General-purpose and special-purpose visual systems

The information that eyes supply supports a wide variety of functions, from the guidance systems that enable an animal to navigate successfully around the environment, to the detection and identification of predators, prey, and conspecifics. The eyes with which we are most familiar the single-chambered eyes of vertebrates and cephalopod molluscs, and the compound eyes of insects and higher crustaceans allow these animals to perform the full range of visual tasks. These eyes have evidently evolved in conjunction with brains that are capable of subjecting the raw visual information to many different kinds of analysis, depending on the nature of the task that the animal is engaged in. However, not all eyes evolved to provide such comprehensive information. For example, in bivalve molluscs we find eyes of very varied design (pinholes, concave mirrors, and apposition compound eyes) whose only function is to detect approaching predators and thereby allow the animal to protect itself by closing its shell. Thus, there are special-purpose eyes as well as eyes with multiple functions

Eye Evolution: The Blurry Beginning

SummaryRecent work on the expression of retinal transcription factors and other molecular cues delivers interesting but partly contradictory information on the early phases of eye evolution

The giant eyes of giant squid are indeed unexpectedly large, but not if used for spotting sperm whales

© The Author(s), 2013. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in BMC Evolutionary Biology 13 (2013): 187, doi:10.1186/1471-2148-13-187.We recently reported (Curr Biol 22:683–688, 2012) that the eyes of giant and colossal squid can grow to three times the diameter of the eyes of any other animal, including large fishes and whales. As an explanation to this extreme absolute eye size, we developed a theory for visual performance in aquatic habitats, leading to the conclusion that the huge eyes of giant and colossal squid are uniquely suited for detection of sperm whales, which are important squid-predators in the depths where these squid live. A paper in this journal by Schmitz et al. (BMC Evol Biol 13:45, 2013) refutes our conclusions on the basis of two claims: (1) using allometric data they argue that the eyes of giant and colossal squid are not unexpectedly large for the size of the squid, and (2) a revision of the values used for modelling indicates that large eyes are not better for detection of approaching sperm whales than they are for any other task. We agree with Schmitz et al. that their revised values for intensity and abundance of planktonic bioluminescence may be more realistic, or at least more appropriately conservative, but argue that their conclusions are incorrect because they have not considered some of the main arguments put forward in our paper. We also present new modelling to demonstrate that our conclusions remain robust, even with the revised input values suggested by Schmitz et al

Dimensionering av belysningsstyrka i djurstallar med programmet DiaLux och en kvantitativ jämförelse av ljusmiljö i beteshagar och kostallar

Delprojekt 1: dimensionering av belysning i djurstallar Den totala direkta energivändningen inom jordbruket uppskattades till att vara 3,7 TWh/år varav 1,1 TWh/år var elenergi. Belysningen använder ca 10 % av elenergin i djurstallar undantaget värphöns där något mera används. Uppskattningsvis förbrukas 69-179 GWh av elenergin till belysning i stallar för olika djurslag. För att uppnå de rekommenderade värdena för belysningsstyrka använder specialister på belysning idag dimensioneringsprogram av typen Dialux där man utifrån lokalens mått, väggmaterialens färg och struktur väljer lämpliga armaturer och ljuskällor så att önskad intensitet och fördelning erhålls. Ljuskällorna definieras med både ljusflöde och spridningsvinkel för att även ge en jämn belysning när så krävs. Dimensioneringsprogrammen är emellertid inte anpassade till förhållandena i lantbruksbyggnader. Exempelvis finns inte uppgifter på reflektansen för specifika material i djurstallar såsom golvytor med strömedel alternativt gödsel. Det finns inte heller uppgifter på hur ljuskällans samt ytmaterialens reflektans påverkas av nedsmutsningen i djurstallar. Syftet med delprojekt 1 var att öka kunskapen om hur man dimensionerar energieffektiv belysning anpassad till djurstallar med moderna dimensioneringsprogram; att ta fram reflektansen för ytmaterial som är specifika för djurstallar och undersöka nedsmutsningens betydelse; samt att jämföra beräknad belysningsstyrka och ljusfördelning med uppmätta värden. Under vintern 2012-2013 har mätningar av byggnadsytornas reflektans samt belysningsstyrkan vid artificiell belysning i rummet utförts i 6 byggnader för djur. Mätningarna har utförts med hjälp av en referensskiva med känd reflektans samt ett universalinstrument för mätning av luminans, Hagner S4 Universal Photometer. Mätningarna genomfördes både före och efter att armaturernas kupor tvättats samt i två fall även före och efter att stallet tvättats. Samtliga lysrörsarmaturer var slutna och utan reflektorer. Belysningen i djurstallarna har beräknats med dataprogrammet Dialux (version 4.11) och beräknad belysningsstyrka samt ljusfördelning har jämförts med resultaten från mätningarna. Golven har lägst reflektans i djurstallar. Uppmätta värden ligger mellan 0,07 och 0,32. Fuktiga, nyligen tvättade och smutsiga golv har lägre reflektans (ca 0,10) än torra golvytor utanför boxarna (0,20 – 0,25). Fuktiga och smutsiga dränerande golv (betong, metall) kan ha lägre reflektans än 0,10. Strömedel på golv ökar reflektansen till ca 0,30. Boxmellanväggar och inredning har ofta högre reflektans än golven och har reflektans mellan 0,20 – 0,40. Innerväggar i djurstallarna är ofta målade och färgen avgör till stor del reflektansen. Mätningarna visar värden mellan 0,25 – 0,60, där reflektansen är lägre för nedre delen av väggarna både pga smutsmängd men även att nedre delen av väggarna är målade med mörkare färg. Övre delen av innerväggarna hade i ett fall mycket hög reflektans (0,91). Innertaket är ofta av ljus korrugerad plåt men kan också vara av träpanel. Plåttaken i de undersökta djurstallarna hade reflektans mellan 0,50 – 0,80. Både boxmellanväggar, innerväggar och innertak får högre reflektans efter tvättning. Reflektansen från en mjölkko (Holstein) mättes, där svart hårrem hade reflektansen 0,02 och vit hårrem 0,41. Belysningsstyrkan i stallarna var lägst för slaktsvin och högre för ko och häst. Belysningsnivån 0,45 m över golvet uppgick till 61-75 lux för slaktsvin, 164 lux för digivande suggor, 120 resp. 154 lux för mjölkkor och 255 resp. 135 lux för häst. Tvättning av lampkupor förbättrade ljusstyrkan med 3-20 % beroende på stalltyp, mer för svinstallar än för övriga. Störst skillnad i ljusfördelning (kvoten mellan uppmätt belysningsstyrka och medelbelysningsstyrka) hade grisningsstallet medan övriga låg på ca 0,55- 1,55. Belysningen i ett rum förändras med ljuskällans och armaturens ålder, nedsmutsning av armatur och ytor samt underhållsnivån. Beräkningarna i datorprogrammet Dialux är utförda med bibehållningsfaktorn 1,0 samt med uppmätta reflektanser för tvättade byggnadsytor. Den beräknade belysningsstyrkan var för samtliga byggnader högre än uppmätt belysningsstyrka. Skillnaden mellan uppmätt och beräknad belysningsstyrka var en faktor mellan 0,63 – 0,89. Genom att välja bibehållningsfaktor i Dialux kan effekten av ljuskällornas och armaturernas ålder, nedsmutsningen av armaturer och ytor samt underhållsnivån korrigeras. Dimensioneringsprogrammet Dialux är ett bra hjälpmedel för beräkning av belysningsstyrka i lantbruksbyggnader för att erhålla noggrannare dimensionering och energibesparing. Reflektansen för golvytorna i djurstallar varierar mellan 0,07 och 0,32 och beror av hur smutsiga och fuktiga golven är samt typ av golv och mängden strömedel. Boxmellanväggar har reflektans mellan 0,20 – 0,40 och innerväggar mellan 0,25 – 0,60. Innertak av korrugerad plåt har reflektans mellan 0,50 – 0,80. Totala bibehållningsfaktorn bör sättas till värden mellan 0,60 – 0,85 i djurstallar för att erhålla korrekt belysningsstyrka vid beräkning i programmet Dialux. Lägre bibehållningsfaktor (0,60 – 0,70) i stallar som blir mycket nedsmutsade (exempelvis gris- och nötstallar) och högre bibehållningsfaktor (0,80 – 0,85) stallar som blir mindre smutsiga (exempelvis häststallar). Beräkningar i programmet Dialux visade en ljusfördelning som var ±15 % från uppmätta värden. Hur inredning ritas in i Dialux kan påverka ljusfördelningen i stallet. För att förbättra noggrannheten vid beräkningar i programmet Dialux bör det införas standardritningar på utrustning och inredning som kan inverka på belysningsstyrka och ljusfördelning. Delprojekt2: ljusmiljön i kostall jämfört med hagmark Synsinnet hos respektive djurarter är anpassat till den naturliga miljö som de en gång utvecklades i. Detta betyder att både själva ögat och den del av hjärnan som behandlar synintryck hos varje djurart har sina speciella egenskaper som gör att synen fungerar på bästa sätt under ljusförhållanden som liknar den miljö deras vilda förfäder levde i. Det finns goda skäl att misstänka att djurens välbefinnande, tillväxt, hälsa och produktion påverkas av ljusmiljön. Analys av bildstatistik för utforskning av omvärldsmiljöer är en ny teknik som växt fram som en bas för kamerastyrd robotik. Med tekniken kan viktiga egenskaper i en visuell miljö identifieras. Bildstatistik ger möjligheter att både undersöka och förstå synsinnets egenskaper, men ännu har inte olika naturliga miljöer analyserats och karaktäriserats med hjälp av modern bildstatistik. Att undersöka ljusmiljöns effekt på djur borde kunna möjliggöra en bättre anpassning av ljusmiljön i ett djurstall. Syftet med delprojekt 2 var att undersöka om det är möjligt att utforma en ljusmiljö som bättre överensstämmer med djurens ursprungliga livsmiljö. Ett analysprogram utvecklades för att kvantitativt kunna jämföra ljusfördelning och kontrastrikedom i olika miljöer. Rådata utgörs av bilder tagna med ett fisheye-objektiv med en bildvinkel på 180°. Varje bild innehåller således information om ljusfördelning och kontraster i olika riktningar. Med hjälp av ett stort antal bilder i varje miljö kan analysprogrammet beräkna medelvärden för den vertikala fördelningen ljus, färger, kontraster och färgkontraster. Mätningar i hagmark och stallmiljö uppvisar mycket stora skillnader. Stallmiljön utmärks av mindre total variation, mindre färger och en onaturlig fördelning av kontraster. Hagmarken karakteriseras av ett mörkt band längs horisonten (beroende på att träd och buskar linjeras upp längs horisonten), medan stallmiljön istället har ett ljust band vid horisonten (fönster). Trots att mängden mätdata är begränsat visar resultaten på en uppenbar potential att med modern LED-belysning göra stallmiljöer betydligt mer naturliga och därmed skapa en möjlighet till ökat välbefinnande och minskad stress hos både djur och människor som befinner sig i miljön

Oikonomia, incarnation and immediacy : the figure of the Jew in St John of Damascus

Selected Figure panel dat

The evolution of eyes and visually guided behaviour

The morphology and molecular mechanisms of animal photoreceptor cells and eyes reveal a complex pattern of duplications and co-option of genetic modules, leading to a number of different light-sensitive systems that share many components, in which clear-cut homologies are rare. On the basis of molecular and morphological findings, I discuss the functional requirements for vision and how these have constrained the evolution of eyes. The fact that natural selection on eyes acts through the consequences of visually guided behaviour leads to a concept of task-punctuated evolution, where sensory systems evolve by a sequential acquisition of sensory tasks. I identify four key innovations that, one after the other, paved the way for the evolution of efficient eyes. These innovations are (i) efficient photopigments, (ii) directionality through screening pigment, (iii) photoreceptor membrane folding, and (iv) focusing optics. A corresponding evolutionary sequence is suggested, starting at non-directional monitoring of ambient luminance and leading to comparisons of luminances within a scene, first by a scanning mode and later by parallel spatial channels in imaging eyes

Tissue Effect on Genetic Control of Transcript Isoform Variation

Current genome-wide association studies (GWAS) are moving towards the use of large cohorts of primary cell lines to study a disease of interest and to assign biological relevance to the genetic signals identified. Here, we use a panel of human osteoblasts (HObs) to carry out a transcriptomic survey, similar to recent studies in lymphoblastoid cell lines (LCLs). The distinct nature of HObs and LCLs is reflected by the preferential grouping of cell type–specific genes within biologically and functionally relevant pathways unique to each tissue type. We performed cis-association analysis with SNP genotypes to identify genetic variations of transcript isoforms, and our analysis indicates that differential expression of transcript isoforms in HObs is also partly controlled by cis-regulatory genetic variants. These isoforms are regulated by genetic variants in both a tissue-specific and tissue-independent fashion, and these associations have been confirmed by RT–PCR validation. Our study suggests that multiple transcript isoforms are often present in both tissues and that genetic control may affect the relative expression of one isoform to another, rather than having an all-or-none effect. Examination of the top SNPs from a GWAS of bone mineral density show overlap with probeset associations observed in this study. The top hit corresponding to the FAM118A gene was tested for association studies in two additional clinical studies, revealing a novel transcript isoform variant. Our approach to examining transcriptome variation in multiple tissue types is useful for detecting the proportion of genetic variation common to different cell types and for the identification of cell-specific isoform variants that may be functionally relevant, an important follow-up step for GWAS

RNA expression patterns in serum microvesicles from patients with glioblastoma multiforme and controls

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>RNA from exosomes and other microvesicles contain transcripts of tumour origin. In this study we sought to identify biomarkers of glioblastoma multiforme in microvesicle RNA from serum of affected patients.</p> <p>Methods</p> <p>Microvesicle RNA from serum from patients with de-novo primary glioblastoma multiforme (N = 9) and normal controls (N = 7) were analyzed by microarray analysis. Samples were collected according to protocols approved by the Institutional Review Board. Differential expressions were validated by qRT-PCR in a separate set of samples (N = 10 in both groups).</p> <p>Results</p> <p>Expression profiles of microvesicle RNA correctly separated individuals in two groups by unsupervised clustering. The most significant differences pertained to down-regulated genes (121 genes > 2-fold down) in the glioblastoma multiforme patient microvesicle RNA, validated by qRT-PCR on several genes. Overall, yields of microvesicle RNA from patients was higher than from normal controls, but the additional RNA was primarily of size < 500 nt. Gene ontology of the down-regulated genes indicated these are coding for ribosomal proteins and genes related to ribosome production.</p> <p>Conclusions</p> <p>Serum microvesicle RNA from patients with glioblastoma multiforme has significantly down-regulated levels of RNAs coding for ribosome production, compared to normal healthy controls, but a large overabundance of RNA of unknown origin with size < 500 nt.</p

Catecholamine up-regulates MMP-7 expression by activating AP-1 and STAT3 in gastric cancer

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Stress, anxiety and depression can cause complex physiological and neuroendocrine changes, resulting in increased level of stress related hormone catecholamine, which may constitute a primary mechanism by which physiological factors impact gene expression in tumors. In the present study, we investigated the effects of catecholamine stimulation on MMP-7 expression in gastric cancer cells and elucidated the molecular mechanisms of the up-regulation of MMP-7 level by catecholamine through an adrenergic signaling pathway.</p> <p>Results</p> <p>Increased MMP-7 expression was identified at both mRNA and protein levels in the gastric cancer cells in response to isoproterenol stimulation. β2-AR antigonist effectively abrogated isoproterenol-induced MMP-7 expression. The activation of STAT3 and AP-1 was prominently induced by isoproterenol stimulation and AP-1 displayed a greater efficacy than STAT3 in isoproterenol-induced MMP-7 expression. Mutagenesis of three STAT3 binding sites in MMP-7 promoter failed to repress the transactivation of MMP-7 promoter and silencing STAT3 expression was not effective in preventing isoproterenol-induced MMP-7 expression. However, isoproterenol-induced MMP-7 promoter activities were completely disappeared when the AP-1 site was mutated. STAT3 and c-Jun could physically interact and bind to the AP-1 site, implicating that the interplay of both transcriptional factors on the AP-1 site is responsible for isoproterenol-stimulated MMP-7 expression in gastric cancer cells. The expression of MMP-7 in gastric cancer tissues was found to be at the site where β2-AR was overexpressed and the levels of MMP-7 and β2-AR were the highest in the metastatic locus of gastric cancer.</p> <p>Conclusions</p> <p>Up-regulation of MMP-7 expression through β2-AR-mediated signaling pathway is involved in invasion and metastasis of gastric cancer.</p