The pollen tube: a soft shell with a hard core

Plant cell expansion is controlled by a fine-tuned balance between intracellular turgor pressure, cell wall loosening and cell wall biosynthesis. To understand these processes, it is important to gain in-depth knowledge of cell wall mechanics. Pollen tubes are tip-growing cells that provide an ideal system to study mechanical properties at the single cell level. With the available approaches it was not easy to measure important mechanical parameters of pollen tubes, such as the elasticity of the cell wall. We used a cellular force microscope (CFM) to measure the apparent stiffness of lily pollen tubes. In combination with a mechanical model based on the finite element method (FEM), this allowed us to calculate turgor pressure and cell wall elasticity, which we found to be around 0.3 MPa and 20–90 MPa, respectively. Furthermore, and in contrast to previous reports, we showed that the difference in stiffness between the pollen tube tip and the shank can be explained solely by the geometry of the pollen tube. CFM, in combination with an FEM-based model, provides a powerful method to evaluate important mechanical parameters of single, growing cells. Our findings indicate that the cell wall of growing pollen tubes has mechanical properties similar to rubber. This suggests that a fully turgid pollen tube is a relatively stiff, yet flexible cell that can react very quickly to obstacles or attractants by adjusting the direction of growth on its way through the female transmitting tissue.

The European Modern Pollen Database (EMPD) project

Modern pollen samples provide an invaluable research tool for helping to interpret the quaternary fossil pollen record, allowing investigation of the relationship between pollen as the proxy and the environmental parameters such as vegetation, land-use, and climate that the pollen proxy represents. The European Modern Pollen Database (EMPD) is a new initiative within the European Pollen Database (EPD) to establish a publicly accessible repository of modern (surface sample) pollen data. This new database will complement the EPD, which at present holds only fossil sedimentary pollen data. The EMPD is freely available online to the scientific community and currently has information on almost 5,000 pollen samples from throughout the Euro-Siberian and Mediterranean regions, contributed by over 40 individuals and research groups. Here we describe how the EMPD was constructed, the various tables and their fields, problems and errors, quality controls, and continuing efforts to improve the available data.

Erratum to: The European Modern Pollen Database (EMPD) project

Unfortunately, the list of authors contains a number of duplications, omissions and other errors in the original publication of the article. The correct list appears in this erratum.

Substituting Wet Distillers Grains or Condensed Distillers Solubles for Corn Grain in Finishing Diets for Yearling Heifers

A feeding trial was conducted with 790-lb yearling heifers fed an average of 121 days to evaluate replacing cracked corn and supplemental urea with wet distillers grains or condensed distillers solubles. Wet distillers grains were evaluated at 16%, 28% and 40% of diet dry matter. Condensed distillers solubles were added at 6.5% of diet dry matter. Control diets were supplemented with urea or a combination of urea and soybean meal. Feeding 16% wet distillers grains or condensed distillers solubles increased gain of heifers compared with those fed the control urea diet. Increasing the amount of wet distillers grains tended to decrease feed intake and reduce gain. The calculated apparent net energy based on gain of the heifers was greatest for the heifers fed 16% wet distillers grains. The apparent energy of the wet distillers grains declined as the quantity fed was increased. The calculated net energy values were 1.09 and 1.35 Mcal/lb of dry matter for the average of the three concentrations of wet distillers grains and condensed distillers solubles. These results confirm the high energy values of wet distillers grains relative to cracked corn as observed in a previous steer feeding trial.

Value of High-Oil Corn Grain for Finishing Steers

Rolled high-oil corn in comparison with rolled isogenetic control corn was fed to finishing steers as 33%, 66% and 100% of the corn grain in their diet in a 134-day feeding trial. During the first 75 days of the trial, steers fed highoil corn had numerically lower rates of gain and tended to have poorer feed conversions compared with the control corn. At the end of the trial, there were not statistically significant differences in performance or carcass measurements of the steers fed the different amounts of high-oil or control corns. The results of this study indicated that the steers did not respond to the higher energy content of high-oil corn.

On trend estimation under monotone Gaussian subordination with long-memory: application to fossil pollen series

Fossil pollen data from stratigraphic cores are irregularly spaced in time due to non-linear age-depth relations. Moreover, their marginal distributions may vary over time. We address these features in a nonparametric regression model with errors that are monotone transformations of a latent continuous-time Gaussian process Z(T). Although Z(T) is unobserved, due to monotonicity, under suitable regularity conditions, it can be recovered facilitating further computations such as estimation of the long-memory parameter and the Hermite coefficients. The estimation of Z(T) itself involves estimation of the marginal distribution function of the regression errors. These issues are considered in proposing a plug-in algorithm for optimal bandwidth selection and construction of confidence bands for the trend function. Some high-resolution time series of pollen records from Lago di Origlio in Switzerland, which go back ca. 20,000 years are used to illustrate the methods.

Pollen, Nadeln und Kohlestückchen Einblicke in die Geschichte der Ofenpasswälder

Die Fahrt von Zernez in die Val Müstair erinnert an die Wälder der Rocky Mountains. Es gibt in der Schweiz keinen zweiten Ort mit diesem Erscheinungsbild. Ausgedehnte Bestände der Aufrechten Bergföhre Pinus mugo uncinata, trockene und schroffe Hänge prägen das Landschaftsbild, welches an Nordamerika denken lässt, wo Feuer natürlicher Bestandteil der Waldökosysteme ist.

Small aliquot and single grain IRSL and post-IR IRSL dating of fluvial and alluvial sediments from the Pativilca valley, Peru

Infrared stimulated luminescence (IRSL) and post-IR IRSL are applied to small aliquots and single grains to determine the equivalent dose (De) of eleven alluvial and fluvial sediment samples collected in the Pativilca valley, Central Peru at ca. 10°S latitude. Small aliquot De distributions are rather symmetric and display over-dispersion values between 15 and 46%. Small aliquot g-values range between 4 and 8% per decade for the IRSL and 1 and 2% per decade for the post-IR IRSL signal. The single grain De distributions are highly over-dispersed with some of them skewed to higher doses, implying partial bleaching; this is especially true for the post-IR IRSL. Measurements of a modern analog reveal that residuals due to partial bleaching are present in both the IRSL as well as the post-IR IRSL signal. The g-values of individual grains exhibit a wide range with high individual uncertainties and might contribute significantly to the spread of the single grain De values, at least for the IRSL data. Electron Microprobe Analysis performed on single grains reveal that a varying K-content can be excluded as the origin of over-dispersion. Final ages for the different approaches are calculated using the Central Age Model and the Minimum Age Model (MAM). The samples are grouped into well-beached, potentially well-bleached and partially bleached according to the evaluation of the single grain distributions and the agreement of age estimates between methods. The application of the MAM to the single grain data resulted in consistent age estimates for both the fading corrected IRSL and the post-IR IRSL ages, and suggests that both approaches are suitable for dating these samples. Keywords

From transient to steady state deformation and grain size: A thermodynamic approach using elasto-visco-plastic numerical modeling

Numerical simulation experiments give insight into the evolving energy partitioning during high-strain torsion experiments of calcite. Our numerical experiments are designed to derive a generic macroscopic grain size sensitive flow law capable of describing the full evolution from the transient regime to steady state. The transient regime is crucial for understanding the importance of micro structural processes that may lead to strain localization phenomena in deforming materials. This is particularly important in geological and geodynamic applications where the phenomenon of strain localization happens outside the time frame that can be observed under controlled laboratory conditions. Ourmethod is based on an extension of the paleowattmeter approach to the transient regime. We add an empirical hardening law using the Ramberg-Osgood approximation and assess the experiments by an evolution test function of stored over dissipated energy (lambda factor). Parameter studies of, strain hardening, dislocation creep parameter, strain rates, temperature, and lambda factor as well asmesh sensitivity are presented to explore the sensitivity of the newly derived transient/steady state flow law. Our analysis can be seen as one of the first steps in a hybrid computational-laboratory-field modeling workflow. The analysis could be improved through independent verifications by thermographic analysis in physical laboratory experiments to independently assess lambda factor evolution under laboratory conditions.

Herbivory in Spiders: The Importance of Pollen for Orb-Weavers

Orb-weaving spiders (Araneidae) are commonly regarded as generalist insect predators but resources provided by plants such as pollen may be an important dietary supplementation. Their webs snare insect prey, but can also trap aerial plankton like pollen and fungal spores. When recycling their orb webs, the spiders may therefore also feed on adhering pollen grains or fungal spores via extraoral digestion. In this study we measured stable isotope ratios in the bodies of two araneid species (Aculepeira ceropegia and Araneus diadematus), their potential prey and pollen to determine the relative contribution of pollen to their diet. We found that about 25% of juvenile orb-weaving spiders’ diet consisted of pollen, the other 75% of flying insects, mainly small dipterans and hymenopterans. The pollen grains in our study were too large to be taken up accidentally by the spiders and had first to be digested extraorally by enzymes in an active act of consumption. Therefore, pollen can be seen as a substantial component of the spiders’ diet. This finding suggests that these spiders need to be classified as omnivores rather than pure carnivores.

Schmiede ─ Heiligtum ─ Wassermühle. Cham-Hagendorn (Kanton Zug) in römischer Zeit. Ausgrabungen 1944/45 und 2003/04

1944/1945 wurde in Cham-Hagendorn eine Wassermühle ausgegraben, die dank ihrer aussergewöhnlich guten Holzerhaltung seit langem einen prominenten Platz in der Forschung einnimmt. 2003 und 2004 konnte die Kantonsarchäologie Zug den Platz erneut archäologisch untersuchen. Dabei wurden nicht nur weitere Reste der Wassermühle, sondern auch Spuren älterer und jüngerer Anlagen geborgen: eine ältere und eine jüngere Schmiedewerkstatt (Horizont 1a/Horizont 3) sowie ein zweiphasiges Heiligtum (Horizonte 1a/1b). All diese Anlagen lassen sich nun in das in den neuen Grabungen erkannte stratigraphische Gerüst einhängen (s. Beil. 2). Dank der Holzerhaltung können die meisten Phasen dendrochronologisch datiert werden (s. Abb. 4.1/1a): Horizont 1a mit Schlagdaten zwischen 162(?)/173 und 200 n. Chr., Horizont 1b um 215/218 n. Chr. und Horizont 2 um 231 n. Chr. Ferner konnten in den neuen Grabungen Proben für mikromorphologische und archäobotanische Untersuchungen entnommen werden (Kap. 2.2; 3.11). In der vorliegenden Publikation werden der Befund und die Baustrukturen vorgelegt, (Kap. 2), desgleichen sämtliche stratifizierten Funde und eine umfassende Auswahl der 1944/1945 geborgenen Funde (Kap. 3). Dank anpassender Fragmente, sog. Passscherben, lassen sich diese zum Teil nachträglich in die Schichtenabfolge einbinden. Die mikromorphologischen und die archäobotanischen Untersuchungen (Kap. 2.2; 3.11) zeigen, dass der Fundplatz in römischer Zeit inmitten einer stark vom Wald und dem Fluss Lorze geprägten Landschaft lag. In unmittelbarer Nähe können weder eine Siedlung noch einzelne Wohnbauten gelegen haben. Die demnach nur gewerblich und sakral genutzten Anlagen standen an einem Bach, der vermutlich mit jenem Bach identisch ist, der noch heute das Groppenmoos entwässert und bei Cham-Hagendorn in die Lorze mündet (s. Abb. 2.4/1). Der antike Bach führte wiederholt Hochwasser ─ insgesamt sind fünf grössere Überschwemmungsphasen auszumachen (Kap. 2.2; 2.4). Wohl anlässlich eines Seehochstandes durch ein Überschwappen der Lorze in den Bach ausgelöst, müssen diese Überschwemmungen eine enorme Gewalt entwickelt haben, der die einzelnen Anlagen zum Opfer fielen. Wie die Untersuchung der Siedlungslandschaft römischer Zeit rund um den Zugersee wahrscheinlich macht (Kap. 6 mit Abb. 6.2/2), dürften die Anlagen von Cham-Hagendorn zu einer in Cham-Heiligkreuz vermuteten Villa gehören, einem von fünf grösseren Landgütern in diesem Gebiet. Hinweise auf Vorgängeranlagen fehlen, mit denen die vereinzelten Funde des 1. Jh. n. Chr. (Kap. 4.5) in Verbindung gebracht werden könnten. Diese dürften eher von einer der Überschwemmungen bachaufwärts weggerissen und nach Cham-Hagendorn eingeschwemmt worden sein. Die Nutzung des Fundplatzes (Horizont 1a; s. Beil. 6) setzte um 170 n. Chr. mit einer Schmiedewerkstatt ein (Kap. 2.5.1). Der Fundanfall, insbesondere die Schmiedeschlacken (Kap. 3.9) belegen, dass hier nur hin und wieder Geräte hergestellt und repariert wurden (Kap. 5.2). Diese Werkstatt war vermutlich schon aufgelassen und dem Verfall preisgegeben, als man 200 n. Chr. (Kap. 4.2.4) auf einer Insel zwischen dem Bach und einem Lorzearm ein Heiligtum errichtete (Kap. 5.3). Beleg für den sakralen Status dieser Insel ist in erster Linie mindestens ein eigens gepflanzter Pfirsichbaum, nachgewiesen mit Pollen, einem Holz und über 400 Pfirsichsteinen (Kap. 3.11). Die im Bach verlaufende Grenze zwischen dem sakralen Platz und der profanen Umgebung markierte man zusätzlich mit einer Pfahlreihe (Kap. 2.5.3). In diese war ein schmaler Langbau integriert (Kap. 2.5.2), der an die oft an Temenosmauern antiker Heiligtümer angebauten Portiken erinnert und wohl auch die gleiche Funktion wie diese gehabt hatte, nämlich das Aufbewahren von Weihegaben und Kultgerät (Kap. 5.3). Das reiche Fundmaterial, das sich in den Schichten der ersten Überschwemmung fand (s. Abb. 5./5), die um 205/210 n. Chr. dieses Heiligtum zerstört hatte, insbesondere die zahlreiche Keramik (Kap. 3.2.4), und die zum Teil auffallend wertvollen Kleinfunde (Kap. 3.3.3), dürften zum grössten Teil einst in diesem Langbau untergebracht gewesen sein. Ein als Glockenklöppel interpretiertes, stratifiziertes Objekt spricht dafür, dass die fünf grossen, 1944/1945 als Stapel aufgefundenen Eisenglocken vielleicht auch dem Heiligtum zuzuweisen sind (Kap. 3.4). In diesen Kontext passen zudem die überdurchschnittlich häufig kalzinierten Tierknochen (Kap. 3.10). Nach der Überschwemmung befestigte man für 215 n. Chr. (Kap. 4.2.4) das unterspülte Bachufer mit einer Uferverbauung (Kap. 2.6.1). Mit dem Bau eines weiteren, im Bach stehenden Langbaus (Kap. 2.6.2) stellte man 218 n. Chr. das Heiligtum auf der Insel in ähnlicher Form wieder her (Horizont 1b; s. Beil. 7). Von der Pfahlreihe, die wiederum die sakrale Insel von der profanen Umgebung abgrenzte, blieben indes nur wenige Pfähle erhalten. Dennoch ist der sakrale Charakter der Anlage gesichert. Ausser dem immer noch blühenden Pfirsichbaum ist es ein vor dem Langbau aufgestelltes Ensemble von mindestens 23 Terrakottafigurinen (s. Abb. 3.6/1), elf Veneres, zehn Matres, einem Jugendlichen in Kapuzenmantel und einem kindlichen Risus (Kap. 3.6; s. auch Kap. 2.6.3). In den Sedimenten der zweiten Überschwemmung, der diese Anlage um 225/230 n. Chr. zum Opfer gefallen war, fanden sich wiederum zahlreiche Keramikgefässe (Kap. 3.2.4) und zum Teil wertvolle Kleinfunde wie eine Glasperle mit Goldfolie (Kap. 3.8.2) und eine Fibel aus Silber (Kap. 3.3.3), die wohl ursprünglich im Langbau untergebracht waren (Kap. 5.3.2 mit Abb. 5/7). Weitere Funde mit sicherem oder möglichem sakralem Charakter finden sich unter den 1944/1945 geborgenen Funden (s. Abb. 5/8), etwa ein silberner Fingerring mit Merkurinschrift, ein silberner Lunula-Anhänger, eine silberne Kasserolle (Kap. 3.3.3), eine Glasflasche mit Schlangenfadenauflage (Kap. 3.8.2) und einige Bergkristalle (Kap. 3.8.4). Im Bereich der Terrakotten kamen ferner mehrere Münzen (Kap. 3.7) zum Vorschein, die vielleicht dort niedergelegt worden waren. Nach der zweiten Überschwemmung errichtete man um 231 n. Chr. am Bach eine Wassermühle (Horizont 2; Kap. 2.7; Beil. 8; Abb. 2.7/49). Ob das Heiligtum auf der Insel wieder aufgebaut oder aufgelassen wurde, muss mangels Hinweisen offen bleiben. Für den abgehobenen Zuflusskanal der Wassermühle verwendete man mehrere stehen gebliebene Pfähle der vorangegangenen Anlagen der Horizonte 1a und 1b. Obwohl die Wassermühle den 28 jährlichen Überschwemmungshorizonten (Kap. 2.2) und den Funden (Kap. 4.3.2; 4.4.4; 45) zufolge nur bis um 260 n. Chr., während gut einer Generation, bestand, musste sie mindestens zweimal erneuert werden – nachgewiesen sind drei Wasserräder, drei Mühlsteinpaare und vermutlich drei Podeste, auf denen jeweils das Mahlwerk ruhte. Grund für diese Umbauten war wohl der weiche, instabile Untergrund, der zu Verschiebungen geführt hatte, so dass das Zusammenspiel von Wellbaum bzw. Sternnabe und Übersetzungsrad nicht mehr funktionierte und das ganze System zerbrach. Die Analyse von Pollen aus dem Gehhorizont hat als Mahlgut Getreide vom Weizentyp nachgewiesen (Kap. 3.11.4). Das Abzeichen eines Benefiziariers (Kap. 3.3.2 mit Abb. 3.3/23,B71) könnte dafür sprechen, dass das verarbeitete Getreide zumindest zum Teil für das römische Militär bestimmt war (s. auch Kap. 6.2.3). Ein im Horizont 2 gefundener Schreibgriffel und weitere stili sowie eine Waage für das Wägen bis zu 35-40 kg schweren Waren aus dem Fundbestand von 1944/1945 könnten davon zeugen, dass das Getreide zu wägen und zu registrieren war (Kap. 3.4.2). Kurz nach 260 n. Chr. fiel die Wassermühle einem weiteren Hochwasser zum Opfer. Für den folgenden Horizont 3 (Beil. 9) brachte man einen Kiesboden ein und errichtete ein kleines Gebäude (Kap. 2.8). Hier war wohl wiederum eine Schmiede untergebracht, wie die zahlreichen Kalottenschlacken belegen (Kap. 3.9), die im Umfeld der kleinen Baus zum Vorschein kamen. Aufgrund der Funde (Kap. 4.4.4; 4.5) kann diese Werkstatt nur kurze Zeit bestanden haben, höchstens bis um 270 n. Chr., bevor sie einem weiteren Hochwasser zum Opfer fiel. Von der jüngsten Anlage, die wohl noch in römische Zeit datiert (Horizont 4; Beil. 10), war lediglich eine Konstruktion aus grossen Steinplatten zu fassen (Kap. 2.9.1). Wozu sie diente, muss offen bleiben. Auch der geringe Fundanfall spricht dafür, dass die Nutzung des Platzes, zumindest für die römische Zeit, allmählich ein Ende fand (Kap. 4.5). Zu den jüngsten Strukturen gehören mehrere Gruben (Kap. 2.9.2), die vielleicht der Lehmentnahme dienten. Mangels Funden bleibt ihre Datierung indes ungewiss. Insbesondere wissen wir nicht, ob sie noch in römische Zeit datieren oder jünger sind. Spätestens mit der fünften Überschwemmung, die zur endgültigen Verlandung führte und wohl schon in die frühe Neuzeit zu setzen ist, wurde der Platz aufgelassen und erst mit dem Bau der bestehenden Fensterfabrik Baumgartner wieder besetzt.

A New Technique for Firn Grain-Size Measurement Using SEM Image Analysis

Firn microstructure is accurately characterized using images obtained from scanning electron microscopy (SEM). Visibly etched grain boundaries within images are used to create a skeleton outline of the microstructure. A pixel-counting utility is applied to the outline to determine grain area. Firn grain sizes calculated using the technique described here are compared to those calculated using the techniques of Cow (1969) and Gay and Weiss (1999) on samples of the same material, and are found to be substantially smaller. The differences in grain size between the techniques are attributed to sampling deficiencies (e.g. the inclusion of pore filler in the grain area) in earlier methods. The new technique offers the advantages of greater accuracy and the ability to determine individual components of the microstructure (grain and pore), which have important applications in ice-core analyses. The new method is validated by calculating activation energies of grain boundary diffusion using predicted values based on the ratio of grain-size measurements between the new and existing techniques. The resulting activation energy falls within the range of values previously reported for firn/ice.

Pyruvate decarboxylase provides growing pollen tubes with a competitive advantage in petunia

Rapid pollen tube growth places unique demands on energy production and biosynthetic capacity. The aim of this work is to understand how primary metabolism meets the demands of such rapid growth. Aerobically grown pollen produce ethanol in large quantities. The ethanolic fermentation pathway consists of two committed enzymes: pyruvate decarboxylase ( PDC) and alcohol dehydrogenase ( ADH). Because adh mutations do not affect male gametophyte function, the obvious question is why pollen synthesize an abundant enzyme if they could do just as well without. Using transposon tagging in Petunia hybrida, we isolated a null mutant in pollen- specific Pdc2. Growth of the mutant pollen tubes through the style is reduced, and the mutant allele shows reduced transmission through the male, when in competition with wild- type pollen. We propose that not ADH but rather PDC is the critical enzyme in a novel, pollen- specific pathway. This pathway serves to bypass pyruvate dehydrogenase enzymes and thereby maintain biosynthetic capacity and energy production under the unique conditions prevailing during pollen - pistil interaction.

The ethanolic fermentation pathway supports respiration and lipid biosynthesis in tobacco pollen

Rapid pollen tube growth requires a high rate of sugar metabolism to meet energetic and biosynthetic demands. Previous work on pollen sugar metabolism showed that tobacco pollen carry out efficient ethanolic fermentation concomitantly with a high rate of respiration (Bucher et al ., 1995). Here we show that the products of fermentation, acetaldehyde and ethanol, are further metabolised in a pathway that bypasses mitochondrial PDH. The enzymes involved in this pathway are pyruvate decarboxylase, aldehyde dehydrogenase and acetyl-CoA synthetase. Radiolabelling experiments show that during tobacco pollen tube growth label of C-14-ethanol is incorporated into CO2 as well as into lipids and other higher molecular weight compounds. A role for the glyoxylate cycle appears unlikely since activity of malate synthase, a key enzyme of the glyoxylate cycle, could not be detected.