Aktivierung von Hämocyanin zur Tyrosinase

Ziel der Arbeit war die enzymatische Aktivierung von Cheliceraten-Hämocyanin zur Erforschung ihrer Phenoloxidase-Aktivität. Hierzu wurden zwei Hämocyanine in vergleichenden Untersuchungen herangezogen: Das bekannte 24-mer aus der Spinne Eurypelma californicum und das ebenfalls 24-mere Hämocyanin des Skorpions Pandinus imperator, dessen Struktur hier aufgeklärt wurde. Elektronenmikroskopisch und in der dynamischer Lichtstreuung sind sich beide Hämocyanine sehr ähnlich und sedimentieren bei analytischer Ultrazentrifugation ebenfalls in gleicher Weise (Sedimentationskoeffizient von 37 S (S20, W)). Durch Dissoziation im alkalischen Milieu gewinnt man bis zu zwölf Untereinheiten, von denen sich neun immunologisch unterscheiden lassen. Das absorptionsspektroskopische Verhalten von P. imperator- und E. californicum-Hämocyanin sowie Sekundärstrukturanalyse mittels CD-Spektroskopie ist nahezu identisch. Die Stabilität des Hämocyanins gegenüber Temperatur und Denaturierungsmitteln wurde mit Circulardichroismus- und Fluoreszenzspektroskopie sowie durch die enzymatische Aktivität untersucht. Erstmals konnten die Hämocyanine von P. imperator und E. californicum nicht nur zu einer stabilen Diphenoloxidase umgewandelt werden, sondern auch eine Monophenolhydroxylase-Aktivität induziert und reguliert werden. Für letztere Aktivität ist dabei die Präsenz von Tris- oder Hepes-Puffer wesentlich. Während sich die Monophenolhydroxylase-Aktivität nur auf Ebene der oligomeren Zustände beobachten lässt, erkennt man bei den isolierten Untereinheiten-Typen lediglich eine Diphenoloxidase-Aktivität. Bei dem Spinnen-Hämocyanin zeigen die Untereinheiten bc die stärkste katalytische Aktivität auf, bei P. imperator-Hämocyanin findet man drei bis vier Untereinheiten, die enzymatisch aktiv sind. Die Aktivierung mit SDS liefert den Hinweis, dass die Quartärstruktur in eine andere Konformation gebracht und nicht durch SDS denaturiert wird. Zugabe von Mg2+ reguliert die Phenoloxidase-Aktivität und verschiebt bei P. imperator-Hämocyanin die enzymatische Aktivität zugunsten der Diphenoloxidase. Mit keiner der zur Verfügung stehenden Methoden konnte jedoch ein Konformationsübergang eindeutig nachgewiesen werden. Die Stabilität scheint durch die niedrigen SDS-Konzentrationen nicht beeinträchtigt zu werden. Die sehr lange “Verzögerungsphase“ bei der Monophenolhydroxylase-Aktivität konnte durch Zugabe von katalytischem Diphenol drastisch verkürzt werden, was ein Hinweis auf die echte Tyrosinase-Aktivität des aktivierten Hämocyanins ist. Ein in vivo-Aktivator konnte bis jetzt noch nicht gefunden werden. Trotzdem scheinen die Hämocyanine in der Immunologie von Cheliceraten eine bedeutende Rolle zu spielen, indem sie die Rolle der Tyrosinasen / Phenoloxidasen beziehungsweise Catecholoxidasen übernehmen, die bei Cheliceraten nicht vorkommen. Weitere Möglichkeiten des Cheliceraten-Immunsystems, eindringende Fremdorganismen abzuwehren, wurden untersucht. Das Fehlen einer ´echten` Phenoloxidase-Aktivität bei den Cheliceraten, mit der Fähigkeit, sowohl mono- als auch diphenolische Substrate umzusetzen, stützt die Hypothese, dass aktiviertes Hämocyanin in vivo an die Stelle der Phenoloxidase tritt.

La ricerca del valore nell'impresa cooperativa di lavorazione e trasformazione: cooperative e imprese capitalistiche a confronto

La ricerca si propone un duplice obbiettivo: 1. provare, attraverso l’applicazione di un metodo teorico tradizionale di analisi economico-finanziaria, il livello ottimale di equilibrio finanziario fra accesso al credito esterno e capitale proprio; 2. mostrare l’utilità di alcuni strumenti finanziari partecipativi per la ricapitalizzazione dell’impresa cooperativa. Oggetto di studio è l’impresa cooperativa che si occupa di una o più fasi del processo di lavorazione, trasformazione e prima commercializzazione del prodotto agricolo conferito dai soci, confrontata con le imprese di capitali che svolgono la medesima attività. La società cooperativa e quella capitalistica saranno, pertanto analizzate in termini di liquidità generata, redditività prodotta e grado di indebitamento, attraverso il calcolo e l’analisi di una serie di indici, tratti dai rispettivi bilanci d’esercizio. È opportuno sottolineare che nella seguente trattazione sarà riservato uno spazio al tema della ricerca del valore nell’impresa cooperativa inteso come espressione della ricchezza creata dai processi aziendali in un determinato periodo di tempo tentando di definire, se esiste, una struttura finanziaria ottimale , ossia uno specifico rapporto tra indebitamento finanziario e mezzi propri, che massimizzi il valore dell’impresa. L’attenzione verso la struttura finanziaria, pertanto, non sarà solo rivolta al costo esplicito del debito o dell’equity, ma si estenderà anche alle implicazioni delle scelte di finanziamento sulle modalità di governo dell’impresa. Infatti molti studi di economia aziendale, e in particolar modo di gestione d’impresa e finanza aziendale, hanno trattato il tema dell’attività di governo dell’impresa, quale elemento in grado di contribuire alla creazione di valore non solo attraverso la selezione dei progetti d’investimento ma anche attraverso la composizione della struttura finanziaria.

Flut und Hitze: Auswirkungen extremer Klimaereignisse auf die epigäische Arthropodenfauna (Araneae – Spinnen) ufernaher Lebensräume (Auen, Polder) des Inselrheins bei Mainz

Die vorliegende Arbeit ist ein Teil des Projektes Flut und Hitze des Kompetenzzentrums Überflutung an der Universität Mainz. Die Ziele dieser Untersuchung waren: Die Artzusammensetzung und Phänologien der Spinnengemeinschaften von Uferhabitaten bei Mainz (Rheinland-Pfalz, Deutschland) zu ermitteln, anhand des Artenspektrums die Folgen langjähriger Trockenheit und die Auswirkungen des Extremsommers 2003 zu beschreiben, Einflüsse von Überflutungen festzustellen und die Submersionstoleranzen ausgewählter Arten zu bestimmen. Insgesamt wurden 27783 Spinnen aus 179 Arten und 24 Familien bearbeitet. Die Untersuchung umfasste einen Hartholzauwald bei Ingelheim am Rhein, den Hochwasserschutzpolder Ingelheim, sowie Tiermaterial von vier weiteren Uferstandorten und drei Inselstandorten des Rheins bei Mainz. Die Beprobung der Hartholzaue mit Barberfallen und Stammeklektoren erfolgte von Mai 2005 bis Mai 2008. Im Polder wurden von Oktober 2006 bis Mai 2008 mit Barberfallen und einem Vakuumsauger gefangen. Die Proben der weiteren Standorte stammten aus Barberfallenfängen der Jahre 2000 bis einschließlich 2005. In der seit Winter 2002/2003 nicht mehr überfluteten und im Sommer stark austrocknenden Hartholzaue wurde eine als xerotolerant zu bezeichnende Spinnenfauna vorgefunden. Dies galt insbesondere für die sehr artenreiche Stammregion. Zu den dominierenden Spezies zählten: Diplostyla concolor (Boden), Clubiona pallidula und Textrix denticulata (beide Stamm). Der Polder Ingelheim wurde überwiegend von euryöken Freilandbewohnern besiedelt, dominant kamen Oedothorax apicatus und Pardosa agrestis vor. Das Tiermaterial der Ufer- und Inselstandorte wies deutliche Unterschiede in der Artenzusammensetzung im Bezug auf die Flutungsintensität auf. Nach dem Ausbleiben von Hochwässern und dem starken Austrocknen der Standorte im Sommer 2003 wurden hygrobionte Arten wie Allomengea vidua kaum mehr vorgefunden, während sich xerotolerante Spezies ausbreiteten. Darüber hinaus wurden die Submersionstoleranzen ausgewählter Spinnenarten im Labor ermittelt. Die gewonnenen Daten lassen Vermuten, dass die getesteten Spinnenspezies durchaus in der Lage sind, bei niedrigen Wassertemperaturen eine kurze Flut submers zu überstehen. Unter hohen Temperaturen besteht dagegen keine Submersionstoleranz.

Comparative analysis of midline guidance and axon pathfinding in the chelicerates Achaearanea tepidariorum and Cupiennius salei

Die Neurogenese und axonale Wegfindung sind in den vergangenen Jahrzehnten Thema einer Vielzahl wissenschaftlicher Untersuchungen in den verschiedensten Organismen gewesen. Die zusammengetragenen Daten in Insekten und Crustaceen geben eine gute Übersicht darüber, wie das Nervensystem in Arthropoden aufgebaut wird. Die entwicklungsbiologischen Prozesse, die daran beteiligt sind, sind in den beiden genannten Gruppen sehr gut verstanden. In den Gruppen der Cheliceraten und Myriapoden jedoch wurden ähnliche Analysen bisher kaum durchgeführt. Das Hauptanliegen dieser Arbeit war es daher, Mechanismen in den Spinnen Achaearanea tepidariorum und Cupiennius salei, zwei Vertretern der Cheliceraten, zu untersuchen, die eine Rolle im Leitsystem der ventralen Mittellinie und bei der axonalen Wegfindung spielen. Eine Vorraussetzung hierfür sind Kenntnisse über die Architektur des Zentralnervensystems. In einem ersten Schritt beschrieb ich daher grundlegend die Morphologie des Nervensystems im Verlauf der gesamten Embryoalentwicklung. Ich konnte zeigen, dass in Spinnen ein für Arthropoden typisches Strickleiternervensystem gebildet wird. Dieses wird von segmental angelegten Neuronen geformt, wobei sowohl Gruppen von Zellen als auch einzelne Neurone daran beteiligt sind, die primären axonalen Trakte zu etablieren. Im Besonderen konnte ich eine Zelle identifizieren, die in Position, Projektionsmuster und der Expression des Markergens even-skipped vergleichbar zum PR2 Neuron in Drosophila ist, welches die posteriore Wurzel des Segmentalnervs anlegt.rnrnIn einem zweiten Ansatz untersuchte ich die ventrale Mittellinie in Spinnen im Bezug auf ihre mögliche Funktion in der axonalen Wegfindung. Es konnte gezeigt werden, dass es sich beim Epithel der Mittellinie, das die Lücke zwischen beiden Keimstreifhälften während des gesamten Prozesses der Inversion überspannt, um eine transiente Struktur handelt, die keine neuralen Zellen hervorbringt. Es ist daher vergleichbar mit der so genannten Floor plate in Vertebraten, die ebenfalls nur vorübergehend existiert. Die Untersuchung von single minded (sim) zeigte, dass es, anders als in Drosophila, wo sim ein wichtiges regulatorisches Gen für die korrekte Spezifizierung von Mittellinienzellen ist, nicht in den Zellen der Mittellinie, sondern in diesen benachbarten Zellen, exprimiert wird. Das ist vergleichbar mit Vertebraten. Zusätzlich konnte ich Expression von sim an den Basen der Gliedmassen und im Kopf nachweisen. Wie in Vertebraten könnte sim an der Musterbildung dieser Gewebe beteiligt sein. Dennoch spielt die Mittellinie in Spinnen eine wichtige Rolle als Organisator für auswachsende, kommissurale Axone. Diese Funktion teilt sie mit anderen Invertebraten und Vertebraten.rnrnDie Signaltransduktionskaskade, die an der axonalen Wegfindung an der Mittellinie beteiligt ist, ist in den verschiedensten Organismen hoch konserviert. In der vorliegenden Arbeit konnte ich sowohl in Achaearanea als auch in Cupiennius ein netrin Homolog identifizieren und eine konservierte Funktion des Wegfindungsmoleküls während der Bildung der Kommissuren aufzeigen. RNAi Experimente belegen, dass, wird die Funktion von netrin herunterreguliert, das Strickleiternervensystem nicht korrekt gebildet wird, ins Besondere die kommissuralen Faszikel. Des Weiteren konnte ich eine neue Funktion von netrin, die bisher in anderen Organsimen noch nicht beschrieben wurde, identifizieren. Neben seiner Rolle in der axonalen Wegfindung, scheint netrin auch an der epithelialen Morphogenese im zentralen Nervensystem beteiligt zu sein. In dieser Funktion scheint netrin in Gliazellen, die die epithelialen Vesikel der Invaginationsgruppen umhüllen, wichtig zu sein, um neurale Vorläuferzellen in einem undifferenzierten Zustand zu halten. Der Abbau von netrin Transkript durch RNA Interferenz führt zu einer verfrühten Segregation neuraler Vorläuferzellen aus dem epithelialen Verband der Invaginationsgruppen und zu einer Zunahme an Zellen, die den frühen Differenzierungsmarker islet exprimieren.

Sviluppo di tecniche per la progettazione delle reti di monitoraggio della qualita' dell'aria

L’obiettivo del lavoro consiste nell’implementare una metodologia operativa volta alla progettazione di reti di monitoraggio e di campagne di misura della qualità dell’aria con l’utilizzo del laboratorio mobile, ottimizzando le posizioni dei dispositivi di campionamento rispetto a differenti obiettivi e criteri di scelta. La revisione e l’analisi degli approcci e delle indicazioni fornite dalla normativa di riferimento e dai diversi autori di lavori scientifici ha permesso di proporre un approccio metodologico costituito da due fasi operative principali, che è stato applicato ad un caso studio rappresentato dal territorio della provincia di Ravenna. La metodologia implementata prevede l’integrazione di numerosi strumenti di supporto alla valutazione dello stato di qualità dell’aria e degli effetti che gli inquinanti atmosferici possono generare su specifici recettori sensibili (popolazione residente, vegetazione, beni materiali). In particolare, la metodologia integra approcci di disaggregazione degli inventari delle emissioni attraverso l’utilizzo di variabili proxy, strumenti modellistici per la simulazione della dispersione degli inquinanti in atmosfera ed algoritmi di allocazione degli strumenti di monitoraggio attraverso la massimizzazione (o minimizzazione) di specifiche funzioni obiettivo. La procedura di allocazione sviluppata è stata automatizzata attraverso lo sviluppo di un software che, mediante un’interfaccia grafica di interrogazione, consente di identificare delle aree ottimali per realizzare le diverse campagne di monitoraggio

Assessment and optimization of chemical industrial processes from a life cycle perspective

During the PhD program in chemistry, curriculum in environmental chemistry, at the University of Bologna the sustainability of industry was investigated through the application of the LCA methodology. The efforts were focused on the chemical sector in order to investigate reactions dealing with the Green Chemistry and Green Engineering principles, evaluating their sustainability in comparison with traditional pathways by a life cycle perspective. The environmental benefits associated with a reduction in the synthesis steps and the use of renewable feedstock were assessed through a holistic approach selecting two case studies with high relevance from an industrial point of view: the synthesis of acrylonitrile and the production of acrolein. The current approach wants to represent a standardized application of LCA methodology to the chemical sector, which could be extended to several case studies, and also an improvement of the current databases, since the lack of data to fill the inventories of the chemical productions represent a huge limitation, difficult to overcome and that can affects negatively the results of the studies. Results emerged from the analyses confirms that the sustainability in the chemical sector should be evaluated from a cradle-to-gate approach, considering all the stages and flows involved in each pathways in order to avoid shifting the environmental burdens from a steps to another. Moreover, if possible, LCA should be supported by other tools able to investigate the other two dimensions of sustainability represented by the social and economic issues.

Chemische und physikalische Charakterisierung von Aerosolpartikeln aus besonderen anthropogenen Emissionsquellen : ein integrativer Ansatz mittels online (HR-ToF-AMS)- und komplementärer offline (ATR-FTIR-Spektroskopie)-Analytik

Die Gesundheitseffekte von Aerosolpartikeln werden stark von ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften und somit den jeweiligen Bildungsprozessen und Quellencharakteristika beeinflusst. Während die Hauptquellen der anthropogenen Partikelemissionen gut untersucht sind, stellen die spezifischen Emissionsmuster zahlreicher kleiner Aerosolquellen, welche lokal und temporär zu einer signifikanten Verschlechterung der Luftqualität beitragen können, ein Forschungsdesiderat dar.rnIn der vorliegenden Arbeit werden in kombinierten Labor- und Feldmessungen durch ein integratives Analysekonzept mittels online (HR-ToF-AMS ) und filterbasierter offline (ATR-FTIR-Spektroskopie ) Messverfahren die weitgehend unbekannten physikalischen und chemischen Eigenschaften der Emissionen besonderer anthropogener Aerosolquellen untersucht. Neben einem Fußballstadion als komplexe Mischung verschiedener Aerosolquellen wie Frittieren und Grillen, Zigarettenrauchen und Pyrotechnik werden die Emissionen durch Feuerwerkskörper, landwirtschaftliche Intensivtierhaltung (Legehennen), Tief- und Straßenbauarbeiten sowie abwasserbürtige Aerosolpartikel in die Studie mit eingebunden. Die primären Partikelemissionen der untersuchten Quellen sind vorrangig durch kleine Partikelgrößen (dp < 1 µm) und somit eine hohe Lungengängigkeit gekennzeichnet. Dagegen zeigen die Aerosolpartikel im Stall der landwirtschaftlichen Intensivtierhaltung sowie die Emissionen durch die Tiefbauarbeiten einen hohen Masseanteil von Partikeln dp > 1 µm. Der Fokus der Untersuchung liegt auf der chemischen Charakterisierung der organischen Partikelbestandteile, welche für viele Quellen die NR-PM1-Emissionen dominieren. Dabei zeigen sich wichtige quellenspezifische Unterschiede in der Zusammensetzung der organischen Aerosolfraktion. Die beim Abbrand von pyrotechnischen Gegenständen freigesetzten sowie die abwasserbürtigen Aerosolpartikel enthalten dagegen hohe relative Gehalte anorganischer Substanzen. Auch können in einigen spezifischen Emissionen Metallverbindungen in den AMS-Massenspektren nachgewiesen werden. Über die Charakterisierung der Emissionsmuster und -dynamiken hinaus werden für einige verschiedenfarbige Rauchpatronen sowie die Emissionen im Stall der Intensivtierhaltung Emissionsfaktoren bestimmt, die zur quantitativen Bilanzierung herangezogen werden können. In einem weiteren Schritt werden anhand der empirischen Daten die analytischen Limitierungen der Aerosolmassenspektrometrie wie die Interferenz organischer Fragmentionen durch (Hydrogen-)Carbonate und mögliche Auswertestrategien zur Überwindung dieser Grenzen vorgestellt und diskutiert.rnEine umfangreiche Methodenentwicklung zur Verbesserung der analytischen Aussagekraft von organischen AMS-Massenspektren zeigt, dass für bestimmte Partikeltypen einzelne Fragmentionen in den AMS-Massenspektren signifikant mit ausgewählten funktionellen Molekülgruppen der FTIR-Absorptionsspektren korrelieren. Bedingt durch ihre fehlende Spezifität ist eine allgemeingültige Interpretation von AMS-Fragmentionen als Marker für verschiedene funktionelle Gruppen nicht zulässig und häufig nur durch die Ergebnisse der komplementären FTIR-Spektroskopie möglich. Des Weiteren wurde die Verdampfung und Ionisation ausgewählter Metallverbindungen im AMS analysiert. Die Arbeit verdeutlicht, dass eine qualitative und quantitative Auswertung dieser Substanzen nicht ohne Weiteres möglich ist. Die Gründe hierfür liegen in einer fehlenden Reproduzierbarkeit des Verdampfungs- und Ionisationsprozesses aufgrund von Matrixeffekten sowie der in Abhängigkeit vorangegangener Analysen (Verdampferhistorie) in der Ionisationskammer und auf dem Verdampfer statt-findenden chemischen Reaktionen.rnDie Erkenntnisse der Arbeit erlauben eine Priorisierung der untersuchten anthropogenen Quellen nach bestimmten Messparametern und stellen für deren Partikelemissionen den Ausgangpunkt einer Risikobewertung von atmosphärischen Folgeprozessen sowie potentiell negativen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit dar. rn

Expression of defensins in non-infected araneomorph spiders

Defensins are a major family of antimicrobial peptides found throughout the phylogenetic tree. From the spider species: Cupiennius salei, Phoneutria reidyi, Polybetes pythagoricus, Tegenaria atrica, and Meta menardi, defensins belonging to the 'ancestral' class of invertebrate defensins were cloned and sequenced. The deduced amino acid sequences contain the characteristic six cysteines of this class of defensins and reveal precursors of 60 or 61 amino acid residues. The mature peptides consist of 37 amino acid residues, showing up to 70% identities with tick and scorpion defensins. In C. salei, defensin mRNA was found to be constitutively expressed in hemocytes, ovaries, subesophageal nerve mass, hepatopancreas, and muscle tissue. This is the first report presenting and comparing antimicrobial peptides belonging to the family of defensins from spiders.

Venom composition and strategies in spiders: is everything possible?

This review on all spider venom components known by the end of 2010 bases on 1618 records for venom compounds from 174 spider species (= 0.41% of all known species) belonging to 32 families (= 29% of all existing spider families). Spiders investigated for venom research are either big (many mygalomorph species, Nephilidae, Ctenidae and Sparassidae) or medically important for humans (e.g. Loxosceles or Latrodectus species). Venom research widely ignored so far the two most species-rich families (Salticidae and Linyphiidae) and strongly neglected several other very abundant families (Araneidae, Lycosidae, Theridiidae, Thomisidae and Gnaphosidae). We grouped the known 1618 records for venom compounds into six categories: low molecular mass compounds (16 % of all compounds), acylpolyamines (11 %), linear peptides (6 %), cysteine-knotted mini-proteins (60 %), neurotoxic proteins (1 %) and enzymes (6 %). Low molecular mass compounds are known from many spider families and contain organic acids, nucleosides, nucleotides, amino acids, amines, polyamines, and some further substances, many of them acting as neurotransmitters. Acylpolyamines contain amino acids (Araneidae and Nephilidae) or not (several other families) and show a very high diversity within one species. Linear peptides, also called cytolytic, membranolytic or antimicrobial, exert a highly specific structure and are so far only known from Ctenidae, Lycosidae, Oxyopidae and Zodariidae. Cysteine-knotted mini-proteins represent the majority of venom compounds because research so far focused on them. They probably occur in most but not all spider families. Neurotoxic proteins so far are only known from theridiid spiders. Enzymes had been neglected for some time but meanwhile it becomes obvious that they play an important role in spider venoms. Sixteen enzymes either cleave polymers in the extracellular matrix or target phospholipids and related compounds in membranes. The overall structure of these compounds is given and the function, as far as it is known, is described. Since several of these component groups are presented in one average spider venom, we discuss the known interactions and synergisms and give reasons for such a functional redundancy. We also discuss main evolutionary pathways for spider venom compounds such as high variability among components of one group, synergistic interactions between cysteine-knotted mini-proteins and other components (low molecular mass compounds and linear peptides), change of function from ion-channel acting mini-proteins to cytolytic effects and replacement of mini-proteins by linear peptides, acylpolyamines, large proteins or enzymes. We also add first phylogenetic considerations.

Cupiennin 1a exhibits a remarkably broad, non-stereospecific cytolytic activity on bacteria, protozoan parasites, insects, and human cancer cells

Cupiennin 1a, a cytolytic peptide isolated from the venom of the spider Cupiennius salei, exhibits broad membranolytic activity towards bacteria, trypanosomes, and plasmodia, as well as human blood and cancer cells. In analysing the cytolytic activity of synthesised all-d- and all-l-cupiennin 1a towards pro- and eukaryotic cells, a stereospecific mode of membrane destruction could be excluded. The importance of negatively charged sialic acids on the outer leaflet of erythrocytes for the binding and haemolytic activity of l-cupiennin 1a was demonstrated. Reducing the overall negative charges of erythrocytes by partially removing their sialic acids or by protecting them with tri- or pentalysine results in reduced haemolytic activity of the peptide.

Sensitivity of atmospheric CO2 and climate to explosive volcanic eruptions

Impacts of low-latitude, explosive volcanic eruptions on climate and the carbon cycle are quantified by forcing a comprehensive, fully coupled carbon cycle-climate model with pulse-like stratospheric aerosol optical depth changes. The model represents the radiative and dynamical response of the climate system to volcanic eruptions and simulates a decrease of global and regional atmospheric surface temperature, regionally distinct changes in precipitation, a positive phase of the North Atlantic Oscillation, and a decrease in atmospheric CO2 after volcanic eruptions. The volcanic-induced cooling reduces overturning rates in tropical soils, which dominates over reduced litter input due to soil moisture decrease, resulting in higher land carbon inventories for several decades. The perturbation in the ocean carbon inventory changes sign from an initial weak carbon sink to a carbon source. Positive carbon and negative temperature anomalies in subsurface waters last up to several decades. The multi-decadal decrease in atmospheric CO2 yields a small additional radiative forcing that amplifies the cooling and perturbs the Earth System on longer time scales than the atmospheric residence time of volcanic aerosols. In addition, century-scale global warming simulations with and without volcanic eruptions over the historical period show that the ocean integrates volcanic radiative cooling and responds for different physical and biogeochemical parameters such as steric sea level or dissolved oxygen. Results from a suite of sensitivity simulations with different magnitudes of stratospheric aerosol optical depth changes and from global warming simulations show that the carbon cycle-climate sensitivity γ, expressed as change in atmospheric CO2 per unit change in global mean surface temperature, depends on the magnitude and temporal evolution of the perturbation, and time scale of interest. On decadal time scales, modeled γ is several times larger for a Pinatubo-like eruption than for the industrial period and for a high emission, 21st century scenario.

The Repairing of Misconceptions through the Use of Inquiry-Based Activities

Misconceptions exist in all fields of learning and develop through a person’s preconception of how the world works. Students with misconceptions in chemical engineering are not capable of correctly transferring knowledge to a new situation and will likely arrive at an incorrect solution. The purpose of this thesis was to repair misconceptions in thermodynamics by using inquiry-based activities. Inquiry-based learning is a method of teaching that involves hands-on learning and self-discovery. Previous work has shown inquiry-based methods result in better conceptual understanding by students relative to traditional lectures. The thermodynamics activities were designed to guide students towards the correct conceptual understanding through observing a preconception fail to hold up through an experiment or simulation. The developed activities focus on the following topics in thermodynamics: “internal energy versus enthalpy”, “equilibrium versus steady state”, and “entropy”. For each topic, two activities were designed to clarify the concept and assure it was properly grasped. Each activity was coupled with an instructions packet containing experimental procedure as well as pre- and post-analysis questions, which were used to analyze the effect of the activities on the students’ responses. Concept inventories were used to monitor students’ conceptual understanding at the beginning and end of the semester. The results did not show a statistically significant increase in the overall concept inventory scores for students who performed the activities compared to traditional learning. There was a statistically significant increase in concept area scores for “internal energy versus enthalpy” and “equilibrium versus steady state”. Although there was not a significant increase in concept inventory scores for “entropy”, written analyses showed most students’ misconceptions were repaired. Students transferred knowledge effectively and retained most of the information in the concept areas of “internal energy versus enthalpy” and “equilibrium versus steady state”.

The Effect of Grade Point Average on Undergraduates' Understanding of Heat Transfer

Engineering students continue to develop and show misconceptions due to prior knowledge and experiences (Miller, Streveler, Olds, Chi, Nelson, & Geist, 2007). Misconceptions have been documented in students’ understanding of heat transfer(Krause, Decker, Niska, Alford, & Griffin, 2003) by concept inventories (e.g., Jacobi,Martin, Mitchell, & Newell, 2003; Nottis, Prince, Vigeant, Nelson, & Hartsock, 2009). Students’ conceptual understanding has also been shown to vary by grade point average (Nottis et al., 2009). Inquiry-based activities (Nottis, Prince, & Vigeant, 2010) haveshown some success over traditional instructional methods (Tasoglu & Bakac, 2010) in altering misconceptions. The purpose of the current study was to determine whether undergraduate engineering students’ understanding of heat transfer concepts significantly changed after instruction with eight inquiry-based activities (Prince & Felder, 2007) supplementing instruction and whether students’ self reported GPA and prior knowledge, as measured by completion of specific engineering courses, affected these changes. The Heat and Energy Concept Inventory (Prince, Vigeant, & Nottis, 2010) was used to assess conceptual understanding. It was found that conceptual understanding significantly increased from pre- to post-test. It was also found that GPA had an effect on conceptual understanding of heat transfer; significant differences were found in post-test scores onthe concept inventory between GPA groups. However, there were mixed results when courses previously taken were analyzed. Future research should strive to analyze how prior knowledge effects conceptual understanding and aim to reduce the limitations of the current study such as, sampling method and methods of measuring GPA and priorknowledge.

Can Andean medicine coexist with biomedical healthcare? A comparison of two rural communities in Peru and Bolivia

Background It is commonly assumed that indigenous medical systems remain strong in developing countries because biomedicine is physically inaccessible or financially not affordable. This paper compares the health-seeking behavior of households from rural Andean communities at a Peruvian and a Bolivian study site. The main research question was whether the increased presence of biomedicine led to a displacement of Andean indigenous medical practices or to coexistence of the two healing traditions. Methodology Open-ended interviews and free listing exercises were conducted between June 2006 and December 2008 with 18 households at each study site. Qualitative identification of households’ therapeutic strategies and use of remedies was carried out by means of content analysis of interview transcriptions and inductive interference. Furthermore, a quantitative assessment of the incidence of culture-bound illnesses in local ethnobiological inventories was performed. Results Our findings indicate that the health-seeking behavior of the Andean households in this study is independent of the degree of availability of biomedical facilities in terms of quality of services provided, physical accessibility, and financial affordability, except for specific practices such as childbirth. Preference for natural remedies over pharmaceuticals coexists with biomedical healthcare that is both accessible and affordable. Furthermore, our results show that greater access to biomedicine does not lead to less prevalence of Andean indigenous medical knowledge, as represented by the levels of knowledge about culture-bound illnesses. Conclusions The take-home lesson for health policy-makers from this study is that the main obstacle to use of biomedicine in resource-poor rural areas might not be infrastructural or economic alone. Rather, it may lie in lack of sufficient recognition by biomedical practitioners of the value and importance of indigenous medical systems. We propose that the implementation of health care in indigenous communities be designed as a process of joint development of complementary knowledge and practices from indigenous and biomedical health traditions.

Substance use disorder treatment programs in Switzerland and the USA: Program characteristics and 1-year outcomes

AIM: This study compared matched samples of substance use disorder (SUD) patients in Swiss and United States (US) residential treatment programs and examined the relationship of program characteristics to patients' substance use and psychosocial functioning at a 1-year follow-up. DESIGN AND SETTING: The study used a prospective, naturalistic design and a sample of 10 public programs in the German-speaking part of Switzerland and 15 US public treatment programs. PARTICIPANTS: A total of 358 male patients in Swiss programs were matched on age, marital status and education with 358 male patients in US programs. A total of 160 Swiss and 329 US patient care staff members also participated. MEASUREMENT: Patients completed comparable inventories at admission, discharge and 1-year follow-up to assess their substance use and psychological functioning and receipt of continuing care. Staff members reported on program characteristics and their beliefs about substance use. FINDINGS: Compared to Swiss patients, US patients had more severe substance use and psychological problems at intake and although they did not differ on abstinence and remission at follow-up, had somewhat poorer outcomes in other areas of functioning. Swiss programs were longer and included more individual treatment sessions; US programs included more group sessions and were more oriented toward a disease model of treatment. Overall, length of program, treatment intensity and 12-step orientation were associated with better 1-year outcomes for patients in both Swiss and US programs. CONCLUSIONS: The sample of Swiss and US programs studied here differed in patient and treatment characteristics; however, in general, there were comparable associations between program characteristics and patients' 1-year outcomes. These findings suggest that associations between treatment processes and patients' outcomes may generalize from one cultural context to another.