Insect herbivory, plant defense, and early Cenozoic climate change

Insect damage on fossil leaves from the Central Rocky Mountains, United States, documents the response of herbivores to changing regional climates and vegetation during the late Paleocene (humid, warm temperate to subtropical, predominantly deciduous), early Eocene (humid subtropical, mixed deciduous and evergreen), and middle Eocene (seasonally dry, subtropical, mixed deciduous and thick-leaved evergreen). During all three time periods, greater herbivory occurred on taxa considered to have short rather than long leaf life spans, consistent with studies in living forests that demonstrate the insect resistance of long-lived, thick leaves. Variance in herbivory frequency and diversity was highest during the middle Eocene, indicating the increased representation of two distinct herbivory syndromes: one for taxa with deciduous, palatable foliage, and the other for hosts with evergreen, thick-textured, small leaves characterized by elevated insect resistance. Leaf galling, which is negatively correlated with moisture today, apparently increased during the middle Eocene, whereas leaf mining decreased.

A Gene Encoding Proline Dehydrogenase Is Not Only Induced by Proline and Hypoosmolarity, but Is Also Developmentally Regulated in the Reproductive Organs of Arabidopsis1

The cDNA clone ERD5 (early responsive to dehydration), isolated from 1-h-dehydrated Arabidopsis, encodes a precursor of proline (Pro) dehydrogenase (ProDH), which is a mitochondrial enzyme involved in the first step of the conversion of Pro to glutamic acid. The transcript of the erd5 (ProDH) gene was undetectable when plants were dehydrated, but large amounts of transcript accumulated when plants were subsequently rehydrated. Accumulation of the transcript was also observed in plants that had been incubated under hypoosmotic conditions in media that contained l- or d-Pro. We isolated a 1.4-kb DNA fragment of the putative promoter region of the ProDH gene. The β-glucuronidase (GUS) reporter gene driven by the 1.4-kb ProDH promoter was induced not only by rehydration but also by hypoosmolarity and l- and d-Pro at significant levels in transgenic Arabidopsis plants. The promoter of the ProDH gene directs strong GUS activity in reproductive organs such as pollen and pistils and in the seeds of the transgenic plants. GUS activity was detected in vegetative tissues such as veins of leaves and root tips when the transgenic plants were exposed to hypoosmolarity and Pro solutions. GUS activity increased during germination of the transgenic plants under hypoosmolarity. The relationship between Pro metabolism and the physiological aspects of stress response and development are discussed.

Pollen specific expression of maize genes encoding actin depolymerizing factor-like proteins.

In pollen development, a dramatic reorganization of the actin cytoskeleton takes place during the passage of the pollen grain into dormancy and on activation of pollen tube growth. A role for actin-binding proteins is implicated and we report here the identification of a small gene family in maize that encodes actin depolymerizing factor (ADF)-like proteins. The ADF group of proteins are believed to control actin polymerization and depolymerization in response to both intracellular and extracellular signals. Two of the maize genes ZmABP1 and ZmABP2 are expressed specifically in pollen and germinating pollen suggesting that the protein products may be involved in pollen actin reorganization. A third gene, ZmABP3, encodes a protein only 56% and 58% identical to ZmABP1 and ZmABP2, respectively, and its expression is suppressed in pollen and germinated pollen. The fundamental biochemical characteristics of the ZmABP proteins has been elucidated using bacterially expressed ZmABP3 protein. This has the ability to bind monomeric actin (G-actin) and filamentous actin (F-actin). Moreover, it decreases the viscosity of polymerized actin solutions consistent with an ability to depolymerize filaments. These biochemical characteristics, taken together with the sequence comparisons, support the inclusion of the ZmABP proteins in the ADF group.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

Land use practices near tributary rivers and their influence on duckweed (Lemna obscura) bloom in the southern part of Lake Maracaibo, Venezuela: Sustainable solutions to address the issue

This study examined the relationship between land-use practices near tributary rivers in South Lake Maracaibo and the appearance of duckweed (Lemna obscura) in the lake. Four rivers were studied: The Mucujepe, Capaz, Guamo and Frio. Eight factors were assessed: rivers, sediments, erosion, soils, fertilizers, water quality, land use activities and vegetation corridors. Satellite images, official cartography, field visits and observations, water samples and personal communication with organizations involved were held to get an accurate and current assessment of the conditions. The study revealed the land-use practices surrounding the Pan-American Zone Rivers contribute to the duckweed blooming in Lake Maracaibo.

The “dehesa”, a key ecosystem in maintaining the diversity of Mediterranean saproxylic insects (Coleoptera and Diptera: Syrphidae)

The “dehesa” is a traditional Iberian agrosilvopastoral ecosystem characterized by the presence of old scattered trees that are considered as “keystone-structures”, which favor the presence of a wide range of biodiversity. We show the high diversity of saproxylic beetles and syrphids (Diptera) in this ecosystem, including red-listed species. We analyzed whether saproxylic species distribution in the “dehesa” was affected by tree density per hectare, dominant tree species or vegetation coverage. Species diversity did not correlate with tree density; however, it was affected by tree species and shrub coverage but in a different way for each taxon. The highest beetle diversity was linked to Quercus pyrenaica, the most managed tree species, with eight indicator species. In contrast, Q. rotundifolia hosted more species of saproxylic syrphids. Regarding vegetation coverage, shrub coverage was the only variable that affected insect richness, again in a different way for both taxa. In contrast, beetle species composition was only affected by dominant tree species whereas syrphid species composition was not affected by tree species or shrub coverage. We concluded that the high diversity of saproxylic insects in the “dehesa” is related to its long history of agrosilvopastoral management, which has generated landscape heterogeneity and preserved old mature trees. However, the richness and composition of different taxa of insects respond in different ways to tree species and vegetation coverage. Consequently, conservation strategies should try to maintain traditional management, and different saproxylic taxa should be used to monitor the effect of management on saproxylic diversity.

Aggregation dynamics and foraging behaviour of striped red mullet Mullus surmuletus in the western Mediterranean Sea

Habitat-related heterogeneity of striped red mullet Mullus surmuletus heterospecific foraging assemblages was examined off the coast of Spain. Video-based focal-follows conducted on 122 M. surmuletus assemblages (446 total individuals) revealed an array of attendant species (n = 7) with composition linked to benthic habitat complexity; bare sandy substrata were characterized by homospecific groups of M. surmuletus, while habitats with rock and vegetation attracted a variety of scrounging labrids and sparids. Although the nature of the relationship between M. surmuletus and attendants requires further exploration, the present study indicates that substratum composition can be a driving factor explaining the dynamics of this heterospecific assemblage.

Evolution of the landscape of Madeira Island: long-term vegetation dynamics

The aim of this thesis was to evaluate historical change of the landscape of Madeira Island and to assess spatial and temporal vegetation dynamics. In current research diverse “retrospective techniques”, such as landscape repeat photography, dendrochronology, and research of historical records were used. These, combined with vegetation relevés, aimed to gather information about landscape change, disturbance history, and vegetation successional patterns. It was found that landscape change, throughout 125 years, was higher in the last five decades manly driven by farming abandonment, building growth and exotic vegetation coverage increase. Pristine vegetation was greatly destroyed since early settlement and by the end of the nineteenth century native vegetation was highly devastated due to recurrent antropogenic disturbances. These actions also helped to block plant succession and to modify floristical assemblages, affecting as well as species richness. In places with less hemeroby, although significant growth of vegetation of lower seral stages was detected, the vegetation of most mature stages headed towards unbalance between recovery and loss, being also very vulnerable to exotic species encroachment. Recovery by native vegetation also occurred in areas formerly occupied by exotic plants and agriculture but it was almost negligible. Vegetation recovery followed the successional model currently proposed, attesting the model itself. Yet, succession was slower than espected, due to lack of favourable conditions and to recurrent disturbances. Probable tempus of each seral stage was obtained by growth rates of woody taxa estimated through dendrochronology. The exotic trees which were the dominant trees in the past (Castanea sativa and Pinus pinaster) almost vanished. Eucalyptus globulus, the current main tree of the exotic forest is being replaced by other cover types as Acacia mearnsii. The latter, along with Arundo donax, Cytisus scoparius and Pittosporum undulatum are currently the exotic species with higher invasive behaviour. However, many other exotic species have also proved to be highly pervasive and came together with the ones referred above to prevent native vegetation regeneration, to diminish biological diversity, and to block early successional phases delaying native forest recovery.