SigTree: A Microbial Community Analysis Tool to Identify and Visualize Significantly Responsive Branches in a Phylogenetic Tree.

Microbial community analysis experiments to assess the effect of a treatment intervention (or environmental change) on the relative abundance levels of multiple related microbial species (or operational taxonomic units) simultaneously using high throughput genomics are becoming increasingly common. Within the framework of the evolutionary phylogeny of all species considered in the experiment, this translates to a statistical need to identify the phylogenetic branches that exhibit a significant consensus response (in terms of operational taxonomic unit abundance) to the intervention. We present the R software package SigTree, a collection of flexible tools that make use of meta-analysis methods and regular expressions to identify and visualize significantly responsive branches in a phylogenetic tree, while appropriately adjusting for multiple comparisons

Multinukleare NMR Untersuchungen an flüssigen Vorstufen mullitischer Verbindungen

Ziel der Arbeit war es, die strukturellen Eigenschaften einer flüssigen Vorstufe einer Mullitkeramik mit Hilfe der NMR-­Spektroskopie zu untersuchen. Die fertige Keramik soll später im Triebwerksbau in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt werden. Dazu wurden NMR-­Messungen an den Kernen 1 H , 13 C, 27 Al und 29 Si durchgeführt. Als Experimente kamen dabei sowohl eindimensionale als auch zweidimensionale Methoden der NMR-­Spektroskopie zum Einsatz. Zur Bildung von Strukturhypothesen wurden verschiedene Modellsysteme im Rechner simuliert. Eine besondere Herausforderung bei der Messung und Interpretation der Spektren stellte die hohe Viskosität der verwendeten Proben dar. Diese hohe Viskosität der Proben führte zu einer starken Verbreiterung der Resonanzlinien in den NMR-­Spektren und zu den gezeigten Schwierigkeiten bei den Diffusionsmesungen. Die in der Literatur beschriebene strukturelle Vielfalt der Aluminiumalkoholate konnte nicht nur, wie in der Literatur bekannt, mit Hilfe von Aluminiumspektren, sondern auch über Protonen­ und Kohlenstoffspektren nachgewiesen und beschrieben werden. Insbesondere konnten Struktureinheiten jenseits der bekannten dimeren, trimeren und tertameren Strukturen der Aluminumalkoholate beschrieben werden. Das trimere Aluminiumsekundärbutylat steht mit einer dimeren Form im Gleichgewicht. Durch Temperaturerhöhung wird dieses Gleichgewicht in Richtung der dimeren Form verschoben. Im Falle der Verbindung [Al(OBu) 2n (iP rEtO) n ] konnte die direkte Nachbarschaft der 2-­Butanol und iso-­Propoxyethanolreste im Komplex über Signale im ROESY-­Spektrum aufgezeigt werden. Es konnte eine sehr exakte und reproduzierbare Methode zur Bestimmung von Diffusionskonstanten in viskosen, gelartigen Lösungen mittels NMR-­Messungen gefunden und erfolgreich auf die zu beobachtenden Systeme adaptiert und verwendet werden. Nur mit Hilfe dieser Methode war es möglich, den supramolekularen Charakter der Vorstufen einer Mullit-­Keramik nachzuweisen. Insbesondere konnte gezeigt werden, daß das vorgestellte System eine hochgeordnete Struktur aufweist, und daß die einzelnen molekularen Einheiten über nicht kovalente Wechselwirkungen miteinander verbunden sind

Towards Seamless Simulations of Polar Stratospheric Clouds and Ozone in the Polar Stratosphere with ICON-ART

Seit der Entdeckung des Ozonlochs über der Antarktis vor einigen Jahrzehnten ist die Repräsentation von Ozon in seinen zentralen Rollen als Treibhausgas und UV-absorbierendes Molekül in Chemie-Klima-Modellen ein wesentliches Ziel. Dabei ist die realistische Darstellung von polaren Stratosphärenwolken (PSCs, von engl. "polar stratospheric clouds\u27\u27) unabdingbar, da diese in der Polarnacht eine Aktivierung von Chlorsubstanzen und irreversibles Ausfallen von stickstoffhaltigen Substanzen bewirken und damit den Ozonabbau im lokalen Frühling über der Antarktis erklären. Drei PSC-Typen werden anhand deren Zusammensetzung unterschieden: Salpetersäuretrihydrat-Partikel (NAT, von engl. "nitric acid trihydrate\u27\u27), unterkühlte ternäre Lösungstropfen (STS, von engl. "supercooled ternary solution\u27\u27) und Eis-Partikel. Globale Chemie-Klima-Modelle zur dekadischen Vorhersage von Ozon haben meist eine relativ grobe horizontale Auflösung von einigen hundert Kilometern. Dies hat zur Folge, dass Prozesse wie Schwerewellen hinter Gebirgen nicht aufgelöst werden können, da diese mit Wellenlängen von 100 km und weniger zu kleinräumig sind. Durch Leewellen entstandene PSCs haben jedoch einen signifikanten Einfluss auf die Ozonchemie, wodurch die Vorhersage des Ozonabbaus in diesen Regionen durch bisherige globale Chemie-Klima-Modelle eingeschränkt ist. Das Modellsystem ICON-ART (ICON: ICOsahedral Non-hydrostatic, ART: Aerosols and Reactive Trace gases) bietet neben der Berechnung der atmosphärischen Zustandsvariablen in Skalen von einigen hundert Kilometern bis zu wenigen hundert Metern auch die Möglichkeit der lokalen Gitterverfeinerung mit Zwei-Wege-Interaktion. Dadurch können beispielsweise Regionen mit hoher Leewellenaktivität feiner aufgelöst werden, sodass in diesen Regionen die Leewelle direkt simuliert werden kann. Außerdem kann deren Effekt in die eigentlich zu grobe globale Auflösung zurückgeführt werden. In dieser Arbeit wird ein neues Modul zur Mikrophysik von den bekannten drei PSC-Typen für ICON-ART erstellt und eingebaut. Die Ergebnisse des Moduls werden zunächst mit Reanalysedaten, Flugzeugmessungen und Satellitenmessungen verglichen. Es zeigt sich, dass mit der Implementierung des PSC-Schemas jetzt alle relevanten Prozesse im Modellsystem enthalten sind, um Ozon im Vergleich zu Satellitenmessungen realistisch zu repräsentieren. Am Beispiel eines Leewellenereignisses im Juli 2008 an der Antarktischen Halbinsel wird gezeigt, dass sich im Modell große, Leewellen-induzierte PSC-Partikel bilden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass durch die dadurch höhere Chloraktivierung in der Leewelle mehr Ozon abgebaut wird. Daher wird mit dieser Arbeit die Lücke zwischen direkt aufgelösten Leewellen-induzierten PSCs und global gröber aufgelösten Langzeitsimulationen geschlossen, in denen dieser Effekt bisher nicht simuliert werden konnte. Dadurch wird es infolge dieser Arbeit möglich sein, die zukünftige Entwicklung von Ozon, auch in der Interaktion mit dem Klimawandel, besser vorherzusagen

Thermal Desorption of Helium Films: Theory and Experiment

The desorption kinetics of helium films is explored in the context of a phenomenological model wherein the film is assumed to have the thermodynamic properties of bulk liquid and the vapor is described by simple kinetic theory. When supplemented by the condition that desorption proceed at the maximum rate permitted by detailed balance, equations for energy and mass conservation completely determine the dynamics of the system. The model is applied to the specific problem of characterizing the time response of an adsorbed film when the equilibrium between it and the ambient vapor is perturbed by a sudden change in substrate temperature and the system subsequently evolves toward a new steady state. Analysis reveals that for infinitesimal perturbations from equilibrium the equations of motion are linear and result in exponential solutions for the time dependence of the desorption flux. For finite temperature elevations and realistic adsorption isotherms, however, the equations of motion are highly nonlinear. In either case, isothermal desorption at the temperature of the substrate is shown to be a general feature of the solutions under usual experimental conditions and this considerably simplifies interpretation of the nonlinear problem. Under these circumstances one can identify a continuous succession of coverage-dependent relaxation time scales which are given in terms of instantaneous properties of the adsorption system. These time scales are distinct from, and in general unrelated to, the coverage-dependent mean lifetime of an atom on the surface. To characterize the overall time scale of the nonlinear evolution towards steady state, a global measure is defined in terms of both instantaneous and steady-state properties and used to summarize experimental data. A direct method for measuring the relaxation time of monolayer helium films flash desorbed from evaporated metal-film substrates is described and used to test the model. The technique is based on a rapid heating scheme made possible by the unique properties of ballistic phonon propagation in single crystals at low temperature. Global time constants extracted from the data in the near-equilibrium regime agree well with the predictions of the model. When these results are combined with earlier data at higher substrate temperatures and different ambient conditions, the picture is consistent with scaling properties implied by the theory. It is shown how the particular dependence on initial conditions of the exponent in a Frenkel-Arrhenius parameterization of the global time constant may be traced to the curvature of the equilibrium adsorption isotherm. This curvature is substantiated by the behavior of the instantaneous relaxation time scales, the time-of-flight spectrum of the desorbing flux, and the kinetics of readsorption.</p

Quantifying Differences in Habitat Use Between Anglers and Large Bluegills

We compared the habitat use of large (\u3e200 mm) bluegills (Lepomis macrochirus) to the locations of anglers targeting bluegills in a South Dakota glacial lake to determine whether habitat use was similar between anglers and bluegills. Eighty- five bluegills (mean total length = 213 mm) collected in September 2002 and May 2003 were affixed with external radio transmitters and subsequently relocated three to four times per week from October 2002 through October 2003. Bluegill angler locations were recorded during bluegill tracking sessions and roving creel surveys. Habitat variables (water depth, vegetation density and height, and substrate type) were measured lake-wide during August and October 2003. Water depth and vegetation in summer habitat did not differ between anglers and bluegills. Bluegill used areas that were shallower and more heavily vegetated than winter anglers. Anglers used softer substrates than bluegills during both seasons, especially summer. Based on these results, it is possible that summer anglers have the potential to impact bluegill populations more than winter anglers in lakes where sufficient vegetation exists to provide winter refuge from exploitation

Continuum Model of Helium Desorption Kinetics

Helium desorption is treated in a model where the film is assumed to have the thermodynamic properties of bulk liquid and the vapor is described by kinetic theory. Equations for energy and mass conservation determine the dynamics of the system. The model resolves some puzzling features of a number of experiments, and predicts a thermally activated desorption time constant in reasonable agreement with experiment, without adjustable parameters