Three-dimensional hydrodynamic numerical modelling of fold nappe formation, basement-cover deformation and slab detachment with applications to the helvetic nappe system (W Switzerland)

Many three-dimensional (3-D) structures in rock, which formed during the deformation of the Earth's crust and lithosphere, are controlled by a difference in mechanical strength between rock units and are often the result of a geometrical instability. Such structures are, for example, folds, pinch-and-swell structures (due to necking) or cuspate-lobate structures (mullions). These struc-tures occur from the centimeter to the kilometer scale and the related deformation processes con-trol the formation of, for example, fold-and-thrust belts and extensional sedimentary basins or the deformation of the basement-cover interface. The 2-D deformation processes causing these structures are relatively well studied, however, several processes during large-strain 3-D defor-mation are still incompletely understood. One of these 3-D processes is the lateral propagation of these structures, such as fold and cusp propagation in a direction orthogonal to the shortening direction or neck propagation in direction orthogonal to the extension direction. Especially, we are interested in fold nappes which are recumbent folds with amplitudes usually exceeding 10 km and they have been presumably formed by ductile shearing. They often exhibit a constant sense of shearing and a non-linear increase of shear strain towards their overturned limb. The fold axes of the Morcles fold nappe in western Switzerland plunges to the ENE whereas the fold axes in the more eastern Doldenhorn nappe plunges to the WSW. These opposite plunge direc-tions characterize the Rawil depression (Wildstrubel depression). The Morcles nappe is mainly the result of layer parallel contraction and shearing. During the compression the massive lime-stones were more competent than the surrounding marls and shales, which led to the buckling characteristics of the Morcles nappe, especially in the north-dipping normal limb. The Dolden-horn nappe exhibits only a minor overturned fold limb. There are still no 3-D numerical studies which investigate the fundamental dynamics of the formation of the large-scale 3-D structure including the Morcles and Doldenhorn nappes and the related Rawil depression. We study the 3-D evolution of geometrical instabilities and fold nappe formation with numerical simulations based on the finite element method (FEM). Simulating geometrical instabilities caused by sharp variations of mechanical strength between rock units requires a numerical algorithm that can accurately resolve material interfaces for large differences in material properties (e.g. between limestone and shale) and for large deformations. Therefore, our FE algorithm combines a nu-merical contour-line technique and a deformable Lagrangian mesh with re-meshing. With this combined method it is possible to accurately follow the initial material contours with the FE mesh and to accurately resolve the geometrical instabilities. The algorithm can simulate 3-D de-formation for a visco-elastic rheology. The viscous rheology is described by a power-law flow law. The code is used to study the 3-D fold nappe formation, the lateral propagation of folding and also the lateral propagation of cusps due to initial half graben geometry. Thereby, the small initial geometrical perturbations for folding and necking are exactly followed by the FE mesh, whereas the initial large perturbation describing a half graben is defined by a contour line inter-secting the finite elements. Further, the 3-D algorithm is applied to 3-D viscous nacking during slab detachment. The results from various simulations are compared with 2-D resulats and a 1-D analytical solution. -- On retrouve beaucoup de structures en 3 dimensions (3-D) dans les roches qui ont pour origines une déformation de la lithosphère terrestre. Ces structures sont par exemple des plis, des boudins (pinch-and-swell) ou des mullions (cuspate-lobate) et sont présentés de l'échelle centimétrique à kilométrique. Mécaniquement, ces structures peuvent être expliquées par une différence de résistance entre les différentes unités de roches et sont généralement le fruit d'une instabilité géométrique. Ces différences mécaniques entre les unités contrôlent non seulement les types de structures rencontrées, mais également le type de déformation (thick skin, thin skin) et le style tectonique (bassin d'avant pays, chaîne d'avant pays). Les processus de la déformation en deux dimensions (2-D) formant ces structures sont relativement bien compris. Cependant, lorsque l'on ajoute la troisiéme dimension, plusieurs processus ne sont pas complètement compris lors de la déformation à large échelle. L'un de ces processus est la propagation latérale des structures, par exemple la propagation de plis ou de mullions dans la direction perpendiculaire à l'axe de com-pression, ou la propagation des zones d'amincissement des boudins perpendiculairement à la direction d'extension. Nous sommes particulièrement intéressés les nappes de plis qui sont des nappes de charriage en forme de plis couché d'une amplitude plurikilométrique et étant formées par cisaillement ductile. La plupart du temps, elles exposent un sens de cisaillement constant et une augmentation non linéaire de la déformation vers la base du flanc inverse. Un exemple connu de nappes de plis est le domaine Helvétique dans les Alpes de l'ouest. Une de ces nap-pes est la Nappe de Morcles dont l'axe de pli plonge E-NE tandis que de l'autre côté de la dépression du Rawil (ou dépression du Wildstrubel), la nappe du Doldenhorn (équivalent de la nappe de Morcles) possède un axe de pli plongeant O-SO. La forme particulière de ces nappes est due à l'alternance de couches calcaires mécaniquement résistantes et de couches mécanique-ment faibles constituées de schistes et de marnes. Ces différences mécaniques dans les couches permettent d'expliquer les plissements internes à la nappe, particulièrement dans le flanc inver-se de la nappe de Morcles. Il faut également noter que le développement du flanc inverse des nappes n'est pas le même des deux côtés de la dépression de Rawil. Ainsi la nappe de Morcles possède un important flanc inverse alors que la nappe du Doldenhorn en est presque dépour-vue. A l'heure actuelle, aucune étude numérique en 3-D n'a été menée afin de comprendre la dynamique fondamentale de la formation des nappes de Morcles et du Doldenhorn ainsi que la formation de la dépression de Rawil. Ce travail propose la première analyse de l'évolution 3-D des instabilités géométriques et de la formation des nappes de plis en utilisant des simulations numériques. Notre modèle est basé sur la méthode des éléments finis (FEM) qui permet de ré-soudre avec précision les interfaces entre deux matériaux ayant des propriétés mécaniques très différentes (par exemple entre les couches calcaires et les couches marneuses). De plus nous utilisons un maillage lagrangien déformable avec une fonction de re-meshing (production d'un nouveau maillage). Grâce à cette méthode combinée il nous est possible de suivre avec précisi-on les interfaces matérielles et de résoudre avec précision les instabilités géométriques lors de la déformation de matériaux visco-élastiques décrit par une rhéologie non linéaire (n>1). Nous uti-lisons cet algorithme afin de comprendre la formation des nappes de plis, la propagation latérale du plissement ainsi que la propagation latérale des structures de type mullions causé par une va-riation latérale de la géométrie (p.ex graben). De plus l'algorithme est utilisé pour comprendre la dynamique 3-D de l'amincissement visqueux et de la rupture de la plaque descendante en zone de subduction. Les résultats obtenus sont comparés à des modèles 2-D et à la solution analytique 1-D. -- Viele drei dimensionale (3-D) Strukturen, die in Gesteinen vorkommen und durch die Verfor-mung der Erdkruste und Litosphäre entstanden sind werden von den unterschiedlichen mechani-schen Eigenschaften der Gesteinseinheiten kontrolliert und sind häufig das Resulat von geome-trischen Istabilitäten. Zu diesen strukturen zählen zum Beispiel Falten, Pich-and-swell Struktu-ren oder sogenannte Cusbate-Lobate Strukturen (auch Mullions). Diese Strukturen kommen in verschiedenen Grössenordungen vor und können Masse von einigen Zentimeter bis zu einigen Kilometer aufweisen. Die mit der Entstehung dieser Strukturen verbundenen Prozesse kontrol-lieren die Entstehung von Gerbirgen und Sediment-Becken sowie die Verformung des Kontaktes zwischen Grundgebirge und Stedimenten. Die zwei dimensionalen (2-D) Verformungs-Prozesse die zu den genannten Strukturen führen sind bereits sehr gut untersucht. Einige Prozesse wäh-rend starker 3-D Verformung sind hingegen noch unvollständig verstanden. Einer dieser 3-D Prozesse ist die seitliche Fortpflanzung der beschriebenen Strukturen, so wie die seitliche Fort-pflanzung von Falten und Cusbate-Lobate Strukturen senkrecht zur Verkürzungsrichtung und die seitliche Fortpflanzung von Pinch-and-Swell Strukturen othogonal zur Streckungsrichtung. Insbesondere interessieren wir uns für Faltendecken, liegende Falten mit Amplituden von mehr als 10 km. Faltendecken entstehen vermutlich durch duktile Verscherung. Sie zeigen oft einen konstanten Scherungssinn und eine nicht-lineare zunahme der Scherverformung am überkipp-ten Schenkel. Die Faltenachsen der Morcles Decke in der Westschweiz fallen Richtung ONO während die Faltenachsen der östicher gelegenen Doldenhorn Decke gegen WSW einfallen. Diese entgegengesetzten Einfallrichtungen charakterisieren die Rawil Depression (Wildstrubel Depression). Die Morcles Decke ist überwiegend das Resultat von Verkürzung und Scherung parallel zu den Sedimentlagen. Während der Verkürzung verhielt sich der massive Kalkstein kompetenter als der Umliegende Mergel und Schiefer, was zur Verfaltetung Morcles Decke führ-te, vorallem in gegen Norden eifallenden überkippten Schenkel. Die Doldenhorn Decke weist dagegen einen viel kleineren überkippten Schenkel und eine stärkere Lokalisierung der Verfor-mung auf. Bis heute gibt es keine 3-D numerischen Studien, die die fundamentale Dynamik der Entstehung von grossen stark verformten 3-D Strukturen wie den Morcles und Doldenhorn Decken sowie der damit verbudenen Rawil Depression untersuchen. Wir betrachten die 3-D Ent-wicklung von geometrischen Instabilitäten sowie die Entstehung fon Faltendecken mit Hilfe von numerischen Simulationen basiert auf der Finite Elemente Methode (FEM). Die Simulation von geometrischen Instabilitäten, die aufgrund von Änderungen der Materialeigenschaften zwischen verschiedenen Gesteinseinheiten entstehen, erfortert einen numerischen Algorithmus, der in der Lage ist die Materialgrenzen mit starkem Kontrast der Materialeigenschaften (zum Beispiel zwi-schen Kalksteineinheiten und Mergel) für starke Verfomung genau aufzulösen. Um dem gerecht zu werden kombiniert unser FE Algorithmus eine numerische Contour-Linien-Technik und ein deformierbares Lagranges Netz mit Re-meshing. Mit dieser kombinierten Methode ist es mög-lich den anfänglichen Materialgrenzen mit dem FE Netz genau zu folgen und die geometrischen Instabilitäten genügend aufzulösen. Der Algorithmus ist in der Lage visko-elastische 3-D Ver-formung zu rechnen, wobei die viskose Rheologie mit Hilfe eines power-law Fliessgesetzes beschrieben wird. Mit dem numerischen Algorithmus untersuchen wir die Entstehung von 3-D Faltendecken, die seitliche Fortpflanzung der Faltung sowie der Cusbate-Lobate Strukturen die sich durch die Verkürzung eines mit Sediment gefüllten Halbgraben bilden. Dabei werden die anfänglichen geometrischen Instabilitäten der Faltung exakt mit dem FE Netz aufgelöst wäh-rend die Materialgranzen des Halbgrabens die Finiten Elemente durchschneidet. Desweiteren wird der 3-D Algorithmus auf die Einschnürung während der 3-D viskosen Plattenablösung und Subduktion angewandt. Die 3-D Resultate werden mit 2-D Ergebnissen und einer 1-D analyti-schen Lösung verglichen.

Propuesta de un protocolo de evaluación de la calidad ecológica de ríos andinos (CERA) y su aplicación a dos cuencas de Ecuador y Perú

ABSTRACT Proposal for an evaluation protocol of the ecological quality of Andean rivers (CERA) and its use in two basins in Ecuador and Peru A Rapid Protocol is presented for Evaluation of the Ecological Status of Andean Rivers (CERA) localized over 2000 m.a.s.l. from the Northern Andes (Venezuela) through the Altiplano in the Central Andes (Bolivia). This protocol was used in 45 sampling sites in the Guayllabamba River Basin in Ecuador and in 42 sampling sites in the Ca nete River Basin in Peru. Previously, and in order to test if the sampling stations may or not be considered reference stations, we constructed a method that assesses 24 basin attributes, hydrology, reach and riverbed and that uctuates from 24 to 120 points; sites with values higher than 100 were considered as potential reference sites. Besides the benthic macroinvertebrats" evaluation, the river habitat and riparian vegetation were also evaluated through of the application of the indices ABI (R´ os et al., submitted), IHF (Pardo et al., 2002) and QBR-And, respectively. The convenience of the initial allocation of the reference sites was evaluated as well. These indices have been properly adapted to the conditions and characteristics of the high Andes rivers. The results obtained for both basins were compared and discussed. Through the use of the CERA protocol, the particular perturbation gradients and the natural variability of the reference sites in both countries were recognized. RESUMEN Propuesta de un protocolo de evaluación de la calidad ecológica de ríos andinos (CERA) y su aplicaci´on a dos cuencas en Ecuador y Perú Se presenta un protocolo rápido de evaluación de la Calidad Ecológica de Ríos Andinos (CERA), situados sobre los 2000 m.s.n.m, desde los Andes del Norte (Venezuela) hasta el Altiplano de los Andes Centrales (Bolivia). Este protocolo ha sido aplicado en 45 estaciones de muestreo en la cuenca del río Guayllabamba en Ecuador y en 42 estaciones de muestreo en la cuenca del río Cañete en Perú. Previamente, para probar si las estaciones de muestreo pueden o no ser estaciones de referencia construimos un método que valora 24 atributos de cuenca, hidrología, tramo y lecho y que fluctúa de 24 a 120 puntos; valores superiores a 100 fueron considerados como sitios potencialmente de referencia. Además del estudio de los macroinvertebrados bentónicos, se evaluó el hábitat fluvial y la comunidad vegetal de ribera a través de la aplicación de los índices ABI (Ríos et al., sometido), IHF (Pardo et al., 2002) y QBR-And respectivamente; así como la conveniencia de la asignación inicial de las estaciones de referencia. Estos índices han sido adecuadamente adaptados a las condiciones y características propias de los ríos altoandinos. Los resultados obtenidos fueron comparados y discutidos entre ambas cuencas. Mediante la aplicación del protocolo CERA se han reconocido los respectivos gradientes de perturbación y la variabilidad natural de las estaciones de referencia en ambos países.

Protein loop compaction and the origin of the effect of arginine and glutamic acid mixtures on solubility, stability and transient oligomerization of proteins

Addition of a 50 mM mixture of l-arginine and l-glutamic acid (RE) is extensively used to improve protein solubility and stability, although the origin of the effect is not well understood. We present Small Angle X-ray Scattering (SAXS) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) results showing that RE induces protein compaction by collapsing flexible loops on the protein core. This is suggested to be a general mechanism preventing aggregation and improving resistance to proteases and to originate from the polyelectrolyte nature of RE. Molecular polyelectrolyte mixtures are expected to display long range correlation effects according to dressed interaction site theory. We hypothesize that perturbation of the RE solution by dissolved proteins is proportional to the volume occupied by the protein. As a consequence, loop collapse, minimizing the effective protein volume, is favored in the presence of RE.

Reliable computation of robust response tori on the verge of breakdown

We prove the existence and local uniqueness of invariant tori on the verge of breakdown for two systems: the quasi-periodically driven logistic map and the quasi-periodically forced standard map. These systems exemplify two scenarios: the Heagy-Hammel route for the creation of strange non- chaotic attractors and the nonsmooth bifurcation of saddle invariant tori. Our proofs are computer- assisted and are based on a tailored version of the Newton-Kantorovich theorem. The proofs cannot be performed using classical perturbation theory because the two scenarios are very far from the perturbative regime, and fundamental hypotheses such as reducibility or hyperbolicity either do not hold or are very close to failing. Our proofs are based on a reliable computation of the invariant tori and a careful study of their dynamical properties, leading to the rigorous validation of the numerical results with our novel computational techniques.

Topological phases in small quantum Hall samples

Topological order has proven a useful concept to describe quantum phase transitions which are not captured by the Ginzburg-Landau type of symmetry-breaking order. However, lacking a local order parameter, topological order is hard to detect. One way to detect it is via direct observation of anyonic properties of excitations which are usually discussed in the thermodynamic limit, but so far has not been realized in macroscopic quantum Hall samples. Here we consider a system of few interacting bosons subjected to the lowest Landau level by a gauge potential, and theoretically investigate vortex excitations in order to identify topological properties of different ground states. Our investigation demonstrates that even in surprisingly small systems anyonic properties are able to characterize the topological order. In addition, focusing on a system in the Laughlin state, we study the robustness of its anyonic behavior in the presence of tunable finite-range interactions acting as a perturbation. A clear signal of a transition to a different state is reflected by the system's anyonic properties.

Naturaliser la procréation médicalement assistée : sens commun et représentations en dialogue

La constante évolution des biotechnologies de la procréation médicalement assistée (PMA) introduit des nouveautés qui perturbent les représentations de la famille et du « naturel » de la procréation notamment. Ces nouveautés engendrent des préoccupations aussi bien sociales qu'individuelles sur la légitimité et les conditions du recours à la PMA. Partant d'une approche dialogique de la communication, du langage et de la cognition ainsi que de la théorie des représentations sociales, nous faisons l'hypothèse que ces perturbations sont traitées différemment selon l'activité communicative dans laquelle les individus sont engagés. Nous avons alors travaillé à partir de deux corpus de données relevant d'un type d'activité communicative différent : un corpus de presse, de l'ordre d'un discours générique, portant sur la grossesse dite « tardive » (post-ménopause) et un corpus d'entretiens de recherche, de l'ordre d'un discours singulier, avec des couples qui ont recouru à la PMA, et portant sur la cryoconservation des zygotes. Nous appuyant sur les méthodes de l'analyse thématique et de l'analyse de discours, nous centrons notre examen sur les représentations sociales de la maternité (corpus de presse) et du « naturel » (corpus d'entretiens). Nous analysons ce que ces discours permettent d'accomplir socialement, étudions le rapport qu'ils établissent à l'ordre social et symbolique et interrogeons leurs fonctions en termes de processus de « naturalisation » de la PMA. Nos résultats montrent que les nouveautés de la PMA forcent les individus à se (re)positionner dans le champ des valeurs et des normes, lis montrent aussi que, dans ce contexte, les représentations sociales existantes sont mobilisées de différentes manières en fonction des visées argumentatives poursuivies. Ceci impliquant, par ailleurs, si ce n'est une transformation, du moins un renouvellement des représentations. Ils indiquent en outre que, bien que le discours de presse et celui des entretiens ne servent pas exactement les mêmes objectifs, leurs effets de « naturalisation » de la PMA sont comparables en termes de (re)construction de la norme. D'un point de vue dialogique, ils permettent aussi d'avancer que les polémiques sociales et individuelles sont non seulement articulées mais se co-constituent. Ils témoignent aussi du fait que la référence au « naturel » renvoie, plus qu'à un problème de perturbation de la « nature », à l'idée d'une menace de l'ordre social et symbolique. De ce point de vue, les réflexions sur les pratiques de PMA méritent d'être menées par la psychologie sociale et les sciences humaines et sociales plus largement. -- The constant evolution of biotechnologies of medically assisted procreation (MAP) introduces novelties that disturb representations of the family and, notably, of what is considered « natural » in procreation. These novelties give rise to social and individual questions about the legitimacy and the conditions of the use of MAP. Drawing upon a dialogical approach to communication, language and cognition, as well as social representations theory, a hypothesis is advanced that these disturbances are handled differently, depending on the communicative activity individuals are engaged in. Two corpuses of data, representing different communicative activity types, were used: a press corpus, reflecting a generic discourse on "late" pregnancy (post-menopause), and a research interviews corpus, reflecting particular discourses developed by couples who used MAP and have cryopreserved zygotes. Using methods of thematic and discourse analysis, the study focuses on social representations of pregnancy (press corpus) and of the "natural" (interviews corpus). The analysis questions what these discourses enable to achieve socially, how they relate to the social and symbolic order, as well as their function in "naturalising" MAP. The results show that MAP novelties force individuals to (re)position themselves in the field of values and norms. They also show that, in this context, existing social representations are mobilised in different ways depending on the argumentative aims that are being pursued. This implies, if not a transformation, at minimum a renewal of representations. Additionally the results indicate that, although press and interviews discourses might not serve the same aims, their effects on "naturalising" MAP are comparable in terms of (re)constructing the norm. From a dialogical perspective, the findings also allow us to argue that social and individual polemics are not only articulated with one another but are effectively co-constituted. They also evidence the fact that the reference to the "natural" brings forth, more than a problem of disturbing "nature", a threat to the social and symbolic order. From this perspective, reflections on MAP practices deserve further attention within social psychology and social and human sciences at large.

Factors affecting hospital admission and recovery stay duration of in-patient motor victims in Spain

Hospital expenses are a major cost driver of healthcare systems in Europe, with motor injuries being the leading mechanism of hospitalizations. This paper investigates the injury characteristics which explain the hospitalization of victims of traffic accidents that took place in Spain. Using a motor insurance database with 16.081 observations a generalized Tobit regression model is applied to analyse the factors that influence both the likelihood of being admitted to hospital after a motor collision and the length of hospital stay in the event of admission. The consistency of Tobit estimates relies on the normality of perturbation terms. Here a semi-parametric regression model was fitted to test the consistency of estimates, concluding that a normal distribution of errors cannot be rejected. Among other results, it was found that older men with fractures and injuries located in the head and lower torso are more likely to be hospitalized after the collision, and that they also have a longer expected length of hospital recovery stay.

Le stress chez l'aidant naturel dont le proche est en traitement initial d'un cancer du poumon

Le cancer du poumon fait partie des cancers les plus fréquents. Diagnostiqué à un stade souvent tardif, il se caractérise par un mauvais pronostic et de lourdes répercussions sur la santé du patient. La phase de traitement initial représente un moment critique où les proches du patient deviennent aidants naturels du patient et endossent de nouvelles responsabilités. Cette situation génère des conséquences en termes de stress chez l'aidant naturel. Le but de cette étude était de décrire l'importance du stress chez l'aidant naturel du patient en traitement initial pour un cancer du poumon. L'approche méthodologique utilisée est de type descriptif transversal. L'échantillon de convenance était composé de 28 aidants naturels et 26 patients en traitement initial pour un cancer du poumon suivis dans un centre d'oncologie ambulatoire universitaire en Suisse. L'importance du stress des aidants naturels a été évaluée à partir de l'instrument Caregiver Reaction Assessment (CRA) de Given et al. (1992) complété d'une question mesurant la perception du manque d'information. Le CRA mesure le ressenti de l'aidant naturel face aux dimensions négatives et positive du stress sur une échelle de type Likert à cinq points. Le modèle des systèmes de Neuman (2002) a servi de cadre théorique à l'étude. Les aidants naturels ont accordé une importance plus élevée (score moyen 4,15) à l'Estime de soi, dimension positive du stress qu'aux dimensions négatives. Parmi celles-ci, la Perturbation des activités représente la dimension qui affecte le plus le quotidien des aidants (score moyen 2,96). Les caractéristiques sociodémographiques de l'aidant et les données médicales du patient, semblent avoir une influence sur l'importance du stress perçu, mais d'autres marqueurs objectifs doivent être identifiés pour affiner l'interprétation de ces relations. Une grande majorité (78%) des aidants ont indiqué qu'ils disposaient d'assez d'information pour soigner, indiquant que l'information est un sujet important dans leur vécu et mérite une évaluation plus poussée en tant que dimension du stress associé au rôle d'aidant naturel. L'infirmière doit viser par ses actions à préserver l'intégrité et la stabilité de la santé de l'aidant naturel comme elle le fait pour les patients. L'investigation systématique du stress représente une intervention prioritaire chez les aidants naturels dans le contexte oncologique. Des interventions personnalisées pourront être ainsi développées, afin de soutenir l'aidant naturel dans ses activités d'aide auprès de son proche tout en préservant sa propre santé.

Female common lizards (Lacerta vivipara) do not adjust their sex-biased investment in relation to the adult sex ratio.

Sex allocation theory predicts that facultative maternal investment in the rare sex should be favoured by natural selection when breeders experience predictable variation in adult sex ratios (ASRs). We found significant spatial and predictable interannual changes in local ASRs within a natural population of the common lizard where the mean ASR is female-biased, thus validating the key assumptions of adaptive sex ratio models. We tested for facultative maternal investment in the rare sex during and after an experimental perturbation of the ASR by creating populations with female-biased or male-biased ASR. Mothers did not adjust their clutch sex ratio during or after the ASR perturbation, but produced sons with a higher body condition in male-biased populations. However, this differential sex allocation did not result in growth or survival differences in offspring. Our results thus contradict the predictions of adaptive models and challenge the idea that facultative investment in the rare sex might be a mechanism regulating the population sex ratio.

Emergent geomorphic-vegetation interactions on a subalpine alluvial fan

Following perturbation, an ecosystem (flora, fauna, soil) should evolve as a function of time at a rate conditioned by external variables (relief, climate, geology). More recently, biogeomorphologists have focused upon the notion of co-development of geomorphic processes with ecosystems over very short through to very long (evolutionary) timescales. Alpine environments have been a particular focus of this co-development. However, work in this field has tended to adopt a simplified view of the relationship between perturbation and succession, including: how the landform and ecosystem itself conditions the impact of a perturbation to create a complex spatial response impact; and how perturbations are not simply ecosystem destroyers but can be a significant source of ecosystem resources. What this means is that at the within landform scale, there may well be a complex and dynamic topographic and sedimentological template that co-develops with soil, flora and fauna. Here, we present and test a conceptual model of this template for a subalpine alluvial fan. We combine detailed floristic inventory with soil inventory, determination of edaphic variables and analysis of historical aerial imagery. Spatial variation in the probability of perturbation of sites on the fan surface was associated with down fan variability in the across-fan distribution of fan ages, fan surface channel characteristics and fan surface sedimentology. Floristic survey confirmed that these edaphic factors distinguished site floristic richness and plant communities up until the point that the soil-vegetation system was sufficiently developed to sustain plant communities regardless of edaphic conditions. Thus, the primary explanatory variable was the estimated age of each site, which could be tied back into perturbation history and its spatial expression due to the geometry of the fan: distinct plant communities were emergent both across fan and down fan, a distribution maintained by the way in which the fan dissipates potentially perturbing events.

Evidence for hypothalamic ketone body sensing: impact on food intake and peripheral metabolic responses in mice.

Monocarboxylates have been implicated in the control of energy homeostasis. Among them, the putative role of ketone bodies produced notably during high-fat diet (HFD) has not been thoroughly explored. In this study, we aimed to determine the impact of a specific rise in cerebral ketone bodies on food intake and energy homeostasis regulation. A carotid infusion of ketone bodies was performed on mice to stimulate sensitive brain areas for 6 or 12 h. At each time point, food intake and different markers of energy homeostasis were analyzed to reveal the consequences of cerebral increase in ketone body level detection. First, an increase in food intake appeared over a 12-h period of brain ketone body perfusion. This stimulated food intake was associated with an increased expression of the hypothalamic neuropeptides NPY and AgRP as well as phosphorylated AMPK and is due to ketone bodies sensed by the brain, as blood ketone body levels did not change at that time. In parallel, gluconeogenesis and insulin sensitivity were transiently altered. Indeed, a dysregulation of glucose production and insulin secretion was observed after 6 h of ketone body perfusion, which reversed to normal at 12 h of perfusion. Altogether, these results suggest that an increase in brain ketone body concentration leads to hyperphagia and a transient perturbation of peripheral metabolic homeostasis.

Molecular analysis of NOTCH2 in patients with primary open-angle glaucoma

Le glaucome est la seconde cause de cécité dans le monde après la cataracte et est caractérisé par la perte progressive de cellules ganglionnaires de la rétine allant vers la dégénérescence du nerf optique. On distingue deux formes de glaucome; le glaucome à angle fermé et le glaucome à angle ouvert. L'hérédité du glaucome est souvent sporadique, parfois autosomique dominante. Une pression intraoculaire de plus de 21 mmHg représente un facteur de risque important pour son développement. Actuellement, la mutation la plus fréquente, observée dans 5% des cas de glaucome héréditaire, est retrouvée dans le gène MYOC (trabecular meshwork inducible glucocorticoide response). À ce jour, les causes et mécanismes moléculaires sous-jacent ne sont que partiellement compris. Récemment, il a été démontré qu'une souris transgénique exprimant le gène Notch2 dans luvée, développait un glaucome. Pour cette raison, nous avons analysé le gène NOTCH2 chez l'homme afin de déterminer s'il était impliqué. NOTCH2 est composé de 34 exons sur le chromosome 1 et code une protéine transmembranaire essentielle à la prolifération, l'apoptose, la différenciation cellulaire et le destin cellulaires. L'expression du gène est localisée dans le segment antérieur de l'oeil, le segment externe du corps ciliaire et le trabéculum. Les fonctions principales de ces deux tissus sont la production et le drainage de l'humeur aqueuse. Pour mémoire, une perturbation du flux peut générer une augmentation de la pression intraoculaire. Le but de cette étude était de rechercher d'éventuelles mutations du gène NOTCH2 chez des patients souffrant de glaucome. 130 patients ont été vu à l'hôpital ophtalmique Jules- Gonin et un échantillon d'ADN a été récolté afin d'identifier l'origine moléculaire de leur pathologie. L'analyse moléculaire s'est fait étape par étape. Premièrement, j'ai séquencé l'exon 3 du gène MYOC. Deuxièment, la Chromatographie en phase liquide à haute performance a été utilisée pour l'analyse des 34 exons du gène NOTCH2. Troisièment, tous les exons présentant une courbe suspecte au chromatogramme ont été séquencés selon la méthode de Sanger. Dans la première partie de l'étude, j'ai analysé l'exon 3 du gène MYOC afin de déterminer les éventuels porteurs d'une mutation dominante. Aucune mutation pathogénique n'a été mis en évidence mais 4 patients sur les 130 étaient porteurs d'un variant connu et fréquent. Dans la deuxième partie de mon étude, j'ai analysé les 34 exons du gène NOTCH2, qui n'ont révélé aucune mutation. Bien que les méthodes utilisées dans cette étude montrent quelques limitations, il est peu probable que des mutations dans les régions codantes de NOTCH2 soient un facteur de risque important dans le glaucome primaire à angle ouvert.

Termodinâmica estatística de líquidos com o método de Monte Carlo. I. Metodologia

Statistical mechanics Monte Carlo simulation is reviewed as a formalism to study thermodynamic properties of liquids. Considering the importance of free energy changes in chemical processes, the thermodynamic perturbation theory implemented in the Monte Carlo method is discussed. The representation of molecular interaction by the Lennard-Jones and Coulomb potential functions is also discussed. Charges derived from quantum molecular electrostatic potential are also discussed as an useful methodology to generate an adequate set of partial charges to be used in liquid simulation.

Estudo da geometria da uréia por métodos ab initio e simulação computacional de líquidos

A study was carried out on the urea geometries using ab initio calculation and Monte Carlo computational simulation of liquids. The ab initio calculated results showed that urea has a non-planar conformation in the gas phase in which the hydrogen atoms are out of the plane formed by the heavy atoms. Free energies associated to the rotation of the amino groups of urea in water were obtained using the Monte Carlo method in which the thermodynamic perturbation theory is implemented. The magnitude of the free energy obtained from this simulation did not permit us to conclude that urea is non-planar in water.

Deformation of Gabor systems

We introduce a new notion for the deformation of Gabor systems. Such deformations are in general nonlinear and, in particular, include the standard jitter error and linear deformations of phase space. With this new notion we prove a strong deformation result for Gabor frames and Gabor Riesz sequences that covers the known perturbation and deformation results. Our proof of the deformation theorem requires a new characterization of Gabor frames and Gabor Riesz sequences. It is in the style of Beurling's characterization of sets of sampling for bandlimited functions and extends significantly the known characterization of Gabor frames 'without inequalities' from lattices to non-uniform sets.