Ecotoxicity effects of oil Water Accommodated Fractions and oil Water Accommodated Fractions + Dispersant on cold environments: Acarita tonsa based bioassays and microbial community dynamics as monitoring tools

224 p.La contaminación por petróleo es un problema importante en los océanos y mares, especialmente en ambientes fríos y regiones polares, donde los procesos de remediación son más complejos y los ecosistemas son muy vulnerables. Durante un vertido de petróleo diversos factores meteorológicos y el movimiento de las olas favorecen la integración de los hidrocarburos hidrofílicos en la columna de agua, siendo el producto resultante la conocida como fracción acomodada del petróleo en el agua (WAF), que suele estar compuesta principalmente, aunque no solo, por hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs). Históricamente como forma de remediación ante los vertidos de petróleo se ha utilizado la incorporación de dispersantes químicos que favorecen la degradación del petróleo. Sin embargo, diversos estudios han demostrado que los dispersantes químicos pueden tener efectos adversos sobre los organismos marinos. El objetivo de este proyecto de Tesis doctoral ha sido estimar el posible impacto del WAF de un petróleo nafténico del Atlántico Norte (NNA), con o sin la adición del dispersante químico Finasol OSR52, mediante bioensayos in vivo con copépodos y el estudio de alteraciones en comunidades microbianas. Los bioensayos con el organismo modelo Acartia tonsa demostraron que el NNA WAF fue menos tóxico que los WAFs obtenidos a partir de destilados de fuel oil (IFO 180 y Gasóleo de uso marítimo), que mostraron una alta toxicidad a distintos niveles de organización biológica (transcripción génica, reproducción y supervivencia) en los copépodos. Al añadir el dispersante químico el NNA WAF fue más tóxico para los copépodos en términos de alteración de la transcripción génica, la reproducción y la mortalidad. En el caso de las comunidades microbianas, al examinar en condiciones de microcosmos los efectos del NNA WAF en solitario y NNA WAF con dispersante, se pudo observar que el dispersante no favoreció la biodegradación bacteriana de los compuestos procedentes del NNA WAF. Sin embargo, sí alteró las dinámicas de las comunidades microbianas, tanto en la columna de agua como en el sedimento, favoreciendo ciertos taxones. Se observó que las comunidades microbianas que poseían desde el inicio bacterias degradadoras de hidrocarburos, debido a un historial de exposición crónico a estos compuestos (legacy effects), fueron el principal impulsor de la degradación de los HAPs en la columna de agua y en los sedimentos. En conclusión, la integración de bioensayos de toxicidad in vivo con copépodos y el estudio de la dinámica de las comunidades microbianas ofrecen una visión amplia de los efectos y respuestas en ecosistemas sensibles que puede causar un escenario de vertido de petróleo y la adición de dispersantes químicos

Thresholds Optimization for One-Bit Feedback Multi-User Scheduling

We propose a new one-bit feedback scheme with scheduling decision based on the maximum expected weighted rate. We show the concavity of the $2$-user case and provide the optimal solution which achieves the maximum weighted rate of the users. For the general asymmetric M-user case, we provide a heuristic method to achieve the maximum expected weighted rate. We show that the sum rate of our proposed scheme is very close to the sum rate of the full channel state information case, which is the upper bound performance

Reduced Survival and Disruption of Female Reproductive Output in Two Copepod Species (Acartia clausi and A. tonsa) Exposed to the Model Endocrine Disruptor 17α-Ethinylestradiol

Estuaries are heavily impacted by pollutants from different sources such as urban sewage, industrial waste and agricultural runoff. Endocrine-disrupting chemicals (EDCs) are very concerning pollutants to estuarine wildlife, but little is known about their impact on microscopic biota such as zooplankton. The aim of this work was to investigate the effects of a model EDC, the 17α-ethinylestradiol (EE2), on two copepod species inhabiting the Basque coast (Southeastern Bay of Biscay) estuaries: Acartia clausi (autochthonous neritic species) and Acartia tonsa (non-indigenous brackish species). Female copepods were collected at population maximum time (spring for A. clausi and summer for A. tonsa) and exposed individually to 5 ng/L (low), 5 µg/L (medium) and 500 µg/L EE2 (high) doses, from environmental concentrations found in sewage effluents to toxicological concentrations. After 24 h exposure, the survival rate of experimental individuals was checked and the lethal concentration LC50 was calculated. The number of egg-producing females and the amount of egg laying and egg hatching were recorded. The integrated biomarker index (IBR) was calculated to integrate the overall effects of EE2 exposure. Both species had reduced survival rates at 500 µg/L, and the LC50 was lower in A. tonsa (158 µg/L) compared to A. clausi (398 µg/L). The number of eggs laid was significantly reduced in A. clausi at EE2 medium and high doses, while a reduction in the number of eggs in A. tonsa was observed only at the high dose. However, no significant differences were detected in the egg hatching success of exposed A. clausi and A. tonsa. IBR index showed that EE2 had the most detrimental effects on A. tonsa and A. clausi females at the 500 µg/L dose. In conclusion, after 24 h of exposure, EE2 reduced female copepod survival and disrupted reproductive output, but only at high non-environmentally relevant concentrations.Funded by the Basque Government (IT1743-22) and UPV/EHU (UFI 11/37). T.H. was a holder of an Erasmus Mundus master grant

Viral Hepatitis A to E in South Mediterranean Countries

Viral hepatitis represents an important health problem in the South Mediterranean countries, Egypt, Libya, Tunisia, Algeria and Morocco. Emerging natural history and epidemiological information reveal differences in the overall epidemiology, risk factors and modes of transmission of viral hepatitis A, B, C, D, E infections in the South Mediterranean region. The differences in the in incidence and prevalence of viral hepatitis across North African countries is attributed to variations in health care and sanitation standards, risk factors and immunization strategies. The active continuous population movement through travel, tourism and migration from and to the South Mediterranean countries contribute to the spread of infections due to hepatitis viruses across borders leading to outbreaks and emergence of new patterns of infection or introduction of uncommon genotypes in other countries, particularly in Europe

Secure Communications Using Directional Modulation

Limitations on the wireless communication resources (i.e., time and frequency) introduces the need for another domain that can help communication systems to match the increasing demand on high data transfer rates and quality of service (QoS). By using multiple antennas. Besides, the widespread use of wireless technology and its ease of access makes the privacy of the information, transferred over the wireless network, questionable. Along with the drawback of the traditional ciphering algorithms, physical layer security rises as a solution to over come such problem. Multiple-antennas systems offer more resources (i.e. degrees of freedom) which can be used to achieve secure communication. One of the recently developed techniques, that make use of directive antenna-arrays to provide secrecy, is Directional Modulation (DM). In DM, the antenna pattern is recognized as a spatial complex constellation, but it's not used as a source of information. The antenna pattern complex value, at a certain desired direction, is set to have the same complex value of the symbol to be transmitted. This scheme also randomizes the signal in the undesired directions, thus, providing a source of directional security. Contrary to the regular beam-forming, which provides directional power scaling, DM technique is applied in the transmitter by projecting digitally encoded information signals into a pre-specified spatial direction while simultaneously distorting the constellation formats of the same signals in all other directions. In our previous work, we introduced the Multi-Directional DM transmission scheme (MDDM). By using MDDM, we were able to provide multiple secure communication links for different directions. We showed that the scheme increases the transmission capacity of the system up to the number of the antenna elements. Also, the secrecy capacity increases with the increase of the number of transmitted streams. Moreover, MDDM has a low complexity structure compared to other DM implementations and it does not necessitate the implementation of special receiver algorithms. Up till now, DM was only discussed from the algorithm construction perspective, and to the extent of the authors knowledge there has been no study of the employment of DM algorithms into the system level. Hereby, we introduce a multi-user access system level design that uses MDDM as a transmission technique. The new design utilizes the dispersive nature of the channel to provide a location-based secure communication link to each of the legitimate users. The scheme shows the ability to highly degrade the eavesdropper channel, even for the worst case scenarios. We also deduce the Achievable secrecy rate and secrecy outage probability for the scheme. The amount of degradation increases with the increase of the number of users in the system. Moreover, the secrecy analysis shows that the proposed system is always able to achieve a positive secrecy rate with a high probability. Besides, we compare the performance of this scheme to the performance of Artificial Noise (AN) precoding, as they share the same assumption about the channel knowledge. The results also shows that the DM scheme outperforms the ordinary AN scheme, while having a simpler hardware and processing structure.qscienc

DFT-based multi-directions directional modulation

In this letter, a physically secure multi-directions directional modulation scheme is proposed. The scheme provides an adaptive beam-width assignment, where each user is granted a different beam width based on its channel condition. The scheme can be efficiently implemented using a discrete Fourier transform (DFT)-based algorithm that divides the spatial dimension into orthogonal narrow sub-beams. Each user is assigned multiple sub-beams that satisfies its pre-set direction of transmission and beam-width requirements. The scheme preserves the secrecy properties of directional modulation algorithms, where each legitimate user is guaranteed a secure communication link to its trusted receiver. The proposed scheme is practically efficient since it can be directly implemented using a DFT-based signal processing core.Qatar National Research Fund (a member of the Qatar Foundation)National Science Foundation (NSF

Effets écotoxicologiques du pétrole Fractions adaptées à l'eau et fractions adaptées à l'eau du pétrole + Dispersant sur les environnements froids : essais biologiques basés sur Acarita tonsa et dynamique de la communauté microbienne comme outils de surveillance

Oil pollution is an emerging problem in the world seas, especially in cold environments where remediation procedures are difficult. After an oil spill, wave dynamics and other weathering fac tors introduce soluble oil hydrocarbons, especially polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the water column, creati ng Water Accommodated Fractions (WAF). As a form of remediation, dispersant are added to assist in biodegradation. However, studies have shown that dispersant have adverse effect on marine organisms. The objective of this thesis is to estimate the effects of the weathered oils (WAF) in cold environment, focusing on marine fauna using in vivo bioassays and microbial communities. In addition , it is important to evaluate the toxicological effects of added chemical dispersant to WAF and its efficiency in hydrocarbon degradation. The in vivo toxicological assays, conducted using the model organism WAF prepared from dis Acartia tonsa , showed that tilled oils (IFO 180 and Marine diesel) exhibited high toxicity toward the copepod considering the lethality, reproduction and molecular endpoints such as gene transcription patterns. This suggests that the chemical composition of WAF from the distilled oi ls contributed to toxicity higher than that of WAF from the crude oil. However, the addition of dispersant to crude oil WAF also increased the toxicity toward Acartia tonsa low fecun . In addition, Acartia tonsa exposed to WAF with dispersant has also shown dity, high mortality and affected gene transcription patterns, further highlighting the toxicity effects of dispersants. Upon examining the effects of WAF and WAF with dispersant on microbial communities using microcosm setups, dispersant added to WAF did not improve biodegradation rates. However, WAF with dispersant contributed to changes in the microbial community dynamics in both water and in sediment by selecting certain taxa. Results have shown that microbial communities with initial hydrocarbon degra ding bacteria due to history of chronic hydrocarbon exposure (legacy effects) were the main driver of the degradation rate of PAHs in water and in sediment. In conclusion, integrating both in vivo toxicity assays and studying microbial communities dynamics has paved the way to understand the fate of oil spilled in the cold environment after weathering and whether the traditional use of dispersant mitigated the oil spill effectsLa pollution par les hydrocarbures est un problème émergent dans les mers du monde, en particulier dans les environnements froids où les procédures d'assainissement sont difficiles. Après un déversement de pétrole, la dynamique des vagues et d'autres facteurs d'altération introduisent la solubilisation des hydrocarbures, en particulier des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans la colonne d'eau, créant des fractions d'hydrocarbures solubilisés dans l'eau (WAF). Après une marée noire, des stratégies de lutte impliquent l'addition de dispersant afin de favoriser la biodégradation. Cependant, des études ont montré que les dispersants ont des effets néfastes sur les organismes marins. L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets des hydrocarbures altérés par le temps (WAF) dans les environnements froid, en focalisant su marine à l'aide de bior la faune essais in vivo et sur les communautés microbiennes. De plus, il est important d'étudier les effets toxicologiques de l'ajout de dispersant chimique au WAF et son efficacité dans la dégradation des hydrocarbures. Les essais réalisés en utilisant Acartia tonsa toxicologiques in vivo , comme organisme modèle, ont montré que les WAF préparées à partir de pétroles distillés (IFO 180 et Marine diesel) présentaient une toxicité élevée envers le copépode considérant les paramètres de létalité, de reproduction et indicateurs moléculaires Tels que les modèles de transcription des gènes. Ces résultats suggèrent que la composition chimique des WAF obtenues à partir de pétroles distillés ont contribué à une toxicité supérieure à celle des WAF obtenues à partir de pétrole brut. Cependant, l'ajout de dispersant dans les WAF obtenues à partir de pétrole brut a augmenté la toxicité envers Acartia tonsa . En outre, Acartia tonsa exposé au WAF contenant un dispersant a également montré une faible fécondité, une mortalité élevée et des profils d'expression génique affectés, soulignant davantage les effets toxique des dispersants. Après avoir examiné les effets du WAF et du WAF avec dispersant sur les communautés microbiennes dans des expérimentations en microcosmes, le dispersant ajouté au WAF n'a pas amélioré les taux de biodégradation. Cependant, le WAF avec dispersant a contribué à des changements dans la structure des communautés microbiennes et leur dynamique, à la fois dans l'eau et dans les sédiments, résultant en la sélection de certains taxons. Les résultats ont montré que les communautés microbiennes possédant des microorganismes dégradant les hydrocarbures, en raison d'une exposition chronique aux hydrocarbures (effet héritage), étaient responsables des taux de dégradation élevés des HAP dans l'eau et dans les sédiments. En conclusion, l'intégration à la fois des essais de toxicité in vivo et de l'étude de la dynamique des communautés microbiennes a ouvert la voie pour comprendre le devenir du pétrole, déversé dans l'environnement froid, après leur altération. Nous avons également évalué si l'utilisation traditionnelle de dispersant atténuait les effets du déversement de pétrole

Effets écotoxicologiques du pétrole Fractions adaptées à l'eau et fractions adaptées à l'eau du pétrole + Dispersant sur les environnements froids : essais biologiques basés sur Acarita tonsa et dynamique de la communauté microbienne comme outils de surveillance

La pollution par les hydrocarbures est un problème émergent dans les mers du monde, en particulier dans les environnements froids où les procédures d'assainissement sont difficiles. Après un déversement de pétrole, la dynamique des vagues et d'autres facteurs d'altération introduisent la solubilisation des hydrocarbures, en particulier des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans la colonne d'eau, créant des fractions d'hydrocarbures solubilisés dans l'eau (WAF). Après une marée noire, des stratégies de lutte impliquent l'addition de dispersant afin de favoriser la biodégradation. Cependant, des études ont montré que les dispersants ont des effets néfastes sur les organismes marins. L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets des hydrocarbures altérés par le temps (WAF) dans les environnements froid, en focalisant su marine à l'aide de bior la faune essais in vivo et sur les communautés microbiennes. De plus, il est important d'étudier les effets toxicologiques de l'ajout de dispersant chimique au WAF et son efficacité dans la dégradation des hydrocarbures. Les essais réalisés en utilisant Acartia tonsa toxicologiques in vivo , comme organisme modèle, ont montré que les WAF préparées à partir de pétroles distillés (IFO 180 et Marine diesel) présentaient une toxicité élevée envers le copépode considérant les paramètres de létalité, de reproduction et indicateurs moléculaires Tels que les modèles de transcription des gènes. Ces résultats suggèrent que la composition chimique des WAF obtenues à partir de pétroles distillés ont contribué à une toxicité supérieure à celle des WAF obtenues à partir de pétrole brut. Cependant, l'ajout de dispersant dans les WAF obtenues à partir de pétrole brut a augmenté la toxicité envers Acartia tonsa . En outre, Acartia tonsa exposé au WAF contenant un dispersant a également montré une faible fécondité, une mortalité élevée et des profils d'expression génique affectés, soulignant davantage les effets toxique des dispersants. Après avoir examiné les effets du WAF et du WAF avec dispersant sur les communautés microbiennes dans des expérimentations en microcosmes, le dispersant ajouté au WAF n'a pas amélioré les taux de biodégradation. Cependant, le WAF avec dispersant a contribué à des changements dans la structure des communautés microbiennes et leur dynamique, à la fois dans l'eau et dans les sédiments, résultant en la sélection de certains taxons. Les résultats ont montré que les communautés microbiennes possédant des microorganismes dégradant les hydrocarbures, en raison d'une exposition chronique aux hydrocarbures (effet héritage), étaient responsables des taux de dégradation élevés des HAP dans l'eau et dans les sédiments. En conclusion, l'intégration à la fois des essais de toxicité in vivo et de l'étude de la dynamique des communautés microbiennes a ouvert la voie pour comprendre le devenir du pétrole, déversé dans l'environnement froid, après leur altération. Nous avons également évalué si l'utilisation traditionnelle de dispersant atténuait les effets du déversement de pétrole.Oil pollution is an emerging problem in the world seas, especially in cold environments where remediation procedures are difficult. After an oil spill, wave dynamics and other weathering fac tors introduce soluble oil hydrocarbons, especially polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the water column, creati ng Water Accommodated Fractions (WAF). As a form of remediation, dispersant are added to assist in biodegradation. However, studies have shown that dispersant have adverse effect on marine organisms. The objective of this thesis is to estimate the effects of the weathered oils (WAF) in cold environment, focusing on marine fauna using in vivo bioassays and microbial communities. In addition , it is important to evaluate the toxicological effects of added chemical dispersant to WAF and its efficiency in hydrocarbon degradation. The in vivo toxicological assays, conducted using the model organism WAF prepared from dis Acartia tonsa , showed that tilled oils (IFO 180 and Marine diesel) exhibited high toxicity toward the copepod considering the lethality, reproduction and molecular endpoints such as gene transcription patterns. This suggests that the chemical composition of WAF from the distilled oi ls contributed to toxicity higher than that of WAF from the crude oil. However, the addition of dispersant to crude oil WAF also increased the toxicity toward Acartia tonsa low fecun . In addition, Acartia tonsa exposed to WAF with dispersant has also shown dity, high mortality and affected gene transcription patterns, further highlighting the toxicity effects of dispersants. Upon examining the effects of WAF and WAF with dispersant on microbial communities using microcosm setups, dispersant added to WAF did not improve biodegradation rates. However, WAF with dispersant contributed to changes in the microbial community dynamics in both water and in sediment by selecting certain taxa. Results have shown that microbial communities with initial hydrocarbon degra ding bacteria due to history of chronic hydrocarbon exposure (legacy effects) were the main driver of the degradation rate of PAHs in water and in sediment. In conclusion, integrating both in vivo toxicity assays and studying microbial communities dynamics has paved the way to understand the fate of oil spilled in the cold environment after weathering and whether the traditional use of dispersant mitigated the oil spill effect

Secure multiple-users transmission using multi-path directional modulation

This work introduces a physical-layer secure multiple-users communication scheme. Our scheme employs the multi-path nature of the wireless channel to provide a different secure communication link for each of the legitimate users. We show that the proposed scheme highly degrades the eavesdroppers channel even for the worst case scenarios. We also provide the secrecy capacity and secrecy outage probability for the proposed scheme. We analyze the effect of the number of users, channel paths, and antenna elements on the secrecy performance of the scheme.Institute of Engineers and Everyone Else IEEE Communications Societ