Effects of permafrost thaw on nitrogen availability and plant soil interaction in a boreal Alaska lowland

Thesis (M.S.) University of Alaska Fairbanks, 2014Permafrost thaw in boreal peatlands causes an ecosystem state change as black spruce forests with permafrost transition into saturated, non-forested collapse scar bogs or fens. Previous studies have suggested that permafrost thaw can increase soil nitrogen (N) bioavailability. However, it is unclear whether these changes in N availability are directly related to changes in N pools or mineralization rates in surface soils (active layer dynamics), or whether increasing N can be attributed to N mobilization from thawing permafrost soil organic matter at depth. I examined plant species composition and aspects of N cycling along triplicate permafrost-thaw gradients in interior Alaskan peatlands. Each gradient comprised plots situated in a 1) forested plateau with intact permafrost (hereafter called permafrost forest) 2) forest experiencing active thaw (drunken forest), 3) moat representing initial stages of complete thaw (moat), and 4) collapse scar bog representing post-thaw succession following complete permafrost thaw (collapse bog). I found that both organic and inorganic N concentrations in soil solution increased with thaw. Drunken forests with active permafrost thaw had the greatest mean concentrations of total dissolved N relative to the other gradient plots. Elevated levels of dissolved N in the drunken forest plots were due primarily to high concentrations of large molecular DON. The moat and collapse scar bog plots had greater inorganic N concentrations on average than the permafrost forest or the drunken forest, suggesting that changes in plantavailable N do not occur immediately upon thaw, but are influenced by vegetation or soil succession occurring decades to centuries after thaw is initiated. However, across all of the community types, I found that deeper soil horizons corresponded to greater concentrations of DIN and DON when thaw was deepest (September), suggesting that permafrost soil horizons are playing a role in changing N availability post-thaw. Vegetation responses to permafrost thaw included changes in plant community composition, deeper rooting profiles, and changes in foliar N and δ¹⁵N values. Plant foliar and litterfall N concentrations increased with collapse bog succession and showed relationships with concentrations of DIN, suggesting that plants are utilizing additional mineralized N. Together, my results suggest that the conversion of lowland permafrost forests to collapse scar bogs increases N availability both by increasing turnover of the permafrost organic matter pool as well as through longer-term successional processes. At least some plants are able to capitalize on "new" sources of N available post-thaw, but it is unclear from my results whether plants are able to acquire N mobilized by thawing permafrost organic matter deeper in soil profiles

Na(V)1.5 sodium channel window currents contribute to spontaneous firing in olfactory sensory neurons

Olfactory sensory neurons (OSNs) fire spontaneously as well as in response to odor; both forms of firing are physiologically important. We studied voltage-gated Na+ channels in OSNs to assess their role in spontaneous activity. Whole cell patch-clamp recordings from OSNs demonstrated both tetrodotoxin-sensitive and tetrodotoxin-resistant components of Na+ current. RT-PCR showed mRNAs for five of the nine different Na+ channel α-subunits in olfactory tissue; only one was tetrodotoxin resistant, the so-called cardiac subtype NaV1.5. Immunohistochemical analysis indicated that NaV1.5 is present in the apical knob of OSN dendrites but not in the axon. The NaV1.5 channels in OSNs exhibited two important features: 1) a half-inactivation potential near −100 mV, well below the resting potential, and 2) a window current centered near the resting potential. The negative half-inactivation potential renders most NaV1.5 channels in OSNs inactivated at the resting potential, while the window current indicates that the minor fraction of noninactivated NaV1.5 channels have a small probability of opening spontaneously at the resting potential. When the tetrodotoxin-sensitive Na+ channels were blocked by nanomolar tetrodotoxin at the resting potential, spontaneous firing was suppressed as expected. Furthermore, selectively blocking NaV1.5 channels with Zn2+ in the absence of tetrodotoxin also suppressed spontaneous firing, indicating that NaV1.5 channels are required for spontaneous activity despite resting inactivation. We propose that window currents produced by noninactivated NaV1.5 channels are one source of the generator potentials that trigger spontaneous firing, while the upstroke and propagation of action potentials in OSNs are borne by the tetrodotoxin-sensitive Na+ channel subtypes.This work was aided by support from Boston University, the Rocky Mountain Taste and Smell Center Core for Cellular Visualization and Analysis [National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD) P30 DC-04657; D. Restrepo, principal investigator], and NIDCD Grants DC-04863 to V. Dionne and DC-006070 to D. Restrepo and T. E. Finger. (Boston University; P30 DC-04657 - Rocky Mountain Taste and Smell Center Core for Cellular Visualization and Analysis [National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD)]; DC-04863 - Rocky Mountain Taste and Smell Center Core for Cellular Visualization and Analysis [National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD)]; DC-006070 - Rocky Mountain Taste and Smell Center Core for Cellular Visualization and Analysis [National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD)])https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4122723/Accepted manuscrip

Das iranische Atomprogramm und der Westen: Bilanz und Ausblick der nuklearen Nichtverbreitung in europäischen Fachaufsätzen

Die Frage, ob und wie der Iran zu einem Verzicht auf ein militärisches Atomprogramm bewegt werden kann, ist für die Zukunft sowohl der internationalen Sicherheit als auch speziell des globalen Nichtverbreitungsregimes von großer Bedeutung. Am 31. August 2006 ließ Teheran das vom UN-Sicherheitsrat gestellte Ultimatum verstreichen und widersetzte sich damit der Forderung, die Entwicklung eines eigenen Brennstoffkreislaufs zumindest vorübergehend auszusetzen. Die internationale Staatengemeinschaft ist nun herausgefordert, auf die Verstöße des Iran wirksam und geschlossen zu reagieren. In den Beiträgen einschlägiger Fachzeitschriften wird unter anderem der Frage nachgegangen, welche Motive der Iran haben könnte, Nuklearwaffen zu entwickeln. Einige Autoren unterziehen die diplomatischen Bemühungen der EU-3 einer kritischen Analyse. Angesichts der Gefahr einer Erosion des Nichtverbreitungsregimes werden außerdem mögliche Handlungsoptionen der internationalen Gemeinschaft diskutiert. (Autorenreferat

Simulation and observations of stratospheric aerosols from the 2009 Sarychev volcanic eruption

We used a general circulation model of Earth’s climate to conduct simulations of the 12-16 June 2009 eruption of Sarychev volcano (48.1°N, 153.2°E). The model simulates the formation and transport of the stratospheric sulfate aerosol cloud from the eruption and the resulting climate response. We compared optical depth results from these simulations with limb scatter measurements from the Optical Spectrograph and InfraRed Imaging System (OSIRIS), in situ measurements from balloon-borne instruments lofted from Laramie, Wyoming (41.3°N, 105.7°W), and five lidar stations located throughout the Northern Hemisphere. The aerosol cloud covered most of the Northern Hemisphere, extending slightly into the tropics, with peak backscatter measured between 12 and 16 km in altitude. Aerosol concentrations returned to near background levels by Spring, 2010. After accounting for expected sources of discrepancy between each of the data sources, the magnitudes and spatial distributions of aerosol optical depth due to the eruption largely agree. In conducting the simulations, we likely overestimated both particle size and the amount of SO2 injected into the stratosphere, resulting in modeled optical depth values that were a factor of 2-4 too high. Model results of optical depth due to the eruption show a peak too late in high latitudes and too early in low latitudes, suggesting a problem with stratospheric circulation in the model. The model also shows a higher annual decay rate in optical depth than is observed, showing an inaccuracy in seasonal deposition rates. The modeled deposition rate of sulfate aerosols from the Sarychev eruption is higher than the rate calculated for aerosols from the 1991 eruption of Mt. Pinatubo

Over-optimism in unsupervised microbiome analysis: Insights from network learning and clustering

In recent years, unsupervised analysis of microbiome data, such as microbial network analysis and clustering, has increased in popularity. Many new statistical and computational methods have been proposed for these tasks. This multiplicity of analysis strategies poses a challenge for researchers, who are often unsure which method(s) to use and might be tempted to try different methods on their dataset to look for the “best” ones. However, if only the best results are selectively reported, this may cause over-optimism: the “best” method is overly fitted to the specific dataset, and the results might be non-replicable on validation data. Such effects will ultimately hinder research progress. Yet so far, these topics have been given little attention in the context of unsupervised microbiome analysis. In our illustrative study, we aim to quantify over-optimism effects in this context. We model the approach of a hypothetical microbiome researcher who undertakes four unsupervised research tasks: clustering of bacterial genera, hub detection in microbial networks, differential microbial network analysis, and clustering of samples. While these tasks are unsupervised, the researcher might still have certain expectations as to what constitutes interesting results. We translate these expectations into concrete evaluation criteria that the hypothetical researcher might want to optimize. We then randomly split an exemplary dataset from the American Gut Project into discovery and validation sets multiple times. For each research task, multiple method combinations (e.g., methods for data normalization, network generation, and/or clustering) are tried on the discovery data, and the combination that yields the best result according to the evaluation criterion is chosen. While the hypothetical researcher might only report this result, we also apply the “best” method combination to the validation dataset. The results are then compared between discovery and validation data. In all four research tasks, there are notable over-optimism effects; the results on the validation data set are worse compared to the discovery data, averaged over multiple random splits into discovery/validation data. Our study thus highlights the importance of validation and replication in microbiome analysis to obtain reliable results and demonstrates that the issue of over-optimism goes beyond the context of statistical testing and fishing for significance

Die virtuelle Exkursion als Lehr- und Lernumgebung in Schule und Hochschule

Die Deutsche Gesellschaft für Geographie (DGfG) bezeichnet die Geographie als Wissenschaft vom Raum, in deren Mittelpunkt die Erde als System mit ihren Teilräumen unterschiedlicher Abgrenzung und unterschiedlichen Maßstäben steht. Das Schulfach Geographie beschäftigt sich ebenfalls mit Raumkategorien, wobei der Beitrag des Faches in der Auseinandersetzung mit Wechselbeziehungen zwischen Natur und Gesellschaft in Räumen unterschiedlicher Art und Größe zu sehen ist (DGfG 2012). Die entsprechende Methode wird als Raumanalyse bezeichnet und setzt sich aus mehreren Teilmethoden zusammen (Kultusministerium Sachsen-Anhalt 2009). Ein Raum kann sowohl mithilfe von Methoden der realen Begegnung, z. B. in Form einer Exkursion, als auch mit Methoden der medialen Anschauung (z. B. durch Bilder und Filme) analysiert werden. Die virtuelle Exkursion als multimediale Lehr- und Lernumgebung bietet eine neue Möglichkeit, geographische Räume virtuell, multimedial sowie interaktiv zu erkunden. Im vorliegenden Beitrag werden der Begriff der virtuellen Exkursion und deren Merkmale an dem konkreten Beispiel des Elbeeinzugsgebietes erläutert sowie deren Einsatzmöglichkeiten in Schule und Hochschule diskutiert. Abschließend wird ein Vorschlag für die Bewertung von virtuellen Exkursionen im Rahmen von Prüfungsleistungen vorgestellt

Reiche Lebenswelten in NS-Deutschland

Research on Nazi Germany until the 1980s mainly described social inequality from the workers’ perspective. The top of the social hierarchy was at the most considered as co-responsible for the rise of National Socialism. More recent research on the “Volksgemeinschaft” (ethnic community of the German nation) also perceived material inequality at best only marginally, as a background for research on gender, race and ethnicity, on visualization strategies, everyday practices and violence: gender and race dominate the image of the “Volksgemeinschaft”, class remained a stepchild of the debate. The article therefore examines the power of an entrepreneurial family to fashion their social, economic and political environment even under National Socialism (Gestaltungsmacht, -chancen) and considers the opportunities and spaces opened or closed by the Nazi regime. Three perspectives of investigation are distinguished, always with the focus on this very capacity to “fashion” the world: inequality, legitimate wealth and entrepreneurship in Nazi ideology; entrepreneurial action as the shaping of one’s own environment; the shaping of private life as an expression of wealth. Using the example of the Bielefeld entrepreneur family Oetker-Kaselowsky, the lifestyle and fashioning power of rich Germans under National Socialism are examined. They represent the large number of bourgeois families in Germany, where “the” company was the core of economic interests, where the nexus of family and company developed enormous binding power. The sphere of action of this family remained largely national. Given the defeats in both world wars and the expansive policies of the Nazi regime, “national” was, of course, not a constant but a fluid variable between 1918 and 1949. However, the family not only reacted to the political course of time, it also adapted it for its own purposes, for example in the company’s social policies, in the development of new business fields and in the formation of organizational structures. The display of wealth was unproblematic as long as it was socially and regime-compatible: it was socially compatible because it had a function for public welfare and patronage; it was the object of propagandistic reinterpretation, thus demonstrating the connection of wealth to the purposes of the “Volksgemeinschaft”. The representation of wealth and social difference was compatible with the regime, since it integrated the new political elite of Nazi Germany.Soziale Ungleichheit wurde in der NS-Forschung bis in die 1980er Jahre vor allem aus der Arbeiterperspektive beschrieben. Die Spitzen der Sozialhierarchie kamen höchstens als Mitverantwortliche für den Aufstieg des Nationalsozialismus in Betracht. Auch die jüngere Forschung zur „Volksgemeinschaft“ nahm materielle Ungleichheit allenfalls am Rande wahr, als Hintergrundfolie einer auf Geschlecht, Rasse und ethnische Zugehörigkeit, auf Visualisierungsstrategien, Alltagspraktiken und Gewalt gerichteten Forschung: Gender und race dominieren das Bild von der „Volksgemeinschaft“, class blieb ein Stiefkind der Debatte. Der Artikel fragt deshalb nach der Gestaltungsmacht einer Unternehmerfamilie im Nationalsozialismus sowie nach den Chancen und Räumen, die der NS eröffnete oder verschloss. Drei Untersuchungsperspektiven werden unterschieden, wobei im Zentrum die Frage nach den Gestaltungschancen liegt, die Reichtum auch während des NS eröffnete: Ungleichheit, legitimer Reichtum und Unternehmertum in der NS-Ideologie; unternehmerisches Handeln als Gestaltung der eigenen Umwelt; die Gestaltung der privaten Lebensführung als Ausdruck von Reichtum. Am Beispiel der Bielefelder Unternehmerfamilie Oetker-Kaselowsky werden Lebensstil und Gestaltungsmacht reicher Deutscher im Nationalsozialismus untersucht. Sie stehen stellvertretend für die Vielzahl wirtschaftsbürgerlicher Familien in Deutschland, in denen „das“ Unternehmen der Kern der ökonomischen Interessen war, bei denen der Nexus von Familie und Unternehmen enorme Bindungskraft entwickelte. Der Handlungsraum dieser Familie blieb weitgehend national bestimmt. Angesichts der Niederlagen in beiden Weltkriegen und der expansiven Politik des NS-Regimes war „national“ freilich zwischen 1918 und 1949 keine feste, sondern eine fluide Größe. Die Familie reagierte aber nicht nur auf die politischen Zeitläufte, sie adaptierte sie auch für ihre eigenen Zwecke, etwa in der betrieblichen Sozialpolitik, bei der Entwicklung neuer Geschäftsfelder und bei der Anpassung von Organisationsstrukturen. Dabei war die Zurschaustellung von Reichtum unproblematisch, solange sie sozial- und regimeverträglich war: Sozialverträglich war sie, da sie eine Funktion für soziale Fürsorge und Mäzenatentum hatte; sie war das Objekt propagandistischer Umdeutung, die die Rückbindung des Reichtums an die Zwecke der „Volksgemeinschaft“ demonstrierte. Regimeverträglich war die Repräsentation von Reichtum und sozialer Differenz, da sie die Träger des Regimes, die neuen politischen Eliten des NS beteiligte.Jusqu’aux années 1980, la recherche sur l’Allemagne nazie a décrit l’inégalité sociale principalement du point de vue des travailleurs. Le sommet de la hiérarchie sociale était au mieux considéré comme coresponsable de la montée du national-socialisme. Des recherches plus récentes sur la « Volksgemeinschaft » (communauté ethnique) ont également perçu l’inégalité matérielle au mieux marginalement, comme un fond pour la recherche sur le genre, la race et l'ethnicité, sur les stratégies de visualisation, les pratiques quotidiennes et la violence : le genre et la race dominent l’image de la « Volksgemeinschaft », la classe est curieusement absente du débat. L’article examine donc le pouvoir d’une famille entrepreneuriale sous le national-socialisme de façonner leur propre environnement social, économique et politique, tout en considérant les opportunités et les espaces ouverts ou fermés par le régime nazi. Trois perspectives d’investigation sont distinguées, l’accent étant toujours mis sur les opportunités à façonner son environnement que la richesse a ouvertes à l'époque nazie : l’inégalité, la richesse légitime et l’esprit d’entrepreneur dans l’idéologie nazie ; l’action entrepreneuriale comme façonnage de son propre environnement ; le façonnage de la vie privée comme une expression de la richesse. Le mode de vie et le pouvoir de façonnage des riches Allemands sous le national-socialisme sont examinés à l’exemple de la famille d’entrepreneurs Oetker-Kaselowsky de Bielefeld. Ils sont représentatifs du grand nombre de familles bourgeoises, où « l’entreprise » était au cœur des intérêts économiques, où le lien de la famille et de l’entreprise a développé un énorme pouvoir contraignant. Le champ d’action de cette famille est resté largement national. Compte tenu des défaites des deux guerres mondiales et de la politique expansionniste du régime nazi, le « national » n’était bien sûr pas une constante mais une variable fluide entre 1918 et 1949. Mais la famille n’a pas seulement réagi à l’évolution politique du temps, elle l’a aussi adapté à ses propres besoins, par exemple dans la politique sociale de l'entreprise, dans le développement de nouveaux secteurs d’activité et dans l’adaptation de ses structures organisationnelles. Afficher publiquement la richesse ne posait pas de problème tant que cette richesse était représentée comme compatible avec la « Volksgemeinschaft » et en accord avec le régime : La richesse était socialement compatible parce qu’elle avait une fonction pour l’assistance sociale, le mécénat et la dynamique économique ; elle était l’objet d’une réinterprétation propagandiste qui l’a lié aux objectifs de la « Volksgemeinschaft ». Deuxièment, la richesse et les différences sociales associées étaient représentées en accord avec le régime en intégrant ses porteurs, les nouvelles élites politiques nazies