Urokinase Receptor and Fibronectin Regulate the ERKMAPK to p38MAPK Activity Ratios That Determine Carcinoma Cell Proliferation or Dormancy In Vivo

We discovered that a shift between the state of tumorigenicity and dormancy in human carcinoma (HEp3) is attained through regulation of the balance between two classical mitogen-activated protein kinase (MAPK)-signaling pathways, the mitogenic extracellular regulated kinase (ERK) and the apoptotic/growth suppressive stress-activated protein kinase 2 (p38MAPK), and that urokinase plasminogen activator receptor (uPAR) is an important regulator of these events. This is a novel function for uPAR whereby, when expressed at high level, it enters into frequent, activating interactions with the α5β1-integrin, which facilitates the formation of insoluble fibronectin (FN) fibrils. Activation of α5β1-integrin by uPAR generates persistently high level of active ERK necessary for tumor growth in vivo. Our results show that ERK activation is generated through a convergence of two pathways: a positive signal through uPAR-activated α5β1, which activates ERK, and a signal generated by the presence of FN fibrils that suppresses p38 activity. When fibrils are removed or their assembly is blocked, p38 activity increases. Low uPAR derivatives of HEp3 cells, which are growth arrested (dormant) in vivo, have a high p38/ERK activity ratio, but in spite of a similar level of α5β1-integrin, they do not assemble FN fibrils. However, when p38 activity is inhibited by pharmacological (SB203580) or genetic (dominant negative-p38) approaches, their ERK becomes activated, uPAR is overexpressed, α5β1-integrins are activated, and dormancy is interrupted. Restoration of these properties in dormant cells can be mimicked by a direct re-expression of uPAR through transfection with a uPAR-coding plasmid. We conclude that overexpression of uPAR and its interaction with the integrin are responsible for generating two feedback loops; one increases the ERK activity that feeds back by increasing the expression of uPAR. The second loop, through the presence of FN fibrils, suppresses p38 activity, further increasing ERK activity. Together these results indicate that uPAR and its interaction with the integrin should be considered important targets for induction of tumor dormancy.

Mathematical analysis of activation thresholds in enzyme-catalyzed positive feedbacks: application to the feedbacks of blood coagulation.

A hierarchy of enzyme-catalyzed positive feedback loops is examined by mathematical and numerical analysis. Four systems are described, from the simplest, in which an enzyme catalyzes its own formation from an inactive precursor, to the most complex, in which two sequential feedback loops act in a cascade. In the latter we also examine the function of a long-range feedback, in which the final enzyme produced in the second loop activates the initial step in the first loop. When the enzymes generated are subject to inhibition or inactivation, all four systems exhibit threshold properties akin to excitable systems like neuron firing. For those that are amenable to mathematical analysis, expressions are derived that relate the excitation threshold to the kinetics of enzyme generation and inhibition and the initial conditions. For the most complex system, it was expedient to employ numerical simulation to demonstrate threshold behavior, and in this case long-range feedback was seen to have two distinct effects. At sufficiently high catalytic rates, this feedback is capable of exciting an otherwise subthreshold system. At lower catalytic rates, where the long-range feedback does not significantly affect the threshold, it nonetheless has a major effect in potentiating the response above the threshold. In particular, oscillatory behavior observed in simulations of sequential feedback loops is abolished when a long-range feedback is present.

Scotland and the EU: What impact of the potential in-out UK referendum on the independence debate?1 EPC Discussion Paper, 4 September 2014

Fabian Zuleeg explores the likelihood of Scottish Independence, and its potential impact on the EU–UK relations. As the Scottish independence vote is inextricably bound to the potential UK in-out referendum (and thus a potential exit of the UK from the EU), there are some potential feedback loops to the independence debate which are set to be relevant regardless of whether Scotland becomes independent or not.

Stable isotopic composition and carbonate concentrations of sediments of the Cretaceous/Paleogene boundary in the Antarctic

Stable isotopic records across the Cretaceous/Paleogene (K/P) boundary in Maud Rise Holes 689B and 690C indicate that significant climatic changes occurred during the latest Cretaceous, beginning approximately 500 k.y. prior to the mass extinction event and the enrichment of iridium at the K/P boundary (66.4 Ma). An oxygen isotopic decrease of ~0.7 per mil - ~1.0 per mil is recorded in the Late Cretaceous planktonic and benthic foraminifers between 66.9 and 66.6 Ma. The negative isotope excursion was followed by a positive excursion of similar magnitude between 66.6 Ma (latest Cretaceous) and ~66.3 Ma (earliest Paleocene). No other isotopic excursions of this magnitude are recorded in the planktonic and benthic microfossil records 1.0 m.y prior to, and for 2.0 m.y following the mass extinction event at the K/P boundary. The magnitude and duration of these isotopic excursions were similar to those at the Paleocene/Eocene and Eocene/Oligocene boundaries. A major d13C excursion occurred 200 k.y. prior to the boundary, involving a positive shift in planktonic and benthic d13C of ~0.5 per mil - 0.75 per mil. Similar changes observed in other deep-sea sequences indicate that this reflected a global change in d13C of the oceanic total dissolved carbon (TDC) reservoir. The magnitude of this inferred carbon reservoir change and its association with high latitude surface-water temperature changes recorded in the d18O records implies that it was linked to global climate change through feedback loops in the carbon cycle. At the K/P boundary, the surface-to-deep water d13C gradient is reduced by approximately 0.6 per mil - ~0.2 per mil. However, unlike sequences elsewhere, the planktonic-benthic d13C gradient (Delta d13C) was not eliminated in the Antarctic. The surface-to-deep water gradient was re-established gradually during the 400 k.y. following the mass extinction. Full recovery of the Delta d13C occurred by ~60.0 Ma. In addition to the reduced vertical d13C gradient across the K/P boundary, there was a negative excursion in both planktonic and benthic d13C beginning approximately 100 k.y. after the boundary (66.3 Ma). This excursion resulted in benthic d13C values in the early Paleogene that were similar to those in the pre-K/P boundary intervals. This negative shift appears to reflect a change in the d13C of the oceanic TDC reservoir shift that may have resulted from reduced carbon burial and/or increased carbon flux to the oceans. Any model that attempts to explain the demise of the oceanic plankton at the end of the Cretaceous should consider the oceanic environmental changes that were occurring prior to the massive extinction event.

Ecological-economic modeling for biodiversity management: Potential, pitfalls, and prospects

Ecologists and economists both use models to help develop strategies for biodiversity management. The practical use of disciplinary models, however, can be limited because ecological models tend not to address the socioeconomic dimension of biodiversity management, whereas economic models tend to neglect the ecological dimension. Given these shortcomings of disciplinary models, there is a necessity to combine ecological and economic knowledge into ecological-economic models. It is insufficient if scientists work separately in their own disciplines and combine their knowledge only when it comes to formulating management recommendations. Such an approach does not capture feedback loops between the ecological and the socioeconomic systems. Furthermore, each discipline poses the management problem in its own way and comes up with its own most appropriate solution. These disciplinary solutions, however are likely to be so different that a combined solution considering aspects of both disciplines cannot be found. Preconditions for a successful model-based integration of ecology and economics include (1) an in-depth knowledge of the two disciplines, (2) the adequate identification and framing of the problem to be investigated, and (3) a common understanding between economists and ecologists of modeling and scale. To further advance ecological-economic modeling the development of common benchmarks, quality controls, and refereeing standards for ecological-economic models is desirable.

Smoke on the water: the interplay of fire and water flow on Everglades restoration

Recent research makes clear that much of the Everglade’s flora and fauna have evolved to tolerate or require frequent fires. Nevertheless, restoration of the Everglades has thus far been conceptualized as primarily a water reallocation project. These two forces are directly linked by the influence of water flows on fire fuel moisture content, and are indirectly linked through a series of complex feedback loops. This interaction is made more complex by the alteration and compartmentalization of current water flows and fire regimes, the lack of communication between water and fire management agencies, and the already imperiled state of many local species. It is unlikely, therefore, that restoring water flows will automatically restore the appropriate fire regimes, leaving the prospect of successful restoration in some doubt. The decline of the Cape Sable seaside sparrow, and its potential for recovery, illustrates the complexity of the situation.

Mathematical Modeling of Perifusion Cell Culture Experiments

In perifusion cell cultures, the culture medium flows continuously through a chamber containing immobilized cells and the effluent is collected at the end. In our main applications, gonadotropin releasing hormone (GnRH) or oxytocin is introduced into the chamber as the input. They stimulate the cells to secrete luteinizing hormone (LH), which is collected in the effluent. To relate the effluent LH concentration to the cellular processes producing it, we develop and analyze a mathematical model consisting of coupled partial differential equations describing the intracellular signaling and the movement of substances in the cell chamber. We analyze three different data sets and give cellular mechanisms that explain the data. Our model indicates that two negative feedback loops, one fast and one slow, are needed to explain the data and we give their biological bases. We demonstrate that different LH outcomes in oxytocin and GnRH stimulations might originate from different receptor dynamics. We analyze the model to understand the influence of parameters, like the rate of the medium flow or the fraction collection time, on the experimental outcomes. We investigate how the rate of binding and dissociation of the input hormone to and from its receptor influence its movement down the chamber. Finally, we formulate and analyze simpler models that allow us to predict the distortion of a square pulse due to hormone-receptor interactions and to estimate parameters using perifusion data. We show that in the limit of high binding and dissociation the square pulse moves as a diffusing Gaussian and in this limit the biological parameters can be estimated.

Mechanochemistry for Active Materials and Devices

The coupling of mechanical stress fields in polymers to covalent chemistry (polymer mechanochemistry) has provided access to previously unattainable chemical reactions and polymer transformations. In the bulk, mechanochemical activation has been used as the basis for new classes of stress-responsive polymers that demonstrate stress/strain sensing, shear-induced intermolecular reactivity for molecular level remodeling and self-strengthening, and the release of acids and other small molecules that are potentially capable of triggering further chemical response. The potential utility of polymer mechanochemistry in functional materials is limited, however, by the fact that to date, all reported covalent activation in the bulk occurs in concert with plastic yield and deformation, so that the structure of the activated object is vastly different from its nascent form. Mechanochemically activated materials have thus been limited to “single use” demonstrations, rather than as multi-functional materials for structural and/or device applications. Here, we report that filled polydimethylsiloxane (PDMS) elastomers provide a robust elastic substrate into which mechanophores can be embedded and activated under conditions from which the sample regains its original shape and properties. Fabrication is straightforward and easily accessible, providing access for the first time to objects and devices that either release or reversibly activate chemical functionality over hundreds of loading cycles.

While the mechanically accelerated ring-opening reaction of spiropyran to merocyanine and associated color change provides a useful method by which to image the molecular scale stress/strain distribution within a polymer, the magnitude of the forces necessary for activation had yet to be quantified. Here, we report single molecule force spectroscopy studies of two spiropyran isomers. Ring opening on the timescale of tens of milliseconds is found to require forces of ~240 pN, well below that of previously characterized covalent mechanophores. The lower threshold force is a combination of a low force-free activation energy and the fact that the change in rate with force (activation length) of each isomer is greater than that inferred in other systems. Importantly, quantifying the magnitude of forces required to activate individual spiropyran-based force-probes enables the probe behave as a “scout” of molecular forces in materials; the observed behavior of which can be extrapolated to predict the reactivity of potential mechanophores within a given material and deformation.

We subsequently translated the design platform to existing dynamic soft technologies to fabricate the first mechanochemically responsive devices; first, by remotely inducing dielectric patterning of an elastic substrate to produce assorted fluorescent patterns in concert with topological changes; and second, by adopting a soft robotic platform to produce a color change from the strains inherent to pneumatically actuated robotic motion. Shown herein, covalent polymer mechanochemistry provides a viable mechanism to convert the same mechanical potential energy used for actuation into value-added, constructive covalent chemical responses. The color change associated with actuation suggests opportunities for not only new color changing or camouflaging strategies, but also the possibility for simultaneous activation of latent chemistry (e.g., release of small molecules, change in mechanical properties, activation of catalysts, etc.) in soft robots. In addition, mechanochromic stress mapping in a functional actuating device might provide a useful design and optimization tool, revealing spatial and temporal force evolution within the actuator in a way that might also be coupled to feedback loops that allow autonomous, self-regulation of activity.

In the future, both the specific material and the general approach should be useful in enriching the responsive functionality of soft elastomeric materials and devices. We anticipate the development of new mechanophores that, like the materials, are reversibly and repeatedly activated, expanding the capabilities of soft, active devices and further permitting dynamic control over chemical reactivity that is otherwise inaccessible, each in response to a single remote signal.

Nitrate metabolism in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes.

Bespoke Radiology e-Learning

Introduction: Foundation doctors are expected to assess and interpret plain x-ray studies of the chest/abdomen before a definitive report is issued by senior staff. The Royal College of Radiologists have published guidelines (RCR curriculum) on the scope of plain film findings medical students should be familiar with.1 Studies have shown that the x-ray interpretation without feedback does not significantly improve diagnostic ability. 2 Queen’s University, Belfast Trust Radiology and Experior Medical developed an online system to assess individual student ability to interpret X-ray findings. Over a series of assessments each student’s profile is built up, identifying strengths and weakness. The system can then create bespoke individual assessments re-evaluating previously identified weak areas and quantifying interpretative skill improvement. Aim: To determine how readily an online system is adopted by senior medical students, investigating if increasing exposure to x-ray interpretation combined with cyclical formative feedback enhances performance. Methods: The system was offered to all 270 final year medical students as an online resource. The system comprised a series of 20 weekly 30 minute assessments, containing normal and abnormal x-rays within the RCR curriculum. After each assessment students were given formative feedback, including their own result, annotated answers, peer group comparison and a breakdown of areas of strength and weakness. Focus groups of 4-5 students addressed student perspectives of the system, including ease of use, image resolution, system performance across different operating platforms, perceived value of formative feedback loops, breakdown of performance and the value of bespoke personalised assessments. Research Ethics Approval was granted for the study. Data analysis was via two-sided one-sample t-test; initial minimal recruitment was estimated as 60 students, to detect a mean 10% change in performance, with a standard deviation of 20%. Results and Discussion: Over 80% (n = XXX/270) of the student cohort engaged with the study. Student baseline average was 39%, increasing to 62% by the exit test. The steadily sustained improvement (57% relative performance in interpretative diagnostic accuracy) was despite increasing test difficulty. Student feedback via focus groups was universally positive throughout the examined domains. Conclusion: The online resource proved to be valuable, with high levels of student engagement, improving performance despite increasingly difficulty testing and positive learner experience with the system. References: 1. Undergraduate Radiology Curriculum, The Royal College of Ra, April 2012. Ref No. BFCR(12)4 The Royal College of Radiologists, April 2012 2. I Satia, S Bashagha, A Bibi, R Ahmed, S Mellor, F Zaman. Assessing the accuracy and certainty in interpretating chest x-rays in the medical division. Clin Med August 2013 Vol.13 no. 4 349-352

SYSTEMS OF DIFFERENTIAL EQUATIONSTHAT ARE COMPETITIVE OR COOPERATIVE II:CONVERGENCE ALMOST EVERYWHERE*MORRIS W. HIRSCH

A vector field in n-space determines a competitive (or cooperative) system of differential equations provided all of the off-diagonal terms of its Jacobian matrix are nonpositive (or nonnegative). The main results in this article are the following. A cooperative system cannot have nonconstant attracting periodic solutions. In a cooperative system whose Jacobian matrices are irreducible the forward orbit converges for almost every point having compact forward orbit closure. In a cooperative system in 2 dimensions, every solution is eventually monotone.  Applications are made to generalizations of positive feedback loops.

Prognóstico de falhas baseado em redes neurais com estados de eco

Tese (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015.

Nitrate metabolism in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires retrouvés dans la plupart des écosystèmes aquatiques du globe. Ces organismes amènent une contribution substantielle à la production primaire des océans, soit en tant que membre du phytoplancton, soit en tant que symbiontes des anthozoaires formant les récifs coralliens. Malheureusement, ce rôle écologique majeur est souvent négligé face à la capacité de certaines espèces de dinoflagellés à former des fleurs d'eau, parfois d'étendue et de durée spectaculaires. Ces floraisons d'algues, communément appelées "marées rouges", peuvent avoir de graves conséquences sur les écosystèmes côtiers, sur les industries de la pêche et du tourisme, ainsi que sur la santé humaine. Un des facteurs souvent corrélé avec la formation des fleurs d'eau est une augmentation dans la concentration de nutriments, notamment l’azote et le phosphore. Le nitrate est un des composants principaux retrouvés dans les eaux de ruissellement agricoles, mais également la forme d'azote bioaccessible la plus abondante dans les écosystèmes marins. Ainsi, l'agriculture humaine a contribué à magnifier significativement les problèmes associés aux marées rouges au niveau mondial. Cependant, la pollution ne peut pas expliquer à elle seule la formation et la persistance des fleurs d'eau, qui impliquent plusieurs facteurs biotiques et abiotiques. Il est particulièrement difficile d'évaluer l'importance relative qu'ont les ajouts de nitrate par rapport à ces autres facteurs, parce que le métabolisme du nitrate chez les dinoflagellés est largement méconnu. Le but principal de cette thèse vise à remédier à cette lacune. J'ai choisi Lingulodinium polyedrum comme modèle pour l'étude du métabolisme du nitrate, parce que ce dinoflagellé est facilement cultivable en laboratoire et qu'une étude transcriptomique a récemment fourni une liste de gènes pratiquement complète pour cette espèce. Il est également intéressant que certaines composantes moléculaires de la voie du nitrate chez cet organisme soient sous contrôle circadien. Ainsi, dans ce projet, j'ai utilisé des analyses physiologiques, biochimiques, transcriptomiques et bioinformatiques pour enrichir nos connaissances sur le métabolisme du nitrate des dinoflagellés et nous permettre de mieux apprécier le rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de cette importante voie métabolique primaire. Je me suis tout d'abord penché sur les cas particuliers où des floraisons de dinoflagellés sont observées dans des conditions de carence en azote. Cette idée peut sembler contreintuitive, parce que l'ajout de nitrate plutôt que son épuisement dans le milieu est généralement associé aux floraisons d'algues. Cependant, j’ai découvert que lorsque du nitrate était ajouté à des cultures initialement carencées ou enrichies en azote, celles qui s'étaient acclimatées au stress d'azote arrivaient à survivre près de deux mois à haute densité cellulaire, alors que les cellules qui n'étaient pas acclimatées mourraient après deux semaines. En condition de carence d'azote sévère, les cellules arrivaient à survivre un peu plus de deux semaines et ce, en arrêtant leur cycle cellulaire et en diminuant leur activité photosynthétique. L’incapacité pour ces cellules carencées à synthétiser de nouveaux acides aminés dans un contexte où la photosynthèse était toujours active a mené à l’accumulation de carbone réduit sous forme de granules d’amidon et corps lipidiques. Curieusement, ces deux réserves de carbone se trouvaient à des pôles opposés de la cellule, suggérant un rôle fonctionnel à cette polarisation. La deuxième contribution de ma thèse fut d’identifier et de caractériser les premiers transporteurs de nitrate chez les dinoflagellés. J'ai découvert que Lingulodinium ne possédait que très peu de transporteurs comparativement à ce qui est observé chez les plantes et j'ai suggéré que seuls les membres de la famille des transporteurs de nitrate de haute affinité 2 (NRT2) étaient réellement impliqués dans le transport du nitrate. Le principal transporteur chez Lingulodinium était exprimé constitutivement, suggérant que l’acquisition du nitrate chez ce dinoflagellé se fondait majoritairement sur un système constitutif plutôt qu’inductible. Enfin, j'ai démontré que l'acquisition du nitrate chez Lingulodinium était régulée par la lumière et non par l'horloge circadienne, tel qu'il avait été proposé dans une étude antérieure. Finalement, j’ai utilisé une approche RNA-seq pour vérifier si certains transcrits de composantes impliquées dans le métabolisme du nitrate de Lingulodinium étaient sous contrôle circadien. Non seulement ai-je découvert qu’il n’y avait aucune variation journalière dans les niveaux des transcrits impliqués dans le métabolisme du nitrate, j’ai aussi constaté qu’il n’y avait aucune variation journalière pour n’importe quel ARN du transcriptome de Lingulodinium. Cette découverte a démontré que l’horloge de ce dinoflagellé n'avait pas besoin de transcription rythmique pour générer des rythmes physiologiques comme observé chez les autres eukaryotes.

Échanges d’énergie et d’eau des écosystèmes nordiques dans un contexte de changement climatique

Le réchauffement climatique affecte fortement les régions nordiques du Canada où le dégel du pergélisol discontinu à sa limite sud est accompagné du mouvement de la limite des arbres vers le nord en zone de pergélisol continu. Ces altérations faites aux paysages de la Taïga des Plaines sont le point de départ de plusieurs rétroactions puisque les changements apportés aux caractéristiques de la surface (au niveau de l’albédo, l’humidité du sol et la rugosité de la surface) vont à leur tour entraîner des modifications biophysiques et éventuellement influencer l’augmentation ou la diminution subséquente des températures et de l’humidité de l’air. Seulement, il y a un nombre important de facteurs d’influence qu’il est difficile de projeter toutes les boucles rétroactives qui surviendront avec les présents changements climatiques en régions nordiques. Dans le but de caractériser les échanges d’eau et d’énergie entre la surface et l’atmosphère de trois sites des Territoires du Nord-Ouest subissant les conséquences de l’augmentation des températures de l’air, la méthode micro-météorologique de covariance des turbulences fut utilisée en 2013 aux sites de Scotty Creek (forêt boréale et tourbière nordique en zone de pergélisol sporadique-discontinu), de Havikpak Creek (forêt boréale nordique en zone de pergélisol continu) et de Trail Valley Creek (toundra arctique en zone de pergélisol continu). En identifiant les procédés biotiques et abiotiques (ex. intensité lumineuse, disponibilité en eau, etc.) d’évapotranspiration aux trois sites, les contrôles par l’eau et l’énergie furent caractérisés et permirent ainsi de projeter une augmentation de la limitation en eau, mais surtout en énergie du site de Trail Valley Creek. La répartition de l’énergie projetée est semblable à celle de Havikpak Creek, avec une augmentation de la proportion du flux de chaleur sensible au détriment de celui latent suite aux modifications des caractéristiques de la surface (albédo, rugosité et humidité du sol). L’augmentation relative du flux d’énergie sensible laisse présager une boucle rétroactive positive de l’augmentation des températures de l’air à ce site. Ensuite, en comparant des données modelées de la hauteur de la couche limite planétaire et des données provenant de profils atmosphériques d’Environnement Canada entre les trois sites, les changements de hauteur de cette couche atmosphérique furent aussi projetés. Trail Valley Creek pourrait connaître une hausse de la hauteur de sa couche limite planétaire avec le temps alors que Scotty Creek connaîtrait une diminution de celle-ci. Ces changements au niveau des couches atmosphériques liés à la répartition des flux d’énergie dans les écosystèmes se répercuteraient alors sur le climat régional de façon difficile à déterminer pour l’instant. Les changements apportés désignent une boucle rétroactive positive des températures de l’air à Trail Valley Creek et l’inverse à Scotty Creek. Les deux axes d’analyse arrivent donc aux mêmes conclusions et soulignent aussi l’importance de l’influence mutuelle entre le climat et les caractéristiques spécifiques des écosystèmes à la surface.

Échanges d’énergie et d’eau des écosystèmes nordiques dans un contexte de changement climatique

Le réchauffement climatique affecte fortement les régions nordiques du Canada où le dégel du pergélisol discontinu à sa limite sud est accompagné du mouvement de la limite des arbres vers le nord en zone de pergélisol continu. Ces altérations faites aux paysages de la Taïga des Plaines sont le point de départ de plusieurs rétroactions puisque les changements apportés aux caractéristiques de la surface (au niveau de l’albédo, l’humidité du sol et la rugosité de la surface) vont à leur tour entraîner des modifications biophysiques et éventuellement influencer l’augmentation ou la diminution subséquente des températures et de l’humidité de l’air. Seulement, il y a un nombre important de facteurs d’influence qu’il est difficile de projeter toutes les boucles rétroactives qui surviendront avec les présents changements climatiques en régions nordiques. Dans le but de caractériser les échanges d’eau et d’énergie entre la surface et l’atmosphère de trois sites des Territoires du Nord-Ouest subissant les conséquences de l’augmentation des températures de l’air, la méthode micro-météorologique de covariance des turbulences fut utilisée en 2013 aux sites de Scotty Creek (forêt boréale et tourbière nordique en zone de pergélisol sporadique-discontinu), de Havikpak Creek (forêt boréale nordique en zone de pergélisol continu) et de Trail Valley Creek (toundra arctique en zone de pergélisol continu). En identifiant les procédés biotiques et abiotiques (ex. intensité lumineuse, disponibilité en eau, etc.) d’évapotranspiration aux trois sites, les contrôles par l’eau et l’énergie furent caractérisés et permirent ainsi de projeter une augmentation de la limitation en eau, mais surtout en énergie du site de Trail Valley Creek. La répartition de l’énergie projetée est semblable à celle de Havikpak Creek, avec une augmentation de la proportion du flux de chaleur sensible au détriment de celui latent suite aux modifications des caractéristiques de la surface (albédo, rugosité et humidité du sol). L’augmentation relative du flux d’énergie sensible laisse présager une boucle rétroactive positive de l’augmentation des températures de l’air à ce site. Ensuite, en comparant des données modelées de la hauteur de la couche limite planétaire et des données provenant de profils atmosphériques d’Environnement Canada entre les trois sites, les changements de hauteur de cette couche atmosphérique furent aussi projetés. Trail Valley Creek pourrait connaître une hausse de la hauteur de sa couche limite planétaire avec le temps alors que Scotty Creek connaîtrait une diminution de celle-ci. Ces changements au niveau des couches atmosphériques liés à la répartition des flux d’énergie dans les écosystèmes se répercuteraient alors sur le climat régional de façon difficile à déterminer pour l’instant. Les changements apportés désignent une boucle rétroactive positive des températures de l’air à Trail Valley Creek et l’inverse à Scotty Creek. Les deux axes d’analyse arrivent donc aux mêmes conclusions et soulignent aussi l’importance de l’influence mutuelle entre le climat et les caractéristiques spécifiques des écosystèmes à la surface.