Development of a fully coupled biogeochemical reactive transport model to simulate microbial oxidation of organic carbon and pyrite under nitrate‐reducing conditions

©2018. American Geophysical UnionIn regions with intensive agriculture nitrate is one of the most relevant contaminants in groundwater. Denitrification reduces elevated nitrate concentrations in many aquifers, yet the denitrification potential is limited by the concentration of available electron donors. The aim of this work was to study the denitrification potential and its limitation in natural sediments. A column experiment was conducted using sediments with elevated concentrations of organic carbon (total organic carbon 3,247 mg C/kg) and pyrite (chromium reducible sulfur 150 mg/kg). Groundwater with high nitrate concentration (100 mg/L) was injected. Measurements were taken over 160 days at five different depths including N‐ and S‐isotope analysis for selected samples. A reactive transport model was developed, which couples nitrate reduction with the oxidation of organic carbon (heterotrophic denitrification) and pyrite (autolithotrophic denitrification), and considers also transport and growth of denitrifying microbes. The denitrification pathway showed a temporal sequence from initially heterotrophic to autolithotrophic. However, maximum rates were lower for heterotrophic (11 mmol N/(L*a)) than for autolithotrophic denitrification (48 mmol N/(L*a)). The modeling showed that denitrifying microbes initially preferred highly reactive organic carbon as the electron donor for denitrification but were also able to utilize pyrite. The results show that after 160 days nitrate increased again to 50 mg/L. At this time only 0.5% of the total organic carbon and 46% of the available pyrite was oxidized. This indicates that denitrification rates strongly decrease before the electron donors are depleted either by a low reactivity (total organic carbon) or a diminishing reactive surface possibly due to the presence of coatings (pyrite)

Improving Surgical Training Phantoms by Hyperrealism: Deep Unpaired Image-to-Image Translation from Real Surgeries

Current `dry lab' surgical phantom simulators are a valuable tool for surgeons which allows them to improve their dexterity and skill with surgical instruments. These phantoms mimic the haptic and shape of organs of interest, but lack a realistic visual appearance. In this work, we present an innovative application in which representations learned from real intraoperative endoscopic sequences are transferred to a surgical phantom scenario. The term hyperrealism is introduced in this field, which we regard as a novel subform of surgical augmented reality for approaches that involve real-time object transfigurations. For related tasks in the computer vision community, unpaired cycle-consistent Generative Adversarial Networks (GANs) have shown excellent results on still RGB images. Though, application of this approach to continuous video frames can result in flickering, which turned out to be especially prominent for this application. Therefore, we propose an extension of cycle-consistent GANs, named tempCycleGAN, to improve temporal consistency.The novel method is evaluated on captures of a silicone phantom for training endoscopic reconstructive mitral valve procedures. Synthesized videos show highly realistic results with regard to 1) replacement of the silicone appearance of the phantom valve by intraoperative tissue texture, while 2) explicitly keeping crucial features in the scene, such as instruments, sutures and prostheses. Compared to the original CycleGAN approach, tempCycleGAN efficiently removes flickering between frames. The overall approach is expected to change the future design of surgical training simulators since the generated sequences clearly demonstrate the feasibility to enable a considerably more realistic training experience for minimally-invasive procedures.Comment: 8 pages, accepted at MICCAI 2018, supplemental material at https://youtu.be/qugAYpK-Z4

ESG ratings and stock performance during the COVID-19 crisis

We investigate the association between Environmental, Social, and Governance (ESG) ratings and stock performance during the COVID-19 crisis. Although there is mixed evidence in the literature whether ESG is valuable in times of crisis, we find high ESG-rated European firms to be associated with higher abnormal returns and lower stock volatility. After decomposing ESG into its separate components, we find the social score to be the predominant driver of our results. Further, we argue that ESG is value-enhancing in low-trust countries, and in countries with poorer security regulations and where lower disclosure standards prevail

Einkommensungleichheit in der Bundesrepublik Deutschland : Diskriminierung von Frauen und Ausländern?

"Der Artikel befaßt sich mit einer empirischen Untersuchung der Einkommensunterschiede zwischen Männern und Frauen sowie zwischen Deutschen und Ausländern in der Bundesrepublik Deutschland. Anhand der Daten des Mikrozensus 1985 werden humankapitaltheoretisch fundierte Einkommensfunktionen geschätzt. Der Stichprobenauswahlfehler wird durch die Heckman-Korrektur berücksichtigt. Insbesondere wird der Frage nachgegangen, inwieweit die beobachteten geschlechts- und nationalitätsbedingten Einkommensdifferenzen auf Unterschiede in den individuellen Humankapitalausstattungen zurückzuführen sind und in welcher Weise sich verschiedene Methoden der Berücksichtigung der Selektionskorrekturvariable bei der Einkommenszerlegung auf die Diskriminierungsschätzung auswirken. Es zeigt sich, daß auch dann ein nennenswerter Diskriminierungsanteil verbleibt, wenn der Einkommensunterschied zwischen Frauen und Männern um Unterschiede in der Ausbildung, Berufserfahrung, Arbeitszeit und der Erwerbsbeteiligung bereinigt wird. Die geschlechtsbezogene Diskriminierungskomponente erweist sich dabei als stärker als das Ausmaß der Diskriminierung nach Nationalität." (Autorenreferat, IAB-Doku)Einkommensunterschied, Lohndiskriminierung, Geschlechterverteilung, Frauen, ausländische Arbeitnehmer, Staatsangehörigkeit

What drives stocks during the Corona-crash? News attention vs. rational expectation

We explore if the corona-crash 2020 was driven by news attention or rational expectations about the pandemic’s economic impact. Using a sample of 64 national stock markets covering 94% of the world’s GDP, we find the stock markets’ decline to be mainly associated with higher news attention and less with rational expectation. We estimate the economic cost from the news hype to amount to USD 3.5 trillion for the US and USD 200 billion on average for the rest of the G8 countries

From the Western Alps across Central Europe: Postglacial recolonisation of the tufa stream specialist Rhyacophila pubescens (Insecta, Trichoptera)

Background: Dispersal rates, i.e. the effective number of dispersing individuals per unit time, are the product of dispersal capacity, i.e. a species physiological potential for dispersal, dispersal behaviour, i.e. the decision to leave a habitat patch in favour of another, and connectivity of occupied habitat. Dispersal of species that are highly specialised to a certain habitat is thus strongly limited by habitat availability. Additionally, species inhabiting very stable environments may adopt a sedentary life-style. Both factors should lead to strong genetic differentiation in highly specialised species inhabiting stable environments. These two factors apply to our model species Rhyacophila pubescens a highly specialised freshwater insect that occurs in tufa springs, a very stable habitat. Results: We examined the genetic population structure and phylogeography using range-wide mtCOI sequence and AFLP data from 333 individuals of R. pubescens. We inferred the location of Pleistocene refugia and postglacial colonisation routes of R. pubescens, and examined ongoing local differentiation. Our results indicate intraregional differentiation with a high number of locally endemic haplotypes, that we attributed to habitat specificity and low dispersal rates of R. pubescens. We observed high levels of genetic diversity south of the Alps and genetic impoverishment north of the Alps. Estimates of migrants placed the refugium and the source of the colonisation in the Dauphine Alps (SW Alps). Conclusions: This is the first example of an aquatic insect with a colonisation route along the western margin of the Alps to the Central European highlands. The study also shows that specialisation to a stable environment may have promoted a behavioural shift to decreased dispersal rates, leading to stronger local population differentiation than in less specialised aquatic insects. Alternatively, the occurrence of highly specialised tufa spring habitats may have been more widespread in the past, leading to range regression and fragmentation among present day R. pubescens populations

Variations of Steroid Hormone Metabolites in Serum and Urine in Polycystic Ovary Syndrome after Nafarelin Stimulation: Evidence for an Altered Corticoid Excretion.

To evaluate the clinical relevance of testing pituitary-ovarian responses in patients suffering from polycystic ovary syndrome (PCOS) with the GnRH agonist nafarelin, a 1.2-mg dose of nafarelin was given intranasally to 19 women with PCOS and 15 healthy premenopausal women. The subsequent analysis of steroids in both serum and urine during the test was carried out at several time points for up to 24 h. Serum levels of 17 alpha-hydroxyprogesterone were elevated at all time points of the test in PCOS patients vs. controls [at baseline, 3.5 +/- 0.2 vs. 1.8 +/- 0.1 nmol/L (P < 0.001); at 24 h, 9.9 +/- 0.9 vs. 4.9 +/- 0.3 nmol/L (P < 0.001)]. Basal levels of androstenedione were higher in the patient group, but there was no significant change during the test in either group. Serum testosterone levels were also found to differ in PCOS patients compared with the control values at baseline (2.2 +/- 0.2 vs. 1.5 +/- 0.1 nmol/L; P < 0.05) and after nafarelin treatment (at 24 h, 3.2 +/- 0.4 vs. 1.8 +/- 0.2 nmol/L; P < 0.05). Serum estradiol levels rose significantly in both groups during the test; the posttest levels were significantly higher in PCOS than in controls. The PCOS patients displayed a significant increase in androgen and gestagen metabolites as well as in glucocorticoid metabolites excreted in the urine during the 24 h. In the control subjects, except for 17 alpha-hydroxypregnanolone, which rose significantly, none of the urinary steroids investigated showed relevant changes during the nafarelin test. The posttest excretion of allo-tetrahydrocortisol (1.4 +/- 0.2 vs. 0.3 +/- 0.1 mumol/g creatinine; P < 0.001) and the increase in 17 alpha-hydroxypregnanolone excretion (1.4 +/- 0.2 vs. 0.3 +/- 0.1 mumol/g creatinine; P < 0.001) were distinctly higher in PCOS patients than in the controls; the diagnostic sensitivity of the combination of both parameters was 89% at a 93% specificity. Thus, measurements of 17 alpha-hydroxyprogesterone levels in serum and of urinary allo-tetrahydrocortisol and 17 alpha-hydroxypregnanolone after nafarelin treatment make this stimulation test a valuable diagnostic tool for identifying PCOS patients. The significant changes in the excretion of urinary androgen and gestagen metabolites, unmasked by GnRH agonist stimulation, suggest a functional alteration of the pituitary-ovarian axis. The reason for the increased excretion of glucocorticoid metabolites after nafarelin stimulation remains to be clarified

Vergleich des Gelenkknorpels von jungen und alten Schweinen vor und nach tribologischer Beanspruchung

Das grundlegende Ziel dieser Dissertation war es, Gelenkknorpel von jungen und alten porkinen Kniegelenken vor und nach einer tribologischen Belastung zu vergleichen. Hierfür wurde auf Kniegelenke aus dem örtlichen Schlachthof zurückgegriffen, der von 16 jungen (6 Monate) und 15 alten (5 Jahre) Schweinen stammte. Die folgenden Fragestellungen wurden hierbei untersucht: 1. Konnte an dem Gelenkknorpel Osteoarthrose nachgewiesen werden? Falls Osteoarthrose vorhanden gewesen sein sollte, wie stark war diese ausgeprägt? 2. Gab es einen statistisch belastbaren Unterschied zwischen dem Knorpelbelag der alten und jungen Schweine? 3. Konnte ein Unterschied im biomechanischen Verhalten nach einer tribologischen Belastung zwischen den jungen und alten Knorpelproben nachgewiesen werden? 4. Welchen Effekt auf der morphologischen Ebene hinterließ die tribologische Belastung an den Knorpelproben? Gab es einen Unterschied zwischen den jungen und alten Tieren im Hinblick auf diesen Effekt? Zur Beantwortung von 1. und 2. wurde unter Zuhilfenahme von radiologischen (Kellgren&Lawrence- Score), makroskopischen (ICRS-Score) und mikroskopischen (Little-Score) Bewertungskriterien der Knorpel beider Gruppen untersucht und verglichen. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass alte Kniegelenke osteoarthrotischen Veränderungen unterlagen und sich in allen drei Bewertungskriterien signifikant von jungen Kniegelenken unterscheiden. Im Anschluss (3.) wurde der Knorpel mit Hilfe eines tribologischen Prüfsystems - basierend auf dem Pin-on-Plate-Prinzip - getestet. Als Pin diente ein osteochondraler Zylinder aus der Femurkondyle, der sich oszillierend auf der korrespondierenden, quadratischen Plate aus dem Tibiaplateau bewegte. Mithilfe eines Höhenmessers wurde hierbei die kontinuierliche Abnahme der Knorpelhöhe der Proben während der 1108 Test-Zyklen (2,03 Stunden) andauernden Belastung gemessen. Hier konnte ebenfalls ein statistisch belastbarer Unterschied nachgewiesen werden. Im Mittel verloren junge Knorpelproben nach der tribologischen Belastung 0,86 mm und alte 0,50 mm an Knorpelhöhe. Eine negative Korrelation zwischen den Arthrose-Scores und der Höhenabnahme des Knorpels zeigte, dass je stärker der Knorpel von Osteoarthrose befallen war, er umso weniger an Höhe während der tribologischen Testung verlor. Für 4. wurde mit denselben makro- und mikroskopischen Bewertungskriterien der Effekt der Belastung auf die jeweilige Gruppe evaluiert und beide Gruppen miteinander verglichen. Der makro- sowie mikroskopisch erkennbare Effekt führte in beiden Gruppen zu einem signifikanten Anstieg des Scores im Vergleich zur Situation vor der Belastung. Auf der tibialen (Plate-) Seite war eine ausgeprägte Riefenbildung erkennbar, welche in der jungen Gruppe stärker zur Geltung kam. Ein eigener, adaptierter Score, bei dem der Fokus der mikroskopischen Veränderungen ausschließlich auf den durch die Reibeversuche verursachten Effekte auf der Oberfläche des Knorpels und nicht auf degenerativen Prozessen lag, konnte in der Situation nach Belastung kein Unterschied zwischen den beiden Gruppen feststellen. Die Ergebnisse dieser Dissertation lassen die Interpretation zu, dass arthrotischer Knorpel resistenter gegenüber mechanischen Beanspruchungen ist, als junger. Diskutiert werden sollte, inwieweit dem tribologischen Prüfsystem mit seiner Pin-on-Plate Konfiguration ein eventueller Einfluss auf die Ergebnisse zugeschrieben werden muss. Die vielversprechenden Ergebnisse dieser Dissertation sollten in weiterführenden Projekten verfolgt werden, da sie wichtige Charakterisierungen der Biomechanik des Knorpels liefern können