3D-Cryo-Elektronenmikroskopie des 4x6-Hämocyanins der Vogelspinne Eurypelma californicum unter Oxy- und Deoxybedingungen

Arthropodenhämocyanine und Molluskenhämocyanine, die extrazellulären Atmungsproteine der Arthropoden und Mollusken, unterscheiden sich grundsätzlich im Aufbau, besitzen aber ähnliche aktive Zentren, welche in ihrer oxydierten Form für die Blaufärbung der Hämocyanine verantwortlich sind. Sauerstoff wird im Bindungszentrum zwischen zwei, von sechs Histidinen ligandierten, Kupfer(I)Ionen gebunden. Arthropodenhämocyanine bauen sich artspezifisch aus 1, 2, 4, 6, oder 8 Hexameren mit D3-Symmetrie auf. Die Untereinheiten von je ca. 75 kDa falten sich in drei Domänen unterschiedlicher Funktionen. Der komplexe, hierarchische Zusammenbau der Arthropodenhämocyanine hängt von der Heterogenität der Untereinheiten ab. Die 7 verschieden Sequenzen des 4x6-Hämocyanins von Eurypelma californicum (EcHc) sind biochemisch in der Quartärstruktur lokalisiert. Bislang fehlte noch ein unabhängig erstelltes 3D-Modell der geometrischen Gesamtstruktur welche die hexamere und monomere Topographie eindeutig zeigt. Dessen Erstellung war Gegenstand dieser Arbeit, in Verbindung mit der Zielsetzung, die 3D-Rekonstruktion in den beiden extremen physiologischen Zuständen, mit und ohne gebundenen Sauerstoff, zu erzeugen. Dazu wurden in einer eigens entwickelten Atmosphären-Präparationskammer die Proteine in Lösung schockgefrorenen und mittels Cryo-3D-Elektronenmikroskopie gemessen. Aus den daraus gewonnen Projektionsbildern ließen sich mit der ”Single Particle Analyse“ die 3D-Informationen zurückberechnen. Die 3D-Rekonstruktionen wurden mit der publizierten Röntgenkristallstruktur des hexameren Referenz-Hämocyanins der Languste Panulirus interruptus verifiziert. Die Rekonstruktionen erlaubten die eindeutige Messung diverser in der Literatur diskutierter Parameter der Architektur des 4x6-EcHc und darüber hinaus weiterer geometrischer Parameter, welche hier erstmals veröffentlicht werden. SAXS-Daten sagen extreme Translationen und Rotationen von Teilquartärstrukturen zwischen oxy- und deoxy-EcHc voraus, was von den 3D-Rekonstruktionen der beiden Zustände nicht bestätigt werden konnte: Die 16 Å Rekonstruktion der Deoxyform weicht geometrisch nicht von der 21 Å Rekonstruktion der Oxyform ab. Die Einpassung der publizierten Röntgenstruktur der Untereinheit II des Hämocyanin des Pfeilschwanzkrebses Limulus polyphemus in die Rekonstruktionen unterstützt eine auf der hexameren Hierarchieebene lokalisierte Dynamik der Oxygenierung. Mittels Einpassung modellierter molekularer Strukturen der EcHc-Sequenzen konnte eine erste Vermutung zur Lokalisation der beiden zentralen Linker-Untereinheiten b und c des 4x6-Moleküls gemacht werden: Demnach würde Untereinheit b in den exponierten Hexameren des Moleküls liegen. Aussagen über die Quartärstrukturbindungen auf molekularer Ebene aufgrund der Einpassung modellierter molekularer Daten in die Rekonstruktionen sind als spekulativ einzustufen: a) Die Auflösung der Rekonstruktion ist verbesserungswürdig. b) Es gibt keine adäquate Vorlage für eine verlässliche Strukturvorhersage; die verschiedenen EcHc-Sequenzen liegen nur als Modellierung vor. c) Es wäre eine flexible Einpassung notwendig, um Ungenauigkeiten in den modellierten Strukturen durch Sekundärstrukturanpassung zu minimieren.

Systematics, phylogeny and biogeography of Cousinia (Asteraceae)

Die Systematik, Phylogenie und Biogeographie der Gattung Cousinia (Asteraceae, Cardueae) als größter Gattung der Tribus Cardueae mit mehr als 600 Arten wurde untersucht. Diese Dissertation umfasst drei Hauptteile: Im ersten Teil wurde die Phylogenie und Evolution des Arctium-Cousinia-Komplexes Untersucht. Dieser Gattungskomplex enthält Arctium, Cousinia, Hypacanthium und Schmalhausenia und zeigt die höchste Diversität in der Irano-Turanischen Region und in den Gebirgen Zentralasiens. Es wurden ITS und rpS4-trnT-trnL-Sequenzen für insgesamt 138 Arten generiert, darunter von 129 (von ca. 600) Arten von Cousinia. Wie in früheren Analysen bereits gefunden, ist Cousinia nicht monophyletisch. Stattdessen sind Cousinia subg. Cynaroides und subg. Hypacanthodes mit insgesamt ca. 30 Arten enger mit Arctium, Hypacanthium und Schmalhausenia (Arctioid Clade) als mit subg. Cousinia (Cousinioid Clade) verwandt. Die Arctioid und Cousiniod clades werden auch durch Pollenmorphologie und Chromosomenzahl unterstützt, wie bereits früher bekannt war. In dem Arctioid Clade entsprechen morphologische Gattungsgrenzen, basierend auf Blattform, Blattbedornung und Morphologie der Involukralblätter, nicht den in der molekularen analyse gefundenen clades. Es kann keine taxonomische Lösung für diesen Konflikt gefunden werden, und die gennanten Merkmale wurden als homoplastisch betrachtet. Obwohl die phylogenetische Auflösung in dem Cousinioid Clade schlecht ist, enthalten die ITS und rpS4-trnT-trnL-Sequenzen phylogenetische Information. So gruppierten z.B. die sechs annuellen Arten in zwei Gruppen. Schlechte phylogenetische Auflösung resultiert wahrscheinlich aus dem Mangel an Merkmalen und der großen Artenzahl in dieser artenreichen und vergleichsweise jungen (ca. 8,7 mya) Linie. Artbildung in dem Cousinioid Clade scheint hauptsächlich allopatrisch zu sein. Der zweite Teil der Dissertation untersucht die Rolle der Hybridisierung in der Evolution von Cousinia s.s. Die in der Vergangenheit publizierteten 28 Hybrid-Kombinationen und 11 Zwischenformen wurden kritisch geprüft, und zwei Hybridindividuen wurden morphologisch und molekular untersucht. Die vermutlichen oder nachgewiesenen Eltern der Hybriden und Zwischenformen wurden auf die aus einer Bayesischen Analyse der ITS-Sequenzen von 216 Arten von Cousinia und verwandten Gattungen resultierenden Phylogenie aufgetragen. Weder Hybriden zwischen dem Cousinioid Clade und anderen Haupt-Claden des Arctium-Cousinia-Komplexes noch zwischen annuellen und perennirenden Arten von Cousinia s.s. wurden beobachtet. Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass Hybridisierung in Cousinia möglich is, und dass ca. 10,7% der Arten an interspezifischer Hybridisierung beteiligt sind. Obwohl Hybridisierung in Cousinia s.s. stattfindet und zu den Schwierigkeiten bei der Rekonstruktion ihrer phylogenetischen Geschichte beitragen könnte, war ihre Rolle für die Entwicklung und Diversität der Gruppe offenbar gering. Im dritten Teil wird eine taxonomische Revision der C. sect. Cynaroideae präsentiert. Cousinia sect. Cynaroideae, die größte Sektion der Gattung mit 110 veröffentlichten Arten, zeichnet sich durch eine Chromosomenzahl von 2n = 24 und durch ± herablaufende Blätter und Hüllblätter mit Anhängseln aus. Sie kommt im Iran, Irak, dem Kaukasus, der Türkei, Turkmenistan, Afghanistan, Pakistan, dem Libanon und Anti-Libanon vor und hat ihre Hauptzentren der Artdiversität im westlichen und nordwestlichen Iran, im Irak und in der südöstlichen Türkei. Die Revision dieser Gruppe, hauptsächlich basierend auf der Untersuchung von ca. 2250 Herbarbögen, führte zu einer Verringerung der Artenzahl auf 31 Arten mit acht Unterarten. Alle Arten werden typifiziert und ausgeschlüsselt, und Beschreibungen, Abbildungen und Verbreitungskarten werden für jede Art angegeben.

Muster und Prozesse in einer Microcebus-Hybridzone in Südostmadagaskar

Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde in zwei Schwerpunktanalysen mit eine Teil- und Gesamtdatensatz die Untersuchung der Hybridisierung zwischen den beiden Microcebus-Arten M. murinus und M. griseorufus im Ökoton Südostmadagaskars umfangreich und vertieft untersucht. Für die genetischen Analysen wurden die maternal vererbte mitochondriale Hypervariable Region I (HVR 1) und neun nukleäre biparental vererbte Mikrosatellitenmarker eingesetzt. Als weiterer Datensatz wurden morphometrische Daten verwendet. Für die erste Schwerpunktanalyse wurde ein bereits vorhandener Teildatensatz (Hapke 2005 & Gligor 2006) mit Daten von insgesamt 162 Individuen aus neun Populationen der Dornbuschzone, der Übergangswaldzone und des Küstenwaldgebietes eingesetzt. In der zweiten Schwerpunktanalyse wurde eine umfangreiche Untersuchung der Microcebus griseoruus-M. murinus- Hybridzone vorgenommen. Für diese detaillierte Charakterisierung der Hybridzone wurde eine ausgedehnte und fein auflösende Probennahme in einem als Kernzone definierten Bereich, der die gesamte Übergangswaldzone und die dazu benachbarten Dornbuschgebiete umfasste, durchgeführt. Die morphometrischen und genetischen Daten der neu beprobten Individuen dieser Kernzone wurden mit den Daten des Teildatensatzes und weiteren Daten aus Küstenwaldpopulationen (Hapke 2005) zu einem Gesamtdatensatz zusammengefasst. Die Integration des Teildatensatzes in den Gesamtdatensatz erforderte umfassende und zeitintensive Labor- und Analysearbeiten, die im Rahmen dieser Doktorarbeit durchgeführt wurden. Der Gesamtdatensatz umfasste insgesamt 569 Individuen der Gattung Microcebus aus 29 Untersuchungsstandorten. Die mit beiden Datensätzen durchgeführte Analyse morphometrischer Daten zeigte deutlich, dass die Mehrzahl der Individuen aus der Übergangswaldzone einen intermediären Morphotyp aufweist. Durch die mit den Daten des Teildatensatzes durchgeführten Bayes’schen Clusteranalysen und Assignment-Tests, das vornehmlich in den Populationen der Übergangszone beobachtete signifikante Kopplungsungleichgewicht und Heterozygotendefizit, die festgestellte Verteilung der mitochondrialen Haplotypen und das kontrastierende Muster zwischen nukleären Mikrosatellitengenotypen und mitochondrialen Haplotypen in den Übergangswaldpopulationen konnte erstmals das Vorkommen einer Hybridzone zwischen Microcebus-Arten wissenschaftlich fundiert festgestellt werden. Die Ergebnisse dieser Schwerpunktanalyse wurden in der Fachzeitschrift Molecular Ecology publiziert (Gligor et al. 2009). Die in der ersten Schwerpunktanalyse festgestellte Hybridzone konnte durch die zweite Schwerpunktanalyse mit den genetischen und morphometrischen Daten des Gesamtdatensatzes nicht nur bestätigt werden, sondern auch auf die gesamte Übergangswaldzone erweitert werden. Ferner wurden starke Hinweise auf eine Hybridisierung beider Microcebus-Arten an einigen Dornbuschstandorten der Kernzone gefunden. Durch die große Datenmenge des Gesamtdatensatzes, vor allem aus der Kernzone des Untersuchungsgebietes, war es möglich eine fundierte Charakterisierung der Microcebus griseoruus-M. murinus- Hybridzone durchzuführen. Die Übereinstimmung der Hybridzone mit dem beobachteten Vegetationsmosaik zusammen mit den Ergebnissen der PCA, der PCoA und der Bayes’schen Clusteranalyse sprechen für das Modell der „Mosaik Hybridzone“, während die Einzelbetrachtung der mosaikartig verteilten intermediären Übergangswälder eine hohe Abundanz der Hybride aufzeigte und somit eher das „Bounded Hybrid Superiority model“ unterstützt. Der gewählte geographische Beprobungsmaßstab könnte somit einen Einfluss auf die beobachtete Struktur einer Hybridzone haben. Eines der markantesten Muster in der Hybridzone ist das stark kontrastierende cyto-nukleäre Muster. Der seit ca. 3000 Jahren fortschreitende Klimawandel in Südmadagaskar und die damit verbundene Expansion des Verbreitungsgebietes der Art Microcebus griseorufus nach Osten, das in dieser Arbeit festgestellte „male-biased dispersal“ bei M. griseorufus und der Einfluss exogener Selektion sprechen stark für eine massive asymmetrische nukleäre Genintrogression von M. griseorufus-Allelen in M. murinus-Populationen, verbunden mit einer potentiellen Verdrängung der Art M. murinus aus der Übergangswaldzone. In den jeweiligen Kerngebieten Dornbusch und Küstenwald bleibt jedoch die Diskretheit beider Arten gewahrt.

Cannabinoid CB1 receptor in the regulation of sociability, stress coping, and its interaction with the serotonergic system

Cannabinerge Substanzen können das Verhalten in einer dosisabhängigen, aber biphasischen Weise beeinflussen. Eine Erklärung für diese Art der Effekte könnte die Verteilung des CB1 Rezeptors auf verschiedenen Neuronentypen sein. CB1 Rezeptoren in glutamatergen und GABAergen Neuronen sind hier besonders wichtig, da die entsprechenden Neurotransmitter als Gegenspieler die neuronale Erregung kontrollieren. Spezifische Deletion des CB1 Rezeptor-Gens von einer der beiden Populationen führte zu gegensätzlichen Phenotypen, genauer gesagt, einem erniedrigten, bzw. einem gesteigerten Interaktiondrang. Tiere, bei denen der CB1 Rezeptor ausschließlich in striatalen, GABAergen „Medium Spiny“ Neuronen deletiert wurde, zeigten keinen veränderten Phänotyp. Dies legt nahe, dass der CB1 Rezeptor in kortikalen glutamatergen und GABAergen Neuronen für einen ausgeglichenen Interaktionsdrang entscheidend ist (siehe Kapitel 3).rnDiese dosisabhängigen, biphasischen Effekte auf das Verhalten können auch im „Forced Swim Test“ (FST) beobachtet werden. Ein möglicher Mechanismus, durch den Cannabinoide das Stressverhalten beeinflussen können, wäre die Regulierung der Monoaminausschüttung. Um die Abhängigkeit der Cannabinoideffekte von der Serotonintransmission zu untersuchen, wurden Dosen von CB1 Rezeptoragonisten und –antagonisten mit antidepressiv-induzierenden Eigenschaften bei gleichzeitiger Inhibition der Serotonintransmission im FST getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass lediglich der Agonisteffekt durch die Inhibition der Serotoninauschüttung beeinflusst wird. Zusätzlich konnte die Abhängigkeit des Antagonisteneffekts von funktionsfähigen GABAergen CB1 Rezeptoren nachweisen werden. Interessanter Weise konnte der durch die Deletion von glutamatergen CB1 Rezeptoren induzierte Phänotyp durch Inhibition der Serotoninausschüttung blockiert werden (siehe Kapitel 4).rnEin indirekter Einfluss auf Serotoninausschüttung scheint also wahrscheinlich zu sein. Bis jetzt blieb jedoch unklar, inwieweit cannabinerge Substanzen direkt auf serotonerge Neuronen wirken können. Im Jahr 2007 konnte unsere Gruppe die Expression des CB1 Rezeptors in serotonergen Neuronen auf mRNA- und Proteinebene nachweisen. Die Züchtung und Analyse einer mutanten Mauslinie, in welcher der CB1-Rezeptor spezifisch in serotonergen Neuronen ausgeschaltet wurde, zeigte bei männlichen Tieren eine schwache, aber signifikante Verhaltensänderungen, die durch soziale Stimuli und lebensbedrohlichen Situationen ausgelöst wurde. So ist es erstmals gelungen nachzuweisen, dass serotonerge CB1-Rezeptoren eine physiologische Relevanz besitzen (siehe Kapitel 5).rn

Synaptic regulation of spike firing in interneurons of the striatum in vivo

The striatum, the major input nucleus of the basal ganglia, is numerically dominated by a single class of principal neurons, the GABAergic spiny projection neuron (SPN) that has been extensively studied both in vitro and in vivo. Much less is known about the sparsely distributed interneurons, principally the cholinergic interneuron (CIN) and the GABAergic fast-spiking interneuron (FSI). Here, we summarize results from two recent studies on these interneurons where we used in vivo intracellular recording techniques in urethane-anaesthetized rats (Schulz et al., J Neurosci 31[31], 2011; J Physiol, in press). Interneurons were identified by their characteristic responses to intracellular current steps and spike waveforms. Spontaneous spiking contained a high proportion (~45%) of short inter-spike intervals (ISI) of <30 ms in FSIs, but virtually none in CINs. Spiking patterns in CINs covered a broad spectrum ranging from regular tonic spiking to phasic activity despite very similar unimodal membrane potential distributions across neurons. In general, phasic spiking activity occurred in phase with the slow ECoG waves, whereas CINs exhibiting tonic regular spiking were little affected by afferent network activity. In contrast, FSIs exhibited transitions between Down and Up states very similar to SPNs. Compared to SPNs, the FSI Up state membrane potential was noisier and power spectra exhibited significantly larger power at frequencies in the gamma range (55-95 Hz). Cortical-evoked inputs had faster dynamics in FSIs than SPNs and the membrane potential preceding spontaneous spike discharge exhibited short and steep trajectories, suggesting that fast input components controlled spike output in FSIs. Intrinsic resonance mechanisms may have further enhanced the sensitivity of FSIs to fast oscillatory inputs. Induction of an activated ECoG state by local ejection of bicuculline into the superior colliculus, resulted in increased spike frequency in both interneuron classes without changing the overall distribution of ISIs. This manipulation also made CINs responsive to a light flashed into the contralateral eye. Typically, the response consisted of an excitation at short latency followed by a pause in spike firing, via an underlying depolarization-hyperpolarization membrane sequence. These results highlight the differential sensitivity of striatal interneurons to afferent synaptic signals and support a model where CINs modulate the striatal network in response to salient sensory bottom-up signals, while FSIs serve gating of top-down signals from the cortex during action selection and reward-related learning.

Lateralization of dynorphin gene expression in the rat striatum

Hemispheric lateralization is well known in the cerebral cortex, but not in subcortical structures like basal ganglia. The goal of our study was to determine whether lateralization was present in the direct and indirect striatal pathways. We studied gene expression in the striatum of healthy rats, which was divided into two sectors, medial and lateral. Dynorphin (DYN) and enkephalin (ENK) mRNA were analyzed as markers of the direct and indirect striatal pathways, respectively and glutamic acid decarboxylase (GAD) mRNA was analyzed as a marker of all medium spiny neurons. DYN and GAD mRNA expression was higher on the left hemisphere in the medial sector of the striatum, but not in the lateral one. We did not observe any difference between sides with ENK mRNA expression. We suggest the presence of a lateralization in the medial striatum, which is specific for the direct striatal pathway.

Factors Affecting Post-Capture Survivability of Lobster Homarus Americanus

Technological advances in gear and fishing practices have driven the global expansion of the American lobster live seafood market. These changes have had a positive effect on the lobster industry by increasing capture efficiency. However, it is unknown what effect these improved methods will have on the post-capture fitness and survival of lobsters. This project utilized a repeated measures design to compare the physiological changes that occur in lobsters over time as the result of differences in depth, hauling rate, and storage methodology. The results indicate that lobsters destined for long distance transport or temporary storage in pounds undergo physiological disturbance as part of the capture process. These changes are significant over time for total hemocyte counts, crustacean hyperglycemic hormone, L-lactate, ammonia, and glucose. Repeated measures multivariate analysis of variance (MANOVA) for glucose indicates a significant interaction between depth and storage methodology over time for non-survivors. A Gram-negative bacterium, Photobacterium indicum, was identified in pure culture from hemolymph samples of 100% of weak lobsters. Histopathology revealed the presence of Gram-negative bacteria throughout the tissues with evidence of antemortem edema and necrosis suggestive of septicemia. On the basis of these findings, we recommend to the lobster industry that if a reduction in depth and hauling rate is not economically feasible, fishermen should take particular care in handling lobsters and provide them with a recovery period in recirculating seawater prior to land transport. The ecological role of P. indicum is not fully defined at this time. However, it may be an emerging opportunistic pathogen of stressed lobsters. Judicious preemptive antibiotic therapy may be necessary to reduce mortality in susceptible lobsters destined for high-density holding facilities.

Phylogenetic Relationships of Clawed Lobster Genera (Decapoda : Nephropidae) Based on Mitochondrial 16S rRNA Gene Sequences

Approximately 350 base pairs (bp) of the mitochondrial 16S rRNA gene were used to study the phylogenetic relationships among 5 genera of the clawed lobster family Nephropidae (infraorder Astacidea), including Homarus, Homarinus, Metanephrops, Nephrops, and Nephropsis. Maximum-parsimony analysis, using a hermit crab, Pagurus pollicaris (infraorder Anomura), as an outgroup. produced a tree topology in which Homarus and Nephrops formed a well-supported clade that excluded Homarinus. The same tree topology was obtained from both neighbor-joining and maximum-likelihood analyses, Some morphological characters that appear synapomorphic for Nephrops and Metanephrops may be due to convergence rather than symplesiomorphy. The current taxonomy, therefore, does not reflect the phylogeny of this group as suggested by the molecular data. More molecular data and studies using homologous morphological characters me needed to reach a better understanding of the phylogenetic history of clawed lobsters.

Kelp Beds as Habitat for American Lobster Homarus Americanus

The American lobster Homarus americanus and kelp Laminaria longicruris and L. saccharina are prominent and often intimately associated members of the subtidal community in the western North Atlantic Ocean. However, no one has identified the nature of this relationship or specifically investigated whether kelp beds are a superior habitat for lobsters. We conducted field studies in 1990 and 1991 at a coastal site centrally located along the Gulf of Maine, USA, to determine how lobsters use kelp beds as habitat. Identically sized and spaced plots of live and artificial (plastic) kelp were established and monitored for lobster population densities. Adjacent featureless sediment plots of identical size served as controls. Lobster population density and biomass were significantly higher in both real and artificial kelp treatments than in non-kelp control plots (p < 0.0001). The change in lobster density was apparent the day following placement of the experiment, so a secondary trophic effect such as attracting prey into treatments is unlikely to have occurred. Thus, kelp beds can affect local lobster population densities by providing shelter for lobsters, thereby concentrating individuals and increasing the local carrying capacity of potential lobster habitats. The effect of kelp beds on the local carrying capacity of lobster habitats was further explored by testing how lobsters respond to differing patch sizes. A graded size series of circular patches of artificial kelp was established, in which kelp blade density and total area were held constant for each treatment. Treatments were subdivided into four 1 M2, two 2 M2, or one 4 m2 patches. Experiments were surveyed for lobster population density and size structure to determine ff statistical differences existed among treatments. Lobster density was significantly greater in the smallest patches (p < 0.001). Moreover, lobsters typically occupied the edges of kelp beds, and their abundance within kelp patches corresponded to the patch's perimeter-to-area relationship. This suggests that edge effects' influence the local carrying capacity for lobsters by influencing the lobsters' choice of kelp beds as habitat.

Recruitment Habitats and Nursery Grounds of the American Lobster Homarus Americanus: A Demographic Bottleneck?

We have identified benthic recruitment habitats and nursery grounds of the American lobster Homarus americanus Milne Edwards in the coastal Gulf of Maine, USA, by systematically censusing subtidal sediment, cobble, and ledge substrata. We distinguish lobsters between settlement size (5 mm carapace length (CL) to ca 40 mm CL as the 'early benthic phase' (EBP) because they are ecologically and behaviorally distinct from larger lobsters. EBP lobsters are cryptic and apparently restricted to shelter-providing habitats (primarily cobble substratum) in coastal Gulf of Maine. In these habitats we found average population densities of EBP lobsters as high as 6.9 m-2. EBP lobsters were virtually absent from ledge and sedimentary substrata devoid of vegetation although larger lobsters are commonly found there. It is possible that the requirement for shelter-providing substrata by this life phase creates a natural demographic 'bottleneck' to benthic recruitment for the species. Prime cobble recruitment habitat is relatively rare and comprises ca 11 % of the 60.2 km of shoreline at our study area in midcoast Maine. If this low availability of cobble exists throughout the Gulf of Maine, as other studies indicate, it could limit lobster production potential. We verified the geographic extent of recruitment to cobble habitats censused in 3 of 4 regions spanning ca 300 km of the coastal Gulf of Maine (from Nahant, Massachusetts to Swans Island, Maine). Early benthic phase lobsters were absent from cobble censused in the northeastern extreme of our survey (Swans Island). This pattern is consistent with earlier speculation that relatively cool water temperatures may limit larval settlement in this region.

Early Life History and a Modeling Framework for Lobster (Homarus Americanus) Populations in the Gulf of Maine

Beginning in the late 1980s, lobster (Homarus americanus) landings for the state of Maine and the Bay of Fundy increased to levels more than three times their previous 20-year means. Reduced predation may have permitted the expansion of lobsters into previously inhospitable territory, but we argue that in this region the spatial patterns of recruitment and the abundance of lobsters are substantially driven by events governing the earliest life history stages, including the abundance and distribution of planktonic stages and their initial settlement as Young-of-Year (YOY) lobsters. Settlement densities appear to be strongly driven by abundance of the pelagic postlarvae. Postlarvae and YOY show large-scale spatial patterns commensurate with coastal circulation, but also multi-year trends in abundance and abrupt shifts in abundance and spatial patterns that signal strong environmental forcing. The extent of the coastal shelf that defines the initial settlement grounds for lobsters is important to future population modeling. We address one part of this definition by examining patterns of settlement with depth, and discuss a modeling framework for the full life history of lobsters in the Gulf of Maine.

Distribution of Pelagic Fishes in Sheepscot River-Back River Estuary, Wiscasset, Maine

Fifteen species of pelagic fishes were collected in 156 gill net sets at eight locations in the Sheepscot River-Back River estuary, Wiscasset, Maine, June 1970 through December 1971. Highest catches occurred June through August. Only the rainbow smelt is a year-round resident. Differences in abundance in space and time are apparently related to temperature. During the summer, alewives, blueback herring, and Atlantic menhaden were most abundant in the relatively warm Back River estuary, while Atlantic herring, Atlantic mackerel, and spiny dogfish were most abundant in the more oceanic Sheepscot River estuary. Prolonged near-freezing temperatures apparently limit the time pelagic fishes spend in the estuary and limit the number of species which can inhabit it. It is hypothesized that the distribution of pelagic species which exhibited preferences for colder water, such as Atlantic herring, would be most affected by artificial warming of the surface waters of the Back River estuary, if a new atomic powered generating plant were allowed to discharge heated effluent directly into it.

Alkylphenol Contamination in Homarus americanus

Alkylphenols are pollutants that are present in marine sediments and fishes. In earlier work it has been discovered that alkylphenols are present in the Homarus americanus, or the American lobster. Research suggests that alkylphenols could behave as endocrine disruptors as they have been found to affect juvenile hormone activity. It has been hypothesized that lobsters may be able to rid themselves of alkylphenol contamination through secreting these compounds into the environment or sequestering them in their tissues. In this study, I address the question of how lobsters may rid themselves of alkylphenols by analyzing hemolymph, muscle, gill, and shell samples and by looking for the presence of alkylphenols in natural and artificially injected lobsters. A total of thirty lobsters were analyzed. In my first study I found alkylphenols only in the gill tissue samples of natural lobsters after alkylphenols were initially found in the hemolymph, and found none in the muscle and shell samples. The types of alkylphenols found in the gills were often different than the alkylphenols found in the hemolymph. The gills are known as a site for exchange for the lobster. The lobster may not only be excreting alkylphenols from its gill surfaces but these findings suggest that the lobster may also be acquiring alkylphenols in the environment from these surfaces. It is possible that the lobsters may have ingested additional contaminants after the hemolymph samples were taken and before the gill samples were taken. As for the shell and muscle samples, it is possible that by our method the levels were too low to detect since we have a threshold of detection of 1ng/mL. It is also a conclusion that alkylphenols were not sequestered in these tissues. In the second study, an expanded set of muscles samples from natural lobsters were tested as well as additional lobsters that were artificially injected with one of our alkylphenol compounds of interest, compound three. We found that lobsters injected with peak three showed significantly higher alkylphenol concentrations in all tissues, most notably the gill samples. The non-injected lobsters that died shortly after being in the laboratory, showed mostly peak three but their overall values were much less than those of the injected lobsters.

Mid-Pliocene palynomorph record of the North Atlantic

The mid-Pliocene was an episode of prolonged global warmth and strong North Atlantic thermohaline circulation, interrupted briefly at circa 3.30 Ma by a global cooling event corresponding to marine isotope stage (MIS) M2. Paleoceanographic changes in the eastern North Atlantic have been reconstructed between circa 3.35 and 3.24 Ma at Deep Sea Drilling Project Site 610 and Integrated Ocean Drilling Program Site 1308. Mg/Ca ratios and d18O from Globigerina bulloides are used to reconstruct the temperature and relative salinity of surface waters, and dinoflagellate cyst assemblages are used to assess variability in the North Atlantic Current (NAC). Our sea surface temperature data indicate warm waters at both sites before and after MIS M2 but a cooling of ~2-3°C during MIS M2. A dinoflagellate cyst assemblage overturn marked by a decline in Operculodinium centrocarpum reflects a southward shift or slowdown of the NAC between circa 3.330 and 3.283 Ma, reducing northward heat transport 23-35 ka before the global ice volume maximum of MIS M2. This will have established conditions that ultimately allowed the Greenland ice sheet to expand, leading to the global cooling event at MIS M2. Comparison with an ice-rafted debris record excludes fresh water input via icebergs in the northeast Atlantic as a cause of NAC decline. The mechanism causing the temporary disruption of the NAC may be related to a brief reopening of the Panamanian Gateway at about this time.

Calcareous dinoflagellate cycst in the mid-Cenomanian Boreal realm

A transect from the bathyal to proximal shelf facies of the Boreal Realm was investigated to compare spatial and temporal distribution changes of calcareous dinoflagellate cysts (c-dinocysts) throughout the mid-Cenomanian in order to gain information on the ecology of these organisms. Pithonelloideae dominated the cyst assemblages to more than 95% on the shelf, a prevalence that can be observed throughout most of the Upper Cretaceous. The affinity of this group with the dinoflagellates, which is still controversially discussed, can be confirmed, based on evidence from morphological features and distribution patterns. The consistent prevalence of Pithonella sphaerica and P. ovalis in c-dinocyst assemblages throughout the Upper Cretaceous indicates that they were produced more frequently than cysts of the other species and might, therefore, represent a vegetative dinoflagellate life stage. P. sphaerica and P. ovalis are interpreted as eutrophic species. P. sphaerica is the main species in a marginal-shelf upwelling area, offshore Fennoscandia. Here, sedimentary cyclicity appears to have been reduced to the strongest light/dark changes, while in the outer shelf sediments, light/dark cycles are well-developed and show pronounced temporal assemblage changes. Cyclic fluctuations in the P. sphaerica / P. ovalis ratio reflect shifts of the preferred facies zones and indicate changes in surface mixing patterns. During periods of enhanced surface mixing most parts of the shelf were well-ventilated, and nutrient-enriched surface waters led to high productivity and dominance of the Pithonelloideae. These conditions on the shelf contrasted with those in the open ocean, where more oligotrophic and probably stratified waters prevailed, and an assemblage with very few Pithonelloideae and dominance of Cubodinellum renei and Orthopithonella ? gustafsonii was characteristic. While orbitally-forced light/dark sedimentary cyclicity of the shelf sections was mainly related to surface-water carbonate productivity changes, no cyclic modulation of productivity was observed in the oceanic profile. Therefore, dark layer formation in the open ocean was predominantly controlled by the cyclic establishment of anoxic bottom water conditions. Orbitally-forced interruptions in mixing on the shelf resulted in cyclic periods of stratification and oligotrophy in the surface waters, an expansion of oceanic species to the outer shelf, and a shelfward shift of pithonelloid-facies zones, which were probably related to shelfward directed oceanic ingressions.