Environmental Structural Decomposition Analysis of Italian Emissions, 1995-2005

[spa] El estudio analiza la evolución de los gases de efecto invernadero (GEI) y las emisiones de acidificación para Italia durante el periodo 1995-2005. Los datos muestran que mientras las emisiones que contribuyen a la acidificación han disminuido constantemente, las emisiones de GEI han aumentado debido al aumento de dióxido de carbono. El objetivo de este estudio es poner de relieve cómo diferentes factores económicos, en particular el crecimiento económico, el desarrollo de una tecnología menos contaminante y la estructura del consumo, han impulsado la evolución de las emisiones. La metodología propuesta es un análisis de descomposición estructural (ADE), método que permite descomponer los cambios de la variable de interés entre las diferentes fuerzas y revelar la importancia de cada factor. Por otra parte, este estudio considera la importancia del comercio internacional e intenta incluir el “problema de la responsabilidad”. Es decir, a través de las relaciones comerciales internacionales, un país podría estar exportando procesos de producción contaminantes sin una reducción real de la contaminación implícita en su patrón de consumo. Con este fin, siguiendo primero un enfoque basado en la “responsabilidad del productor”, el ADE se aplica a las emisiones causadas por la producción nacional. Sucesivamente, el análisis se mueve hacia un enfoque basado en la “responsabilidad del consumidor" y la descomposición se aplica a las emisiones relacionadas con la producción nacional o la producción extranjera que satisface la demanda interna. De esta manera, el ejercicio permite una primera comprobación de la importancia del comercio internacional y pone de relieve algunos resultados a nivel global y a nivel sectorial.

Momentum dependence of the phi-meson nuclear transparency

The production of φ mesons in proton collisions with C, Cu, Ag, and Au targets has been studied via the φ → K + K − decay at an incident beam energy of 2.83 GeV using the ANKE detector system at COSY. For the first time, the momentum dependence of the nuclear transparency ratio, the in-medium φ width, and the differential cross section for φ -meson production at forward angles have been determined for these targets over the momentum range of 0.6-1.6 GeV /c. There are indications of a significant momentum dependence in the value of the extracted φ width, which corresponds to an effective φN absorption cross section in the range of 14-21 mb.

Newly described human polyomaviruses Merkel Cell, KI and WU are present in urban sewage and may represent potential environmental contaminants

Recently, three new polyomaviruses (KI, WU and Merkel cell polyomavirus) have been reported to infect humans. It has also been suggested that lymphotropic polyomavirus, a virus of simian origin, infects humans. KI and WU polyomaviruses have been detected mainly in specimens from the respiratory tract while Merkel cell polyomavirus has been described in a very high percentage of Merkel cell carcinomas. The distribution, excretion level and transmission routes of these viruses remain unknown. Here we analyzed the presence and characteristics of newly described human polyomaviruses in urban sewage and river water in order to assess the excretion level and the potential role of water as a route of transmission of these viruses. Nested-PCR assays were designed for the sensitive detection of the viruses studied and the amplicons obtained were confirmed by sequencing analysis. The viruses were concentrated following a methodology previously developed for the detection of JC and BK human polyomaviruses in environmental samples. JC polyomavirus and human adenoviruses were used as markers of human contamination in the samples. Merkel cell polyomavirus was detected in 7/8 urban sewage samples collected and in 2/7 river water samples. Also one urine sample from a pregnant woman, out of 4 samples analyzed, was positive for this virus. KI and WU polyomaviruses were identified in 1/8 and 2/8 sewage samples respectively. The viral strains detected were highly homologous with other strains reported from several other geographical areas. Lymphotropic polyomavirus was not detected in any of the 13 sewage neither in 9 biosolid/sludge samples analyzed. This is the first description of a virus isolated from sewage and river water with a strong association with cancer. Our data indicate that the Merkel cell polyomavirus is prevalent in the population and that it may be disseminated through the fecal/urine contamination of water. The procedure developed may constitute a useful tool for studying the excreted strains, prevalence and transmission of these recently described polyomaviruses.

How environmental sounds become meaningful

The term "sound object" describes an auditory experience that is associated with an acoustic event produced by a sound source. In natural settings, a sound produced by a living being or an object provides information about the identity and the location of the sound source. Sound's identity is orocessed alono the ventral "What" pathway which consists of regions within the superior and middle temporal cortices as well as the inferior frontal gyrus. This work concerns the creation of individual auditory object representations in narrow semantic categories and their plasticity using electrical imaging. Discrimination of sounds from broad category has been shown to occur along a temporal hierarchy and in different brain regions along the ventral "What" pathway. However, sounds belonging to the same semantic category, such as faces or voices, were shown to be discriminated in specific brain areas and are thought to represent a special class of stimuli. I have investigated how cortical representations of a narrow category, here birdsongs, is modulated by training novices to recognized songs of individual bird species. Dynamic analysis of distributed source estimations revealed differential sound object representations within the auditory ventral "What" pathway as a function of the level of expertise newly acquired. Correct recognition of trained items induces a sharpening within a left-lateralized semantic network starting around 200ms, whereas untrained items' processing occurs later in lower-level and memory-related regions. With another category of sounds belonging to the same category, here heartbeats, I investigated the cortical representations of correct and incorrect recognition of sounds. Source estimations revealed differential representations partially overlapping with regions involved in the semantic network that is activated when participants became experts in the task. Incorrect recognition also induces a higher activation when compared to correct recognition in regions processing lower-level features. The discrimination of heartbeat sounds is a difficult task and requires a continuous listening. I investigated whether the repetition effects are modulated by participants' behavioral performance. Dynamic source estimations revealed repetition suppression in areas located outside of the semantic network. Therefore, individual environmental sounds become meaningful with training. Their representations mainly involve a left-lateralized network of brain regions that are tuned with expertise, as well as other brain areas, not related to semantic processing, and occurring in early stages of semantic processing. -- Le terme objet sonore" décrit une expérience auditive associée à un événement acoustique produit par une source sonore. Dans l'environnement, un son produit par un être vivant ou un objet fournit des informations concernant l'identité et la localisation de la source sonore. Les informations concernant l'identité d'un son sont traitée le long de la voie ventrale di "Quoi". Cette voie est composée de regions situées dans le cortex temporal et frontal. L'objet de ce travail est d'étudier quels sont les neuro-mecanismes impliqués dans la représentation de nouveaux objets sonores appartenant à une meme catégorie sémantique ainsi que les phénomènes de plasticité à l'aide de l'imagerie électrique. Il a été montré que la discrimination de sons appartenant à différentes catégories sémantiques survient dans différentes aires situées le long la voie «Quoi» et suit une hiérarchie temporelle II a également été montré que la discrimination de sons appartenant à la même catégorie sémantique tels que les visages ou les voix, survient dans des aires spécifiques et représenteraient des stimuli particuliers. J'ai étudié comment les représentations corticales de sons appartenant à une même catégorie sémantique, dans ce cas des chants d'oiseaux, sont modifiées suite à un entraînement Pour ce faire, des sujets novices ont été entraînés à reconnaître des chants d'oiseaux spécifiques L'analyse des estimations des sources neuronales au cours du temps a montré que les representations des objets sonores activent de manière différente des régions situées le long de la vo,e ventrale en fonction du niveau d'expertise acquis grâce à l'entraînement. La reconnaissance des chants pour lesquels les sujets ont été entraînés implique un réseau sémantique principalement situé dans l'hémisphère gauche activé autour de 200ms. Au contraire, la reconnaissance des chants pour lesquels les sujets n'ont pas été entraînés survient plus tardivement dans des régions de plus bas niveau. J'ai ensuite étudié les mécanismes impliqués dans la reconnaissance et non reconnaissance de sons appartenant à une autre catégorie, .es battements de coeur. L'analyse des sources neuronales a montre que certaines régions du réseau sémantique lié à l'expertise acquise sont recrutées de maniere différente en fonction de la reconnaissance ou non reconnaissance du son La non reconnaissance des sons recrute des régions de plus bas niveau. La discrimination des bruits cardiaques est une tâche difficile et nécessite une écoute continue du son. J'ai étudié l'influence des réponses comportementales sur les effets de répétitions. L'analyse des sources neuronales a montré que la reconnaissance ou non reconnaissance des sons induisent des effets de repétition différents dans des régions situées en dehors des aires du réseau sémantique. Ainsi, les sons acquièrent un sens grâce à l'entraînement. Leur représentation corticale implique principalement un réseau d'aires cérébrales situé dans l'hémisphère gauche, dont l'activité est optimisée avec l'acquisition d'un certain niveau d'expertise, ainsi que d'autres régions qui ne sont pas liée au traitement de l'information sémantique. L'activité de ce réseau sémantique survient plus rapidemement que la prédiction par le modèle de la hiérarchie temporelle.

Environmental Structural Decomposition Analysis of Italian Emissions, 1995-2005

[spa] El estudio analiza la evolución de los gases de efecto invernadero (GEI) y las emisiones de acidificación para Italia durante el periodo 1995-2005. Los datos muestran que mientras las emisiones que contribuyen a la acidificación han disminuido constantemente, las emisiones de GEI han aumentado debido al aumento de dióxido de carbono. El objetivo de este estudio es poner de relieve cómo diferentes factores económicos, en particular el crecimiento económico, el desarrollo de una tecnología menos contaminante y la estructura del consumo, han impulsado la evolución de las emisiones. La metodología propuesta es un análisis de descomposición estructural (ADE), método que permite descomponer los cambios de la variable de interés entre las diferentes fuerzas y revelar la importancia de cada factor. Por otra parte, este estudio considera la importancia del comercio internacional e intenta incluir el “problema de la responsabilidad”. Es decir, a través de las relaciones comerciales internacionales, un país podría estar exportando procesos de producción contaminantes sin una reducción real de la contaminación implícita en su patrón de consumo. Con este fin, siguiendo primero un enfoque basado en la “responsabilidad del productor”, el ADE se aplica a las emisiones causadas por la producción nacional. Sucesivamente, el análisis se mueve hacia un enfoque basado en la “responsabilidad del consumidor" y la descomposición se aplica a las emisiones relacionadas con la producción nacional o la producción extranjera que satisface la demanda interna. De esta manera, el ejercicio permite una primera comprobación de la importancia del comercio internacional y pone de relieve algunos resultados a nivel global y a nivel sectorial.

Emerging environmental and weather challenges in outdoor sports

Given the climatic changes around the world and the growing outdoor sports participation, existing guidelines and recommendations for exercising in naturally challenging environments such as heat, cold or altitude, exhibit potential shortcomings. Continuous efforts from sport sciences and exercise physiology communities aim at minimizing the risks of environmental-related illnesses during outdoor sports practices. Despite this, the use of simple weather indices does not permit an accurate estimation of the likelihood of facing thermal illnesses. This provides a critical foundation to modify available human comfort modeling and to integrate bio-meteorological data in order to improve the current guidelines. Although it requires further refinement, there is no doubt that standardizing the recently developed Universal Thermal Climate Index approach and its application in the field of sport sciences and exercise physiology may help to improve the appropriateness of the current guidelines for outdoor, recreational and competitive sports participation. This review first summarizes the main environmental-related risk factors that are susceptible to increase with recent climate changes when exercising outside and offers recommendations to combat them appropriately. Secondly, we briefly address the recent development of thermal stress models to assess the thermal comfort and physiological responses when practicing outdoor activities in challenging environments.

Gas-phase photocatalytic oxidation of volatile organic compounds

Substances emitted into the atmosphere by human activities in urban and industrial areas cause environmental problems such as air quality degradation, respiratory diseases, climate change, global warming, and stratospheric ozone depletion. Volatile organic compounds (VOCs) are major air pollutants, emitted largely by industry, transportation and households. Many VOCs are toxic, and some are considered to be carcinogenic, mutagenic, or teratogenic. A wide spectrum of VOCs is readily oxidized photocatalytically. Photocatalytic oxidation (PCO) over titanium dioxide may present a potential alternative to air treatment strategies currently in use, such as adsorption and thermal treatment, due to its advantageous activity under ambient conditions, although higher but still mild temperatures may also be applied. The objective of the present research was to disclose routes of chemical reactions, estimate the kinetics and the sensitivity of gas-phase PCO to reaction conditions in respect of air pollutants containing heteroatoms in their molecules. Deactivation of the photocatalyst and restoration of its activity was also taken under consideration to assess the practical possibility of the application of PCO to the treatment of air polluted with VOCs. UV-irradiated titanium dioxide was selected as a photocatalyst for its chemical inertness, non-toxic character and low cost. In the present work Degussa P25 TiO2 photocatalyst was mostly used. In transient studies platinized TiO2 was also studied. The experimental research into PCO of following VOCs was undertaken: - methyl tert-butyl ether (MTBE) as the basic oxygenated motor fuel additive and, thus, a major non-biodegradable pollutant of groundwater; - tert-butyl alcohol (TBA) as the primary product of MTBE hydrolysis and PCO; - ethyl mercaptan (ethanethiol) as one of the reduced sulphur pungent air pollutants in the pulp-and-paper industry; - methylamine (MA) and dimethylamine (DMA) as the amino compounds often emitted by various industries. The PCO of VOCs was studied using a continuous-flow mode. The PCO of MTBE and TBA was also studied by transient mode, in which carbon dioxide, water, and acetone were identified as the main gas-phase products. The volatile products of thermal catalytic oxidation (TCO) of MTBE included 2-methyl-1-propene (2-MP), carbon monoxide, carbon dioxide and water; TBA decomposed to 2-MP and water. Continuous PCO of 4 TBA proceeded faster in humid air than dry air. MTBE oxidation, however, was less sensitive to humidity. The TiO2 catalyst was stable during continuous PCO of MTBE and TBA above 373 K, but gradually lost activity below 373 K; the catalyst could be regenerated by UV irradiation in the absence of gas-phase VOCs. Sulphur dioxide, carbon monoxide, carbon dioxide and water were identified as ultimate products of PCO of ethanethiol. Acetic acid was identified as a photocatalytic oxidation by-product. The limits of ethanethiol concentration and temperature, at which the reactor performance was stable for indefinite time, were established. The apparent reaction kinetics appeared to be independent of the reaction temperature within the studied limits, 373 to 453 K. The catalyst was completely and irreversibly deactivated with ethanethiol TCO. Volatile PCO products of MA included ammonia, nitrogen dioxide, nitrous oxide, carbon dioxide and water. Formamide was observed among DMA PCO products together with others similar to the ones of MA. TCO for both substances resulted in the formation of ammonia, hydrogen cyanide, carbon monoxide, carbon dioxide and water. No deactivation of the photocatalyst during the multiple long-run experiments was observed at the concentrations and temperatures used in the study. PCO of MA was also studied in the aqueous phase. Maximum efficiency was achieved in an alkaline media, where MA exhibited high fugitivity. Two mechanisms of aqueous PCO – decomposition to formate and ammonia, and oxidation of organic nitrogen directly to nitrite - lead ultimately to carbon dioxide, water, ammonia and nitrate: formate and nitrite were observed as intermediates. A part of the ammonia formed in the reaction was oxidized to nitrite and nitrate. This finding helped in better understanding of the gasphase PCO pathways. The PCO kinetic data for VOCs fitted well to the monomolecular Langmuir- Hinshelwood (L-H) model, whereas TCO kinetic behaviour matched the first order process for volatile amines and the L-H model for others. It should be noted that both LH and the first order equations were only the data fit, not the real description of the reaction kinetics. The dependence of the kinetic constants on temperature was established in the form of an Arrhenius equation.

Adaptive MCMC methods with applications in environmental and geophysical models

This work presents new, efficient Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulation methods for statistical analysis in various modelling applications. When using MCMC methods, the model is simulated repeatedly to explore the probability distribution describing the uncertainties in model parameters and predictions. In adaptive MCMC methods based on the Metropolis-Hastings algorithm, the proposal distribution needed by the algorithm learns from the target distribution as the simulation proceeds. Adaptive MCMC methods have been subject of intensive research lately, as they open a way for essentially easier use of the methodology. The lack of user-friendly computer programs has been a main obstacle for wider acceptance of the methods. This work provides two new adaptive MCMC methods: DRAM and AARJ. The DRAM method has been built especially to work in high dimensional and non-linear problems. The AARJ method is an extension to DRAM for model selection problems, where the mathematical formulation of the model is uncertain and we want simultaneously to fit several different models to the same observations. The methods were developed while keeping in mind the needs of modelling applications typical in environmental sciences. The development work has been pursued while working with several application projects. The applications presented in this work are: a winter time oxygen concentration model for Lake Tuusulanjärvi and adaptive control of the aerator; a nutrition model for Lake Pyhäjärvi and lake management planning; validation of the algorithms of the GOMOS ozone remote sensing instrument on board the Envisat satellite of European Space Agency and the study of the effects of aerosol model selection on the GOMOS algorithm.

Lectio praecursoria: Environmental policy evaluation concepts exemplified in the context of the European Unions strategy for better regulation

Lectio praecursoria 3.2.2006 Tampereen yliopisto

Synergism between a foldase and an unfoldase: reciprocal dependence between the thioredoxin-like activity of DnaJ and the polypeptide-unfolding activity of DnaK.

The role of bacterial Hsp40, DnaJ, is to co-chaperone the binding of misfolded or alternatively folded proteins to bacterial Hsp70, DnaK, which is an ATP-fuelled unfolding chaperone. In addition to its DnaK targeting activity, DnaJ has a weak thiol-reductase activity. In between the substrate-binding domain and the J-domain anchor to DnaK, DnaJ has a unique domain with four conserved CXXC motives that bind two Zn(2+) and partly contribute to polypeptide binding. Here, we deleted in DnaJ this Zn-binding domain, which is characteristic to type I but not of type II or III J-proteins. This caused a loss of the thiol-reductase activity and strongly reduced the ability of DnaJ to mediate the ATP- and DnaK-dependent unfolding/refolding of mildly oxidized misfolded polypeptides, an inhibition that was alleviated in the presence of thioredoxin or DTT. We suggest that in addition to their general ability to target misfolded polypeptide substrates to the Hsp70/Hsp110 chaperone machinery, Type I J-proteins carry an ancillary protein dithiol-isomerase function that can synergize the unfolding action of the chaperone, in the particular case of substrates that are further stabilized by non-native disulfide bonds. Whereas the unfoldase can remain ineffective without the transient untying of disulfide bonds by the foldase, the foldase can remain ineffective without the transient ATP-fuelled unfolding of wrong local structures by the unfoldase.

Environmental activity of bacteria degrading pollutants

Une des meilleures techniques pour décontaminer l'environnement d'éléments toxiques (comme par exemple le dibenzofuan, DBF et le 4-chlorophenol, 4CP) déposés par l'homme, à bas coûts et sans le perturber considérablement, est sans doute la biorémédiation, et particulièrement la bioaugmentation. Malheureusement, si plusieurs microorganismes ont démontré leur efficacité à dégrader les composés toxiques en conditions de laboratoire, plusieurs tentatives afin de les utiliser dans l'environnement n'ont pas abouti. Ces échecs sont probablement le résultat des pauvres connaissances des réactions de ces mêmes microorganismes dans l'environnement. L'objectif de mon travail a été de mieux comprendre les réponses de ces bactéries au niveau de leurs gènes lorsqu'elles sont introduites ou prospèrent dans des conditions plus proches de la réalité, mais encore suffisamment contrôlées pour pouvoir élucider leur comportement. Le fait de résister à des conditions de sécheresse a été considéré en tant que facteur clé dans la survie des bactéries amenées à être utilisées pour la biorémédiation; cela implique une série de mécanismes utilisés par la cellule pour faire face au stress hydrique. Le chapitre II, par une approche métagénomique, compare les réactions de trois souches prometteuses pour la biorémédiation (Arthrobacter chlorophenolicus A6, Sphingomonas wittichii RW1 and Pseudomonas veronii 1YdBTEX2) vis-à-vis du stress hydrique simulé en conditions de laboratoire. L'objectif ici est de découvrir et de décrire les stratégies de résistance au stress, communes ou spécifiques, employées par les bactéries. Mes résultats montrent que les trois souches ont des sensibilités différentes au stress hydrique. Entre les traits communs trouvés, il y a une diminution de l'expression des gènes flagellaires ainsi qu'une augmentation de l'expression de solutes compatibles, mais qui sont souche-spécifiques. J'ai étudié plus en détail la réponse génomique de RW1 par rapport aux inoculations ainsi que sa croissance dans le sable contaminé et non-stérile (chapitre III), et je les ai comparé à des cultures en milieu liquide. Mes résultats indiquent que RW1 peut résister efficacement et peut croître dans des conditions presque sèches et peut également dégrader le contaminant (DBF, dans le cas présent) si les pré-cultures sont réalisées dans le même type de contaminant. Par contre, notre hypothèse du chapitre II se révèle fausse car le comportement de RW1 est très diffèrent de celui observé dans des conditions avec stress hydrique induit par l'addition de sel ou de PEG. Plus intéressant, les réponses de RW1 en milieu liquide sont très différentes de celles observées dans le sable, révélant ainsi que cette souche peut reconnaître le milieu dans lequel elle se trouve. Les mêmes expériences en sable contaminé, cette fois-ci avec 4CP, ont été réalisées pour A6 (chapitre IV) dans l'espoir de compléter la comparaison entre le stress hydrique et l'adaptation dans le sol. Malheureusement, il n'a pas été possible d'obtenir d'échantillons de bonne qualité pour les hybridations des microarrays afin d'étudier la réponse transcriptionnelle dans les différentes phases de croissance dans le sable (contaminé ou non). Toutefois, j'ai appris qu'Arthrobacter ne peut pas croitre dans les sols hautement contaminés si les conditions du sol sont très sèches, elles ont en effet besoin de suffisamment d'eau pour dégrader des quantités importantes de 4CP. Ces observations dirigent l'attention sur le fait que les études sur l'efficacité de l'inoculation de bactéries doivent être testées dans des conditions le plus proche possible de l'environnement ciblé, tout comme les concentrations optimales pour l'inoculum. Finalement, nous avons étudié le comportement de A6 dans la phytosphère avec deux dégrés d'humidité (chapitre V). A6 ne montre pas de réaction particulière face aux changements d'humidité, et à nouveau, ces réponses ne peuvent être liées aux changements d'expression des gènes observées dans les conditions de stress hydrique simulées. Cette étude a permis d'identifier la présence de composés phénoliques dans les feuilles qui peuvent potentiellement améliorer les propriétés de dégradation ou qui permettent d'effectuer de façon plus rapide la réaction de dégradation des contaminants dans un processus de phytoremédiation par A. chlorophenolicus.