Benthic foraminifera assemblages of the Gulf of Aden

Benthic and selected planktic foraminifera and stable isotope records were determined in a piston core from the Gulf of Aden, NW Arabian Sea that spans the last 530 ka. The benthic foraminifera were grouped into four principal assemblages using Q-mode Principal Component Analyses. Comparison of each of these assemblages with the fauna of the nearby regions enabled us to identify their specific environmental requirements as a function of variability in food supply and strength of the oxygen minimum zone and by that to use them as indicators of surface water productivity. The benthic foraminiferal productivity indicators coupled with the record of Globigerina bulloides, a planktic foraminifer known to be sensitive to productivity changes in the region, all indicate higher productivity during glacial intervals and productivity similar to present or even reduced during interglacial stages. This trend is opposite to the productivity pattern related to the SW summer monsoon of the Arabian Sea and indicates the role of the NE winter monsoon on the productivity of the Gulf of Aden. A period of exceptionally enhanced productivity is recognized in the Gulf of Aden region between ~60 and 13 kyr indicating the intensification of the NE winter monsoon to its maximal activity. Contemporaneous indication of increased productivity in other parts of the Arabian Sea, unexplained so far by the SW summer monsoon variability, might be related to the intensification of the NE winter monsoon. Another prominent event of high productivity, second in its extent to the last glacial productivity event is recognized between 430 and 460 kyr. These two events seem to correspond to periods of similar orbital positioning of rather low precession (and eccentricity) amplitude for a relatively long period. Glacial boundary conditions seem to control to a large extent the NE winter monsoon variability as also indicated by the dominance of the 100 ka cycle in the investigated time series. Secondary in their importance are the 23 and 41 ka cycles which seem also to contribute to the NE monsoonal variability. Following the identification of productivity events related to the NE winter monsoon in the Gulf of Aden, it is possible now to extend this observation to other parts of the Arabian Sea and consider the contribution of this monsoonal system to the productivity fluctuations preserved in the sedimentary records.

The relationship between vegetation and modern pollen assemblages on Mount Paggeo (NE Greece)

In this study, we investigated the relationship between vegetation and modern-pollen rain along the elevational gradient of Mount Paggeo. We apply multivariate data analysis to assess the relationship between vegetation and modern-pollen rain and quantify the representativeness of forest zones. This study represents the first statistical analysis of pollen-vegetation relationship along an elevational gradient in Greece. Hence, this paper improves confidence in interpretation of palynological records from north-eastern Greece and may refine past climate reconstructions for a more accurate comparison of data and modelling. Numerical classification and ordination were performed on pollen data to assess differences among plant communities that beech (Fagus sylvatica) dominates or co-dominates. The results show a strong relationship between altitude, arboreal cover, human impact and variations in pollen and nonpollen palynomorph taxa percentages.

The structure of biogenic habitat and epibiotic assemblages associated with the global invasive kelp Undaria pinnatifida in comparison to native macroalgae

Kelp forests dominate temperate and polar rocky coastlines and represent critical marine habitats because they support elevated rates of primary and secondary production and high biodiversity. A major threat to the stability of these ecosystems is the proliferation of non-native species, such as the Japanese kelp Undariapinnatifida (‘Wakame’), which has recently colonised natural habitats in the UK. We quantified the abundance and biomass of U. pinnatifida on a natural rocky reef habitat over 10 months to make comparisons with three native canopy-forming brown algae (Laminaria ochroleuca, Saccharina latissima, and Saccorhiza polyschides). We also examined the biogenic habitat structure provided by, and epibiotic assemblages associated with, U. pinnatifida in comparison to native macroalgae. Surveys conducted within the Plymouth Sound Special Area of Conservation indicated that U. pinnatifida is now a dominant and conspicuous member of kelp-dominated communities on natural substrata. Crucially, U. pinnatifida supported a structurally dissimilar and less diverse epibiotic assemblage than the native perennial kelp species. However, U. pinnatifida-associated assemblages were similar to those associated with Saccorhiza polyschides, which has a similar life history and growth strategy. Our results suggest that a shift towards U. pinnatifida dominated reefs could result in impoverished epibiotic assemblages and lower local biodiversity, although this could be offset, to some extent, by the climate-driven proliferation of L. ochroleuca at the poleward range edge, which provides complex biogenic habitat and harbours relatively high biodiversity. Clearly, greater understanding of the long-term dynamics and competitive interactions between these habitat-forming species is needed to accurately predict future biodiversity patterns.

The structure of biogenic habitat and epibiotic assemblages associated with the global invasive kelp Undaria pinnatifida in comparison to native macroalgae

Kelp forests dominate temperate and polar rocky coastlines and represent critical marine habitats because they support elevated rates of primary and secondary production and high biodiversity. A major threat to the stability of these ecosystems is the proliferation of non-native species, such as the Japanese kelp Undariapinnatifida (‘Wakame’), which has recently colonised natural habitats in the UK. We quantified the abundance and biomass of U. pinnatifida on a natural rocky reef habitat over 10 months to make comparisons with three native canopy-forming brown algae (Laminaria ochroleuca, Saccharina latissima, and Saccorhiza polyschides). We also examined the biogenic habitat structure provided by, and epibiotic assemblages associated with, U. pinnatifida in comparison to native macroalgae. Surveys conducted within the Plymouth Sound Special Area of Conservation indicated that U. pinnatifida is now a dominant and conspicuous member of kelp-dominated communities on natural substrata. Crucially, U. pinnatifida supported a structurally dissimilar and less diverse epibiotic assemblage than the native perennial kelp species. However, U. pinnatifida-associated assemblages were similar to those associated with Saccorhiza polyschides, which has a similar life history and growth strategy. Our results suggest that a shift towards U. pinnatifida dominated reefs could result in impoverished epibiotic assemblages and lower local biodiversity, although this could be offset, to some extent, by the climate-driven proliferation of L. ochroleuca at the poleward range edge, which provides complex biogenic habitat and harbours relatively high biodiversity. Clearly, greater understanding of the long-term dynamics and competitive interactions between these habitat-forming species is needed to accurately predict future biodiversity patterns.

The comparative effects of habitat complexity on faunal assemblages of northern temperate artificial and natural reefs

Several north temperate marine species were recorded on subtidal hard-substratum reef sites selected to produce a gradient of structural complexity. The study employed an established scuba-based census method, the belt transect. The three types of reef examined, with a measured gradient of increasing structural complexity, were natural rocky reef, artificial reef constructed of solid concrete blocks, and artificial reef made of concrete blocks with voids. Surveys were undertaken monthly over a calendar year using randomly placed fixed rope transects. For a number of conspicuous species of fish and invertebrates, significant differences were found between the levels of habitat complexity and abundance. Overall abundance for many of the species examined was 2-3 times higher on the complex artificial habitats than on simple artificial or natural reef habitats. The enhanced habitat availability produced by the increased structural complexity delivered through specifically designed artificial reefs may have the potential to augment faunal abundance while promoting species diversity. 

Benthic assemblages associated with native and non-native oysters are similar

Invasive species can impact native species and alter assemblage structure, which affects associated ecosystem functioning. The pervasive Pacific oyster, Crassostrea gigas, has been shown to affect the diversity and composition of many host ecosystems. We tested for effects of the presence of the invasive C. gigas on native assemblages by comparing them directly to assemblages associated with the declining native European oyster, Ostrea edulis. The presence of both oyster species was manipulated in intertidal and subtidal habitats and reefs were constructed at horizontal and vertical orientation to the substratum. After 12 months, species diversity and benthic assemblage structure between assemblages with C. gigas and O. edulis were similar, but differed between habitats and orientation, suggesting that both oyster species were functionally similar in terms of biodiversity facilitation. These findings support evidence, that non-native species could play an important role in maintaining biodiversity in systems with declining populations of native species.

Macrobenthic assemblages (Fish Farm)

Demo version of Macrobenthic assemblages

Impacts des dépositions atmosphériques de fer sur les assemblages phytoplanctoniques et la production de diméthylsulfure dans le Pacifique Nord-Est contemporain et dans le contexte de l’acidification des océans

La croissance du phytoplancton est limitée par les faibles concentrations de fer (Fe) dans près de 40% de l’océan mondial. Le Pacifique subarctique Nord-Est représente une de ces zones limitées en fer et désignées High Nutrient - Low Chlorophyll (HNLC). Cet écosystème, dominé par des cellules de petite taille telles les prymnésiophytes, est caractérisé par de très faibles concentrations estivales de chlorophylle a et de fortes concentrations de macronutriments. Il a été maintes fois démontré que les ajouts de fer, sous différentes formes chimiques (habituellement FeSO4), dans les zones HNLC, stimulent la croissance et modifient la structure des communautés planctoniques en favorisant la croissance des cellules de grande taille, notamment les diatomées. Ces effets sur la communauté planctonique ont le potentiel d’influencer les grands mécanismes régulateurs du climat, tels la pompe biologique de carbone et la production de diméthylsulfure (DMS). Les poussières provenant des déserts du nord de la Chine sont reconnues depuis longtemps comme une source sporadique importante de fer pour le Pacifique Nord-Est. Malgré leur importance potentielle, l’influence directe exercée par ces poussières sur l’écosystème planctonique de cette zone HNLC n’a jamais été étudiée. Il s’agit d’une lacune importante puisque le fer associé aux poussières est peu soluble dans l’eau de mer, que la proportion biodisponible n’est pas connue et que les poussières peuvent avoir un effet inhibiteur chez le phytoplancton. Cette thèse propose donc, dans un premier temps, de mesurer pour la première fois l’effet de la fertilisation de la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est par un gradient de concentrations de poussières désertiques naturelles. Cette première expérimentation a démontré que le fer contenu dans les poussières asiatiques est biodisponible et qu’une déposition équivalente à celles prenant place au printemps dans le Pacifique Nord-Est peut résulter en une stimulation significative de la prise de nutriments et de la croissance du phytoplancton. Mes travaux ont également montré que l’ajout de 0,5 mg L-1 de poussières peut résulter en la production d’autant de biomasse algale que l’ajout de FeSO4, l’espèce chimique utilisée lors des expériences d’enrichissement en fer à grande échelle. Cependant, les ajouts de FeSO4 favorisent davantage les cellules de petite taille que les ajouts de poussières, observation démontrant que le FeSO4 n’est pas un proxy parfait des poussières asiatiques. Dans un deuxième temps, je me suis intéressée à une source alternative de fer atmosphérique, les cendres volcaniques. Mon intérêt pour cette source de fer a été attisé par les observations d’une floraison spectaculaire dans le Pacifique Nord-Est, ma région d’étude, associée à l’éruption de 2008 du volcan Kasatochi dans les îles Aléoutiennes. Forte de mon expérience sur les poussières, j’ai quantifié l’effet direct de ces cendres volcaniques sur la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est. Mes résultats ont montré que le fer contenu dans les cendres volcaniques est également biodisponible pour le phytoplancton. Ils ont également montré que cette source de fer peut être aussi importante que les poussières désertiques dans la régulation de la croissance du phytoplancton dans cette partie de l’océan global à l’échelle millénaire. Dans un troisième temps, j’ai estimé comment l’acidification des océans modulera les réponses des communautés planctoniques aux dépositions naturelles de fer mises en évidence lors de mes expériences précédentes. Pour ce faire, j’ai effectué des enrichissements de poussière dans de l’eau de mer au pH actuel de 8.0 et dans l’eau de mer acidifiée à un pH de 7.8. Mes résultats ont montré une diminution du taux de croissance du phytoplancton dans le milieu acidifié mais pas de changement notable dans la structure de la communauté. Les ajouts de poussières et de cendres, de même que les variations de pH, n’ont pas eu d’effet significatif sur la production de DMS et de son précurseur le diméthylsulfoniopropionate (DMSP), probablement en raison de la courte durée (4 jours) des expériences. L’ensemble des résultats de cette thèse montre que le fer contenu dans diverses sources atmosphériques naturelles est biodisponible pour le phytoplancton du Pacifique Nord-Est et que des taux de déposition réalistes peuvent stimuler la croissance de manière notable dans les premiers jours suivant une tempête désertique ou une éruption volcanique. Finalement, les résultats de mes expériences à stresseurs multiples Fer/acidification suggèrent une certaine résistance des communautés phytoplanctoniques à la diminution du pH prédite d’ici la fin du siècle pour les eaux de surface des océans.

Phylum-wide transcriptome analysis of oogenesis and early embryogenesis in selected nematode species

Oogenesis is a prerequisite for embryogenesis in Metazoa. During both biological processes important decisions must be made to form the embryo and hence ensure the next generation: (1) Maternal gene products (mRNAs, proteins and nutrients) must be supplied to the embryo. (2) Polarity must be established and axes must be specified. While incorporation of maternal gene products occurs during oogenesis, the time point of polarity establishment and axis specification varies among species, as it is accomplished either prior, during, or after fertilisation. But not only the time point when these events take place varies among species but also the underlying mechanisms by which they are triggered. For the nematode model Caenorhabditis elegans the underlying pathways and gene regulatory networks (GRNs) are well understood. It is known that there the sperm entry point initiates a primary polarity in the 1-celled egg and with it the establishment of the anteroposterior axis. However, studies of other nematodes demonstrated that polarity establishment can be independent of sperm entry (Goldstein et al., 1998; Lahl et al., 2006) and that cleavage patterns, symmetry formation and cell specification also differ from C. elegans. In contrast to the studied Chromadorea (more derived nematodes including C. elegans), embryos of some marine Enoplea (more basal representatives) even show no discernible early polarity and blastomeres can adopt variable cell fates (Voronov and Panchin 1998). The underlying pathways controlling the obviously variant embryonic processes in non-Caenorhabditis nematodes are essentially unknown. In this thesis I addressed this issue by performing a detailed unbiased comparative transcriptome analysis based on microarrays and RNA sequencing of selected developmental stages in a variety of nematodes from different phylogenetic branches with C. elegans as a reference system and a nematomorph as an outgroup representative. In addition, I made use of available genomic data to determine the presence or absence of genes for which no expression had been detected. In particular, I focussed on components of selected pathways or GRNs which are known to play essential roles during C. elegans development and/or other invertebrate or vertebrate model systems. Oogenesis must be regulated differently in non-Caenorhabditis nematodes, as crucial controlling components of Wnt and sex determination signaling are absent in these species. In this respect, I identified female-specific expression of potential polarity associated genes during gonad development and oogenesis in the Enoplean nematode Romanomermis culicivorax. I could show that known downstream components of the polarity complexes PAR-3/-6/PKC-3 and PAR-1/-2 are absent in non-Caenorhabditis species. Even PAR-2 as part of the polarity complex does not exist in these nematodes. Instead, transcriptomes of nematodes (including C. elegans), show expression of other polarity-associated complexes such as the Lgl (Lethal giant larvae) complex. This result could pose an alternative route for nematodes and nematomorphs to initiate polarity during early embryogenesis. I could show that crucial pathways of axis specification, such as Wnt and BMP are very different in C. elegans compared to other nematodes. In the former, Wnt signaling, for instance, is mediated by four paralogous beta-catenins, while other Chromadorea have fewer and Enoplea only one beta-catenin. The transcriptomes of R. culicivorax and the nematomorph show that regulators of BMP (e.g. Chordin), are specifically expressed during early embryogenesis only in Enoplea and the close outgroup of nematomorphs. In conclusion, my results demonstrate that the molecular machinery controlling oogenesis and embryogenesis in nematodes is unexpectedly variable and C. elegans cannot be taken as a general model for nematode development. Under this perspective, Enoplean nematodes show more similarities with outgroups than with C. elegans. It appears that certain pathway components were lost or gained during evolution and others adopted new functions. Based on my findings I can conjecture, which pathway components may be ancestral and which were newly acquired in the course of nematode evolution.

Évaluation d’une nouvelle méthode de calcul des assemblages en bois à l’aide de connecteurs de petits diamètres

Les charpentes en bois doivent inévitablement inclure des assemblages pouvant transférer les charges entre les éléments de façon adéquate pour assurer l’intégrité de la structure. Les assemblages sont une partie critique des structures en bois puisque dans la plupart des cas, ce sont ceux-ci qui permettent de dissiper l’énergie et d’obtenir un mode de rupture ductile sous les charges sismiques. Ce mode de rupture est préférable, puisqu’il donne lieu à une grande déformation avant effondrement, permettant ainsi une évacuation des occupants en toute sécurité lors de tremblement de terre. Les assemblages à petits diamètres tels que les clous, les rivets et les vis sont fréquemment utilisés dans les constructions en bois et on suppose qu’ils amènent une rupture ductile bien qu’il soit impossible pour les concepteurs de prédire exactement le mode de rupture à l’aide de la méthode de calcul actuelle. De plus, les rivets ont une application très limitée dû au fait que la méthode de calcul utilisée actuellement s’applique à des configurations, essences et types de produits de bois très spécifiques. L’objectif de ce projet est d’évaluer une nouvelle méthode de calcul proposée par des chercheurs de Nouvelle-Zélande, Zarnani et Quenneville, pour les assemblages à rivets, mais adaptable pour les assemblages de bois à attaches de petits diamètres. Elle permet au concepteur de déterminer avec précision le mode de rupture des assemblages de différentes configurations avec différents produits de bois. Plus de 70 essais sur les assemblages à rivets et à clous résistants à des charges variant de 40kN à 800kN ont été effectués dans le cadre de ce projet de recherche afin de valider l’utilisation de cette méthode avec le produit du bois lamellé-collé canadien Nordic Lam et la comparer avec celle présentement utilisée au Canada. Les modes de rupture ductile, fragile et mixte ont été prévus avec l’emphase sur le mode fragile puisque c’est celui-ci qui est le plus variable et le moins étudié. Les assemblages en bois lamellé-collé Nordic Lam étaient cloués ou rivetés selon différentes configurations variant de 18 à 128 clous ou rivets. Les résultats démontrent une bonne prédiction de la résistance et des modes de rupture des assemblages à clous et à rivets. Pour quelques configurations des assemblages à rivets, les prédictions de la nouvelle méthode sont plus élevées qu’avec la méthode actuelle. Les assemblages à clous ont démontré des ruptures de la tige de clous au niveau du plan de cisaillement lors de tous les essais effectués, ce qui ne correspond pas à un mode ductile ou fragile prévue par la méthode de calcul.

Performance en fluage des assemblages antiglissement avec des surfaces métallisées dans les ponts en acier

Les éléments des ponts en acier sont exposés à de sévères conditions environnementales, tel l’épandage de sels déglaçant sur les routes. Ces éléments ont besoin d’un niveau suffisant de protection contre la corrosion afin de préserver leur intégrité à long terme. Une solution efficace, devenue populaire au Canada, est la métallisation. La métallisation est un revêtement anticorrosion formé par projection thermique de métal, généralement du zinc, sur la surface à protéger. La protection fournie au substrat d’acier est assurée par une barrière physique et une protection galvanique. Pour le calcul des assemblages boulonnés antiglissement, les codes de conception, tel le code Canadien sur le calcul des ponts routiers CAN/CSA S6-14, spécifient, en fonction des conditions des surfaces de contact désirées, un coefficient de glissement à utiliser. Actuellement, ces codes ne fournissent aucun coefficient de glissement entre deux surfaces métallisées. Donc, il est pratique courante pour les fabricants de ponts en acier de masquer les surfaces de contact des joints boulonnés avant de métalliser, ce qui est très couteux pour l’industrie puisque ce travail doit se faire manuellement. Récemment, des études ont évalué la résistance au glissement à court terme d’assemblages antiglissement ayant des surfaces de contact métallisées. Les résultats ont révélé une résistance au glissement supérieure aux assemblages sur acier nu grenaillés. Dans la présente recherche, la performance en fluage des assemblages antiglissement métallisés a été caractérisée pour s’assurer qu’une résistance en glissement de Classe B soit toujours valide à long terme. L’effet de la relaxation de la force de serrage sur la charge de glissement a aussi été évalué. Les résultats ont démontré une bonne performance en fluage. Aussi, les résultats ont révélé que la relaxation de la force de serrage n’a pas d’impact significatif sur la résistance au glissement des assemblages antiglissement métallisés. Les conclusions de cette étude pourraient bien influencer de futures révisions des codes de conception et avoir un impact sur l’industrie de l’acier en Amérique du Nord.Mots clés : Assemblage boulonné antiglissement, métallisation, pont routier en acier, fluage, relaxation

Determination of soybean cultivar resistance to soybean cyst nematode with quantitative polymerase chain reaction

Heterodera glycines, the soybean cyst nematode, is the major pathogen of Glycine max (soybean). Effective management of this pathogen is contingent on the use of resistant cultivars, thus screening for resistant cultivars is essential. The purpose of this research was to develop a method to assess infection of soybean roots by H. glycines with real-time quantitative Polymerase Chain Reaction (qPCR), a prelude to differentiation of resistance levels in soybean cultivars. Two experiments were conducted. In the first one, a consistent inoculation method was developed using to provide active second-stage juveniles (J2). Two-day-old soybean roots were infested with 0 and 1000 J2/mL. Twenty-four hours after infestation, the roots were surface sterilized and DNA was extracted with the DNA FastKit (MP Biomedicals, Santa Ana, CA)). For the qPCR assay, primer pair for single copy gene HgSNO, which codes for a protein involved in the production of vitamin B6, was selected for H. glycines DNA amplification within soybean roots. In the second experiment, compatible Lee 74, incompatible Peking and cultivars with different levels of resistance to H. glycines were inoculated with 0 and 1,000 J2/seedlings. Twenty-four hours post inoculation they were transplanted into pasteurized soil. Subsequently they were harvested at 1, 7, 10, 14 and 21 days post inoculation for DNA extraction. With the qPCR assay, the time needed to differentiate highly resistant cultivars from the rest was reduced. Quantification of H. glycines infection by traditional means (numbers of females produced in 30 days) is a time-consuming practice; the qPCR method can replace the traditional one and improve precision in determining infection levels.

Genetic control of development in the parasitic nematode Haemonchus contortus by microRNAs

The parasitic nematode Haemonchus contortus has a major impact on the welfare and economic sustainability of small ruminant farming throughout the world. Increasing drug resistance requires the development of novel therapeutic agents. To further this process, we examined the fundamental biology of development in H. contortus, specifically, the potential role of microRNAs (miRNAs). miRNAs are short, non-coding RNA molecules that negatively regulate gene expression. In the free-living nematode Caenorhabditis elegans, miRNAs regulate a variety of genes including those involved in development. This thesis describes the expression patterns, potential targets and possible functions of miRNAs in H. contortus throughout development.