Spatial compartmentalization of free radical formation and mitochondrial heterogeneity in bivalve gills revealed by live-imaging techniques, supplementary material

Live-imaging techniques (LIT) utilize target-specific fluorescent dyes to visualize biochemical processes using confocal and multiphoton scanning microscopy, which are increasingly employed as non-invasive approach to physiological in-vivo and ex-vivo studies. Here we report application of LIT to bivalve gills for ex-vivo analysis of gill physiology and mapping of reactive oxygen (ROS) and nitrogen (RNS) species formation in the living tissue. Our results indicate that H2O2, HOO. and ONOO- radicals (assessed through C-H2DFFDA staining) are mainly formed within the blood sinus of the filaments and are likely to be produced by hemocytes as defense against invading pathogens. The oxidative damage in these areas is controlled by enhanced CAT (catalase) activities recorded within the filaments. The outermost areas of the ciliated epithelial cells composing the filaments, concentrated the highest mitochondrial densities (MTK Deep Red 633 staining) and the most acidic pH values (as observed with ageladine-a). These mitochondria have low (depolarized) membrane potentials (D psi m) (JC-1 staining), suggesting that the high amounts of ATP required for ciliary beating may be in part produced by non-mitochondrial mechanisms, such as the enzymatic activity of an ATP-regenerating kinase. Nitric oxide (NO, DAF-2DA staining) produced in the region of the peripheral mitochondria may have an effect on mitochondrial electron transport and possibly cause the low membrane potential. High DAF-2DA staining was moreover observed in the muscle cells composing the wall of the blood vessels where NO may be involved in regulating blood vessel diameter. On the ventral bend of the gills, subepithelial mucus glands (SMG) contain large mucous vacuoles showing higher fluorescence intensities for O2.- (DHE staining) than the rest of the tissue. Given the antimicrobial properties of superoxide, release of O2.- into the mucus may help to avoid the development of microbial biofilms on the gill surface. However, cells of the ventral bends are paying a price for this antimicrobial protection, since they show significantly higher oxidative damage, according to the antioxidant enzyme activities and the carbonyl levels, than the rest of the gill tissue. This study provides the first evidence that one single epithelial cell may contain mitochondria with significantly different membrane potentials. Furthermore, we provide new insight into ROS and RNS formation in ex-vivo gill tissues which opens new perspectives for unraveling the different ecophysiological roles of ROS and RNS in multifunctional organs such as gills.

Early - Late Miocene palaeoclimate data and palaefloras of 48 samples from Southern China

Southern China, especially Yunnan, has undergone high tectonic activity caused by the uplift of Himalayan Mountains during the Neogene, which led to a fast changing palaeogeography. Previous study shows that Southern China has been influenced by the Asian Monsoon since at least the Early Miocene. However, it is yet not well understood how intense the Miocene monsoon system was. In the present study, 63 fossil floras of 16 localities from Southern China are compiled and evaluated for obtaining available information concerning floristic composition, stratigraphic age, sedimentology, etc. Based on such reliable information, selected mega- and micro-floras have been analysed with the coexistence approach to obtain quantitative palaeoclimate data. Visualization of climate results in maps shows a distinct spatial differentiation in Southern China during the Miocene. Higher seasonalities of temperature and precipitation occur in the north and south parts of Southern China, respectively. During the Miocene, most regions of Southern China and Europe were both warm and humid. Central Eurasia was likely to be an arid center, which gradually spread westward and eastward. Our data provide information about Miocene climate patterns in Southern China and about the evolution of these patterns throughout the Miocene, and is also crucial to unravel and understand the climatic signals of global cooling and tectonic uplift.

Ecological investigations in the wadden area off Borkum, East Frisian Islands, Germany

Die Bodentiergemeinschaft des Wattenmeeres ist von Frühjahr bis Herbst eines jeden Jahres durch extrem hohe Dichten von Jungtieren charakterisiert. Die Kenntnisse über die Ansiedlung von fplanktischen Larven im Wattenmeer, sowie die Dynamik postlarvaler Stadien sind aufgrund der üblicherweise verwendeten, großen Siebmaschenweiten gering. Gerade aber diesen Altersstadien kommt möglicherweise eine besondere Stellung im Energiefluß des Wattenmeeres zu. An 5 Stationen (von NWL bis HWL, B1-B5) im Rückseitenwatt der ostfriesischen Insel Borkum wurden 1986 Ansiedlung, räumliche Verteilung, Wachstum, Mortalität und Produktion der Altersklasse 0 von Macoma balthica, Mya arenaria und Cerastoderma edule untersucht. Um die Ansiedlung der planktotrophen Larven dieser Arten zu beschreiben, wurden ihre Dichten in Plankton und Bodenproben miteinander verglichen. Die Untersuchungen zur Dynamik der benthischen Stadien wurden mit zwei in der Probenfläche und der Siebmaschenweite unterschiedlichen Probenserien durchgeführt. Die Drift postlarvaler Stadien wurde durch bodennahe Planktonfänge innerhalb des Eulitorals nachgewiesen. Parallel zu den Untersuchungen an der Endofauna wurden das Vorkommen und die Größe epibenthischer Räuber im Untersuchungsgebiet erfaßt. Die Hauptansiedlung von M. balthica- und M. arenaria-Larven erfolgte nahezu gleichzeitig Ende Mai/Anfang Juni. Die meisten Larven beider Arten gingen an der prielnächsten (tiefsten) Station (B1) zum Bodenleben über, gefolgt von der nächst höher gelegenen Station B2. Während frühe Bodenstadien von M. arenaria nicht im oberen Bereich des Watts (B3,B4) gefunden wurden, ist eine geringfügige Erstansiedlung von M. balthica in diesem Gebiet nicht auszuschließen. Ein die Ansiedlung limitierender Einfluß der relativ dichten Mya arenaria-Siedlung an den Stationen B1 und B2 sowie der Alttiere von M. balthica konnte nicht festgestellt werden. Die Ähnlichkeit des Ansiedlungsprozesses bei beiden Arten, die sich im Zahlenverhältnis Larvenangebot zu Anzahl der ersten Bodenstadien widerspiegelt, kann ein Hinweis auf eine überwiegend passive Ansiedlung der Larven am Boden sein. Der Ort der Hauptansiedlung von C. edule wurde durch den Transekt nicht erfaßt. Die Station B2 war zwar durch ein Herzmuschelfeld charakterisiert, dieses war aber nach zwei Eiswintern nahezu vollständig eliminiert. Der Abundanz der planktischen Larven zufolge war der Hauptansiedlungszeitraum ebenfalls Ende Mai/Anfang Juni. Zu dieser Zeit wurden nur vereinzelt frühe Bodenstadien an den Stationen B1 und B2 gefunden, keine an den Stationen B3 und B4. Während die frühen postlarvalen Stadien von M. arenaria überwiegend am Ort der Ansiedlung blieben, verbreiteten sich die von M. balthica bis in den oberen Bereich des Untersuchungsgebietes (B3-B5). Analog zu der Besiedlung dieser Gebiete durch postlarvale M. balthica wurde die im Verlauf des Untersuchungsjahres stattfindende Kolonisierung der Station B1 durch C. edule ebenfalls postlarvalem Transport zugeschrieben. Demzufolge spielt bei beiden Muschelarten postlarvaler Transport eine wichtige Rolle bei der Besiedlung von Habitaten. Planktonfänge innerhalb der bodennahen Wasserschicht bestätigten, daß im Untersuchungsgebiet M. balthica die am stärksten verdriftende Muschelart war, gefolgt von C. edule. Mortalität, Wachstum, mittlere Biomasse, Produktion und P/B-Verhältnis wurden für M. balthica an den Stationen B1, B3 und B4 sowie für M. arenaria an der Station B1 bestimmt. Wachstum und damit auch Produktion beider Arten erwiesen sich hier - wie an den höher gelegen Stationen (nur M. balthica) - als durch größenselektiven Feinddruck beeinflußt. Der Effekt postlarvalen Transports auf Wachstum wird diskutiert. Übergreifend über die auf Artebene diskutierten Ergebnisse wird die Bedeutung der Dispersion postlarvaler Stadien und die Wirkung epibenthischen Feinddrucks im Wattenmeer erörtert. Der Vergleich postlarvalen Transportes mit der Dispersion planktischer Larvenstadien, der Dispersion von Meiofauna und der Mobilität adulter Stadien der Makrofauna verdeutlicht, daß es sich hierbei um eine Strategie handeln kann, innerhalb eines unvorhersagbaren Biotops freiwerdende Ressourcen zu nutzen und dadurch Konkurrenz zu vermeiden. Es wird die Hypothese aufgestellt, daß Initialansiedlung und Immigration einerseits sowie Feinddruck und Emigration andererseits einen Regelkreis darstellen, der in verschiedenen Teilbereichen des Watts mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abläuft.

Contribution of woody habitat islands to the conservation of birds and their potential ecosystem services in an extensive Colombian rangeland

The conservation of birds and their habitats is essential to maintain well-functioning ecosystems including human-dominated habitats. In simplified or homogenized landscapes, patches of natural and semi-natural habitat are essential for the survival of plant and animal populations. We compared species composition and diversity of trees and birds between gallery forests, tree islands and hedges in a Colombian savanna landscape to assess how fragmented woody plant communities affect forest bird communities and how differences in habitat characteristics influenced bird species traits and their potential ecosystem function. Bird and tree diversity was higher in forests than in tree islands and hedges. Soil depth influenced woody species distribution, and canopy cover and tree height determined bird species distribution, resulting in plant and bird communities that mainly differed between forest and non-forest habitat. Bird and tree species and traits widely co-varied. Bird species in tree islands and hedges were on average smaller, less specialized to habitat and more tolerant to disturbance than in forest, but dietary differences did not emerge. Despite being less complex and diverse than forests, hedges and tree islands significantly contribute to the conservation of forest biodiversity in the savanna matrix. Forest fragments remain essential for the conservation of forest specialists, but hedges and tree islands facilitate spillover of more tolerant forest birds and their ecological functions such as seed dispersal from forest to the savanna matrix.

Abundance and biomass of in- and epibenthic invertebrate macrofauna in the German Bight from 1969 to 2000

In order to examine the long-term development of offshore macrozoobenthic soft-bottom communities of the German Bight, four representative permanent stations (MZB-SSd, -FSd, -Slt, -WB) have been sampled continuously since 1969. Inter-annual variability and possible long-term trends were analysed based on spring-time samples from 1969 until 2000. This is part of the ecological long-term series of the AWI and is supplemented by periodic large-scale mapping of the benthos. The main factors influencing the development of the benthic communities are biological interactions, climate, food supply (eutrophication) and the disturbance regime. The most frequent disturbances are sediment relocations during strong storms or by bottom trawling, while occasional oxygen deficiencies and extremely cold winters are important disturbance events working on a much larger scale. Benthic communities at the sampling stations show a large inter-annual variability combined with a variation on a roughly decadal scale. In accordance with large-scale system shifts reported for the North Sea, benthic community transitions occurred between roughly the 1970ies, 80ies and 90ies. The transitions between periods are not distinctly marked by strong changes but rather reflected in gradual changes of the species composition and dominance structure.