Structures and processes of the initial ecosystem development phase in an artificial water catchment (Final report CRC/TR 38)

Objective of the Transregional Collaborative Research Centre (CRC/TR) 38 was the study of structures and processes of the initial ecosystem development. It was assumed that the initial phase is characterized by less structured and therefore less heterogeneous ecosystems. Thus, analysis of young ecosystems in their initial stages should provide better insights into ecosystem functioning. Following this basic concept, the idea of the CRC/TR 38 was to analyze the establishment of new structures and processes which lead to a growing structuring and in consequence to a growing complexity and heterogeneity in an artificially created watershed. Further, with the help of this step-by-step development of the ecosystem it was aimed to learn from occurring feedbacks, which appear between old and newly emerging structures and patterns in order to better understand also the behavior of more mature systems. Special emphasis was placed on the spatial and temporal dynamics of both evolving structures and related processes and their interactions. In summary, the CRC/TR 38 was able to identify a number of structures and processes that are considered to be relevant and specific for young systems.Ziel des Sonderforschungsbereichs/Transregio (SFB/TRR) 38 war die Untersuchung von Strukturen und Prozessen der initialen Ökosystemgenese. Es wurde angenommen, dass die initiale Entwicklungsphase durch geringere Strukturierung und damit durch eine geringere Heterogenität der Ökosysteme gekennzeichnet ist. Entsprechend sollte die Untersuchung von Ökosystemen in ihrer initialen Entwicklungsphase verbesserte Erkenntnisse zur Funktion von Ökosystemen bieten. Diesem Konzept folgend untersuchte der SFB/TRR 38 in einem künstlichen Wassereinzugsgebiet die Entwicklung von neuen Strukturen und Prozessen, die zu einer zunehmenden Strukturierung und damit zu einer zunehmenden Heterogenität führte. Weiterhin war beabsichtigt, mit Hilfe der schrittweisen Entwicklung des Ökosystems auftretende Rückkopplungsprozesse zwischen alten und sich neu etablierenden Strukturen und Mustern zu erkennen und damit auch das Verständnis der Funktionsweise gereifter Ökosysteme zu verbessern. Besonderes Augenmerk wurde auf die zeitliche und räumliche Dynamik sowohl der sich entwickelnden Strukturen als auch der damit verbundenen Prozesse und ihrer Interaktionen gelegt. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der SFB/TRR 38 in der Lage war, zahlreiche Strukturen und Prozesse zu identifizieren, die als relevant und spezifisch für junge Ökosysteme betrachtet werden können

The human SKI complex regulates channeling of ribosome-bound RNA to the exosome via an intrinsic gatekeeping mechanism

The superkiller (SKI) complex is the cytoplasmic co-factor and regulator of the RNA-degrading exosome. In human cells, the SKI complex functions mainly in co-translational surveillance-decay pathways, and its malfunction is linked to a severe congenital disorder, the trichohepatoenteric syndrome. To obtain insights into the molecular mechanisms regulating the human SKI (hSKI) complex, we structurally characterized several of its functional states in the context of 80S ribosomes and substrate RNA. In a prehydrolytic ATP form, the hSKI complex exhibits a closed conformation with an inherent gating system that effectively traps the 80S-bound RNA into the hSKI2 helicase subunit. When active, hSKI switches to an open conformation in which the gating is released and the RNA 3′ end exits the helicase. The emerging picture is that the gatekeeping mechanism and architectural remodeling of hSKI underpin a regulated RNA channeling system that is mechanistically conserved among the cytoplasmic and nuclear helicase-exosome complexes

Current efforts on microplastic monitoring in Arctic fish and how to proceed

In this review, we investigated published data on the occurrence of microplastic in Arctic fish, and the suitability of the data and species for risk assessment and monitoring. As of 11.11.2021, we found nine studies in the peer-reviewed literature, one thesis and one report, confirming the occurrence of microplastic in fishes from multiple Arctic regions. The studies varied in methodology, detection and quantification limitations, reported categories of size, shape, and chemical identity. All these factors influence the numbers of microplastic reported, thus limiting comparability and hindering integrative analysis. The physiological impacts of the reported microplastic contamination cannot be determined, as all studies targeted stomach/intestine contents and did not use methods with limits of detection low enough to determine particle translocation from the intestine to other organs, tissues or body fluids within the fish. Furthermore, there is a fundamental lack of understanding the transfer and the effects of plastic additives to Arctic fishes. In addition to discussing methodological challenges and knowledge gaps, we consider ecosystem needs, commercial interests, Indigenous people’s subsistence, food safety and food sovereignty concerns, and developed a framework to harmonize and facilitate pan-Arctic microplastic monitoring.Current efforts on microplastic monitoring in Arctic fish and how to proceedacceptedVersio

Mono‐Phosphazenyl Phosphines (R 2 N) 3 P=N–P(NR 2 ) 2 – Strong P‐Bases, P‐Donors, and P‐Nucleophiles for the Construction of Chelates

We present a convenient three-step synthesis of amino substituted phosphazenyl phosphines of the general formula (R2N)3P=N–P(NR2)2 [NR2 = N(CH2)4, N(CH2)5, N(CH2)6]. These easily accessible mixed valent compounds display a surprisingly high proton affinity and basicity in the same range as the corresponding Schwesinger diphosphazene (Me2N)3P=N–P=NEt(NMe2)2 (Et-P2) and Verkade’s proazaphosphatrane superbases. Within the central [PIII–N=PV] scaffold, the phosphine PIII and not the phosphazene NIII atom is the center of highest proton affinity, basicity and donor strength. As P-bases, the title compounds display calculated proton affinities between 265.8 (NR2 = NMe2) and 274.7 kcal·mol–1 [NR2 = N(CH2)4] and pKBH+ values between 26.4 (NR2 = NMe2) and 31.5 [NR2 = N(CH2)4] on the acetonitrile scale. As P- nucleophiles, they are key intermediates in the synthesis of hyperbasic bis(diphosphazene) proton sponges, chiral bis(diphosphazene) proton pincers, bisphosphazides, and superbasic P2- bisylides. Their Staudinger reactions as nucleophile towards 1, 8-diazidonaphthalene leading to 1, 8-naphthalene-bisphosphazides is described in detail. The donor strength of the title compounds towards fragments [Se] and [Ni(CO)3] is in the same range as that of N-heterocyclic carbenes

Die Lösung von organischem Kohlenstoff führt zu einer verminderten Wasserstabilität bei Mikroaggregaten in einem Ackerboden mit Texturgradienten

Mikroaggregate (<250 µm) gelten als Bausteine von größeren Aggregaten. Über deren Aufbau und Stabilität ist bisher jedoch wenig bekannt. Lösbarer organischer Kohlenstoff (engl. dissolved organic carbon; DOC) ist ein bedeutender Teil des organischen Kohlenstoffs im Boden und könnte als stabilisierende Komponente in Mikroaggregaten dienen. Um den Einfluss von DOC auf die Stabilität von Mikroaggregaten besser zu verstehen, wurde in dieser Arbeit untersucht, ob eine erhöhte DOC-Freisetzung zu einem verstärkten Zerfall bei Mikroaggregaten führt. Zusätzlich wurde überprüft, ob erhöhter Tongehalt der Bodenproben bei diesem Prozess die Aggregatstabilität erhöht. Die untersuchten Proben wurden aus dem Oberboden (0-20 cm) einer ackerbaulich genutzten Parabraunerde in Scheyern (Bayern, Deutschland) mit unterschiedlichem Tongehalt (19-37 %) entnommen. Die Bodenproben wurden feldfeucht mit Wasser in drei Temperaturstufen (10 °C, 20 °C, 80 °C) behandelt und die dabei freigesetzte DOC-Menge bestimmt. Anschließend wurde die Größenverteilung der Mikroaggregate mittels dynamischer Bildanalyse gemessen und untersucht, ob eine höhere DOC-Freisetzung zu mehr kleinen Aggregaten und Partikeln führt. Eine Behandlung mit 80 °C warmem Wasser führte gegenüber 10 °C warmem Wasser zu einer mehr als doppelt so hohen DOC-Freisetzung (Faktor 2,1; p=0,004) und zu 8 % mehr kleinen Partikeln und Mikroaggregaten (8-50 µm; p=0,02). Der Tongehalt der untersuchten Proben hatte bei diesem Prozess keinen Einfluss auf die gemessene Aggregatstabilität. Die Analyse der Partikel und Aggregate mittels dynamischer Bildanalyse ergab, dass die Behandlung mit Wasser unterschiedlicher Temperatur vor allem in den Größenbereichen 8-50 µm, 50-100 µm und 100-200 µm zu einer Veränderung in der Partikelgrößenverteilung führte. Die Ergebnisse dieser Arbeit bestätigen, dass DOC in Mikroaggregaten eine stabilisierende Funktion innehat und leicht durch eine Behandlung mit Wasser freigesetzt werden kann. Daher muss bei einer Messung der Aggregatgrößenverteilung mittels Nasssiebung berücksichtigt werden, dass dabei freigesetzte DOC-Mengen die gemessene Aggregatstabilität verringern könnten. In weiteren Untersuchungen soll der Anteil vorhandener Primärpartikel quantifiziert und die Größenverteilung der gemessenen Partikel eindeutig von wasserstabilen Aggregaten abgegrenzt werden

On the defect pattern evolution in sapphire irradiated by swift ions in a broad fluence range

Sapphire samples, irradiated with swift Kr (245 MeV) ions at room temperature in a broad fluence range, were investigated using a continuous and a pulsed positron beam to study the defect structure created by the passage of the ions in depths of a few micrometers. At small doses, monovacancies were identified as dominant defects and positron trapping centres. These monovacancies are assumed to be highly concentrated inside a cylindrical volume around the ion path with an estimated radius of ~1.5 nm. For higher doses a second type of trapping centre emerges. This second class of structural imperfection was associated with the overlap of the individual ion tracks leading to the formation of larger vacancy clusters or voids.http://www.sciencedirect.com/science/article/B6THY-4SHF49N-1S/1/3eb43650299e0466e76cbbbfdaca9fa

Microscale spatial distribution and soil organic matter persistence in top and subsoil

The spatial distribution of organic substrates and microscale soil heterogeneity significantly influence organic matter (OM) persistence as constraints on OM accessibility to microorganisms. However, it is unclear how changes in OM spatial heterogeneity driven by factors such as soil depth affect the relative importance of substrate spatial distribution on OM persistence. This work evaluated the decomposition and persistence of 13C and 15N labeled water-extractable OM inputs over 50 days as either hotspot (i.e., pelleted in 1 – 2 mm-size pieces) or distributed (i.e., added as OM < 0.07 µm suspended in water) forms in topsoil (0-0.2 m) and subsoil (0.8-0.9 m) samples of an Andisol. We observed greater persistence of added C in the subsoil with distributed OM inputs relative to hotspot OM, indicated by a 17% reduction in cumulative mineralization of the added C and a 10% higher conversion to mineral-associated OM. A lower substrate availability potentially reduced mineralization due to OM dispersion throughout the soil. NanoSIMS (nanoscale secondary ion mass spectrometry) analysis identified organo-mineral associations on cross-sectioned aggregate interiors in the subsoil. On the other hand, in the topsoil, we did not observe significant differences in the persistence of OM, suggesting that the large amounts of particulate OM already present in the soil outweighed the influence of added OM spatial distribution. Here, we demonstrated under laboratory conditions that the spatial distribution of fresh OM input alone significantly affected the decomposition and persistence of OM inputs in the subsoil. On the other hand, spatial distribution seems to play a lower role in topsoils rich in particulate OM. The divergence in the influence of OM spatial distribution between the top and subsoil is likely driven by differences in soil mineralogy and OM composition.Microscale spatial distribution and soil organic matter persistence in top and subsoilpublishedVersio

Monitoring of microplastic pollution in the Arctic: Recent developments in polymer identification, quality assurance and control (QA/QC), and data reporting

The pollution of the environment with plastics is of growing concern worldwide, including the Arctic region. While larger plastic pieces are a visible pollution issue, smaller microplastics are not visible with the naked eye. These particles are available for interaction by Arctic biota and have become a concern for animal and human health. The determination of microplastic properties includes several methodological steps, i.e. sampling, extraction, quantification and chemical identification. This review discusses suitable analytical tools for the identification, quantification and characterization of microplastics in the context of monitoring in the Arctic. It further addresses quality assurance and quality control (QA/QC) which is particularly important for the determination of microplastic in the Arctic, as both contamination and analyte losses can occur. It presents specific QA/QC measures for sampling procedures and for the handling of samples in the laboratory, either on land or on ship, and considering the small size of microplastics as well as the high risk of contamination. The review depicts which data should be mandatory to report, thereby supporting a framework for harmonized data reporting.publishedVersio

Homogene Al-Verteilung in synthetisch hergestellten Al-Goethiten

Goethit (α-FeOOH) ist eines der häufigsten Eisenoxide in Böden der gemäßigten Breiten, das sich vor allem durch die Verwitterung von eisenreichem Ausgangsgestein bildet. In Abhängigkeit der pedogenen Bildungsbedingungen kann es hierbei zum Einbau von Metallkationen in die Gitterstruktur kommen. Am häufigsten lässt sich der Austausch von Fe3+ durch Al3+detektieren, wobei im Allgemeinen davon ausgegangen wird, dass der Einbau durch isomorphen Ersatz erfolgt. Neuere Studien legen jedoch nahe, dass auch die Bildung von separaten Al-reichen Phasen an und innerhalb der Goethit-Struktur möglich sind (1). Für die Untersuchungen wurden Al-Goethite mit Al-Gehalten zwischen 0.1 und 7 % synthetisch hergestellt und mittels Infrarotspektroskopie (FTIR), Röntgendiffraktometrie (XRD) und Mößbauerspektroskopie mineralogisch charakterisiert. Um vorhandene Al-Akkumulationsbereiche auf dem Goethit zu visualisieren, wurde je 0.1 mg Probe auf Graphitträger aufgebracht und mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie (NanoSIMS), Energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) und Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Die Verwendung von NanoSIMS ermöglicht uns hierbei die Al-Verteilung mit einer hohen räumlichen Auflösung von ~ 100 nm darzustellen, wohingegen die Auflösung von EDX-Aufnahmen auf ~ 1 µm begrenzt ist. Durch die Gegenüberstellung beider bildgebender Verfahren ist darüber hinaus ein direkter Vergleich hinsichtlich der detektierbaren Al-Verteilung möglich. Die Auswertung der XRD- und FTIR-Spektren zeigt, dass es mit ansteigendem Al-Gehalt zu Gitterdefekten innerhalb der Goethit-Struktur kommt, wobei das Fehlen von separaten Al-Phasen in den Spektren als erste Hinweise für eine homogene Al-Verteilung angesehen werden kann. Zudem wird deutlich, dass vor allem bei niedrigen Al-Konzentrationen und der Untersuchung von Einzelmineralen, NanoSIMS-Aufnahmen gegenüber EDX-Aufnahmen vorzuziehen sind. Auf Grund der hohen räumlichen Auflösung und niedrigen Nachweisgrenze des NanoSIMS konnten wir auch für geringe Al-Gehalte die homogene räumliche Verteilung von Al nachweisen. Die Kombination von spektroskopischen und bildgebenden Verfahren ermöglicht somit die Schlussfolgerung, dass innerhalb des untersuchten Konzentrationsbereiches Al homogen in die Goethit-Struktur eingebaut ist

Rab3D is critical for secretory granule maturation in PC12 cells.

Neuropeptide- and hormone-containing secretory granules (SGs) are synthesized at the trans-Golgi network (TGN) as immature secretory granules (ISGs) and complete their maturation in the F-actin-rich cell cortex. This maturation process is characterized by acidification-dependent processing of cargo proteins, condensation of the SG matrix and removal of membrane and proteins not destined to mature secretory granules (MSGs). Here we addressed a potential role of Rab3 isoforms in these maturation steps by expressing their nucleotide-binding deficient mutants in PC12 cells. Our data show that the presence of Rab3D(N135I) decreases the restriction of maturing SGs to the F-actin-rich cell cortex, blocks the removal of the endoprotease furin from SGs and impedes the processing of the luminal SG protein secretogranin II. This strongly suggests that Rab3D is implicated in the subcellular localization and maturation of ISGs