Southern Ocean controls of the vertical marine δ13C gradient – a modelling study

δ 13 C, the standardised 13C/12C ratio expressed in per mille, is a widely used ocean tracer to study changes in ocean circulation, water mass ventilation, atmospheric pCO2, and the biological carbon pump on timescales ranging from decades to tens of millions of years. δ13C data derived from ocean sediment core analysis provide information on δ 13 C of dissolved inorganic carbon and the vertical δ13C gradient (i.e. Dδ13C) in past oceans. In order to correctly interpret δ13C and Dδ13C variations, a good under standing is needed of the influence from ocean circulation, air–sea gas exchange and biological productivity on these variations. The Southern Ocean is a key region for these processes, and we show here that Dδ13C in all ocean basins is sensitive to changes in the biogeochemical state of the Southern Ocean. We conduct a set of idealised sensitivity experiments with the ocean biogeochemistry general circulation model HAMOCC2s to explore the effect of biogeochemical state changes of the Southern and Global Ocean on atmospheric δ13C, pCO2, and marine δ13C and Dδ13C. The experiments cover changes in air–sea gas exchange rates, particulate organic carbon sinking rates, sea ice cover, and nutrient uptake efficiency in an unchanged ocean circulation field. Our experiments show that global mean Dδ13C varies by up to about ±0.35 ‰ around the pre-industrial model reference (1.2 ‰) in response to biogeochemical change. The amplitude of this sensitivity can be larger at smaller scales, as seen from a maximum sensitivity of about −0.6 ‰ on ocean basin scale. The ocean’s oldest water (North Pacific) responds most to biological changes, the young deep water (North Atlantic) responds strongly to air–sea gas exchange changes, and the vertically well-mixed water (SO) has a low or even reversed Dδ13C sensitivity compared to the other basins. This local Dδ13C sensitivity depends on the local thermodynamic dis- equilibrium and the Dδ13C sensitivity to local POC export production changes. The direction of both glacial (intensi- fication of Dδ13C) and interglacial (weakening of Dδ13C) Dδ13C change matches the direction of the sensitivity of bio-geochemical processes associated with these periods. This supports the idea that biogeochemistry likely explains part of the reconstructed variations in Dδ13C, in addition to changes in ocean circulation.publishedVersio

Die Bedeutung des calciumaktivierten Chloridkanals TMEM16A in vaskulären glatten Muskelzellen

Der arterielle Blutdruck wird durch das Herzzeitvolumen und den peripheren Widerstand des Gefäßsystems bestimmt. Dieser hängt wesentlich vom Tonus kleiner Arteriolen ab, die ihren Durchmesser durch Kontraktion ihrer glatten Muskelzellen verändern können. Die Kontraktion wird durch eine Membrandepolarisation vermittelt, an dem eine calciumaktivierte Chloridleitfähigkeit beteiligt ist. Die Depolarisation führt über Aktivierung spannungsabhängiger Calciumkanäle zu einer Zunahme der intrazellulären Calciumkonzentration, die wiederum Vorrausetzung für die Kontraktion der Gefäße ist. Verschiedene Studien deuteten darauf hin, dass der calciumaktivierte Chloridkanal TMEM16A die Leitfähigkeit in vaskulären glatten Muskelzellen vermittelt. Ziel dieser Arbeit war es, die Rolle von TMEM16A für die Blutdruckregulation zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass TMEM16A nicht gleichmäßig entlang des Gefäßbaums exprimiert ist. Vielmehr zeigte sich eine starke Expression in der Aorta, nicht aber in kleineren arteriellen Gefäßen. Besonders stark ist TMEM16A auch in den kleinsten Arteriolen und präkapillären Gefäßen exprimiert. Die Größe der calciumaktivierten Chloridleitfähigkeit korreliert mit dem Expressionsniveau von TMEM16A. Die gezielte Inaktivierung von TMEM16A in Gefäßmuskelzellen führt zum Verlust dieser Chloridleitfähigkeit. Gefäßmuskelspezifische TMEM16A defiziente Tiere zeigen einem Blutdruckabfall, ohne Veränderungen hormoneller, kardialer oder renaler Parameter aufzuweisen. Zudem war die blutdrucksteigernde Wirkung von Angiotensin II in induzierten Knockout-Tieren deutlich abgeschwächt. Im Gegensatz zur Aorta und kleinen retinalen Arteriolen konnte in Mesenterialgefäßen keine veränderte Gefäßkontraktilität durch konstriktiv wirkende Agonisten beobachtet werden. TMEM16A ist jedoch notwendig für die Kontraktilität peripherer Blutgefäße, denn diese war in isolierten perfundierten Hinterläufen induzierter Knockout-Tiere durch Applikation von U46619 reduziert. Daher könnte TMEM16A ein vielversprechendes pharmakologisches Target für die Behandlung der arteriellen Hypertonie darstellen

Gerüstmanipulationen zur Synthese von Seco- und abeo-Steroiden

Strophasterol A, der erste Vertreter einer bislang beispiellosen Klasse von 15(14→22)-abeo-Steroiden, wurde 2012 aus dem essbaren Pilz Stropharia rugosoannulata isoliert. Es konnte gezeigt werden, dass es den Stress des endoplasmatischen Retikulums reduziert und bietet damit eine Möglichkeit neurodegenerative Krankheiten, wie die Alzheimersche Krankheit, auf molekularer Ebene zu behandeln. Die einzigartige Struktur der Klasse der Strophasterole gepaart mit ihrer vielversprechenden biologischen Aktivität begründete das Interesse zur synthetischen Erschließung dieser Naturstoffe. Beginnend mit kommerziell erhältlichem Ergosterol wurde eine neuartige Synthese eines α-Chlor-γ-hydroxy-δ-ketoenons entwickelt. Die Analyse dieses Intermediats auf dessen inhärente Reaktivität hin ermöglichte die Entdeckung einer vinylogen α-Ketolumlagerung unter einhergehender C14–C15-Bindungsspaltung zu einer δ-Ketocarbonsäure. Anschließende radikalische Cyclisierung, ein Schritt der ebenfalls in der Biosynthese vorgeschlagen wurde, erlaubte den Aufbau der trisubstituierten Cyclopentaneinheit und die Synthese von Strophasterol A konnte durch oxidative Modifikationen des B-Rings abgeschlossen werden. Das zweite Projekt dieser Arbeit strebte die Synthese von Aplysiasecosterol A an, dem ersten Vertreter einer strukturell beispiellosen Klasse von 9,11-Secosteroiden, welches 2015 aus dem japanischen Seehasen Aplysia kurodai isoliert wurde. Kurze Zeit später wurde mit Pinnigorgiol A–D die Isolation weiterer Metaboliten beschrieben, die das gleiche hochoxidierte und umgelagerte Käfigmotiv aufzeigen. All diese Naturstoffe besitzen interessante biologische Eigenschaften, wie cytotoxische und entzündungshemmende Aktivität. Zur Biosynthese des charakteristischen Grundgerüsts dieser Naturstoffe wurde eine Kaskade aus Ketol- und vinyloger Ketolumlagerung ausgehend von einem chinoiden 9,11-Secosteroid vorgeschlagen. Dieser Vorläufer wurde synthetisiert durch eine effiziente radikalische Oxidation unserer 9,11-Secosteroidplattform, einem definierten 1,4-Dien, unter Einführung von drei Sauerstoffatomen in einer Transformation. Die Synthese dieser Plattform erfolgte durch die folgenden drei Schlüsselschritte: a) 9,11-Desaturierung mit 2-Iodoxybenzoesäure; b) stufenweise „Dihydroxylierung“ und c) oxidative C–C-Bindungsspaltung mit Diacetoxyiodbenzol. Dieser neuartige synthetische Zugang zu 9,11-Secosteroiden vermeidet die Verwendung stöchiometrischer Mengen von toxischem Quecksilber(II)-acetat, Osmium(VIII)-oxid und Blei(IV)-acetat, klassischerweise zur Realisierung dieser Transformationen eingesetzt, und kulminiert in der ersten Synthese von Leptosterol A, Ganoderin A und Pinnisterol D, wobei der biomimetische Schlüsselschritt zum Aufbau von Pinnigorgiol A misslang

Engineering spin waves in a high-spin ultracold Fermi gas

We report on the detailed study of multi-component spin-waves in an s=3/2 Fermi gas where the high spin leads to novel tensorial degrees of freedom compared to s = 1/2 systems. The excitations of a spin-nematic state are investigated from the linear to the nonlinear regime, where the tensorial character is particularly pronounced. By tuning the initial state we engineer the tensorial spin-wave character, such that the magnitude and sign of the counterflow spin-currents are effectively controlled. A comparison of our data with numerical and analytical results shows excellent agreement.Comment: 9 pages, 4 figure

Long-term climate simulation in NorESM: burst-coupling the sediment in the BLOM/iHAMOCC ocean module

In this report we set forth a simulation method for long-term simulations of NorESM, the Norwegian Earth System Model. In this the sediment is repeatedly decoupled and coupled to the ocean model (BLOM/iHAMOCC), a process called burst coupling. Through this, the ocean (seawater and sediment) is brought into an approximate steady state. We show that just the model has to run at least 50000 yr to get in an approximate steady state. With burst coupling this can be done in a computationally reasonable time (wall time in the order of one week). The method can be used to generate the sediment over hundreds of thousands of years, so it is useful not only for present-day simulations but also for paleo-climatological studies

The ocean carbon sink – impacts, vulnerabilities and challenges

Carbon dioxide (CO2) is, next to water vapour, considered to be the most important natural greenhouse gas on Earth. Rapidly rising atmospheric CO2 concentrations caused by human actions such as fossil fuel burning, land-use change or cement production over the past 250 years have given cause for concern that changes in Earth’s climate system may progress at a much faster pace and larger extent than during the past 20 000 years. Investigating global carbon cycle pathways and finding suitable adaptation and mitigation strategies has, therefore, become of major concern in many research fields. The oceans have a key role in regulating atmospheric CO2 concentrations and currently take up about 25% of annual anthropogenic carbon emissions to the atmosphere. Questions that yet need to be answered are what the carbon uptake kinetics of the oceans will be in the future and how the increase in oceanic carbon inventory will affect its ecosystems and their services. This requires comprehensive investigations, including high-quality ocean carbon measurements on different spatial and temporal scales, the management of data in sophisticated databases, the application of Earth system models to provide future projections for given emission scenarios as well as a global synthesis and outreach to policy makers. In this paper, the current understanding of the ocean as an important carbon sink is reviewed with respect to these topics. Emphasis is placed on the complex interplay of different physical, chemical and biological processes that yield both positive and negative air–sea flux values for natural and anthropogenic CO2 as well as on increased CO2 (uptake) as the regulating force of the radiative warming of the atmosphere and the gradual acidification of the oceans. Major future ocean carbon challenges in the fields of ocean observations, modelling and process research as well as the relevance of other biogeochemical cycles and greenhouse gases are discussed

Beam Test with a GridGEM TPC Prototype Module

The International Large Detector (ILD) --a detector concept for the International Linear Collider (ILC)-- foresees a Time Projection Chamber (TPC) as its main tracking detector. Currently, the R&D efforts for such a TPC focus on studies using a large prototype that can accommodate up to seven read-out modules which are comparable to the ones that would be used in the final ILD TPC. The DESY TPC group has developed such a module using GEMs for the gas amplification, which are mounted on thin ceramic frames. The module design and first results of a test beam campaign are presented.Comment: 6 pages, 11 figures, prepared for LCWS 2011 proceeding

Public Private Partnership

Der Begriff "Public Private Partnership" (PPP) verdankt seinen Aufstieg in erster Linie den Privatisierungs- und Deregulierungstrends unter Ronald Reagan in den USA und unter Margaret Thatcher in Großbritannien. PPP wird zwar von der Privatisierungsdebatte getragen, lässt sich aber nicht ausschließlich als Element neoliberaler Politik verorten. Als Instrument wird es in erster Linie auf der regionalen und lokalen Ebene eingesetzt. In der Bundesrepublik tragen die wachsenden Haushaltsdefizite und die eingeschränkte Handlungsfähigkeit öffentlicher Institutionen in hohem Maße dazu bei, dass PPP als alternative Organisationsform populärer wird. Außerdem betrachten viele Kommunen solche Organisationsformen als adäquate Instrumente, um in einer wachsenden Standortkonkurrenz Projekte schneller und effizienter umsetzen zu können. Im vorliegenden Beitrag werden zunächst die Unterschiede von PPP zum Sponsoring und zum Subsidiaritätsprinzip herausgestellt. Im Anschluss daran werden die Effizienzvorteile durch PPPs beschrieben, Handlungsfelder und Beispiele aus der Verwaltungspraxis aufgezeigt sowie Entwicklungsperspektiven und -probleme diskutiert. (ICI2