Syntrophic relationships between algae and bacteria in a fresh-water stream and in culture /

Interactions between freshwater algae and bacteria were examined in a natural stream habitat and a laboratory model. Field observations provided circumstantial evidence, in statistical correlation for syntrophy between the microbial populations. This relation is probably subject to control by the temperature and pH of the aquatic environment. Several species of a pond community were isolated in axenic culture and tests were performed to determine the nature of mixed species interactions. Isolation procedures and field studies indicated that selected strains of Chlorella and Azotobacter were closely associated in their natural habitat. With the suspected controlling parameters, pH and temperature, held constant, mixed cultures of algae and bacteria were compared to axenic cultures of the same organisms, and a mutual stimulation of growth was observed. A mixed pure culture apparatus was designed in this laboratory to study the algal-bacterial interaction and to test the hypothesis that such an interaction may take place through a diffusable substance or through certain medium-borne conditions, Azotobacter was found to take up a Chlorella-produced exudate, to stimulate protein synthesis, to enhance chlorophyll production and to cause a numerical increase in the interacting Chlorella population. It is not clear whether control is at the environmental, cellular or genetic level in these mixed population interactions. Experimental observations in the model system, taken with field correlations allow one to state that there may be a direct relationship governing the population fluctuations of these two organisms in their natural stream surroundings.

Environmental assessment and biomonitoring of the Twelve Mile Creek watershed, Niagara Peninsula, Ontario

In light of the heavy reliance of the people of the Niagara Peninsula on the T\\'elve Mile Creek (TMC) watershed for recreational activities and for municipal and industrial uses ( e.g., drinking water, shipping and discharge of effluents), it was deemed prudent to assess the envirol1tnental health of the system by analysing the sediments total and exchangeable metal, and TPH contents. The MOEE has set guidelines with limits for the protection and management of aquatic sediments, and the sediments from the headwaters of the TMC have total metal and TPH (subset of O&G) contents well below the lower provincial limits. Areas of environmental concern where total metal contents in sediments, either individually or collectively, exceed the guideline, are the south side of Lake Gibson, the Old WeIland Canal, a segment of TMC just south of the QEW and Martindale Pond. The total metal content of sediments does not in all instances identify areas of biological concern. Instead, it has been found that the exchangeable metal fraction of sediments is a better indicator of metal availability and thus potential accumulation in organisms. In some instances, the exchangeable metal fraction agrees with the total metal fraction defining areas of environmental concern, but it does vary from site to site reflecting the natural variability of the ambient environment. Overall, the exchangeable metal fraction of sediments appears to be a better indicator of anthropogenic pollution and ecosystem impact. A histochemical study of Anodon.ta sp., Elliptio sp. and zebra mussels (Dreissena polyn'101pha) was done in conjunction with passive biomonitoring of zebra and quagga mussels (Dreissena bugensis) from the Twelve Mile Creek watershed and Lake 51. Clair (Jeanette's Creek, Chatham, Ontario). The highest concentrations of divalent metals such as Cu, Ni, Cd, and Zn, and trivalent Al appear to accumulate in gill and kidney tissues. Metal contents of organ tissues in Anodonta sp. vary with size class. Organ metal content varies among size classes, thus requiring consideration of size in biomonitoring studies. Shucked zebra and quagga mussel tissues, exhibited similar size class to Al content trends. In addition they reflected the Al content trends of top (approximately 10 cm) most sediments in the Twelve Mile Creek watershed. Quagga mussels appear to have higher Al concentrations than zebra mussels, thus suggesting that quagga mussels may be better passive biomonitors of AI. Cd content in zebra mussel tissues, seemed to increase with size class trends. This was not demonstrated in the quagga mussel tissues. This suggests that Cd may be regulated by quagga mussels and not by zebra mussels, and that zebra mussels may be better passivebiomonitors of Cd than are quagga mussels. Zebra mussel, quagga mussel, Anodonta sp., and Elliptio sp. were used in a two part, active (translocated) biomonitoring study of the Twelve Mile Creek watershed. There was no statistical difference in death rates between zebra and quagga mussels after 65 days of biomonitoring. However there does appear to be a difference of death rates between sites. Unfortunately the data base did not permit us to differentiate between sites. Relative to Port Colborne Harbour (Port Colborne, Ontario), the Twelve Mile Creek watershed appears to be elevated in bioavailable AI. An area near the terminus of the Twelve Mile Creek appears to be an area of environmental concern since mussels seemed to have accumulated relatively large concentrations of Cd, Zn, and Pb. In addition to possible metal loading from a nearby outfalls, or possible upstream outfalls, road salt runoff from storm sewers may have contributed to metal accumulation through cation exchanges processes. Similar trends in cumulative quagga mussel metal concentrations during the two time periods (65 and 159 days), suggest that quagga mussels may reach equilibrium within 65 days of translocation. Differences in bioaccumulated metal concentrations of the two dreissenid species demonstrate that active biomonitoring studies must use a variety of organisms to adequately assess the environmental situation of specific waterways and/or bodies.

Pigment orientation changes detected by low temperature linear dichroism spectroscopy: cold-hardening transition in phycobilisome-containing organisms

Low temperature (77K) linear dichroism spectroscopy was used to characterize pigment orientation changes accompanying the light state transition in the cyanobacterium, Synechococcus sp. pee 6301, and cold-hardening in winter rye (Secale cereale L. cv. Puma). Samples were oriented for spectroscopy using the gel squeezing method (Abdourakhmanov et aI., 1979) and brought to 77K in liquid nitrogen. The linear dichroism (LD) spectra of Synechococcus 6301 phycobilisome/thylakoid membrane fragments cross-linked in light state 1 and light state 2 with glutaraldehyde showed differences in both chlorophyll a and phycobilin orientation. A decrease in the relative amplitude of the 681nm chlorophyll a positive LD peak was observed in membrane fragments in state 2. Reorientation of the phycobilisome (PBS) during the transition to state 2 resulted in an increase in core allophycocyanin absorption parallel to the membrane, and a decrease in rod phycocyanin parallel absorption. This result supports the "spillover" and "PBS detachment" models of the light state transition in PBS-containing organisms, but not the "mobile PBS" model. A model was proposed for PBS reorientation upon transition to state 2, consisting of a tilt in the antenna complex with respect to the membrane plane. Linear dichroism spectra of PBS/thylakoid fragments from the red alga, Porphyridium cruentum, grown in green light (containing relatively more PSI) and red light (containing relatively more PSll) were compared to identify chlorophyll a absorption bands associated with each photosystem. Spectra from red light - grown samples had a larger positive LD signal on the short wavelength side of the 686nm chlorophyll a peak than those from green light - grown fragments. These results support the identification of the difference in linear dichroism seen at 681nm in Synechococcus spectra as a reorientation of PSll chromophores. Linear dichroism spectra were taken of thylakoid membranes isolated from winter rye grown at 20°C (non-hardened) and 5°C (cold-hardened). Differences were seen in the orientation of chlorophyll b relative to chlorophyll a. An increase in parallel absorption was identified at the long-wavelength chlorophyll a absorption peak, along with a decrease in parallel absorption from chlorophyll b chromophores. The same changes in relative pigment orientation were seen in the LD of isolated hardened and non-hardened light-harvesting antenna complexes (LHCII). It was concluded that orientational differences in LHCII pigments were responsible for thylakoid LD differences. Changes in pigment orientation, along with differences observed in long-wavelength absorption and in the overall magnitude of LD in hardened and non-hardened complexes, could be explained by the higher LHCII monomer:oligomer ratio in hardened rye (Huner et ai., 1987) if differences in this ratio affect differential light scattering properties, or fluctuation of chromophore orientation in the isolated LHCII sample.

Experiences and meaning of the aquatic environment for individuals with physical disabilities

This study examines the experiences and meaning of physical activity in the aquatic environment to enhance social, cultural and political understanding of its impact in the lives of individuals with physical disabilities. Interviews, lived experience descriptions and artifacts present an explanation of the felt sense oftheir bodies as they engage in swimming or scuba diving. 11 Combining written, verbal and visual descriptions generated by informants provides a detailed account of the unique qualities of physical activity in the water for those with physical disabilities. Participants' descriptions highlight that context is an important aspect of physical activity among individuals with physical disabilities through discussion of motility and the role of the lived body. Aspects of the aquatic environment create a setting that facilitates forgetfulness of the lived body's presence. Instructors and participants alike will benefit from learning the difference between the object body and the lived body, listening to the body's voice as they participate in physical activity .

DNA-Directed DNA Polymerases Evolve From Reverse Transcriptase

Scientists have been debating for decades the origin of life on earth. A number of hypotheses were proposed as to what emerged first RNA or DNA; with most scientists are in favour of the "RNA World" hypothesis. Assuming RNA emerged first, it fellow that the RNA polymerases would've appeared before DNA polymerases. Using recombinant DNA technology and bioinformatics we undertook this study to explore the relationship between RNA polymerases, reverse transcriptase and DNA polymerases. The working hypothesis is that DNA polymerases evolved from reverse transcriptase and the latter evolved from RNA polymerases. If this hypothesis is correct then one would expect to find various ancient DNA polymerases with varying level of reverse transcriptase activity. In the first phase of this research project multiple sequence alignments were made on the protein sequence of 32 prokaryotic DNA-directed DNA polymerases originating from 11 prokaryotic families against 3 viral reverse transcriptase. The data from such alignments was not very conclusive. DNA polymerases with higher level of reverse transcriptase activity were non-confined to ancient organisms, as one would've expected. The second phase of this project was focused on conditions that may alter the DNA polymerase activity. Various reaction conditions, such as temperature, using various ions (Ni2+, Mn2+, Mg2+) were tested. Interestingly, it was found that the DNA polymerase from the Thermos aquatics family can be made to copy RNA into DNA (i.e. reverse transcriptase activity). Thus it was shown that under appropriate conditions (ions and reactions temperatures) reverse transcriptase activity can be induced in DNA polymerase. In the third phase of this study recombinant DNA technology was used to generate a chimeric DNA polymerase; in attempts to identify the region(s) of the polymerase responsible for RNA-directed DNA polymerase activity. The two DNA polymerases employed were the Thermus aquatic us and Thermus thermophiles. As in the second phase various reaction conditions were investigated. Data indicated that the newly engineered chimeric DNA polymerase can be induced to copy RNA into DNA. Thus the intrinsic reverse transcriptase activity found in ancient DNA polymerases was localized into a domain and can be induced via appropriate reaction conditions.

Certificate for Two Shares of Capital Stock in The Henley Aquatic Association Limited

Certificate for 2 shares of capital stock in Henley Aquatic Association Limited to Hamilton K. Woodruff, Oct. 15, 1921.

Relation entre les espèces de mercure, le sélénium et les thiols dans les eaux de surface du parc national du Mont-Tremblant (Laurentides, Québec)

Les thiols et le sélénium peuvent jouer un rôle important dans la méthylation du mercure des environnements aquatiques. Pour démontrer la présence des thiols et du sélénium et leur relation avec le mercure dans certains écosystèmes d'eau douce québécois, une campagne d’échantillonnage fut réalisée durant l’été 2010, dans le parc national du Mont-Tremblant (Laurentides, Québec). Il existe une corrélation significative entre le sélénium et le mercure total dans l’eau des lacs du parc. Cependant, les concentrations de sélénium sont très faibles dans les lacs, les étangs de castor et les ruisseaux. Par ailleurs, les lacs du parc national du Mont-Tremblant ont des concentrations relativement élevées de méthylmercure avec une moyenne de 0,33 ng L-1 et des maximums allant jusqu’à 3,29 ng L-1. Les étangs de castor peuvent aussi être considérés comme des lieux de contamination au méthylmercure, avec une concentration moyenne de 0,95 ng L-1. Toutefois, la présence d’une colonie de castors sur le bassin versant d’un lac ne semble pas influencer les concentrations de mercure que l’on y retrouve. Deux thiols sont détectables dans l’eau de surface des Laurentides, soit le glutathion et l’acide thioglycolique. La concentration de ce dernier thiol est corrélée significativement avec celle du mercure total et du méthylmercure. Les thiols peuvent jouer un rôle important dans les processus de méthylation en favorisant le transport du mercure inorganique à l’intérieur des bactéries sulfato-réductrices. Afin de mieux comprendre l’action antagoniste entre le sélénium et le mercure, des études devraient être réalisées au niveau des tissus des organismes vivants dans ces zones pauvres en sélénium.

La toxoplasmose chez les Inuits : investigation de l'écologie de toxoplasma gondii dans l'Arctique canadien

Toxoplasma gondii, un protozoaire très répandu dans le monde, peut infecter de nombreuses espèces homéothermes incluant les mammifères et les oiseaux qui développent alors une toxoplasmose. L’impact de la toxoplasmose en termes de santé publique est majeur, particulièrement chez les personnes immunodéprimées et les foetus. Les niveaux d’infection humaine dans certaines régions de l’Arctique Canadien sont parmi les plus élevés au monde et ce, malgré l’absence de félidés qui sont les seuls hôtes capables d’excréter T. gondii. Plusieurs études ont suggéré la consommation de viande crue de mammifères marins et notamment de phoques comme source d’infection des Inuits. Notre travail de recherche visait à comprendre les mécanismes de dispersion de T. gondii dans les écosystèmes aquatiques menant à la contamination du milieu marin de l’Arctique par des oocystes, et à évaluer l’importance de cette voie de dispersion dans l’infection des phoques et conséquemment dans celle des Inuits. Notre hypothèse était que les oocystes de T. gondii, excrétés durant l’hiver par des félidés dans le Subarctique et transportés par les rivières pendant la fonte printanière, contaminaient les estuaires de l’Arctique Canadien. Dans un premier temps, une étude transversale de séroprévalence chez les phoques de l’Arctique Canadien a montré que ces populations étaient infectées par T. gondii et pouvaient ainsi a priori constituer une source d’infection pour les Inuit. Des variations spatio-temporelles de la séroprévalence étaient observées suggérant un lien potentiel avec des variations dans la contamination environnementale par les oocystes. Un schéma conceptuel explicitant les mécanismes de transport et de devenir des oocystes de T. gondii, du phénomène de la fonte de la neige jusqu’à l’exposition des organismes marins, a été proposé dans le chapitre suivant. Des interactions entre les différents mécanismes identifiés, qui agissent sur des échelles spatio-temporelles variées, devraient favoriser l’apparition de concentrations relativement élevées aux estuaires permettant ainsi l’exposition et potentiellement l’infection de phoques. Pour évaluer la contamination environnementale par les oocystes excrétés par la population de lynx du bassin versant de l’Arctique Canadien (les seuls félidés majoritairement distribués dans ce vaste territoire), nous avons mené une étude sérologique de type transversale dans cette population. Cette étude a permis de montrer que des lynx étaient infectés par T. gondii et a également suggéré que la dynamique des cycles de populations lynx-lièvres pouvait être un processus important dans la transmission de T. gondii. Finalement, la modélisation du transport hydrique des oocystes a indiqué que les concentrations hypothétiques d’oocystes dans l’eau de la fonte pourraient être suffisantes pour permettre l’exposition au niveau des estuaires de bivalves filtreurs, qui sont des proies pour les phoques et donc potentiellement des sources infectieuses pour ces derniers. Dans des écosystèmes nordiques en pleine mutation, la compréhension des mécanismes de transmission d’agents pathogènes d’origine hydrique comme T. gondii est plus que nécessaire, notamment dans le but de protéger les populations fragilisées de ces régions.

Classification et relations entre les traits fonctionnels des crustacés zooplanctoniques : de l’organisme à l’écosystème

Les écologistes reconnaissent depuis longtemps que les organismes sont soutenus par le flux, l’emmagasinage et le renouvellement d’énergie et de matériel de l’écosystème, puisqu’ils sont nécessaires au métabolisme biologique et à la construction de biomasse. L’importance des organismes dans la régularisation des processus écosystémiques est maintenant de plus en plus considérée. Situé au centre des chaînes trophiques aquatiques, le zooplancton influence les flux d’énergie et de matériel dans les écosystèmes. Plusieurs de leurs caractéristiques sont connues comme étant de bons indicateurs de leur effet sur l’environnement, notamment leur taille, contenu corporel et taux métabolique. La plupart de ces caractéristiques peuvent être appelées « traits fonctionnels ». Alors que l’emploi des traits devient de plus en plus populaire en écologie des communautés aquatiques, peu ont su utiliser cette approche afin de concrètement lier la structure des communautés zooplanctoniques aux processus écosystémiques. Dans cette étude, nous avons colligé les données provenant d’une grande variété de littérature afin de construire une base de données sur les traits du zooplancton crustacé contribuant directement ou indirectement aux flux de C, N et P dans les écosystèmes. Notre méta-analyse a permis d’assembler plus de 9000 observations sur 287 espèces et d’identifier par le fait même ce qu’il manque à nos connaissances. Nous avons examiné une série de corrélations croisées entre 16 traits, dont 35 étaient significatives, et avons exploré les relations entre les unités taxonomiques de même qu’entre les espèces marines et d’eaux douces. Notre synthèse a entre autres révélé des patrons significativement différents entre le zooplancton marin et dulcicole quant à leur taux de respiration et leur allométrie (masse vs. longueur corporelle). Nous proposons de plus une nouvelle classification de traits liant les fonctions des organismes à celles de l’écosystème. Notre but est d’offrir une base de données sur les traits du zooplancton, des outils afin de mieux lier les organismes aux processus écosystémiques et de stimuler la recherche de patrons généraux et de compromis entre les traits.

Lier la spéciation chimique du cérium à sa biodisponibilité sous différentes conditions environnementales

L’étude qui suit porte sur l’évaluation du risque écotoxicologique du cérium, l’élément le plus exploité de la famille des lanthanides. La présence grandissante de ce métal dans notre quotidien rend possible son relargage dans l’environnement. Il est donc primordial de comprendre l’impact qu’il aura sur les organismes vivant dans un système aquatique. Une approche centrée sur le modèle du ligand biotique a été utilisée pour évaluer adéquatement l’interaction entre le cérium et un ligand biotique à la surface de l’algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. Pour mener une étude sur le risque écotoxicologique d’un élément métallique il faut, avant tout, comprendre la spéciation (répartition sous ses différentes formes chimiques) de l’élément en question. Les premières sections du mémoire vont donc traiter des expériences qui ont été menées pour évaluer la spéciation du cérium dans les conditions expérimentales d’exposition à C. reinhardtii. Il sera question de faire la distinction entre la forme particulaire du métal et sa forme dissoute, de caractériser ces changements par spectroscopie ainsi que d’évaluer le pouvoir complexant de la matière organique naturelle. Les résultats montrent une importante déplétion du métal dissout en solution à pH neutre et basique et une forte interaction avec la matière organique naturelle, peu importe le pH de la solution. Ensuite, les expériences de bioaccumulation seront expliquéesen comparant l’effet du pH, de la présence d’un ion compétiteur et de la présence de matière organique naturelle sur les paramètres d’internalisation du cérium. Les résultats indiquent qu’à pH acide, le comportement du cérium est plus prévisible qu’à pH neutre. Néanmoins, en tenant compte de la complexité des milieux naturels, l’interaction du métal avec les molécules complexantes va diminuer son risque d’interaction avec un organisme vivant.

Phase Transitions of Trace Metals in the Aquatic Environment of Kuttanad, Kerala

This thesis is a modest attempt in assessing the trace metal levels and their behavior in the aquatic environment of Kuttanad, an aquatic system that is severely affected by man’s intervention on natural processes, by study seriously evaluating the levels of trace metals in dissolved and particulate phases and also in the different chemical fractions of the sediments. Understanding of the distributions, variations and transfer processes of trace metals in different environmental phases in the backwaters of Kuttanad is vital for the assessment of the water pollution problems and study the ecology of the area which contributes 20% of the rice production in the State of Kerala. Kuttand is a low-lying, shallow bay formed as a result of geological uplift. The major economic activity is agriculture involving 40% of the population. About 1.5% of the people are engaged in aquaculture. The trace metal distribution in the Kuttand backwaters is considerably influenced by the tropical features of the location and by human activities including agricultural activities and construction of salinity barrier. In this study an attempt is made to differentiate the metals in the sediment into exchangeable, reducible and resistant fractions in the sediments.

Environmental Impacts of Chromated Copper Arsenate (CCA) Treated Rubber Wood for Aquatic Applications

Faculty of Marine Sciences, Cochin University of Science and Technology

Chromated Copper Arsenate (CCA) Treatment for Rubber Wood Preservation and its Impact on the Aquatic Biota

Faculty of Marine Sciences, Cochin University of Science and Technology