESULTS: After 5 min of ischemia oxygenation was significantly better in both preserved groups compared to the controls. Pulmonary vascular resistance was elevated in all three groups after 30 min reperfusion at both ischemic times. After 2 h of ischemia PVR of the group preserved with LPEC was significantly lower than those of the EC and controls (LPEC-5 min: 184 +/- 65 dynes * sec * cm-5, EC-5 min: 275 +/- 119 dynes * sec * cm * cm-5, LPEC-2 h: 324 +/- 47 dynes * sec * m-5, EC-2 h: 507 +/- 83 dynes * sec * cm-5). Oxygenation after 2 h of ischemia and 30 min reperfusion was significantly better in the LPEC group compared to EC and controls (LPEC: 70 +/- 17 mmHg, EC: 44 +/- 3 mmHg). The wet/dry ratio was significantly lower in the two preserved groups compared to controls (LPEC-5 min: 5.7 +/- 0.7, EC-5 min: 5.8 +/- 1.2, controls-5 min: 7.5 +/- 1.8, LPEC-2 h: 6.7 +/- 0.4, EC: 6.9 +/- 0.4, controls-2 h: 7.3 +/- 0.4). CONCLUSIONS: We thus conclude that LPEC results in better oxygenation and lower PVR in this lung preservation model. A low potassium concentration in lung preservation solutions may help in reducing the incidence of early graft dysfunction following lung transplantation.

Offenes Baukastensystem zur effizienten Dimensionierung von Materialflusssystemen

Die optimale Gestaltung logistischer Systeme und Prozesse bekommt eine immer größere Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Für Einzelkomponenten von Materi-alflusssystemen sind neben exakten analytischen Verfahren auch Näherungslösungen und Ersatzmodelle in Form von Polynomen, neuronalen Netzen oder zeitdiskreten Verfahren vorhanden, mit denen eine gute Nachbildung des Verhaltens dieser Komponenten möglich ist. Ziel des Baukastensystems ist es, für diese Vielzahl von Methoden mit ihren spezifischen Ein- und Aus-gangsgrößen eine übergeordnete, einheitliche Kommunikations- und Datenschnittstelle zu definieren. In einem grafischen Editor kann ein Modell eines Materialflusssystems aus solchen Bausteinen gebildet und parametriert werden. Durch Verbindungen zwischen den Bausteinen werden Informationen ausge-tauscht. Die Berechnungen der Bausteine liefern Aussagen zu Auslastungen, Warteschlangen bzw. Warte-zeiten vor den Bausteinen sowie Flussgrößen zur Beschreibung der Abgangströme. The optimal arrangement of logistical systems and operations gets an increased importance for the economicalness and competitiveness of enterprises. For individual components of material flow systems there are also existing approximate solutions and substitute models besides exact analytical calculations in the form of polynomials, neural nets or time-discrete analysis which allows a good analytical description of the behaviour of these components. It is aim of the module system to define a superordinate and unified communication and data interface for all of these variety of methods with her specific input and output quantities. By using a graphic editor, the material flow system can be modelled of such components with specified functions and parameters. Connections between the components allows exchange of information. The calculations of the components provide statements concerning utilization, queue size or waiting time ahead of the components as well as parameters for the description of the departure process. Materialflusssysteme sind Träger innerbetrieblicher Transportprozesse und elementarer Bestandteil logistischer Systeme. Die optimale Gestaltung logistischer Systeme und Prozesse bekommt eine immer größere Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Die effiziente Dimensionierung von Materialflusssystemen ist für Planer, Hersteller und Betreiber solcher Anlagen von grundsätzlicher Bedeutung. Für viele bei der Planung materialflusstechnischer Anlagen auftretende Fragestellungen steht noch immer kein Berechnungsverfahren oder -werkzeug zur Verfügung, welches allen drei folgenden Anforderungen gleicherma-ßen gerecht wird: Die Handhabung soll einfach, unkompliziert und schnell sein. Die Berechnungsergebnisse sollen eine hohe Genauigkeit haben. Die Berechnung soll allgemein gültige Ergebnisse liefern. Dabei handelt es sich um Fragestellungen, die durchaus grundlegender Natur sind. Beispielsweise nach den (statistisch) zu erwartenden minimalen und maximalen Auftragsdurchlaufzeiten, nach dem Einfluss von Belas-tungsschwankungen auf die Anlagenleistung, nach vorzusehenden Puffern (Stauplätze) und Leistungsreserven (Auslastung). Für die oben genannten Aufgaben der Materialflussplanung stehen heute hauptsächlich drei Verfahren zur Verfügung (Abb. 1): Faustformeln (gekennzeichnet mit f) sind einfach aber ungenau. Das Systemverhalten von Materialfluss-komponenten beschreiben sie selten über den gesamten Bereich möglicher Betriebsbedingungen und Konfi-gurationen. Das Verhalten von gesamten Materialflusssystemen ist zu komplex, als dass es mit Faustformeln adäquat beschreibbar wäre. Bedienungstheoretische Ansätze erlauben die Beschreibung von Materialflusskomponenten (kleines b) sehr genau und sehr umfassend, soweit Standardmethoden und -modelle der Bedienungstheorie anwendbar sind. Ist diese Voraussetzung nicht gegeben, kann der Aufwand zur Modellbildung schnell erheblich werden. Die Beschreibung von Materialflusssystemen (großes B) als Bedienungsnetzwerke ist nur unter (zum Teil stark) vereinfachenden Annahmen möglich. Solche Vereinfachungen gehen zu Lasten von Genauigkeit und All-gemeingültigkeit der Aussagen. Die Methoden sind häufig sehr komplex, ihre Anwendung erfordert vertief-te Kenntnisse in der Statistik und Stochastik. Simulationsuntersuchungen liefern für Materialflusskomponenten (kleines s) und für Materialflusssysteme (großes S) gleichermaßen genaue Aussagen. Der für die Untersuchungen erforderliche Aufwand hängt dabei weit weniger von den Eigenschaften und der Größe des Systems ab, als es bei bedienungstheoretischen An-sätzen der Fall ist. Die Aussagen der Simulation sind nie universell. Sie betreffen immer nur ein System in einer bestimmten Konfiguration. Die Anwendung der Simulation erfordert Spezialsoftware und vertiefte Kenntnisse in der Modellierung und Programmierung. Verfahren, die genaue und allgemein gültige Aussagen über das Verhalten komplexer Materialflusssysteme liefern können, sind insbesondere in der Phase der Angebotserstellung bzw. in der Phase der Grobplanung von besonderer Wichtigkeit. Andererseits sind heute verfügbare Verfahren aber zu kompliziert und damit unwirt-schaftlich. Gerade in der Phase der Systemgrobplanung werden häufig Änderungen in der Struktur des Systems notwendig, welche z.B. beim Einsatz der Simulation zu erheblichem Änderungsaufwand am Modell führt. Oftmals können solche Änderungen nicht schnell genug ausgeführt werden. Damit bleiben in der Praxis oft erhebliche Planungsunsicherheiten bestehen. Der Grundgedanke des Baukastensystems besteht in der Modularisierung von Materialflusssystemen in einzelne Bausteine und Berechnungen zum Verhalten dieser Komponenten. Die betrachteten Module sind Materialfluss-komponenten, die eine bestimmte logistische Funktion in einer konstruktiv bzw. steuerungstechnisch bedingten, definierten Weise ausführen. Das Verhalten einer Komponente wird durch Belastungen (Durchsatz) und techni-sche Parameter (Geschwindigkeit, Schaltzeit o.ä.) beeinflusst und kann durch ein adäquates mathematisches Modell quantifiziert werden. Das offene Baukastensystem soll dabei vor allem einen konzeptionellen Rahmen für die Integration derartiger Modellbausteine bilden. Es umfasst neben der Bausteinmodularisierung die Problematik der Kommunikation zwischen den Bausteinen (Schnittstellen) sowie Möglichkeiten zur Visualisierung von Ergebnissen. Das daraus abgeleitete softwaretechnische Konzept berücksichtigt neben der einheitlichen Integration der zum Teil stark unterschiedlichen Berechnungsverfahren für einzelne Materialflusskomponenten auch einheitliche Definitionen zur Beschreibung von benötigten Eingangsparametern einschließlich der Randbedingungen (Defini-tionsbereich) und Plausibilitätskontrollen sowie zur Ergebnisbereitstellung. Äußerst wichtig war die Zielstellung, das System offen und erweiterbar zu gestalten: Prototypisch wurden zwar einzelne vorliegende Bausteine integ-riert, es ist aber jederzeit möglich, weitere Verfahren in Form eines Bausteines zu implementieren und in das Baukastensystem einzubringen. Die Ergebnisse der Berechnungen für ein einzelnes Element (Output) fließen zugleich als Input in das nachfol-gende Element ein: Genau wie im realen Materialflusssystem durch Aneinanderreihung einzelner fördertechni-scher Elemente der Materialfluss realisiert wird, kommt es im Baukasten durch Verknüpfung der Bausteine zur Übertragung der relevanten Informationen, mit denen der Fluss beschrieben werden kann. Durch die Weitergabe der Ergebnisse kann trotz Modularisierung in einzelne Bausteine das Verhalten eines gesamten Materialflusssys-tems bestimmt werden. Daher sind auch hier einheitliche Festlegungen zu Art und Umfang der Übergabeparame-ter zwischen den Bausteinen erforderlich. Unter einem Baustein soll ein Modell einer Materialflusskomponente verstanden werden, welches das Verhalten dieser Komponente beim Vorliegen bestimmter Belastungen beschreibt. Dieses Verhalten ist insbesondere gekennzeichnet durch Warteschlangen und Wartezeiten, die vor der Komponente entstehen, durch Auslastung (Besetztanteil) der Komponente selbst und durch die Verteilung des zeitlichen Abstand (Variabilität) des die Komponente verlassenden Stroms an Transporteinheiten. Maßgeblich bestimmt wird dieses Verhalten durch Intensität und Variabilität des ankommenden Stroms an Transporteinheiten, durch die Arbeitsweise (z.B. stetig / unstetig, stochastisch / deterministisch) und zeitliche Inanspruchnahme der Komponente sowie durch Steuerungsregeln, mit denen die Reihenfolge (Priorisierung / Vorfahrt) und/oder Dauer der Abarbeitung (z.B. Regalbediengerät mit Strategie „Minimierung des Leerfahrtan-teils“) verändert werden. Im Grunde genommen beinhaltet ein Baustein damit ein mathematisches Modell, das einen oder mehrere an-kommende Ströme von Transporteinheiten in einen oder mehrere abgehende Ströme transformiert (Abb. 2). Derartige Modelle gibt es beispielsweise in Form von Bedienmodellen ([Gnedenko1984], [Fischer1990 u.a.]), zeitdiskreten Modellen ([Arnold2005], [Furmans1992]), künstlichen neuronalen Netzen ([Schulze2000], [Markwardt2003]), Polynomen ([Schulze1998]). Die zu Grunde liegenden Verfahren (analytisch, simulativ, numerisch) unterscheiden sich zwar erheblich, genü-gen aber prinzipiell den genannten Anforderungen. Die Fixierung auf ein mathematisches Modell ist aber nicht hinreichend, vielmehr bedarf es für einen Baustein auch definierter Schnittstellen, mit denen der Informationsaustausch erfolgen kann (Abb. 3). Dazu zählen neben der einheitlichen Bereitstellung von Informationen über die ankommenden und abgehenden Materialströme auch die Berücksichtigung einer individuellen Parametrierung der Bausteine sowie die Möglichkeit zur Interaktion mit dem Bediener (Anordnung, Parametrierung und Visualisierung). Das offene Konzept erlaubt das eigenständige Entwickeln und Aufnehmen neuer Bausteine in den Baukasten. Dazu ergibt sich als weitere Anforderung die einfache Konfigurierbarkeit eines Bausteins hinsichtlich Identifika-tion, Aussehen und Leistungsbeschreibung. An einen Baustein innerhalb des Baukastensystems werden weiter-hin die folgenden Anforderungen gestellt: Jeder Baustein ist eine in sich abgeschlossene Einheit und kann nur über die Ein- und Ausgänge mit seiner Umgebung kommunizieren. Damit ist ausgeschlossen, dass ein Baustein den Zustand eines ande-ren Bausteins beeinflussen kann. Das führt zu den beiden Lokalitätsbedingungen: Es gibt keine �����bergeordnete Steuerung, die in Abhängigkeit vom aktuellen Systemzustand dispositive Entscheidungen (z.B. zur Routenplanung) trifft. Blockierungen in Folge von Warteschlangen haben keine Auswirkungen auf die Funktion an-derer Bausteine. Bausteine beinhalten in sich abgeschlossene Verfahren zur Dimensionierung einer Komponente (Klas-se) des Materialflusssystems (z.B. Einschleusung auf einen Sorter, Drehtisch als Verzweigungselement oder als Eckumsetzer). Dabei werden auf Grund von technischen Parametern, Steuerungsstrategien und Belastungsannahmen (Durchsatz, Zeitverteilungen) Ergebnisse ermittelt. Ergebnisse im Sinne dieses Bausteinkonzepts sind Auslastungen, Warteschlangen bzw. Wartezeiten vor dem Baustein sowie Flussgrößen zur Beschreibung des Abgangstroms. Als Beschreibung eignen sich sowohl einzelne Kennwerte (Mittelwert, Varianz, Quantile) als auch statische Verteilungsfunktionen. Die Lokalitätsbedingungen stellen Einschränkungen in der Anwendbarkeit des Baukastensystems dar: Systeme mit übergeordneten Steuerungsebenen wie Routenplanung oder Leerfahrzeugsteuerung, die Entscheidungen auf Grund der vorhandenen Transportaufträge und des aktuellen Systemzustands treffen (Fahrerlose Transportsys-teme, Elektrohängebahn), können mit dem Baukasten nicht bearbeitet werden. Diese auf Unstetigförderern basierenden Systeme unterscheiden sich aber auch in ihren Einsatzmerkmalen grundlegend von den hier betrach-teten Stetigförderersystemen. Das Problem der Blockierungen vorgelagerter Bereiche durch zu große Warteschlangen kann dagegen bereits mit dem Baukasten betrachtet und zumindest visualisiert werden. Dazu ist den Verbindungen zwischen den Bausteinen eine Kapazität zugeordnet, so dass durch Vergleich mit den berechneten Warteschlangenlängen eine generelle Einschätzung zur Blockierungsgefahr möglich wird: Ist die Streckenkapazität kleiner als die mittlere Warteschlange, muss von einer permanenten Blockierung ausgegangen werden. In diesem Fall kann der vorhergehende Baustein seine gerade in Bearbeitung befindli-che Transporteinheit nach dem Ende der „Bedienung“ nicht sofort abgeben und behindert damit auch seine weiteren ankommenden Transporteinheiten. Für die Transporteinheiten bedeutet das eine Verlustzeit, die auch nicht wieder aufgeholt werden kann, für das gesamte Transportsystem ist von einer Leistungsminde-rung (geringerer Durchsatz, größere Transport- / Durchlaufzeit) auszugehen. Da bei der Berechnung der Bausteine von einer Blockierfreiheit ausgegangen wird, sind die Berechnungser-gebnisse in aller Regel falsch. Ist die Streckenkapazität zwar größer als die mittlere Warteschlange, aber kleiner als beispielsweise das 90%-Quantil der Warteschlange, ist mit teilweisen Blockierungen (in dem Fall mit mehr als 10% Wahr-scheinlichkeit) zu rechnen. Dann tritt der o.g. Effekt nur zeitweise auf. Die Ergebnisse der Berechungen sind dann zumindest für einzelne Bausteine ungenau. In beiden Fällen wird das Problem erkannt und dem Anwender signalisiert. Es wird davon ausgegangen, dass die geplante Funktionalität und Leistungsfähigkeit des Materialflusssystems nur dann gewährleistet ist, wenn keine Blockierungen auftreten. Durch Änderung der Parameter des kritischen Bausteins, aber auch durch Änderung der Materialströme muss daher eine Anpassung vorgenommen werden. Erst bei Vorliegen der Blockierfreiheit ist die Voraussetzung der Lokalität der Berechnungen erfüllt. Die Berechnungsverfahren in den Bausteinen selbst können wegen der Modularisierung (Lokalität) sehr unter-schiedlicher Art sein. Dabei ist es prinzipiell möglich, die einzelnen Ergebnisse eines Bausteins mit verschiede-nen Verfahren zu ermitteln, insbesondere dann, wenn auf Grund eines eingeschränkten Definitionsbereichs der Eingangsparameter die Anwendung eines bestimmten Verfahrens nicht zulässig ist. Bausteine, die einen Materialfluss auf Grund äußerer, nicht aus dem Verhalten des Bausteins resultierende Einflüsse generieren (Quelle) oder verändern (Service-Station), sind durch eine Flussgröße  parametriert. Die Flussgröße ist eine statistische Verteilungsfunktion zur Beschreibung der Ankunfts- und Abgangsströme (Zwi-schenankunftszeiten). In der Praxis, insbesondere in der Planungsphase, ist aber eine solche Verteilungsfunktion meist nicht bekannt. Zudem erweist sich das Rechnen mit Verteilungsfunktionen als numerisch aufwändig. Untersuchungen in [Markwardt2003] haben gezeigt, dass eine Parametrisierung als Abstraktion über statistische Verteilungsfunktionen mit gleichen Erwartungswerten, Minima und Streuungen ausreichend genaue Ergebnisse liefert. Daher wird die Flussgröße beschrieben durch die Parameter Ankunftsrate (=Durchsatz), Mindestzeitabstand tmind und Variationskoeffizient c (als Maß für die Variabilität des Stroms). Zur Visualisierung der Ergebnisse kann die dreiparametrige Gammaverteilung zu Grunde gelegt werden, die eine gute Anpassung an reale Prozessverläufe bietet und durch die genannten Parameter eindeutig beschrieben ist: Weitere leistungsbestimmende Größen wie technische Parameter, Zeitbedarfe u.ä. werden als Parametertupel (k) der jeweiligen Klasse zugeordnet. So ist z.B. bei einer Einschleusung auf einen Sorter zu garantieren, dass der Strom auf der Hauptstrecke nicht angehalten wird. Das erfordert bei einer Einschleusung von der Nebenstrecke eine Lücke im Gutstrom auf der Hauptstrecke mit der Länge Mindestabstand und Fördergeschwindigkeit sind Parameter der ankommenden Förderstrecken, demnach ist lediglich die Größe ttr als Transferzeit ein leistungsbestimmender Parameter der Einschleusung. Förderstrecken stellen die Verbindungen zwischen den Bausteinen her und realisieren den eigentlichen Material-fluss durch das System. Die technische Realisierung kann dabei prinzipiell durch verschiedenartige Bauformen von Stetig- und Unstetigförderern erfolgen. Systeme, die aber vollständig auf der Basis von Unstetigförderern arbeiten wie fahrerlose Transportsysteme (FTS) oder Elektrohängebahn (EHB), werden im Rahmen des Baukas-tens nicht betrachtet, weil die Lokalitätsbedingungen nicht gelten und beispielsweise eine übergeordnete Sys-temsteuerung (Fahrzeugdisposition, Leerfahrtoptimierung) einen erheblichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems hat. Förderstrecken im hier verwendeten Sinne sind Rollen-, Ketten-, Bandförderer oder ähnliches, deren maximaler Durchsatz im Wesentlichen durch zwei Parameter bestimmt wird: Fördergeschwindigkeit (vF) und Mindestab-stand zwischen den Transporteinheiten (smind). Der Mindestabstand ergibt sich aus der Länge der Transportein-heit in Transportrichtung (sx) und einem Sicherheitsabstand (s0), der für ein sicheres und gefahrloses Transportie-ren erforderlich ist. Die Mindestzeit tmind,S zwischen zwei Fördereinheiten auf einer Förderstrecke bestimmt sich demnach zu Ist das verbindende Förderelement nicht staufähig (nicht akkumulierend, z.B. Gurtbandförderer), so kann sich der Abstand zwischen den Fördergütern während des Förder- oder Transportvorgangs nicht verändern: Muss das Band angehalten werden, weil eine Abgabe an das nachfolgende Förderelement nicht möglich ist, bleiben alle Einheiten stehen. In diesem Fall ist es also nicht möglich, die Lücken im Transportstrom zu schließen, die bereits bei der Aufgabe auf das Förderelement entstehen. Für die Berechnung der Mindestzeit tmind,S bedeutet das, dass dann auch die Mindestzeit tmind,B des vorhergehenden Bausteins berücksichtigt werden muss. Die Mindestzeit des Streckenelements nach (6) bzw. (7) wird als einer der Parameter der Flussgröße zur Be-schreibung des am nachfolgenden Baustein ankommenden Stroms verwendet. Als Parameter der Förderstrecke werden neben der Fördergeschwindigkeit daher auch Angaben zum Transportgut (Abmessungen, Sicherheitsab-stand, Transportrichtung) benötigt. Es bot sich ferner an, eine Typisierung der Förderstrecken hinsichtlich ihrer technischen Realisierung (Rollenförderer, Kettenförderer, Bandförderer usw. mit zugeordneten Parametern) vorzunehmen, um den Aufwand für die Beschreibung der Förderstrecken gering zu halten. Weitere Parameter der Förderstrecken dienen der Aufnahme der Berechnungsergebnisse von vor- bzw. nachge-lagerten Bausteinen und beinhalten: die Länge der Warteschlange (einzelne Kenngrößen wie Mittelwert, 90%-, 95% bzw. 99%-Quantil oder - falls ermittelbar - als statistische Verteilung) die Wartezeit (ebenfalls Kenngrößen oder statistische Verteilung) die (Strecken-)Auslastung Variationskoeffizient für den Güterstrom Für die Darstellung des Materialflusses in einem System werden jeweils einzelne Materialfluss-Relationen betrachtet. Dabei wird angenommen, dass jede Relation an einer Quelle beginnt, an einer Senke endet, dabei mehrere Materialfluss-Komponenten (Bausteine) durchläuft und über den gesamten Verlauf in seiner Größe (Transportmenge) konstant bleibt. Einziger leistungsbestimmender Parameter einer Materialfluss-Relation ist die Transportmenge. Sie wird als zeitabhängige Größe angegeben und entspricht damit dem Durchsatz. Mindestabstand und Variationskoeffizient werden vom erzeugenden Baustein (Quelle) bestimmt, von den weiteren durchlaufenen Bausteinen verändert und über die Förderstrecken jeweils an den nachfolgenden Baustein übertragen. Die verbindenden Förderstrecken werden mit dem jeweiligen Durchsatz „belastet“. Bei Verbindungen, die von mehreren Relationen benutzt werden, summieren sich die Durchsätze, so dass sich unterschiedliche Strecken- und Bausteinbelastungen ergeben. Im Kontext des Baukastensystems werden Metadaten1 verwendet, um die in einem Baustein enthaltenen Infor-mationen über Anwendung, Verfahren und Restriktionen transparent zu machen. Ziel des Baukastensystems ist es je gerade, einfache und leicht handhabbare Berechnungsmodule für einen breiteren Anwenderkreis zur Verfü-gung zu stellen. Dazu sind Beschreibungen erforderlich, mit denen das Leistungsspektrum, mögliche Ergebnisse und Anwendungs- bzw. Einsatzkriterien dokumentiert werden. Aufgabe der Baustein-Bibliothek ist die Sammlung, Verwaltung und Bereitstellung von Informationen über die vorhandenen Bausteine. Damit soll dem Nutzer die Möglichkeit gegeben werden, für seine konkret benötigte Materialflusskomponente einen geeigneten Baustein zur Abbildung zu finden. Mit der Entwicklung weiterer Bausteine für ähnliche Funktionen, aber unterschiedliche Realisierungen (z. B. Regalbediengerät: einfach- oder doppeltiefe Lagerung, mit oder ohne Schnellläuferzone usw.) wächst die Notwendigkeit, die Einsatz- und Leis-tungsmerkmale des Bausteins in geeigneter Weise zu präsentieren. Die Baustein-Bibliothek enthält demnach eine formalisierte Beschreibung der vorhandenen und verfügbaren Bausteine. Die Informationen sind im Wesentlichen unter dem Aspekt einer einheitlichen Identifikation, Infor-mation, Visualisierung und Implementierung der unterschiedlichen Bausteine zusammengestellt worden. Einige der in der Baustein-Bibliothek enthaltenen Metadaten lassen sich durchaus mehreren Rubriken zuordnen. Identifikation und Information Ein Baustein wird durch eine eindeutige Ident-Nummer fixiert. Daneben geben Informationen zum Autor (Ent-wicklung und/oder Implementierung des Verfahrens) und eine Funktionsbeschreibung eine verbale Auskunft über den Baustein. Zusätzlich ist jeder Baustein einem bestimmten Typ zugeordnet entsprechend der Baustein-Klassifizierung (Bearbeiten, Verzweigen, Zusammenführen usw.), über den die Baustein-Auswahl eingegrenzt werden kann. Visualisierung Die Parameter für die Visualisierung beschreiben die Darstellung des Bausteins innerhalb des Baukastensystems (Form, Farbe, Lage der Ein- und Ausgänge des Bausteins, Icons). Implementierung Der Klassenname verweist auf die Implementierung des Bausteins. Zusätzlich benötigte Programm-Ressourcen (externe Bibliotheken wie *.dll , *.tcl o.ä.) können angegeben werden. Weiterhin sind Bezeichnungen und Erläuterungen der erforderlichen technischen Parameter für den Eingabedialog enthalten. Für die Förderstrecken wird ebenfalls eine formalisierte Beschreibung verwendet. Sie verweist jedoch nicht wie die Baustein-Bibliothek auf Software-Ressourcen, sondern enthält nur eine Reihe technischer Parameter, die für das Übertragungsverhalten der Förderstrecke eine Rolle spielen (Fördergeschwindigkeit, Arbeitsweise akkumu-lierend, Ausrichtung des Transportguts). Die Einträge lassen sich als Musterdatensätze (Template) für die Bau-stein-Verbindungen auffassen, um bestimmte, häufig vorkommende fördertechnische Lösungen diesen Verbin-dungen in einfacher Weise zuordnen zu können. Die Angaben sind aber im konkreten Anwendungsfall änderbar. Angaben zum Transportgut beschränken sich auf die Abmessungen der Transporteinheiten (Länge, Breite) und den erforderlichen Sicherheitsabstand (s0). Als Grundform wird von einer Standard-Euro-Palette (1200x800 mm) ausgegangen, es lassen sich aber auch Güter mit anderen Maßen hinzufügen. Die Angaben zum Transportgut werden in Verbindung mit den Parametern der Förderstrecken (Ausrichtung des Gutes längs oder quer) ausgewertet, so dass sich die jeweiligen Mindestabstände (Gleichung 6 bzw. 7) sowie der maximale Durchsatz Qmax als Grundlage für die Berechnung der Streckenauslastung bestimmen lassen. Das Gesamtkonzept des Baukastensystems ist in Abbildung 4 dargestellt. Es besteht im Wesentlichen aus drei Bereichen: Bausteinerstellung Bausteinverwaltung (Bibliotheken) Baukasten (Benutzeroberfläche) Dabei ist der Bereich der Bausteinerstellung nicht unmittelbarer Bestandteil der realisierten Lösung. Sie ist vielmehr die Quelle für die Bausteine, die über die jeweiligen Metadaten in einer Baustein-Bibliothek verwaltet und bereitgestellt werden. Die Verwaltung von Bausteinen und Förderstrecken ist die Umsetzung der Baustein-Bibliothek und (im erwei-terten Sinne) der Definitionen für die Förderstrecken. Der Modellbaukasten selbst stellt die Grafische Nutzeroberfläche dar (Abb. 11) und enthält den interaktiven, grafischen Modelleditor, die Auswahlelemente (Werkzeugkoffer bzw. -filter) für Bausteine und Förderstrecken, tabellarische Übersichten für alle Bausteine, Förderstrecken und Materialflussrelationen sowie Eingabedialoge für Bausteine, Förderstrecken und Materialflussrelationen. Die Entwicklung eines Modells mit dem Baukastensystem erfolgt prinzipiell in drei Schritten: Schritt eins umfasst die Anordnung und Definition der Bausteine. Der Modellbaukasten bietet die Möglich-keit, einen bestimmten Baustein direkt (z.B. Ausschleusung) oder unter Nutzung eines Bausteinfilters (z.B. alle Verzweigungselemente) auszuwählen und im grafischen Editor mittels Mausklick zu platzieren . An-schließend erfolgt im Dialog die notwendige Parametrierung des Bausteins. Dies beinhaltet sowohl die An-gaben zur Visualisierung (Drehung, Spiegelung) als auch die für die Dimensionierung erforderlichen techni-schen Parameter. Die für jeden Baustein benötigten Leistungsanforderungen (Durchsatz, lokale Transport-matrix) werden allerdings nicht direkt angegeben, sondern aus den Beziehungen zu den vor- und nachgela-gerten Bausteinen automatisch ermittelt (Übertragungsfunktion der Förderstrecken). Danach erfolgt in einem zweiten Schritt die Definition von Verbindung zwischen den Bausteinen (Förder-strecken): Das Erzeugen der Bausteinverbindungen ist ebenfalls ganz einfach zu realisieren. Nach Auswahl der zu Grunde liegenden Fördertechnik (z.B. Rollenförderer) wird durch Ziehen des Mauszeigers von einem nicht belegten Ausgang zu einem nicht belegten Eingang eines Bausteins die entsprechende Förderstrecke erzeugt. In einem abschließenden Dialog können die gewählten Voreinstellungen zum Transportgut, zum Förderertyp usw. bestätigt oder gegebenenfalls korrigiert werden. Außerdem kann die Kapazität der Förder-strecke definiert werden. Dabei geht es weniger um die Länge des Förderers als viel mehr um die Anzahl der vorgesehenen Puffer- oder Stauplätze im Zusammenhang mit den zu berechnenden Warteschlangenlän-gen. Abschließend wird im dritten Schritt der Materialfluss definiert: Ein Materialstrom ist jeweils eine Relation, die an einer Quelle beginnt, an einer Senke endet und dabei mehrere Bausteine durchläuft. Da die Förder-strecken zu diesem Zeitpunkt bereits definiert sein müssen, kann automatisch ein möglicher Weg zwischen Quelle und Senke gefunden werden. Ähnlich wie bei Routenplanungssystemen kann dabei durch zusätzliche Angabe von Zwischenpunkten (via) der automatisch vorgeschlagene Transportweg verändert und angepasst werden (Abb. 5). Nach Bestätigung des Transportweges und damit der unterwegs zu passierenden Bausteine erfolgt in einem Dialog die Parametrierung (Transportmenge pro Stunde) für diese Relation. Die Elemente des Transportweges (die benutzten Förderstrecken) werden mit dem entsprechenden Durchsatz „belastet“. Nach Abschluss der Modellierung kann die Berechnung ausgeführt werden. Im Ergebnis werden Kennzahlen bestimmt und im Baukasten in verschiedener Form visualisiert, um eine Bewertung der Ergebnisse vornehmen zu können. Eine Übersicht Fehlermeldungen listet die Problemelemente auf. Dabei wird die Schwere eines Problems farb-lich hervorgehoben: fataler Fehler (rot): entsteht z.B. bei Überlastung eines Bausteins – die geforderte Leistung für einen Bau-stein (und damit die des Gesamtsystems) kann nicht erbracht werden. lokaler Fehler (orange): entsteht z.B. bei permanenter Blockierung – die mittlere Warteschlange vor einem Baustein ist größer als dessen vorgesehene Kapazität. Warnung (hellgelb): bei teilweiser Blockierung – das 90%-Quantil der Warteschlange ist größer als die Ka-pazität der Förderstrecke, es ist daher zeitweise mit Blockierungen (und damit Behinderungen des vorherge-henden Bausteins) zu rechnen. Information (weiß): wird immer dann erzeugt, wenn Erwartungswerte für die Wartezeit oder Warteschlange mit einem G/G/1-Bedienmodell berechnet werden. Die Lösungen dieser Näherungsgleichungen sind im All-gemeinen nicht sehr genau, dienen aber als Abschätzung für die sonst fehlenden Kennwerte. Entsprechend der berechneten Auslastung werden die Bausteine im Modelleditor mit einer Farbabstufung von Grün nach Rot markiert, Bausteine und Förderstrecken leuchten rot bei Überlastung. Die dargestellten Ergebnisse im Modelleditor zu Bausteinen und Förderstrecken sind umschaltbar durch den Nutzer (Abb. 6). Je nach den in den Bausteinen hinterlegten Berechnungen sind jedoch nicht immer alle Kenn-größen verfügbar. Die Implementierung des Baukastensystems wurde mit Java (Release 1.5) vorgenommen. Für das Kernsystem wird dabei das in Abbildung 7 dargestellte Klassen-Konzept umgesetzt. Ausgehend von einer allgemeinen Klasse (Object3D) für Visualisierung von und Interaktionen mit grafischen Objekten wurden für Bausteine (AbstractNode) und Förderstrecken (Connection) die jeweiligen Klassen abgelei-tet. Für die Förderstecken ergibt sich dabei eine weitgehend einheitliche Beschreibungsform, die lediglich durch die Parametrierung (Vorlagen in der Förderstrecken-Bibliothek als XML-Datei) auf den konkreten Einsatz im Modell des Materialflusssystems angepasst werden muss. Anders verhält es sich mit den Bausteinen: Durch die mögliche Vielfalt von Bausteinen und den ihnen zu Grunde liegenden Berechnungsverfahren muss es auch eine Vielzahl von Klassen geben. Um jedoch für jeden belie-bigen Baustein den Zugriff (Bereitstellung von Eingangsdaten, Berechnung und Bereitstellung der Ergebnisse) in einer identischen Weise zu gewährleisten, muss es dafür eine nach außen einheitliche Schnittstelle geben. Die Java zu Grunde liegende objektorientierte Programmierung bietet mit dem Konzept der „abstrakten Klasse“ eine Möglichkeit, dies in einfacher Weise zu realisieren. Dazu wird mit AbstractNode quasi eine Vorlage entwi-ckelt, von der alle implementierten Baustein-Klassen abgeleitet sind. AbstractNode selbst enthält alle Methoden, mit denen Baustein-Daten übernommen oder übergeben, die jeweiligen Visualisierungen vorgenommen, die baustein-internen Verbindungen (lokale Transportmatrix) verwaltet und Ein- und Ausgänge mit den zugehörigen Förderstrecken verbunden werden. Die für den Aufruf der eigentlichen Berechnungen in den Bausteinen ver-wendeten Methoden sind deklariert, aber nicht implementiert (sogenannte abstrakte Methoden). Ein Baustein wird von AbstractNode abgeleitet und erbt damit die implementierten Methoden, lediglich die abstrakten Methoden, die die Spezifik des Bausteins ausmachen, sind noch zu implementieren. Um neue Bausteine zu erzeugen, wird Unterstützung in Form eines Bildschirmdialogs angeboten (Abb. 8). Danach sind die entsprechenden Angaben zu den Metadaten, zur Struktur und zur Visualisierung des Bausteins, die Eingangsparameter (Name und Erläuterung) sowie die berechenbaren Ergebnisse (z.B. Auslastung, Quantile der Warteschlangenlänge, aber keine Aussage zu Wartezeiten usw.) anzugeben. Nach Bestätigung der Daten und diversen Syntax- bzw. Semantik-Kontrollen wird der Baustein in der Bibliothek registriert, ein Sourcecode für den neuen Baustein generiert und kompiliert. Der Baustein selbst ist damit formal korrekt und kann sofort verwendet werden, liefert aber noch keine verwertbaren Ergebnisse, weil natürlich die Implementierung des Berechnungsverfahrens selbst noch aussteht. Das muss in einem zweiten Schritt im Rah-men der üblichen Software-Entwicklung nachgeholt werden. Dazu sind die Berechnungsverfahren zu implemen-tieren und die Bausteinschnittstellen zu bedienen. Der generierte Java-Code enthält in den Kommentaren eine Reihe von Hinweisen für den Programmierer, so dass sich problemlos die Schnittstellen des Bausteins program-mieren lassen (Abb. 9). In einem Beispiel werden ein Hochregallager (3 Regalbediengeräte) und zwei Kommissionierplätze durch ein Transportsystem verbunden. Mit der Einlastung von Kommissionieraufträgen werden im Simulationsmodell die entsprechenden Transportaufträge generiert und abgearbeitet (Abb. 10). Dabei können Systemzustände (z.B. Warteschlangen) protokolliert und statistisch ausgewertet werden. Ein entsprechendes Modell für den Baukasten ist in Abbildung 11 dargestellt. Der Vorteil des Baukastensystems liegt selbst bei diesem recht einfachen Beispiel im Zeitvorteil: Für Erstellung und Test des Simulationsmodells und anschließende Simulationsläufe und Auswertungen wird ein Zeitaufwand von ca. 4-5 Stunden benötigt, das Baukastenmodell braucht für Erstellung und korrekte Parametrierung weniger als 0,5 Stunden, die Rechenzeit selbst ist vernachlässigbar gering. Sollte im Ergebnis der Untersuchungen eine Änderung des Materialflusssystems notwendig werden, so führt das im Simulationsmodell teilweise zu erheblichen Änderungen (Abläufe, Steuerungsstrategien, Auswertungen) mit entsprechendem Zeitaufwand. Im Baukasten können dagegen in einfacher Weise zusätzliche Bausteine eingefügt oder vorhandene ersetzt werden durch Bausteine mit geänderter Funktion oder Steuerung. Strukturelle Änderungen am Materialflusssys-tem sind also mit deutlich geringerem Aufwand realisierbar. In [Markwardt2003] werden für mehrere Strukturen von Materialflusskomponenten Fehlerbetrachtungen über die Genauigkeit der mittels neuronaler Netze untersuchten Systeme gegenüber den Simulationsergebnissen vorge-nommen. Danach ergibt sich beispielsweise für das 90%-Quantil der Warteschlange eine Abweichung, die mit 90% Sicherheit kleiner als 0,3 Warteplätze ist. Bei den Variationskoeffizienten des Abgangsstroms betragen die absoluten Abweichungen mit 90% Sicherheit nicht mehr als 0,02 bis 0,05 (in Abhängigkeit vom betrachteten Baustein). Daraus wird die Schlussfolgerung abgeleitet, dass die durch Verknüpfung neuronaler Netze gewonne-nen Aussagen sehr gut mit statistischen Ergebnissen diskreter Simulation übereinstimmen und eine Planungssi-cherheit ermöglichen, die für einen Grobentwurf von Materialflusssystemen weit über die heute gebräuchlichen statischen Berechnungsverfahren hinausgehen. Im konkreten Beispiel wurde die Zahl der Pufferplätze vor den Kommissionierern (Work1 bzw. Work2) zu-nächst auf 3 begrenzt. Die Berechnung im Baukasten ergab dabei in beiden Fällen Fehlermeldungen mit dem Hinweis auf Blockierungen (Abb. 12, links). Diese bestätigten sich auch im Simulationsmodell (Abb. 12, rechts). Nach Vergr��ßerung der Pufferstrecken auf 7 Plätze ist die Blockierungsgefahr auf ein vertretbares Minimum reduziert, und die mit dem Baukasten berechneten Kenngrößen können durch die Simulation prinzipiell bestätigt werden. it dem offenen Baukastensystem ist eine schnelle, einfache, sichere und damit wirtschaftlichere Dimensionie-rung von Materialflusssystemen möglich. Für den Anwender sind sofort statistisch abgesicherte und ausreichend genaue Ergebnisse ohne aufwändige Berechnungen verfügbar, womit sich die Planungsqualität erhöht. Besonde-re Anforderungen an Hard- und Software sind dabei nicht erforderlich. Für die Dimensionierung der einzelnen Bausteine stehen Informationen aus der Bedienungstheorie, Simulati-onswissen und numerische Verfahren direkt und anwendungsbereit zur Verfügung. Es erlaubt eine deutlich vereinfachte Berechnung von statistischen Kenngrößen wie Quantile (statistische Obergrenzen) der Pufferbelegung, Auslastung von Einzelelementen und mittlere Auftragsdurchlaufzeit bei gleichzeitig erhöhter Genauigkeit. Ferner ist das Baukastensystem offen für eine Erweiterung um neue Bausteine, die neue oder spezielle fördertechnische Elemente abbilden oder zusätzliche Informationen liefern können. Da auch komplexe Materialflusssysteme immer wieder aus einer begrenzten Anzahl unterschiedlicher Kompo-nenten bestehen, können durch die Verknüpfung der Einzelbausteine auch Gesamtsysteme abgebildet werden. Die Verknüpfung der Bausteine über eine einheitliche Schnittstelle erlaubt Aussagen über das Verhalten der Gesamtanlage. Bei Einsatz des Baukastensystems sind in einer solchen Verknüpfung jederzeit Parameterände-rungen möglich, deren Folgen sofort sichtbar werden. Die Zeit bis zum Vorliegen gesicherter, ausreichend genauer Ergebnisse wird dadurch drastisch verkürzt. Damit erwächst Variantenuntersuchungen bereits in frühen Planungsphasen neues Potential und kann zum entscheidenden Wettbewerbsvorteil werden.

Unprecedented Trapping of Difluorooctamolybdate Anions within an α-Polonium Type Coordination Network

New fluorinated hybrid solids [Mo2F2O5(tr2pr)] (1), [Co3(tr2pr)2(MoO4)2F2]·7H2O (2), and [Co3(H2O)2(tr2pr)3(Mo8O26F2)]·3H2O (3) (tr2pr = 1,3-bis(1,2,4-triazol-4-yl)propane) were prepared from the reaction systems consisting of Co(OAc)2/CoF2 and MoO3/(NH4)6Mo7O24, as CoII and MoVI sources, in water (2) or in aqueous HF (1, 3) employing mild hydrothermal conditions. The tr2pr ligand serves as a conformationally flexible tetradentate donor. In complex 1, the octahedrally coordinated Mo atoms are linked in the discrete corner-sharing {Mo2(μ2-O)F2O4N4} unit in which a pair of tr-heterocycles (tr = 1,2,4-triazole) is arranged in cis-positions opposite to “molybdenyl” oxygen atoms. The anti−anti conformation type of tr2pr facilitates the tight zigzag chain packing motif. The crystal structure of the mixed-anion complex salt 2 consists of trinuclear [Co3(μ3-MoO4)2(μ2-F)2] units self-assembling in CoII-undulating chains (Co···Co 3.0709(15) and 3.3596(7) Å), which are cross-linked by tr2pr in layers. In 3, containing condensed oxyfluoromolybdate species, linear centrosymmetric [Co3(μ2-tr)6]6+ SBUs are organized at distances of 10.72−12.45 Å in an α-Po-like network using bitopic tr-linkers. The octahedral {N6} and {N3O3} environments of the central and peripheral cobalt atoms, respectively, are filled by triazole N atoms, water molecules, and coordinating [Mo8O26F2]6− anions. Acting as a tetradentate O-donor, each difluorooctamolybdate anion anchors four [Co3(μ2-tr)6]6+ units through their peripheral Co-sites, which consequently leads to a novel type of a two-nodal 4,10-c net with the Schläfli symbol {32.43.5}{34.420.516.65}. The 2D and 3D coordination networks of 2 and 3, respectively, are characterized by significant overall antiferromagnetic exchange interactions (J/k) between the CoII spin centers on the order of −8 and −4 K. The [Mo8O26F2]6− anion is investigated in detail by quantum chemical calculations.

Base pairing and miscoding properties of 1,N(6)-ethenoadenine- and 3,N(4)-ethenocytosine-containing RNA oligonucleotides

Two RNA phosphoramidites containing the bases 1,N(6)-ethenoadenine (εA) and 3,N(4)-ethenocytosine (εC) were synthesized. These building blocks were incorporated into two 12-mer oligoribonucleotides for evaluation of the base pairing properties of these base lesions by UV melting curve (Tm) and circular dichroism measurements. The Tm data of the resulting duplexes with the etheno modifications opposing all natural bases showed a substantial destabilization compared to the corresponding natural duplexes, confirming their inability to form base pairs. The coding properties of these lesions were further investigated by introducing them into 31-mer oligonucleotides and assessing their ability to serve as templates in primer extension reactions with HIV, AMV, and MMLV reverse transcriptases (RT). Primer extension reactions showed complete arrest of the incorporation process using MMLV RT and AMV RT, while HIV RT preferentially incorporates dAMP opposite εA and dAMP as well as dTMP opposite εC. The properties of these RNA lesions are discussed in the context of its putative biological role.

UPTAKE, METABOLISM, AND METABOLIC EFFECTS OF THE ANTITUMOR TRICYCLIC NUCLEOSIDE, 3-AMINO-1, 5-DIHYDRO-5-METHYL-1-BETA-D-RIBOFURANOSYL-1, 4, 5, 6, 8 PENTAAZAACENAPHTHYLENE

The uptake, metabolism, and metabolic effects of the antitumor tricyclic nucleoside (TCN, NSC-154020) were studied in vitro. Uptake of TCN by human erythrocytes was concentrative, resulting mainly from the rapid intracellular phosphorylation of TCN. At high TCN doses, however, unchanged TCN was also concentrated within the erythrocytes. The initial linear rate of TCN uptake was saturable and obeyed Michaelis-Menten kinetics. TCN was metabolized chiefly to its 5'-monophosphate not only by human erythrocytes but also by wild-type Chinese hamster ovary (CHO) cells. In addition, three other metabolites were detected by means of high-performance liquid chromatography. The structures of these metabolites were elucidated by ultraviolet spectroscopy, infrared spectroscopy, mass spectrometry, and further confirmed by incubations with catabolic enzymes and intact wild-type or variant CHO cells. All were novel types of oxidative degradation products of TCN. Two are proposed to be (alpha) and (beta) anomers of a D-ribofuranosyl nucleoside with a pyrimido{4,5-c}pyridazine-4-one base structure. The third metabolite is most likely the 5'-monophosphate of the (beta) anomer. A CHO cell line deficient in adenosine kinase activity failed to phosphorylate either TCN or the (beta) anomer. No further phosphorylation of the 5'-monophosphates by normal cells occurred. Although the pathways leading to the formation of these TCN metabolites have not been proven, a mechanism is proposed to account for the above observations. The same adenosine kinase-deficient CHO cells were resistant to 500 (mu)M TCN, while wild-type cells could not clone in the presence of 20 (mu)M TCN. Simultaneous addition of purines, pyrimidines, and purine precursors failed to reverse this toxicity. TCN-treatment strongly inhibited formate or glycine incorporation into ATP and GTP of wild-type CHO cells. Hypoxanthine incorporation inhibited to a lesser degree, with the inhibition of incorporation into GTP being more pronounced. Although precursor incorporation into GTP was inhibited, GTP concentrations were elevated rather than reduced after 4-hr incubations with 20 (mu)M or 50 (mu)M TCN. These results suggested an impairment of GTP utilization. TCN (50 (mu)M) inhibited leucine and thymidine incorporation into HClO(,4)-insoluble material to 30-35% of control throughout 5-hr incubations. Incorporation of five other amino acids was inhibited to the same extent as leucine. Pulse-labeling assays (45 min) with uridine, leucine, and thymidine failed to reveal selective inhibition of DNA or protein synthesis by 0.05-50 (mu)M TCN; however, the patterns of inhibition were similar to those of known protein synthesis inhibitors. TCN 5'-monophosphate inhibited leucine incorporation by rabbit reticulocyte lysates; the inhibition was 2000 times less potent than that of cycloheximide. The 5'-monophosphate failed to inhibit a crude nuclear DNA-synthesizing system. Although TCN 5'-monophosphate apparently inhibits purine synthesis de novo, its cytotoxicity is not reversed by exogenous purines. Consequently, another mechanism such as direct inhibition of protein synthesis is probably a primary mechanism of toxicity. ^

Glacial–interglacial temperature change in the tropical West Pacific: A comparison of stalagmite-based paleo-thermometers

In the tropics, geochemical records from stalagmites have so far mainly been used to qualitatively reconstruct changes in precipitation, but several new methods to reconstruct past temperatures from stalagmite material have emerged recently: i) liquide vapor homogenization of fluid inclusion water ii) noble gas concentrations in fluid inclusion water, iii) the partitioning of oxygen isotopes between fluid inclusion water and calcite, and iv) the abundance of the 13C18O16O(‘clumped’) isotopologue in calcite. We present, for the first time, a direct comparison of these four paleo-thermometers by applying them to a fossil stalagmite covering nearly two glaciale interglacial cycles (Marine Isotope Stages (MIS) 12 e 9) and to two modern stalagmites, all from northern Borneo. The temperature estimates from the different methods agree in most cases within errors for both the old and recent samples; reconstructed formation temperatures of the recent samples match within 2-sigma errors with measured cave temperatures. However, slight but systematic deviations are observed between noble gas and liquide vapor homogenization temperatures. Whereas the temperature sensitivity of fluid inclusion d18O and clumped isotopes is currently debated, we find that the calibration of Tremaine et al. (2011) for fluid inclusion d18O and a synthetic calcite-based clumped isotope calibration (Ziegler et al., in prep.) yield temperature estimates consistent with the other methods. All methods (with the potential exception of clumped isotopes) show excellent agreement on the amplitude of glaciale interglacial temperature change, indicating temperature shifts of 4-5 C°. This amplitude is similar to the amplitude of Mg/Ca-based regional sea surface temperature records, when correcting for sea level driven changes in cave elevation. Our reconstruction of tropical temperature evolution over the time period from 440 to 320 thousand years ago (ka) adds support to the view that climate sensitivity to varying greenhouse forcing is substantial also in the deep tropics.

Microplankton abundance and biomass in the Eastern Pacific

Particles of detritus were counted by size-groups and microplankton cells in samples stained with acid fuchsin and acridine orange. Data were obtained for eutrophic and oligotrophic waters. Seston in the eutrophic layer of eutrophic waters consists of 22-65% phytoplankton, 3-18% microzooplankton, and 32-65% detritus; in oligotrophic waters - of 3-7% phytoplankton, 1-5% microzooplankton, and 92-97% detritus. Amount of detritus in seston increases with depth up to 4.4 µg C/l (sigma = 1.48) at 500-4000 m. Microplankton biomass in deep water contains mostly olive-green cells and bacteria; no microzooplankton <200 µm long was found below 200 m. Aggregates 10-50 µm in diameter and fragments of organisms 50-200 µm long were dominant by weight among detrital particles. No discernible associations of microorganisms with detrital particles were observed.

Part of the global DOC versus AOU (dissolved organic carbon/apparent oxygen utilization) data compilation, Arabian Sea

Concentrations of total organic carbon (TOC) were determined on samples collected during six cruises in the northern Arabian Sea during the 1995 US JGOFS Arabian Sea Process Study. Total organic carbon concentrations and integrated stocks in the upper ocean varied both spatially and seasonally. Highest mixed-layer TOC concentrations (80-100 µM C) were observed near the coast when upwelling was not active, while upwelling tended to reduce local concentrations. In the open ocean, highest mixed-layer TOC concentrations (80-95 µM C) developed in winter (period of the NE Monsoon) and remained through mid summer (early to mid-SW Monsoon). Lowest open ocean mixed-layer concentrations (65-75 µM C) occurred late in the summer (late SW Monsoon) and during the Fall Intermonsoon period. The changes in TOC concentrations resulted in seasonal variations in mean TOC stocks (upper 150 m) of 1.5-2 mole C/m**2, with the lowest stocks found late in the summer during the SW Monsoon-Fall Intermonsoon transition. The seasonal accumulation of TOC north of 15°N was 31-41 x 10**12 g C, mostly taking place over the period of the NE Monsoon, and equivalent to 6-8% of annual primary production estimated for that region in the mid-1970s. A net TOC production rate of 12 mmole C/m**2/d over the period of the NE Monsoon represented ~80% of net community production. Net TOC production was nil during the SW Monsoon, so vertical export would have dominated the export terms over that period. Total organic carbon concentrations varied in vertical profiles with the vertical layering of the water masses, with the Persian Gulf Water TOC concentrations showing a clear signal. Deep water (>2000 m) TOC concentrations were uniform across the basin and over the period of the cruises, averaging 42.3±1.4 µM C.

Pedogeomorphology, geochronology and paleobotany of soil profiles obtained in the Kyichu River catchment, sourthern Tibet

Results of pedogeomorphological, geochronological and paleobotanical investigations are presented covering the last ca. 4,000 years. The study sites are located in the heavily degraded Kyichu River catchment around Lhasa at 3,600-4,600 m a.s.l. Repeatedly, colluvial sediments have been recorded overlying paleosols. These deposits can be divided into i) coarse-grained sediments with a high proportion of stones and boulders originating from alluvial fans and debris flows, ii) matrix supported sediments with some stones and boulders originating from mudflows or combined colluvial processes such as hillwash plus rock fall, and iii) fine-grained sediments originating from hill wash. The IRSL multi-level dating of profile QUG 1 points to a short-time colluvial sedimentation between 1.0 ± 0.1 and 0.8 ± 0.1 ka. In contrast, dated paleosols of profile GAR 1 (7,908 ± 99 and 3,668 ± 57 BP) encompass a first colluvial episode. Here, the upper colluvial sedimentation took place during several periods between 2.6 ± 0.3 and 0.4 ± 0.1 ka. For the first time in Tibet, a systematic extraction, determination and dating of charcoals from buried paleosols was conducted. The charcoals confirm the Late Holocene presence of juniper forests or woodlands in a now treeless, barren environment. A pollen diagram from Lhasa shows a distinct decline of pollen of the Jumperus-type around 4,140 ± 50 BP, which is interpreted as indicating a clearing of forests on the adjacent slopes. It is assumed that the environmental changes from forests to desertic rangelands since ca. 4,000 BP have been at least reinforced by humans.

Palynology on sediment profile Tso Kar in Ladakh

Palynological investigation of a 410 cm long core section from Tso Kar (33°10'N, 78°E, 4527 m a.s.l.), an alpine lake situated in the arid Ladakh area of NW India at the limit of the present-day Indian summer monsoon, was performed in order to reconstruct post-glacial regional vegetation and climate dynamics. The area was covered with alpine desert vegetation from ca. 15.2 to 14 kyr BP (1 kyr=1000 cal. years), reflecting dry and cold conditions. High influx values of long-distance transported Pinus sylvestris type pollen suggest prevailing air flow from the west and northwest. The spread of alpine meadow communities and local aquatic vegetation is a weak sign of climate amelioration after ca. 14 kyr BP. Pollen data (e.g. influx values of Pinus roxburghii type and Quercus) suggest that this was due to a strengthening of the summer monsoon and the reduced activity of westerly winds. The further spread of Artemisia and species-rich meadows occurred in response to improved moisture conditions between ca. 12.9 and 12.5 kyr BP. The subsequent change towards drier desert-steppe vegetation likely indicates more frequent westerly disturbances and associated snowfalls, which favoured the persistence of alpine meadows on edaphically moist sites. The spread of Chenopodiaceae-dominated vegetation associated with an extremely weak monsoon occurred at ca. 12.2-11.8 kyr BP during the Younger Dryas interstadial. A major increase in humidity is inferred from the development of Artemisia-dominated steppe and wet alpine meadows with Gentianaceae after the late glacial/early Holocene transition in response to the strengthening of the summer monsoon. Monsoonal influence reached maximum activity in the Tso Kar region between ca. 10.9 and 9.2 kyr BP. The subsequent development of the alpine meadow, steppe and desert-steppe vegetation points to a moderate reduction in the moisture supply, which can be linked to the weaker summer monsoon and the accompanying enhancement of the winter westerly flow from ca. 9.2 to 4.8 kyr BP. The highest water levels of Tso Kar around 8 kyr BP probably reflect combined effect of both monsoonal and westerly influence in the region. An abrupt shift towards aridity in the Tso Kar region occurred after ca. 4.8 kyr BP, as evidenced by an expansion of Chenopodiaceae-dominated desert-steppe. Low pollen influx values registered ca. 2.8-1.3 kyr BP suggest scarce vegetation cover and unfavourable growing conditions likely associated with a further weakening of the Indian Monsoon.

Chemical composition of volcanic glass of some tephra layers in Northeastern Pacific Ocean

Five widespread upper Cenozoic tephra layers that are found within continental sediments of the western United States have been correlated with tephra layers in marine sediments in the Humboldt and Ventura basins of coastal California by similarities in major-and trace-element abundances; four of these layers have also been identified in deep-ocean sediments at DSDP sites 34, 36, 173, and 470 in the northeastern Pacific Ocean. These layers, erupted from vents in the Yellowstone National Park area of Wyoming and Idaho (Y), the Cascade Range of the Pacific Northwest (C), and the Long Valley area, California (L), are the Huckleberry Ridge ash bed (2.0 Ma, Y), Rio Dell ash bed (ca. 1.5 Ma, C), Bishop ash bed (0.74 Ma, L), Lava Creek B ash bed (0.62 Ma, Y), and Loleta ash bed (ca. 0.4 Ma, C). The isochronous nature of these beds allows direct comparison of chronologic and climatic data in a variety of depositional environments. For example, the widespread Bishop ash bed is correlated from proximal localities near Bishop in east-central California, where it is interbedded with volcanic and glacial deposits, to lacustrine beds near Tecopa, southeastern California, to deformed on-shore marine strata near Ventura, southwestern California, to deep-ocean sediments at site 470 in the eastern Pacific Ocean west of northern Mexico. The correlations allow us to compare isotopic ages determined for the tephra layers with ages of continental and marine biostratigraphic zones determined by magnetostratigraphy and other numerical age control and also provide iterative checks for available age control. Relative age variations of as much as 0.5 m.y. exist between marine biostratigraphic datums [for example, highest occurrence level of Discoaster brouweri and Calcidiscus tropicus (= C. macintyrei)], as determined from sedimentation rate curves derived from other age control available at each of several sites. These discrepancies may be due to several factors, among which are (1) diachronism of the lowest and highest occurrence levels of marine faunal and floral species with latitude because of ecologic thresholds, (2) upward reworking of older forms in hemipelagic sections adjacent to the tectonically active coast of the western United States and other similar analytical problems in identification of biostratigraphic and magnetostratigraphic datums, (3) dissolution of microfossils or selective diagenesis of some taxa, (4) lack of precision in isotopic age calibration of these datums, (5) errors in isotopic ages of tephra beds, and (6) large variations in sedimentation rates or hiatuses in stratigraphic sections that result in age errors of interpolated datums. Correlation of tephra layers between on-land marine and deep-ocean deposits indicates that some biostratigraphic datums (diatom and calcareous nannofossil) may be truly time transgressive because at some sites, they are found above and, at other sites, below the same tephra layers.

Carbonate system of surface sediments from the South Pacific

B/Ca ratios in Cibicides mundulus and Cibicides wuellerstorfi have been shown to correlate with the degree of calcite saturation in seawater (D[CO32-]). In the South Pacific, a region of high importance in the global carbon cycle, these species are not continuously present in down-core records. Small numbers of epibenthic foraminifera in samples present an additional challenge, which can be overcome by using laser ablation-inductively coupled-mass spectrometry (LA-ICP-MS). We present a laser ablation based core-top calibration for Cibicides cf. wuellerstorfi, a C. wuellerstorfi morphotype that is abundant in the South Pacific and extend the existing global core top calibration for C. mundulus and C. wuellerstorfi to this region. B/Ca in C. cf. wuellerstorfi are linearly correlated with D[CO32-] and possibly display a higher sensitivity to calcite saturation changes than C. wuellerstorfi. Trace element profiles through C. wuellerstorfi and C. mundulus reveal an intra-shell B/Ca variation of ±36% around the mean shell value. Mg/Ca and B/Ca display opposite trends along the shell. Both phenomena likely result from ontogenetic effects. Intra-shell variability equals intra-sample variability, mean sample B/Ca values can thus be reliably calculated from averaged spot results of single specimen. In the global B/Ca-D[CO32-] range, we observe an inverse relationship between water mass age and D[CO32-].

Radar profiles from South Shetland Islands/Western Antarctic Peninsula

The sedimentary architecture of polar gravel-beach ridges is presented and it is shown that ridge internal geometries reflect past wave-climate conditions. Ground-penetrating radar (GPR) data obtained along the coasts of Potter Peninsula (King George Island) show that beach ridges unconformably overlie the prograding strand plain. Development of individual ridges is seen to result from multiple storms in periods of increased storm-wave impact on the coast. Strand-plain progradation, by contrast, is the result of swash sedimentation at the beach-face under persistent calm conditions. The sedimentary architecture of beach ridges in sheltered parts of the coast is characterized by seaward-dipping prograding beds, being the result of swash deposition under stormy conditions, or aggrading beds formed by wave overtopping. By contrast, ridges exposed to high-energy waves are composed of seaward- as well as landward-dipping strata, bundled by numerous erosional unconformities. These erosional unconformities are the result of sediment starvation or partial reworking of ridge material during exceptional strong storms. The number of individual ridges which are preserved from a given time interval varies along the coast depending on the morphodynamic setting: sheltered coasts are characterized by numerous small ridges, whereas fewer but larger ridges develop on exposed beaches. The frequency of ridge building ranges from decades in the low-energy settings up to 1600 years under high-energy conditions. Beach ridges in the study area cluster at 9.5, 7.5, 5.5, and below 3.5 m above the present-day storm beach. Based on radiocarbon data, this is interpreted to reflect distinct periods of increased storminess and/or shortened annual sea-ice coverage in the area of the South Shetland Islands for the times around 4.3, c. 3.1, 1.9 ka cal BP, and after 0.65 ka cal BP. Ages further indicate that even ridges at higher elevations can be subject to later reactivation and reworking. A careful investigation of the stratigraphic architecture is therefore essential prior to sampling for dating purposes.

Pollen and non-pollen palynomorph records of the Holocene part of the composite sediment core TMD from lake Tso Moriri (NW India) and of modern surface samples from the Tso Moriri region

The high-altitude lake Tso Moriri (32°55'46'' N, 78°19'24'' E; 4522 m a.s.l.) is situated at the margin of the ISM and westerly influences in the Trans-Himalayan region of Ladakh. Human settlements are rare and domestic and wild animals are concentrating at the alpine meadows. A set of modern surface samples and fossil pollen from deep-water TMD core was evaluated with a focus on indicator types revealing human impact, grazing activities and lake system development during the last ca. 12 cal ka BP. Furthermore, the non-pollen palynomorph (NPP) record, comprising remains of limnic algae and invertebrates as well as fungal spores and charred plant tissue fragments, were examined in order to attest palaeolimnic phases and human impact, respectively. Changes in the early and middle Holocene limnic environment are mainly influenced by regional climatic conditions and glacier-fed meltwater flow in the catchment area. The NPP record indicates low lake productivity with high influx of freshwater between ca. 11.5 and 4.5 cal ka BP which is in agreement with the regional monsoon dynamics and published climate reconstructions. Geomorphologic observations suggest that during this period of enhanced precipitation the lake had a regular outflow and contributed large amounts of water to the Sutlej River, the lower reaches of which were integral part of the Indus Civilization area. The inferred minimum fresh water input and maximum lake productivity between ca. 4.5-1.8 cal ka BP coincides with the reconstruction of greatest aridity and glaciation in the Korzong valley resulting in significantly reduced or even ceased outflow. We suggest that lowered lake levels and river discharge on a larger regional scale may have caused irrigation problems and harvest losses in the Indus valley and lowlands occupied by sedentary agricultural communities. This scenario, in turn, supports the theory that, Mature Harappan urbanism (ca. 4.5-3.9 cal ka BP) emerged in order to facilitate storage, protection, administration, and redistribution of crop yields and secondly, the eventual collapse of the Harappan Culture (ca. 3.5-3 cal ka BP) was promoted by prolonged aridity. There is no clear evidence for human impact around Tso Moriri prior to ca. 3.7 cal ka BP, with a more distinct record since ca. 2.7 cal ka BP. This suggests that the sedimentary record from Tso Moriri primarily archives the regional climate history.