Siliceous deep-sea sponge Monorhaphis chuni: A potential paleoclimate archive in ancient animals

The deep-sea sponge Monorhaphis chuni forms giant basal spicules, which can reach lengths of 3 m; they represent the largest biogenic silica structures on Earth that is formed from an individual metazoan. The spicules offer a unique opportunity to record environmental change of past oceanic and climatic conditions. A giant spicule collected in the East China Sea in a depth of 1110 m was investigated. The oxygen isotopic composition and Mg/Ca ratios determined along center-to-surface segments are used as geochemical proxies for the assessment of seawater paleotemperatures. Calculations are based on the assumption that the calculated temperature near the surface of the spicule is identical with the average ambient temperature of 4 degrees C. A seawater temperature of 1.9 degrees C is inferred for the beginning of the lifespan of the Monorhaphis specimen. The temperature increases smoothly to 2.3 degrees C, to be followed by sharply increased and variable temperatures up to 6-10 degrees C. In the outer part of the spicule, the inferred seawater temperature is about 4 degrees C. The lifespan of the spicule can be estimated to 11,000 +/- 3000 years using the long-term trend of the inferred temperatures fitted to the seawater temperature age relationships since the Last Glacial Maximum. Specimens of Monorhaphis therefore represents one the oldest living animals on Earth. The remarkable temperature spikes of the ambient seawater occurring 9500-3100 years B.P. are explained by discharges of hydrothermal fluids in the neighborhood of the spicule. The irregular lamellar organization of the spicule and the elevated Mn concentrations during the high-temperature growth are consistent with a hydrothermal fluid input. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Morphologischer und biochemischer Aufbau von Silikatnadeln der Hexactinelliden am Beispiel von Monorhaphis chuni

Schon 1904 beschrieb Schulze den Aufbau von Silikatnadeln des Schwammes Monorhaphis chuni, eines Mitglieds der zweiten Familie von biosilifizierenden Schwämmen, den Hexactinelliden (Glasschwämmen). Weitergehende morphologische Untersuchungen und biochemische Analysen insbesondere mit modernen Methoden wurden an Hexactinelliden bisher kaum durchgeführt. Ziel der vorliegenden Arbeit bestand deshalb darin, Untersuchungen zur Morphologie, der chemischen Zusammensetzung, der Verteilung und Charakterisierung der beteiligten anorganischen und organischen Komponenten sowie einen molekularbiologischer Nachweis der Existenz von Silicatein in Hexactinelliden durchzuführen. Für diese Untersuchungen wurden zwei Spezies verwendet: Monorhaphis chuni und Crateromorpha meyeri. Mittels Elektronen-Mikrosonden-Technik wurde an Querschnitten der Pfahlnadel von M. chuni die Verteilung der Elemente innerhalb der Nadel untersucht. Am äußeren Rand der Nadel (150 µm) traten im Vergleich zur Nadelmitte prägnante Unterschiede in der Konzentration von Kaliumoxid und Natriumoxid auf. Diese Ergebnisse deuten auf das Vorhandensein eines ähnlichen Transportsystems zur Anreicherung von Silizium/Silikat bei der Nadelbildung hin, wie es bereits in S. domuncula bekannt ist. Mit elektronen- und lichtmikroskopischen Untersuchungen wurden die organischen Substanzen der Silikatnadel nachgewiesen und deren Verteilung innerhalb dieser Nadeln analysiert. In der lamellaren Zone befindet sich, eine säurelabile organische Netzstruktur, sowie eine, die Silikatschichten durchspannende, säulenähnliche Struktur. Im Axialzylinder zeigt das organische Material eine leicht verzweigte fibrilläre Anordnung. Mit biochemischen Verfahren wurden die organischen Komponenten der Nadeln detaillierter untersucht. Mehrere Proteine mit Molekulargewichten von 17, 24, 27 ,30, 36 und 70 kDa wurden durch gelelektrophoretische Analysen von Material der Pfahlnadel identifiziert. Die Analyse isolierter Anteile der lamellaren Zone zeigte ausschließlich ein 27 kDa Protein. Die restlichen Proteinbanden konnten hier nicht nachgewiesen werden. Das 27 kDa Protein reagierte im Westernblot mit Antikörpern gegen Silicatein aus S. domuncula. Ein weiteres Protein wurde näher charakterisert. Ein positiver Agglutinationsassay wies ein lectinähnliches Molekül innerhalb der Nadeln nach, wie es aus S. domuncula bekannt ist. Nach einer Deglycolysierung der Proteine reduzierte sich das scheinbare Molekulargewicht der 36 kDa Bande auf 30 kDa. Durch molekularbiologische Untersuchungen wurde erstmals in Hexactinelliden die Existenz von Silicatein nachgewiesen. Nach Isolierung der Gesamt-RNA von Crateromorpha meyeri, RT-PCR und Amplifizierung mit silicateinspezifischen Primern wurde eine 549 kBp Nukleotidsequenz gefunden, die auf Aminosäureebene starke Homologien (76% identische Aminosäuren) zu bekannten Silicateinen der Demospongia aufweist. Die Aminosäuren der katalytische Triade des Silicateins, essenziell für die enzymatische Katalyse des Enzyms, sind an den selben Positionen wie bei bekannten Silicateinen vorhanden.

The relevance of the silica metabolizing enzyme silicatein-alpha to biomineralization and the formation of biogenic silica in siliceous sponges

Die technische Silikatproduktion erfordert in der Regel hohe Temperaturen und extreme pH-Werte. In der Natur hingegen haben insbesondere Kieselschwämme die außergewöhnliche Fähigkeit, ihr Silikatskelett, das aus einzelnen sogenannten Spiculae besteht, enzymatisch mittels des Proteins Silicatein zu synthetisieren. rnIm Inneren der Spiculae, im zentralen Kanal, befindet sich das Axialfilament, welches hauptsächlich aus Silicatein-α aufgebaut ist. Mittels Antikörperfärbungen und Elektronenmikroskopischen Analysen konnte festgestellt werden, dass Silicatein in mit Kieselsäure-gefüllten Zellorganellen (silicasomes) nachzuweisen ist. Mittels dieser Vakuolen kann das Enzym und die Kieselsäure aus der Zelle zu den Spiculae im extrazellulären Raum befördert werden, wo diese ihre endgültige Länge und Dicke erreichen. Zum ersten Mal konnte nachgewiesen werden, dass rekombinant hergestelltes Silicatein-α sowohl als Siliciumdioxid-Polymerase als auch Siliciumdioxid-Esterase wirkt. Mittels Massenspektroskopie konnte die enzymatische Polymerisation von Kieselsäure nachverfolgt werden. Durch Spaltung der Esterbindung des künstlichen Substrates Bis(p-aminophenoxy)-dimethylsilan war es möglich kinetische Parameter der Siliciumdioxid-Esterase-Aktivität des rekombinanten Silicateins zu ermitteln.rnZu den größten biogenen Silikatstukuren auf der Erde gehören die Kieselnadeln der Schwammklasse Hexactinellida. Nadelextrakte aus den Schwammklassen Demospongien (S. domuncula) und Hexactinellida (M. chuni) wurden miteinander verglichen um die potentielle Existenz von Silicatein oder Silicatein-ähnliche Molekülen und die dazu gehörige proteolytischen Aktivität nachzuweisen. Biochemische Analysen zeigten, dass das 27 kDA große isolierte Polypeptid in Monoraphis mehrere gemeinsame Merkmale mit den Silicateinen der Demospongien teilt. Dazu gehören die Größe und die Proteinase-Aktivität. rnUm die Frage zu klären, ob das axiale Filament selbst zur Formbildung der Skelettelemente beiträgt, wurde ein neues mildes Extraktionsverfahren eingeführt. Dieses Verfahren ermöglichte die Solubilisierung des nativen Silicateins aus den Spiculae. Die isolierten Silicateine lagen als Monomere (24 kDa) vor, die Dimere durch nicht-kovalente Bindungen ausbildeten. Darüber hinaus konnten durch PAGE-Gelelektrophorese Tetramere (95 kDa) und Hexamere (135 kDa) nachgewiesen werden. Die Monomere zeigten eine beträchtliche proteolytische Aktivität, die sich während der Polymerisationsphase des Proteins weiter erhöhte. Mit Hilfe der Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie (TEM) konnte die Assemblierung der Proteine zu filamentartigen Strukturen gezeigt werden. Die Selbstorganisation der Silicatein-α-Monomeren scheint eine Basis für Form- und Musterbildung der wachsenden Nadeln zu bilden.rn Um die Rolle des kürzlich entdeckten Proteins Silintaphin-1, ein starker Interaktionspartner des Silicatein-α, während der Biosilifizierung zu klären, wurden Assemblierungs-Experimente mit den rekombinanten Proteinen in vitro durchgeführt. Zusätzlich wurde deren Effekt auf die Biosilikatsynthese untersucht. Elektronenmikroskopische Analysen ergaben, dass rekombinantes Silicatein-α zufällig verteilte Aggregate bildet, während die Koinkubation beider Proteine (molekulares Verhältnis 4:1) über fraktal artige Strukturen zu Filamenten führt. Auch die enzymatische Aktivität der Silicatein-α-vermittelte Biosilikatsynthese erhöhte sich in Gegenwart von Silintaphin-1 um das 5,3-fache. rn

Distribución horizontal de los Amphipoda (crustacea) en el mar peruano durante el fenómeno "El niño" verano 1983

Los anfípodos hepéridos son microcrustáceos marinos que tienen un rol importante en la ecología trófica de especies pesqueras, se caracterizan por su voraz comportamiento predador sobre otros componentes del zooplancton (NELSON, 1979) y debido a su abundancia constituyen una fuente de alimento para niveles tróficos superiores (ALVAREZ y VIÑAS, 1994). El área de estudio comprende desde 03°29.80´S hasta los 12°54.50´S, abarcando los perfiles de Puerto Pizarro, Cabo Blanco, Talara, Paita, Punta Falsa, Pimentel, Chicama, Salaverry, Chimbote, Huarmey, Supe, Guacho, Chancay, Callao, Pucusana y Cerro Azul, cubriendo de esta manera la parte norte y centro del litoral peruano hasta las 100 millas náuticas de la costa y 50 metros de profundidad. Se determinan 34 especies de anfípodos, con 26 nuevos registros para el país y 2 especies nuevas. La familia Hyperridae es la que registra mayor representatividad a nivel específico destacando por su abundancia las especies Hyperioides sibaginis e Hyperietta vossleri. El presente trabajo, contribuye principalmente a ampliar el conocimiento de especies de anfípodos y asociarlas con las características ambientales, así las especies Vibilia chuni, Partaphronima gracilis, Hemithiphys tenuimanuss, Euscelus robustus y Schizoscelus ornatus, se encuentran relacionados con salinidades que fluctuan entre 34.8 y 35.1‰ y temperaturas de 25.4 hasta 28.2°C, rangos correspondientes a aguas de mezcla de Aguas Ecuatoriales Superficiales (AES) y Aguas Subtropicales superficiales (ASS).

Biogeography of jellyfish in the North Atlantic

In recent years a global increase in jellyfish (i.e. Cnidarians and Ctenophores) abundance and a rise in the recurrence of jellyfish outbreak events have been largely debated, but a general consensus on this matter has not been achieved yet. Within this debate, it has been generally recognised that there is a lack of reliable data that could be analysed and compared to clarify whether indeed jellyfish are increasing throughout the world ocean as a consequence of anthropogenic impact and hydroclimatic variability. Here we describe different jellyfish data sets produced within the EU program EUROBASIN, which have been assembled with the aim of presenting an up to date overview on the diversity and standing stocks of North Atlantic jellyfish. Abundance and species composition were determined in samples collected in the epipelagic layer (0- 200m), using a net well adapted to quantitatively catching gelatinous zooplankton. The samples were collected in spring-summer (April-August) 2010-2013, in inshore and offshore North Atlantic waters, between 59-68LatN and 62W-5ELong. Jellyfish were also identified and counted in samples opportunistically collected by other sampling gears in the same region and in two coastal stations in the Bay of Biscay and in the Gulf of Cadiz. Continuous Plankton Recorder (CPR) samples collected in 2009-2012 were re-analysed with the aim of identifying the time and location of jellyfish blooms across the North Atlantic basin.

Shapefile of the survey tracks of 'Mosaic 02' at the Regab pockmark (Northern Congo Fan)

The Regab pockmark is a large cold seep area located 10 km north of the Congo deep sea channel at about 3160 m water depth. The associated ecosystem hosts abundant fauna, dominated by chemosynthetic species such as the mussel Bathymodiolus aff. boomerang, vestimentiferan tubeworm Escarpia southwardae, and vesicomyid clams Laubiericoncha chuni and Christineconcha regab. The pockmark was visited during the West African Cold Seeps (WACS) cruise with RV Pourquoi Pas? in February 2011, and a 14,000-m**2 high-resolution videomosaic was constructed to map the most populated area and to describe the distribution of the dominant megafauna (mussels, tubeworms and clams). The results are compared with previous published works, which also included a videomosaic in the same area of the pockmark, based on images of the BIOZAIRE cruise in 2001. The 10-year variation of the faunal distribution is described and reveals that the visible abundance and distribution of the dominant megafaunal populations at Regab have not changed significantly, suggesting that the overall methane and sulfide fluxes that reach the faunal communities have been stable. Nevertheless, small and localized distribution changes in the clam community indicate that it is exposed to more transient fluxes than the other communities. Observations suggest that the main megafaunal aggregations at Regab are distributed around focused zones of high flux of methane-enriched fluids likely related to distinct smaller pockmark structures that compose the larger Regab pockmark. Although most results are consistent with the existing successional models for seep communities, some observations in the distribution of the Regab mussel population do not entirely fit into these models. This is likely due to the high heterogeneity of this site formed by the coalescence of several pockmarks. We hypothesize that the mussel distribution at Regab could also be controlled by the occurrence of zones of both intense methane fluxes and reduced efficiency of the anaerobic oxidation of methane possibly limiting tubeworm colonization.