Field data, numerical simulations and probability analyses to assess lava flow hazards at Mount Etna

Improving lava flow hazard assessment is one of the most important and challenging fields of volcanology, and has an immediate and practical impact on society. Here, we present a methodology for the quantitative assessment of lava flow hazards based on a combination of field data, numerical simulations and probability analyses. With the extensive data available on historic eruptions of Mt. Etna, going back over 2000 years, it has been possible to construct two hazard maps, one for flank and the other for summit eruptions, allowing a quantitative analysis of the most likely future courses of lava flows. The effective use of hazard maps of Etna may help in minimizing the damage from volcanic eruptions through correct land use in densely urbanized area with a population of almost one million people. Although this study was conducted on Mt. Etna, the approach used is designed to be applicable to other volcanic areas.

Seawater carbonate chemistry and egg production, hatching and metabolic rates of a Mediterranean copepod species (Acartia clausi) in a laboratory experiment

This study includes the first information on the combined effect of low pH and raised temperature on egg production rate (EP), hatching success (HS), excretion and respiration of the Mediterranean copepod Acartia clausi. Adult individuals of A. clausi and fresh surface seawater were collected at a coastal station in Saronikos Gulf during April 2012. Four different conditions were applied: two different pH levels (present: 8.09 and future: 7.83) at two temperature values (present: 16°C and present+4 °C= 20°C). EP and HS success decreased significantly over the duration of exposure at future pH at both temperature conditions. However, the analysis of the combined effect of pH, T, chlorophyll a and the duration of the experiments on EP and HS revealed that ocean acidification had no discernible effect, whereas warming; food and the duration of exposure were more significant for the reproductive output of A. clausi. Temperature appeared to have a positive effect on respiration and excretion. Acidification had no clear effect on respiration, but a negative effect on the A. clausi excretion was observed. Acidification and warming resulted in the increase of the excretion rate and the increase was higher than that observed by warming only. Our findings showed that a direct effect of ocean acidification on copepod's vital rates was not obvious, except maybe in the case of excretion. Therefore, the combination of acidification with the ambient oligotrophic conditions and the warming could result in species being less able to allocate resources for coping with multiple stressors.

Seawater carbonate chemistry and calcification rate of eastern oyster Crassostrea virginica, 2011

Anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions reduce pH of marine waters due to the absorption of atmospheric CO2 and formation of carbonic acid. Estuarine waters are more susceptible to acidification because they are subject to multiple acid sources and are less buffered than marine waters. Consequently, estuarine shell forming species may experience acidification sooner than marine species although the tolerance of estuarine calcifiers to pH changes is poorly understood. We analyzed 23 years of Chesapeake Bay water quality monitoring data and found that daytime average pH significantly decreased across polyhaline waters although pH has not significantly changed across mesohaline waters. In some tributaries that once supported large oyster populations, pH is increasing. Current average conditions within some tributaries however correspond to values that we found in laboratory studies to reduce oyster biocalcification rates or resulted in net shell dissolution. Calcification rates of juvenile eastern oysters, Crassostrea virginica, were measured in laboratory studies in a three-way factorial design with 3 pH levels, two salinities, and two temperatures. Biocalcification declined significantly with a reduction of ~0.5 pH units and higher temperature and salinity mitigated the decrease in biocalcification.

Seawater carbonate chemistry, sample density and Strongylocentrotus purpuratus size, filtering and respiration rate during experiments, 2011

Anthropogenic CO2 emissions are acidifying the world's oceans. A growing body of evidence is showing that ocean acidification impacts growth and developmental rates of marine invertebrates. Here we test the impact of elevated seawater pCO2 (129 Pa, 1271 µatm) on early development, larval metabolic and feeding rates in a marine model organism, the sea urchin Strongylocentrotus purpuratus. Growth and development was assessed by measuring total body length, body rod length, postoral rod length and posterolateral rod length. Comparing these parameters between treatments suggests that larvae suffer from a developmental delay (by ca. 8%) rather than from the previously postulated reductions in size at comparable developmental stages. Further, we found maximum increases in respiration rates of + 100 % under elevated pCO2, while body length corrected feeding rates did not differ between larvae from both treatments. Calculating scope for growth illustrates that larvae raised under high pCO2 spent an average of 39 to 45% of the available energy for somatic growth, while control larvae could allocate between 78 and 80% of the available energy into growth processes. Our results highlight the importance of defining a standard frame of reference when comparing a given parameter between treatments, as observed differences can be easily due to comparison of different larval ages with their specific set of biological characters.

Seawater carbonate chemistry and calcification rate during mesocosm experiments with coral Montipora capitata, 2008

A long-term (10 months) controlled experiment was conducted to test the impact of increased partial pressure of carbon dioxide (pCO2) on common calcifying coral reef organisms. The experiment was conducted in replicate continuous flow coral reef mesocosms flushed with unfiltered sea water from Kaneohe Bay, Oahu, Hawaii. Mesocosms were located in full sunlight and experienced diurnal and seasonal fluctuations in temperature and sea water chemistry characteristic of the adjacent reef flat. Treatment mesocosms were manipulated to simulate an increase in pCO2 to levels expected in this century [midday pCO2 levels exceeding control mesocosms by 365 ± 130 µatm (mean ± sd)]. Acidification had a profound impact on the development and growth of crustose coralline algae (CCA) populations. During the experiment, CCA developed 25% cover in the control mesocosms and only 4% in the acidified mesocosms, representing an 86% relative reduction. Free-living associations of CCA known as rhodoliths living in the control mesocosms grew at a rate of 0.6 g buoyant weight per year while those in the acidified experimental treatment decreased in weight at a rate of 0.9 g buoyant weight per year, representing a 250% difference. CCA play an important role in the growth and stabilization of carbonate reefs, so future changes of this magnitude could greatly impact coral reefs throughout the world. Coral calcification decreased between 15% and 20% under acidified conditions. Linear extension decreased by 14% under acidified conditions in one experiment. Larvae of the coral Pocillopora damicornis were able to recruit under the acidified conditions. In addition, there was no significant difference in production of gametes by the coral Montipora capitata after 6 months of exposure to the treatments.

Mechanochemical synthesis of TiO2/NiFe2O4 magnetic catalysts for operation under RF field

Composite NiFe2O4–TiO2 magnetic catalysts were prepared by mechanochemical synthesis from a mixture of titania supported nickel ferrite nanoparticles and P25 titania (Evonic). The former provides fast and efficient heating under radiofrequency field, while the latter serves as an active catalyst or catalyst support. The highest heating rate was observed over a catalyst prepared for a milling time of 30 min. The catalytic activity was measured over the sulfated composite catalysts in the condensation of aniline and 3-phenylbutyric acid in a stirred tank reactor and in a continuous RF heated flow reactor in the 140–170 °C range. The product yield of 47% was obtained over the sulfated P25 titania catalyst in the flow reactor.

Le rôle des acides gras oméga-3 sur la balance énergétique, la régulation de l’appétit, l’état émotionnel et l’implication du récepteur GPR120

L’obésité est un facteur de risque lié à des problèmes physiques, émotionnels et comportementaux. Aujourd’hui, l’alimentation est composée d’un régime typiquement occidental «Western diet» qui est riche en acides gras saturés (AGS) et pauvre en acides gras polyinsaturés (AGPI) tel que les oméga-3 (N-3) et occasionnant un déséquilibre du ratio alimentaire N-6/N-3. Ce déséquilibre est une des causes de la prévalence des maladies mentales y compris celles des troubles de l'humeur et de l’anxiété. L’acide docosahexaénoïque (ADH, 22: 6 n-3) est l’acide gras (AG) le plus abondant dans le cerveau et son accumulation est particulièrement élevée pendant la période périnatale. Il joue un rôle important dans le développement neuronal et d'autres fonctions du cerveau tel l'apprentissage et la mémoire. Des perturbations de l’environnement périnatal peuvent influencer à très long terme l’avenir de la descendance en la rendant plus susceptible de développer des problèmes d’obésité dans un contexte nutritionnel riche. On ignore cependant si le déficit alimentaire chez la mère et particulièrement en ADH aura un impact sur la motivation alimentaire de la progéniture. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le rôle potentiel des N-3 sur la balance énergétique, la motivation alimentaire, la dépression et le niveau d’anxiété des descendants de souris mâles adultes assujetties à une alimentation riche en gras. Nos données ont démontré qu‘un régime maternel déficitaire en ADH durant la période périnatale incitait la descendance à fournir plus d’effort afin d’obtenir un aliment palatable. Ceci entraînerait un dérèglement de l’homéostasie énergétique en augmentant le gain de poids et en diminuant l’activité locomotrice tout en exacerbant le comportement de type anxieux dès que les souris sont exposées à un milieu obésogène. Les acides gras libres (AGL) sont des nutriments essentiels fonctionnant comme des molécules de signalisation dans le cerveau en ayant des récepteurs qui jouent un rôle important dans le contrôle du métabolisme énergétique. Parmi eux, on distingue un récepteur couplé à la protéine G (GPCR), le GPR120. Ce récepteur activé par les AGPI ω-3 intervient dans les mécanismes anti-inflammatoires et insulino-résistants via les N-3. Une mutation dans le gène GPR120 occasionnée par une réduction de l’activité de signalisation du gène est liée à l’obésité humaine. L'objectif premier de cette deuxième étude était d’évaluer l'impact de la stimulation pharmacologique de GPR120 dans le système nerveux central (SNC) sur l'alimentation, les dépenses d'énergie, le comportement de type anxieux et la récompense alimentaire. Nos résultats démontrent qu’une injection centrale aiguë d'agoniste GPR120 III réduit la prise alimentaire ad libitum et la motivation alimentaire pour un aliment riche en gras et en sucre; ainsi que les comportements de type anxieux. L’injection centrale chronique (21 jours) de ce même agoniste GPR120 III transmis par une pompe osmotique a démontré que les souris placées sous diète hypercalorique (HFD n’ont présenté aucune modification lors de la prise alimentaire ni de gain de poids mais qu’il y avait comparativement au groupe de véhicule, une réduction du comportement de type anxieux, que ce soit dans le labyrinthe en croix surélevé (LCS) ou dans le test à champ ouvert (OFT). L’ADH est reconnu pour ses propriétés anorexigènes au niveau central. De plus, la stimulation des récepteurs de GPR120 au niveau du cerveau avec un agoniste synthétique peut produire un effet intense intervenir sur le comportement lié à l'alimentation des rongeurs. Trouver une approche visant à contrôler à la fois la neuroinflammation, la récompense alimentaire et les troubles émotionnels aiderait assurément au traitement de l'obésité et du diabète de type 2.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

GPS inferred velocity and strain rate fields in eastern Canada

La vallée du fleuve Saint-Laurent, dans l’est du Canada, est l’une des régions sismiques les plus actives dans l’est de l’Amérique du Nord et est caractérisée par de nombreux tremblements de terre intraplaques. Après la rotation rigide de la plaque tectonique, l’ajustement isostatique glaciaire est de loin la plus grande source de signal géophysique dans l’est du Canada. Les déformations et les vitesses de déformation de la croûte terrestre de cette région ont été étudiées en utilisant plus de 14 ans d’observations (9 ans en moyenne) de 112 stations GPS fonctionnant en continu. Le champ de vitesse a été obtenu à partir de séries temporelles de coordonnées GPS quotidiennes nettoyées en appliquant un modèle combiné utilisant une pondération par moindres carrés. Les vitesses ont été estimées avec des modèles de bruit qui incluent les corrélations temporelles des séries temporelles des coordonnées tridimensionnelles. Le champ de vitesse horizontale montre la rotation antihoraire de la plaque nord-américaine avec une vitesse moyenne de 16,8±0,7 mm/an dans un modèle sans rotation nette (no-net-rotation) par rapport à l’ITRF2008. Le champ de vitesse verticale confirme un soulèvement dû à l’ajustement isostatique glaciaire partout dans l’est du Canada avec un taux maximal de 13,7±1,2 mm/an et un affaissement vers le sud, principalement au nord des États-Unis, avec un taux typique de −1 à −2 mm/an et un taux minimum de −2,7±1,4 mm/an. Le comportement du bruit des séries temporelles des coordonnées GPS tridimensionnelles a été analysé en utilisant une analyse spectrale et la méthode du maximum de vraisemblance pour tester cinq modèles de bruit: loi de puissance; bruit blanc; bruit blanc et bruit de scintillation; bruit blanc et marche aléatoire; bruit blanc, bruit de scintillation et marche aléatoire. Les résultats montrent que la combinaison bruit blanc et bruit de scintillation est le meilleur modèle pour décrire la partie stochastique des séries temporelles. Les amplitudes de tous les modèles de bruit sont plus faibles dans la direction nord et plus grandes dans la direction verticale. Les amplitudes du bruit blanc sont à peu près égales à travers la zone d’étude et sont donc surpassées, dans toutes les directions, par le bruit de scintillation et de marche aléatoire. Le modèle de bruit de scintillation augmente l’incertitude des vitesses estimées par un facteur de 5 à 38 par rapport au modèle de bruit blanc. Les vitesses estimées de tous les modèles de bruit sont statistiquement cohérentes. Les paramètres estimés du pôle eulérien de rotation pour cette région sont légèrement, mais significativement, différents de la rotation globale de la plaque nord-américaine. Cette différence reflète potentiellement les contraintes locales dans cette région sismique et les contraintes causées par la différence des vitesses intraplaques entre les deux rives du fleuve Saint-Laurent. La déformation de la croûte terrestre de la région a été étudiée en utilisant la méthode de collocation par moindres carrés. Les vitesses horizontales interpolées montrent un mouvement cohérent spatialement: soit un mouvement radial vers l’extérieur pour les centres de soulèvement maximal au nord et un mouvement radial vers l’intérieur pour les centres d’affaissement maximal au sud, avec une vitesse typique de 1 à 1,6±0,4 mm/an. Cependant, ce modèle devient plus complexe près des marges des anciennes zones glaciaires. Basées selon leurs directions, les vitesses horizontales intraplaques peuvent être divisées en trois zones distinctes. Cela confirme les conclusions d’autres chercheurs sur l’existence de trois dômes de glace dans la région d’étude avant le dernier maximum glaciaire. Une corrélation spatiale est observée entre les zones de vitesses horizontales intraplaques de magnitude plus élevée et les zones sismiques le long du fleuve Saint-Laurent. Les vitesses verticales ont ensuite été interpolées pour modéliser la déformation verticale. Le modèle montre un taux de soulèvement maximal de 15,6 mm/an au sud-est de la baie d’Hudson et un taux d’affaissement typique de 1 à 2 mm/an au sud, principalement dans le nord des États-Unis. Le long du fleuve Saint-Laurent, les mouvements horizontaux et verticaux sont cohérents spatialement. Il y a un déplacement vers le sud-est d’une magnitude d’environ 1,3 mm/an et un soulèvement moyen de 3,1 mm/an par rapport à la plaque l’Amérique du Nord. Le taux de déformation verticale est d’environ 2,4 fois plus grand que le taux de déformation horizontale intraplaque. Les résultats de l’analyse de déformation montrent l’état actuel de déformation dans l’est du Canada sous la forme d’une expansion dans la partie nord (la zone se soulève) et d’une compression dans la partie sud (la zone s’affaisse). Les taux de rotation sont en moyenne de 0,011°/Ma. Nous avons observé une compression NNO-SSE avec un taux de 3.6 à 8.1 nstrain/an dans la zone sismique du Bas-Saint-Laurent. Dans la zone sismique de Charlevoix, une expansion avec un taux de 3,0 à 7,1 nstrain/an est orientée ENE-OSO. Dans la zone sismique de l’Ouest du Québec, la déformation a un mécanisme de cisaillement avec un taux de compression de 1,0 à 5,1 nstrain/an et un taux d’expansion de 1.6 à 4.1 nstrain/an. Ces mesures sont conformes, au premier ordre, avec les modèles d’ajustement isostatique glaciaire et avec la contrainte de compression horizontale maximale du projet World Stress Map, obtenue à partir de la théorie des mécanismes focaux (focal mechanism method).

Growth and yield of red raspberries cultivated under open field condition vs. high tunnel or rain shelter in the northern canadian climate

La culture sous abris avec des infrastructures de type grands tunnels est une nouvelle technologie permettant d’améliorer la production de framboises rouges sous des climats nordiques. L’objectif principal de ce projet de doctorat était d’étudier les performances de ces technologies (grands tunnels vs. abris parapluie de type Voen, en comparaison à la culture en plein champ) et leur effets sur le microclimat, la photosynthèse, la croissance des plantes et le rendement en fruits pour les deux types de framboisiers non-remontants et remontants (Rubus idaeus, L.). Puisque les pratiques culturales doivent être adaptées aux différents environnements de culture, la taille d’été (pour le cultivar non-remontant), l’optimisation de la densité des tiges (pour le cultivar remontant) et l’utilisation de bâches réfléchissantes (pour les deux types des framboisiers) ont été étudiées sous grands tunnels, abris Voen vs. en plein champ. Les plants cultivés sous grands tunnels produisent en moyenne 1,2 et 1,5 fois le rendement en fruits commercialisables que ceux cultivés sous abri Voen pour le cv. non-remontant ‘Jeanne d’Orléans’ et le cv. remontant ‘Polka’, respectivement. Comparativement aux framboisiers cultivés aux champs, le rendement en fruits des plants sous grands tunnels était plus du double pour le cv. ‘Jeanne d’Orléans’ et près du triple pour le cv. ‘Polka’. L’utilisation de bâches réfléchissantes a entrainé un gain significatif sur le rendement en fruits de 12% pour le cv. ‘Jeanne d’Orléans’ et de 17% pour le cv. ‘Polka’. La taille des premières ou deuxièmes pousses a significativement amélioré le rendement en fruits du cv. ‘Jeanne d’Orléans’ de 26% en moyenne par rapport aux framboisiers non taillés. Des augmentations significatives du rendement en fruits de 43% et 71% du cv. ‘Polka’ ont été mesurées avec l’accroissement de la densité à 4 et 6 tiges par pot respectivement, comparativement à deux tiges par pot. Au cours de la période de fructification du cv. ‘Jeanne d’Orléans’, les bâches réfléchissantes ont augmenté significativement la densité de flux photonique photosynthétique (DFPP) réfléchie à la canopée inférieure de 80% en plein champ et de 60% sous grands tunnels, comparativement à seulement 14% sous abri Voen. Durant la saison de fructification du cv. ‘Polka’, un effet positif de bâches sur la lumière réfléchie (jusqu’à 42%) a été mesuré seulement en plein champ. Dans tous les cas, les bâches réfléchissantes n’ont présenté aucun effet significatif sur la DFPP incidente foliaire totale et la photosynthèse. Pour le cv. ‘Jeanne d’Orléans’, la DFPP incidente sur la feuille a été atténuée d’environ 46% sous le deux types de revêtement par rapport au plein champ. Par conséquent, la photosynthèse a été réduite en moyenne de 43% sous grands tunnels et de 17% sous abris Voen. Des effets similaires ont été mesurés pour la DFPP incidente et la photosynthèse avec le cv. Polka. En dépit du taux de photosynthèse des feuilles individuelles systématiquement inférieur à ceux mesurés pour les plants cultivés aux champs, la photosynthèse de la plante entière sous grands tunnels était de 51% supérieure à celle observée au champ pour le cv. ‘Jeanne d’Orléans’, et 46% plus élevée pour le cv. ‘Polka’. Ces résultats s’expliquent par une plus grande (près du double) surface foliaire pour les plants cultivés sous tunnels, qui a compensé pour le plus faible taux de photosynthèse par unité de surface foliaire. Les températures supra-optimales des feuilles mesurées sous grands tunnels (6.6°C plus élevé en moyenne que dans le champ), ainsi que l’atténuation de la DFPP incidente (env. 43%) par les revêtements de tunnels ont contribué à réduire le taux de photosynthèse par unité de surface foliaire. La photosynthèse de la canopée entière était étroitement corrélée avec le rendement en fruits pour les deux types de framboisiers rouges cultivés sous grands tunnels ou en plein champ.

Waves, bumps, and patterns in neural field theories

Neural field models of firing rate activity have had a major impact in helping to develop an understanding of the dynamics seen in brain slice preparations. These models typically take the form of integro-differential equations. Their non-local nature has led to the development of a set of analytical and numerical tools for the study of waves, bumps and patterns, based around natural extensions of those used for local differential equation models. In this paper we present a review of such techniques and show how recent advances have opened the way for future studies of neural fields in both one and two dimensions that can incorporate realistic forms of axo-dendritic interactions and the slow intrinsic currents that underlie bursting behaviour in single neurons.

Bioexploration of wild Alaskan berries: From field screening to functional food

Wild berries are fundamental components of traditional diet and medicine for Native American and Alaska Native tribes and contain a diverse array of phytochemicals, including anthocyanins and proanthocyanidins, with known efficacy against metabolic disorders. Bioexploration represents a new paradigm under which bioactive preparations are screened in coordination with indigenous communities, to prepare for subsequent in-depth chemical and biological analysis. The inclusive, participatory philosophical approach utilized in bioexploration has additional benefits that could be realized in seemingly disparate areas, such as education and economics. Five species of wild Alaskan berries (Vaccinium uliginosum, V. ovalifolium, Empetrum nigrum, Rubus chamaemorus, and R. spectabilis) were tested using “Screens-to-Nature” (STN), a community-participatory approach to screen for potential bioactivity, in partnership with tribal members from three geographically distinct Alaskan villages: Akutan, Seldovia, and Point Hope. Berries were subsequently evaluated via HPLC and LC-MS2, yielding significant species and location-based variation in anthocyanins (0.9-438.6 mg eq /100g fw) and proanthocyanins (73.7-625.2 mg eq /100g fw). A-type proanthocyanidin dimers through tetramers were identified in all species tested. Berries were analyzed for in vitro and in vivo activity related to diabetes and obesity. R. spectabilis samples increased preadipocyte-factor-1 levels by 82% over control, and proanthocyanidin-rich fractions from multiple species reduced lipid accumulation in 3T3-L1 adipocytes. Furthermore, extracts of V. uliginosum and E. nigrum (Point Hope) reduced serum glucose levels in C57bl/6j mice up to 45%. The same precepts of bioexploration, especially the inclusion of indigenous community perspectives and knowledge, have relevance in other areas of study, such as education and economics. Studies have established the apathetic, low-motivational environment characteristic of many introductory science laboratory classes is detrimental to student interest, learning, and continuation in scientific education. A primary means of arresting this decline and stimulating the students’ attention and excitement is via engagement in hands-on experimentation and research. Using field workshops, the STN system is investigated as to its potential as a novel participatory educational tool, using assays centered around bioexploration and bioactive plant compounds that hold the potential to offset human health conditions. This evaluation of the STN system provided ample evidence as to its ability to augment and improve science education. Furthermore, Strengths, Weaknesses, Opportunities, and Threats (SWOT) analysis was employed as a theoretical framework to review the potential benefits and hurdles associated with developing a wild Alaskan berry commodity. Synthesizing various sources of information – including logistics and harvest costs, sources of initial capital, opportunities in the current superfruit industry, and socioeconomic factors – the development of a berry commodity proves to be a complex amalgam of competing factors which would require a delicate balance before proceeding.