Species-specific Effects on the Carbon and Nitrogen Cycle in Temperate Decidous Forest

Diverse Studien deuten darauf hin, daß das wichtigste Instrumentarium für die Wirkung der Artenvielfalt auf die Funktionen eines Ökosystems die Nischen-Komplementarität ist, aber auch daß es sehr schwierig ist diese wechselseitige Ergänzung und ihre wesentlichen Mechanismen zwischen den Pflanzenarten zu verstehen. Der Grundgedanke der Nischendifferenzierung ist, daß individuelle Arten mit sich ergänzenden Nischen die in einem Ökosystem vorhandenen Ressourcen besser nutzen, um eine höhere primäre Produktivität zu erreichen als in Monokulturen. Darum haben wir uns auf die Unterschiede in der ober- und unterirdischen Verteilung von Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) zwischen Buche und Esche als ein Mechanismus der Nischendifferenzierung in Wäldern konzentriert. Die artenspezifische Rhizodeposition und der Stickstoffernährungszustand und die damit verbundene mikrobielle Aktivität spielen genauso wie die beteiligte Bodenfauna eine erhebliche Rolle im C und N Kreislauf des Baum-Boden Systems. Das Interesse der Forschungsvorhaben in den letzten Jahrzehnten bezog sich auf Laubwälder als wichtige Speicher für atmosphärisches CO2 und Baumarten die in der Lage sind diese Funktion zu verbessern. Derzeit haben wir umfassendere Kenntnisse über die Bedeutung von Streu von einzelnen Baumarten auf die Kohlenstoff- und Nährstoffdynamik im Laubwald als über wurzelbezogene Effekte. Wurzelbürtiger C und N werden in den Boden als Exsudate, Verlust durch Auslaufen oder zerfallendes Wurzelmaterial abgegeben. Hier regen sie einerseits mikrobielles Wachstum und Aktivität in der Rhizosphäre an und kontrollieren andererseits den C und N Umsatz in der Nahrungskette im Boden. Dennoch fehlt uns das Verständnis wie sich spezielle Arten auf die Menge des pflanzenbürtigen C und N auswirken und somit die Aktivität von Bodenorganismen in Laubwäldern der gemäßigten Zone beeinflussen. Aus diesem Grund erforscht diese Dissertation die Effekte von Buche und Esche auf den C und N Kreislauf und seine Dynamik im Baum und weiterhin den Zusammenhang zwischen Nährstoffen und Mikroben, mit Fokus auf Mycorrhiza und Bodenfauna. Die stabile Isotopenanalyse wurde vermehrt eingesetzt um C und N Nährstoffkreisläufe und ihre Struktur, Mengen und die zugrunde liegenden Mechanismen zu untersuchen, und sogar um Prozesse in natürlichen Ökosystemen im Fließgleichgewicht verfolgen zu können. Trotzdem ist diese Methode bisher noch nicht angewandt worden um die artspezifische C und N Dynamik in Laubwäldern in allen wesentlichen Kompartimenten ober- und unterirdisch zu beschreiben. Deshalb koordinierte ich ein Pulse Markierungsexperiment im National Park Hainich, bei dem 13CO2 und Ca(15NO3)2 auf das Laubdach von Buche und Esche aufgebracht wurde, um die C und N Verteilung von oben bis in den Boden genauer untersuchen zu können. Die Aufnahme und Verteilung von C und N in den verschieden Baumkompartimenten und der wurzelbürtige C und N in der Nahrungskette im Boden wurden 60 Tage lang untersucht. Buche assimilierte zweimal so viel 13CO2 wie Esche (20 bzw. 9%) und transportierte das aufgenommene C und N schneller in den Boden als Esche. Die von den Blättern aufgenommene Menge 15N (45%) war ähnlich in beiden Baumarten. Esche jedoch akkumuliert bevorzugt 15N und 13C in der Wurzel während Buche gibt mehr von dem anfangs assimilierten 13C und aufgenommenen 15N via Rhizodeposition an den Boden abgibt, welcher dann anschließend in der mikrobiellen Biomasse wieder gefunden werden konnte. Deshalb wurde auch mehr wurzelbürtiger N in die Bodenfauna unter Buche eingebaut als unter Esche, somit ist der Eintrag von Wurzelstickstoff in die Bodenfauna baumartspezifisch. Aufgrund der Tatsache, daß pflanzenbürtiger C und N in den Mesofauna Zersetzern wiedergefunden werden konnte, ist nicht nur bewiesen worden, daß ein C Transport von den Pilzen und der mikrobiellen Biomasse zu der nächst höheren trophischen Ebene stattfindet, sondern auch, daß die artspezifische Wurzel N Deposition einen Einfluss auf das Nahrungsnetz im Boden hat. Zusätzlich wurde die Tracer Wiederfindung im Boden und in der mikrobiellen Biomasse dreidimensional (vertikal und horizontal) bestimmt; diese zeigte horizontal eine homogene Verteilung bis zu 55 cm vom Stamm aber vertikal eine artspezifische Verteilung. Die Verteilung von13C und 15N war mit zunehmender Bodentiefe (0 - 30 cm) unter Buche abnehmend, doch Esche gab mehr 13C in die Tiefe von 10-20 cm in den Boden ab. Diese Ergebnisse reflektieren die Unterschiede in der Wurzelmorphologie von Buche und Esche und zeigten nochmals den Baumarteneffekt auf den C und N Kreislauf im Boden. Neben dem hauptsächlichen Feldversuch wurde ein Laborversuch durchgeführt. Dieses Experiment adressierte besonders den Baumarteneffekt auf die dazugehörigen mikrobiellen Gruppen, welche mit der 13CO2 Isotopenmarkierungsmethode an 1m hohen Buchen und Eschen identifiziert wurden. Die 13C Aufnahme in die Phospholipid Fettsäuen (PLFA) reflektierte, daß die Verwendung der Rhizodeposite von einzelnen mikrobiellen Gruppen stark von der Baumart beeinflusst wurde, obwohl die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft sich zwischen den untersuchten Baumarten nicht unterschied. Saprotrophe- und Ektomycorrhiza - Pilze von Buche und Esche – aber auch Arbuskuläre Mycorrhiza Pilze und gramnegative Bakterien unter der Esche – zeigten den Hauptteil des in den PLFA wieder gefundenen 13C. Von der pilzlichen PLFA C wurden innerhalb von fünf Tagen 30% durch das 13C aus der Rhizodeposition der Buche ersetzt und 10% aus der Rhizodeposition der Esche, freie assoziierte Bakterien hingegen tauschten nur max. 3% ihrer Membranfette aus. Das deutet darauf hin, dass die direkte Verteilung von C via Mycorrhiza-Symbiose sowohl die unterirdische Verteilung des C in Laubwäldern als auch die C Versorgung von Pilzen dominiert. Weiterhin hat sich die PLFA als eine geeignete Methode erwiesen, um Unterschiede im Kohlenstoffkreislauf von den Bäumen in die verschiedenen Mycorrhizaarten feststellen zu können. Die festgestellten Unterschiede in der 13C Aufnahme und Umsetzung von der ganzen Myco-Rhizosphäre beweisen auch, dass der Kohlenstoffkreislauf im Boden erheblich von der artspezifischen Rhizodeposition und den Verbindungen der Wurzel mit anderen Organismen abhängt. Beim Rezensieren der Rolle von Mycorrhiza in verschieden natürlichen Ökosystemen und der Mycorrhizaarten kam zum Vorschein, dass vermutlich die hohe C Verteilung zu den Pilzpartnern hauptsächlich durch den Phosphorkreislauf gesteuert wird, z.B. als Austausch von C gegen P (Phosphor). Demnach ist der Einfluss der Mycorrhizierung auf den Phosphorkreislauf ein Thema, welches weltweite Relevanz hat und nach mehr Aufmerksamkeit in der zukünftigen Forschung verlangt. Ich habe zwei 15N Pulsmarkierungsexperimente am Blatt durchgeführt um 15N in den unterirdischen Prozessen nach der Rhizodeposition verfolgen zu können. Dadurch konnte man diese Markierungsmethoden für die Produktion von hoch angereicherter Streu für weitere Zersetzungsstudien evaluieren. 15NH4Cl hatte eine höhere Aufnahme und eine homogenere Verteilung zwischen den Baum Kompartimenten in Buche und Esche zur Folge und deswegen ist sie geeigneter für Allokations-Studien. Beide 15N Tracer erlauben in situ Langzeit-Markierungsexperimente der N Rhizodeposition und Allokation im Boden, da sie keinen Schaden an den Blättern hinterlassen. Dennoch ist die Markierung der Blätter mit Ca(15NO3)2 im Vergleich zu 15NH4Cl die bessere Wahl, um hoch 15N angereichertes Blattstreu zu produzieren, da mehr des aufgenommenen 15N in den Blättern verbleibt für langzeitige Streu-Zersetzungs- und Umsatzstudien. Die artspezifische pflanzenbürtige C Allokation und vielleicht auch N Allokation impliziert einen Anstieg der mikrobiellen Aktivität. Das kann vermutlich zu einer höheren unterirdischen N Verfügbarkeit für Pflanzen führen und eine Erklärung für den positiven Effekt der Planzendiversität auf die Produktivität des Waldbestandes aufgrund von Nischen Partitionierung sein. Diese Arten – Nischen Partitionierung zwischen Bäumen könnte nicht nur die Produktivität in natürlichen Ökosystemen erhöhen, sondern auch die Produktivität von auf Holz basierenden Landnutzungssystemen. Deshalb wurde der Stickstoffkreislauf von einer Kurzumtriebsplantage mit einem Markierungsexperiment mit 15NH4NO3 und NH415NO3 an Weiden- und Pappelstecklingen untersucht. Das Experiment untersuchte die N Aufnahme und Allokation im Baum – Boden System von unten, mit Fokus auf die Biomasse und insbesondere auf die Holzproduktion in der anfänglichen Wachstumsphase. Die Weide zeigte keine Präferenz zwischen NH4+ und NO3ˉ, aber es konnte mehr NH4+ als bei der Pappel in den Baumkompartimenten gefunden werden. Die Pappel hingegen produzierte mehr Biomasse in der anfänglichen Wachstumsphase, dennoch ist die Weide möglicherweise die bessere Wahl wenn Nitratüberschuss auf Agrarflächen schnell in Biomasse umgewandelt werden soll. Weitere Experimente, die eine Verknüpfung zwischen pflanzenbürtigem N Eintrag als treibende Kraft für die Zersetzungsaktivität und die Stickstoffaufnahme vom Bodennahrungsnetz und der wachsenden Nachfrage nach Holz untersuchen, sind erforderlich, um die Hauptmechanismen in der Regulation des Stickstoffhaushaltes zu verstehen. Zusammenfassend vertieft diese Dissertation unser Verständnis über Auswirkungen einzelner Arten auf den C und N Kreislauf im Boden. Sie zeigt, dass die Rhizodeposition, die einem baumartspezifischen Einfluss auf den C und N Kreislauf unterliegt, im Besonderen die Aktivität bestimmter mikrobieller und pilzlicher Gruppen verstärkt. Die untersuchten Markierungsmethoden bedürfen weiterer Anwendung in anderen Waldökosystemen und Landnutzungssystemen wie z.B. dem Agroforest

Dissociation of immediate and delayed effects of emotional arousal on episodic memory.

Emotionally arousing events are usually better remembered than neutral ones. This phenomenon is in humans mostly studied by presenting mixed lists of neutral and emotional items. An emotional enhancement of memory is observed in these studies often already immediately after encoding and increases with longer delays and consolidation. A large body of animal research showed that the more efficient consolidation of emotionally arousing events is based on an activation of the central noradrenergic system and the amygdala (Modulation Hypothesis; Roozendaal & McGaugh, 2011). The immediately superior recognition of emotional items is attributed primarily to their attraction of attention during encoding which is also thought to be based on the amygdala and the central noradrenergic system. To investigate whether the amygdala and noradrenergic system support memory encoding and consolidation via shared neural substrates and processes a large sample of participants (n = 690) encoded neutral and arousing pictures. Their memory was tested immediately and after a consolidation delay. In addition, they were genotyped in two relevant polymorphisms (α2B-adrenergic receptor and serotonin transporter). Memory for negative and positive emotional pictures was enhanced at both time points where these enhancements were correlated (immediate r = 0.60 and delayed test r = 0.46). Critically, the effects of emotional arousal on encoding and consolidation correlated only very low (negative r = 0.14 and positive r = 0.03 pictures) suggesting partly distinct underlying processes consistent with a functional heterogeneity of the central noradrenergic system. No effect of genotype on either effect was observed

The dual hit hypothesis of schizophrenia:evidence from animal models

Schizophrenia is a heterogeneous psychiatric disorder, which can severely impact social and professional functioning. Epidemiological and clinical studies show that schizophrenia has a multifactorial aetiology comprising genetic and environmental risk factors. Although several risk factors have been identified, it is still not clear how they result in schizophrenia. This knowledge gap, however, can be investigated in animal studies. In this review, we summarise animal studies regarding molecular and cellular mechanisms through which genetic and environmental factors may affect brain development, ultimately causing schizophrenia. Preclinical studies suggest that early environmental risk factors can affect the immune, GABAergic, glutamatergic, or dopaminergic system and thus increase the susceptibility to another risk factor later in life. A second insult, like social isolation, stress, or drug abuse, can further disrupt these systems and the interactions between them, leading to behavioural abnormalities. Surprisingly, first insults like maternal infection and early maternal separation can also have protective effects. Single gene mutations associated with schizophrenia did not have a major impact on the susceptibility to subsequent environmental hits

Comparing Discounting of Potentially Real Rewards and Losses by Means of Functional Magnetic Resonance Imaging

AimDelay discounting (DD) has often been investigated in the context of decision making whereby individuals attribute decreasing value to rewards in the distant future. Less is known about DD in the context of negative consequences. The aim of this pilot study was to identify commonalities and differences between reward and loss discounting on the behavioral as well as the neural level by means of computational modeling and functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). We furthermore compared the neural activation between anticipation of rewards and losses.MethodWe conducted a study combining an intertemporal choice task for potentially real rewards and losses (decision-making) with a monetary incentive/loss delay task (reward/loss anticipation). Thirty healthy participants (age 18-35, 14 female) completed the study. In each trial, participants had to choose between a smaller immediate loss/win and a larger loss/win at a fixed delay of two weeks. Task-related brain activation was measured with fMRI.ResultsHyperbolic discounting parameters of loss and reward conditions were correlated (r = 0.56). During decision-making, BOLD activation was observed in the parietal and prefrontal cortex, with no differences between reward and loss conditions. During reward and loss anticipation, dissociable activation was observed in the striatum, the anterior insula and the anterior cingulate cortex.ConclusionWe observed behavior concurrent with DD in both the reward and loss condition, with evidence for similar behavioral and neural patterns in the two conditions. Intertemporal decision-making recruited the fronto-parietal network, whilst reward and loss anticipation were related to activation in the salience network. The interpretation of these findings may be limited to short delays and small monetary outcomes

Dynamic Rearrangement of Cell States Detected by Systematic Screening of Sequential Anticancer Treatments

Signaling networks are nonlinear and complex, involving a large ensemble of dynamic interaction states that fluctuate in space and time. However, therapeutic strategies, such as combination chemotherapy, rarely consider the timing of drug perturbations. If we are to advance drug discovery for complex diseases, it will be essential to develop methods capable of identifying dynamic cellular responses to clinically relevant perturbations. Here, we present a Bayesian dose-response framework and the screening of an oncological drug matrix, comprising 10,000 drug combinations in melanoma and pancreatic cancer cell lines, from which we predict sequentially effective drug combinations. Approximately 23% of the tested combinations showed high-confidence sequential effects (either synergistic or antagonistic), demonstrating that cellular perturbations of many drug combinations have temporal aspects, which are currently both underutilized and poorly understood

Current trends in nursing informatics: Results of an international survey

© 2016 IMIA and IOS Press. Nursing informatics (NI) can help provide effective and safe healthcare. This study aimed to describe current research trends in NI. In the summer 2015, the IMIA-NI Students Working Group created and distributed an online international survey of the current NI trends. A total of 402 responses were submitted from 44 countries. We identified a top five NI research areas: standardized terminologies, mobile health, clinical decision support, patient safety and big data research. NI research funding was considered to be difficult to acquire by the respondents. Overall, current NI research on education, clinical practice, administration and theory is still scarce, with theory being the least common. Further research is needed to explain the impact of these trends and the needs from clinical practice

Advancing nursing informatics in the next decade: Recommendations from an international survey

© 2016 IMIA and IOS Press. In the summer of 2015, the International Medical Informatics Association Nursing Informatics Special Interest Group (IMIA NISIG) Student Working Group developed and distributed an international survey of current and future trends in nursing informatics. The survey was developed based on current literature on nursing informatics trends and translated into six languages. Respondents were from 31 different countries in Asia, Africa, North and Central America, South America, Europe, and Australia. This paper presents the results of responses to the survey question: "What should be done (at a country or organizational level) to advance nursing informatics in the next 5-10 years?" (n responders=272). Using thematic qualitative analysis, responses were grouped into five key themes: 1) Education and training; 2) Research; 3) Practice; 4) Visibility; and 5) Collaboration and integration. We also provide actionable recommendations for advancing nursing informatics in the next decade

The current state of Nursing Informatics – An international cross-sectional survey

An international survey to explore current and future trends in Nursing Informatics (NI) was done in 2015. This article explores responses to questions about: what should be done to further develop NI as an independent discipline; existing policies and standards influencing NI; perceived support towards NI as a discipline; and advice from NI specialists to students and emerging professionals. Nurse and allied health professionals in academia and practice were reached with snowball sampling. Open-ended questions were analysed with thematic content analysis and the mean and standard deviation is reported for the perceived support towards NI (scale ranging from 1 (not at all supportive) to 10 (very supportive)). A total of 507 respondents from 46 countries responded to the survey. Respondents reported mediocre support towards NI from the environment (M 5.79, SD 2.60). Results showed that NI education needs development to better meet practice demands, that current NI resources seem insufficient, that NI expertise is not used to its full potential in health institutions and the community, and that NI needs to show its value through research and increase visibility to be recognised among stakeholders worldwide. In conclusion, there is a need to clarify NI as a discipline and a need for strong leadership to impact policy making. An increase in NI teaching at undergraduate level in nursing as well as an increase in postgraduate NI programmes worldwide would better support practice demands. National policies and international white papers in NI are needed to guide resource distribution to better support practice.An international survey to explore current and future trends in Nursing Informatics (NI) was done in 2015. This article explores responses to questions about: what should be done to further develop NI as an independent discipline; existing policies and standards influencing NI; perceived support towards NI as a discipline; and advice from NI specialists to students and emerging professionals. Nurse and allied health professionals in academia and practice were reached with snowball sampling. Open-ended questions were analysed with thematic content analysis and the mean and standard deviation is reported for the perceived support towards NI (scale ranging from 1 (not at all supportive) to 10 (very supportive)). A total of 507 respondents from 46 countries responded to the survey. Respondents reported mediocre support towards NI from the environment (M 5.79, SD 2.60). Results showed that NI education needs development to better meet practice demands, that current NI resources seem insufficient, that NI expertise is not used to its full potential in health institutions and the community, and that NI needs to show its value through research and increase visibility to be recognised among stakeholders worldwide. In conclusion, there is a need to clarify NI as a discipline and a need for strong leadership to impact policy making. An increase in NI teaching at undergraduate level in nursing as well as an increase in postgraduate NI programmes worldwide would better support practice demands. National policies and international white papers in NI are needed to guide resource distribution to better support practice

The current state of Nursing Informatics - an international cross-sectional survey

An international survey to explore current and future trends in Nursing Informatics (NI) was done in 2015. This article explores responses to questions about: what should be done to further develop NI as an independent discipline; existing policies and standards influencing NI; perceived support towards NI as a discipline; and advice from NI specialists to students and emerging professionals.Nurse and allied health professionals in academia and practice were reached with snowball sampling. Open-ended questions were analysed with thematic content analysis and the mean and standard deviation is reported for the perceived support towards NI (scale ranging from 1 (not at all supportive) to 10 (very supportive)).A total of 507 respondents from 46 countries responded to the survey. Respondents reported mediocre support towards NI from the environment (M 5.79, SD 2.60). Results showed that NI education needs development to better meet practice demands, that current NI resources seem insufficient, that NI expertise is not used to its full potential in health institutions and the community, and that NI needs to show its value through research and increase visibility to be recognised among stakeholders worldwide.In conclusion, there is a need to clarify NI as a discipline and a need for strong leadership to impact policy making. An increase in NI teaching at undergraduate level in nursing as well as an increase in postgraduate NI programmes worldwide would better support practice demands. National policies and international white papers in NI are needed to guide resource distribution to better support practice.</p

Catalytic and Non-Catalytic Roles for the Mono-ADP-Ribosyltransferase Arr in the Mycobacterial DNA Damage Response

Recent evidence indicates that the mycobacterial response to DNA double strand breaks (DSBs) differs substantially from previously characterized bacteria. These differences include the use of three DSB repair pathways (HR, NHEJ, SSA), and the CarD pathway, which integrates DNA damage with transcription. Here we identify a role for the mono-ADP-ribosyltransferase Arr in the mycobacterial DNA damage response. Arr is transcriptionally induced following DNA damage and cellular stress. Although Arr is not required for induction of a core set of DNA repair genes, Arr is necessary for suppression of a set of ribosomal protein genes and rRNA during DNA damage, placing Arr in a similar pathway as CarD. Surprisingly, the catalytic activity of Arr is not required for this function, as catalytically inactive Arr was still able to suppress ribosomal protein and rRNA expression during DNA damage. In contrast, Arr substrate binding and catalytic activities were required for regulation of a small subset of other DNA damage responsive genes, indicating that Arr has both catalytic and noncatalytic roles in the DNA damage response. Our findings establish an endogenous cellular function for a mono-ADP-ribosyltransferase apart from its role in mediating Rifampin resistance