What shapes giant hogweed invasion? Answers from a spatio-temporal model integrating multiscale monitoring data

In this study we simulated the invasion of Heracleum mantegazzianum with a spatiotemporal model that combined a life-cycle matrix model with mechanistic local and corridor dispersal and a stochastic long-distance dispersal in a cellular automaton. The model was applied to the habitat configuration and invader distribution of eight 1?km2 study areas. Comparing the simulations with monitoring data collected over 7?years (2002?C2009) yielded a modelling efficiency of 0.94. We tested the significance of different mechanisms of invasion by omitting or modifying single model components one at a time. Thus we found that the extent of H. mantegazzianum invasion at landscape level depends on both landscape-scale processes and local processes which control recruitment success and population density. Limiting recruitment success (100????30?%) and successionally decreasing the carrying capacity of habitats (max????0) over 30?years significantly improved the projections of the invasion at the landscape level. Local dispersal reached farther than 10?m, i.e. farther than previously assumed, but appeared to be unaffected by wind directions. Long-distance dispersal together with local dispersal dominated the invasion quantitatively. Dispersal through corridors accounted for less invasive spread. Its importance, with respect to invasion speed (number of colonised model grid cells) is probably limited over short periods of time (7?years). Only dispersal along rivers made a significant quantitative contribution to invasion of H. mantegazzianum. We suggest that biotic heterogeneity of suitable habitats is responsible for varying invasion success and that successionally increasing competition leads to declining population densities of H. mantegazzianum over several decades slowing down the spread on the landscape scale.     

Über die Beziehungen zwischen Muskelfasern und Bindegewebsfibrillen

Zusammenfassung Es handelt sich um die Frage, wie sich die Muskelfasern mit Bindegewebe — einerseits mit dem interstitiellen Bindegewebe (Endomysium) des Muskels, andererseits mit jenem, an welches sich der Muskel befestigt — verbinden. Unter anderem um die Frage, ob sich die Kraft der sich kontrahierenden Muskelfasern an das Bindegewebe der zweiten Art direkt oder durch Vermittlung des Interstitiums überträgt.Das einfachste Objekt, an dem man diese Frage zu lösen versuchen kann, stellen die lateralen Rumpfmuskeln von Branchiostoma, von Cyklostomen und von Ichthyopsiden. Beim Lösen der Frage berührt man das wichtige Thema vom Ursprung des Bindegewebes — seiner Desmofibrillen — überhaupt.Bei Branchiostoma fehlt in den Myomeren der lateralen Rumpfmuskeln das Bindegewebe, und die einheitlichen, d. i. syncytial gebauten Myomeren sind hier als Ganzes von Sarkolemm begrenzt; ihre kontraktile Substanz hat in den Desmofibrillen der Myosepten Fortsetzung (Studnika, 1920).Bei Petromyzon bestehen die Rumpfmuskeln aus großen, ziegelförmigen Muskelkästchen, die zuerst durch einheitliche (innere) Sarkolemme, nach ihrer Spaltung durch ein spärliches interstitielles Bindegewebe voneinander getrennt sind. Später zerfallen die Muskelkästchen in breite Zonen und dann in Muskelfasern verschiedener Dicke; zuletzt dringt zwischen die oberflächlichsten davon, die parietalen Muskelfasern, das Bindegewebe in dünnen Schichten hinein (Maurer 1891). Das ist jetzt das Endomysium des Muskels, während dasjenige Bindegewebe, welches die Muskelkästchen bisher voneinander trennte, zum Perimysium internum wird. Die zentralen Muskelfasern der Kästchen sind von Bindegewebe nicht umgeben; sie verbinden sich bloß an ihren Enden (wo sie miteinander verschmelzen) mit den Myosepten. Da im Inneren der Kästchen das Bindegewebe überhaupt fehlt und da das innere Perimysium aus reichlich gewundenen, zum großen Teil quer zu der Richtung der Muskelkästchen verlaufenden Fasergebilden besteht, ist es klar, daß es nicht die in den bekannten Theorien der Muskelkraftübertragung (vgl. S. 36, 37) ihnen zugeschriebene Rolle übernehmen kann.Bei Myxine und bei allen Gnathostomen bestehen die Rumpfmuskeln aus typischen, drehrunden Muskelfasern. Einzelne davon sind voneinander durch ein bindegewebiges Endomysium, ihre Gruppen durch ein Perimysium internum getrennt. Das Endomysium besteht einerseits aus festen exoplasmatischen fibrillenführenden, im fertigen Zustande de norma mit sehr spärlichen Zellen besetzten Lamellen, andererseits aus einem ebenfalls Desmofibrillen und sehr spärliche Zellkerne bzw. Zellen führenden interstitiellen Gerüst. Wieder überzeugt man sich davon, daß die stark, stellenweise sogar wie mäanderförmig gewundenen und dazu größtenteils quer zu der Richtung der Muskelfasern angeordneten Desmofibrillen der Lamellen und des Gerüstes, die von einigen ihnen zugeschriebene Aufgabe nicht besorgen können. — Dieses Verhalten fand ich bei allen von mir untersuchten Ichthyopsiden (in einzelnen Fällen, so z. B. bei Esox, waren die interstitiellen Lamellen einfach). Die an ihnen sich befindenden Geflechte waren irgendwo (Esox) sehr dicht und wohl auch fest, anderswo (so bei den Amphibienlarven) äußerst locker gebaut und weich. Bei Selachierembryonen (Torpedo, Spinax) konnte ich mich davon überzeugen, daß alle diese interstitiellen Strukturen auf der Grundlage des Mesostroma-Mesenchyms, also eines Zellbrückennetzes, entstehen. An der Bildung des Mesostromas beteiligen sich offenbar auch die jungen Muskelfasern, doch am fertigen Gewebe läßt sich ein Zusammenhang des Gerüstes mit dem Sarkolemm nicht nachweisen.Sowohl die Muskelfasern (an ihren Enden) wie auch die interstitiellen Lamellen sind mit den Myosepten fest verbunden; die Lamellen bilden zusammen mit ihnen ein interstitielles Muskelgerüst, in dessen Lücken die Muskelfasern sonst ziemlich frei liegen. Man sieht dieses Gerüst in jenen Fällen sehr deutlich, in denen sich die Muskelfasern bei der Fixierung der Objekte stark kontrahierten und sich von dem Myoseptum abgerissen haben, so daß das Muskelgerüst stellenweise leer geworden ist. Das quergestreifte Muskelgewebe ist auf diese Weise ein Beispiel eines nicht aus Zellen gebauten Gewebes mit (im fertigen Zustande) relativ sehr spärlichen Zellen.Die Muskelfasern verbinden sich mit den Myosepten auf verschiedene Weise. In den jungen Entwicklungsstadien der Kranioten gibt es in der Gegend, wo sich später die Myosepten befinden, zuerst bloß Lücken, die von Cytodesmen, von Mesostroma und zuletzt von bindegewebigen Längsfasern überbrückt werden. Die Längsfasern sind Desmofibrillenbündel, welche sich von den Enden der Muskelfasern der einen zu denen der folgenden Myomere ziehen und beide fest miteinander verbinden. In älteren Entwicklungsstadien gibt es in den Lücken auch Bindegewebsfasern, die in anderer Richtung verlaufen, und zuletzt überwiegen hier die Querfasern; solche Bindegewebsfasern nämlich, welche in der Richtung der Lücke verlaufen. Auf diese Weise entsteht an der Stelle der intermyomeralen Lücke im fertigen Körper schließlich ein festes bindegewebiges Myoseptum. Es gibt Myosepten mit verschiedener Anordnung der Desmofibrillen und ihrer Bündel.Da man sich auf das interstitielle Bindegewebe nicht berufen kann, ist es klar, daß sich die Zugwirkung der sich kontrahierenden Muskelfasern durch ihre Enden, welche sich an die Myosepten festsetzen, an diese letzteren überträgt.Wo es in den intermyomeralen Lücken, dann in den Myosepten, die obenerwähnten Längsfasern gibt — und solche fand ich anfangs bei allen von mir untersuchten Formen — stellen diese Fasern gewissermaßen die Fortsetzung der Myofibrillen vor. Entweder sind die Enden der Muskelfasern nackt, und die Myofibrillen gehen unmittelbar in die Desmofibrillen und ihre Bündel über, oder sind die Enden der Muskelfasern durch das Sarkolemm begrenzt, und die Fasergebilde treten dann durch das Sarkolemm hindurch; in noch anderen Fällen muß man annehmen, daß sich auf die eine Seite des Sarkolemms die Myo-, auf die andere (äußere) Seite die Desmofibrillen festsetzen. Das exoplasmatische Sarkolemm stellt dabei keine tote Scheidewand zwischen den beiden Arten der Fibrillen vor. Die Desmofibrillen sind oft zu Bündeln verbunden, und ihre Anzahl ist dann geringer als jene der Myofibrillen.Bei Amphibienlarven entfernen sich gegen das Ende der Schwanzflosse zu die Myomeren voneinander, und aus jenem Materiale, welches in den vorderen Teilen des Körpers die Myosepten baut, entstehen da förmliche Sehnen; in Anbetracht des Umstandes, daß es sich (beim Ende der Flosse) um Fibrillenbündel handelt, welche die einzelnen Muskelfasern miteinander verbinden, sind es eigentlich Mikrosehnen. In diesen Fällen sieht man den Übergang der Desmofibrillen in Myofibrillen besonders deutlich, und man kann ihn — bei Pelobates-Larven — sogar auch an im frischen Zustande untersuchten (zerdrückten) Objekten untersuchen.Dort, wo man den direkten Zusammenhang der Fasergebilde nicht beobachten kann, sieht man an der Stelle des Septums, wo die sich kontrahierenden Muskelfasern von ihm weggerissen haben, manchmal Reste der zerrissenen Desmofibrillen, zum Zeichen, daß hier die Myofibrillen wirklich mit den Desmofibrillen im Zusammenhange standen. In sehr zahlreichen Fällen beobachtet man bei älteren Tieren jedenfalls auch dies nicht; man bekommt dann den Eindruck, als ob die Enden der Muskelfasern mit dem Myoseptum bloß verklebt wären. Es gelang bisher nicht, die zwischen den anders verlaufenden Fibrillen sich befindenden und zur Befestigung der Muskelfasern dienenden Desmofibrillen in allen Fällen zu finden.     

Multimeric bivalent immunogens from recombinant tetanus toxin H<Subscript>C</Subscript> fragment,synthetic hexasaccharides,and a glycopeptide adjuvant

Using recombinant tetanus toxin H_C fragment (rTT-H_C) as carrier, we prepared multimeric bivalent immunogens featuring the synthetic hexasaccharide fragment of O-PS of Vibrio cholerae O:1, serotype Ogawa, in combination with either the synthetic hexasaccharide fragment of O-PS of Vibrio cholerae O:1, serotype Inaba, or a synthetic disaccharide tetrapeptide peptidoglycan fragment as adjuvant. The conjugation reaction was effected by squaric acid chemistry and monitored in virtually real time by SELDI-TOF MS. In this way, we could prepare well-defined immunogens with predictable carbohydrate–carrier ratio, whose molecular mass and the amount of each saccharide attached could be independently determined. The ability to prepare such neoglycoconjugates opens unprecedented possibilities for preparation of conjugate vaccines for bacterial diseases from synthetic carbohydrates.     

Engineering and mechanistic studies of the Arabidopsis FAE1 beta-ketoacyl-CoA synthase, FAE1 KCS.

The Arabidopsis FAE1 beta-ketoacyl-CoA synthase (FAE1 KCS) catalyzes the condensation of malonyl-CoA with long-chain acyl-CoAs. Sequence analysis of FAE1 KCS predicted that this condensing enzyme is anchored to a membrane by two adjacent N-terminal membrane-spanning domains. In order to characterize the FAE1 KCS and analyze its mechanism, FAE1 KCS and its mutants were engineered with a His6-tag at their N-terminus, and expressed in Saccharomyces cerevisiae. The membrane-bound enzyme was then solubilized and purified to near homogeneity on a metal affinity column. Wild-type recombinant FAE1 KCS was active with several acyl-CoA substrates, with highest activity towards saturated and monounsaturated C16 and C18. In the absence of an acyl-CoA substrate, FAE1 KCS was unable to carry out decarboxylation of [3-(14)C]malonyl-CoA, indicating that it requires binding of the acyl-CoA for decarboxylation activity. Site-directed mutagenesis was carried out on the FAE1 KCS to assess if this condensing enzyme was mechanistically related to the well characterized soluble condensing enzymes of fatty acid and flavonoid syntheses. A C223A mutant enzyme lacking the acylation site was unable to carry out decarboxylation of malonyl-CoA even when 18:1-CoA was present. Mutational analyses of the conserved Asn424 and His391 residues indicated the importance of these residues for FAE1-KCS activity. The results presented here provide the initial analysis of the reaction mechanism for a membrane-bound condensing enzyme from any source and provide evidence for a mechanism similar to the soluble condensing enzymes.     

The haemagglutination activity in the different developmental stages and changes of this activity caused by analogues of insect hormones in two members of the Culex pipiens complex of mosquitoes

Abstract. Haemagglutination activity was studied in last larval instars, pupae and adults of both sexes of the Culex pipiens mosquito complex. In females of Culex pipiens quinquefasciatus Say, an anautogenous member of C. pipiens complex, activity was detected in the homogenate of the head‐thorax complex, gut and remaining abdomen (after removing the gut), before and after sucking water, glucose solution or blood. Similar investigations were made in females of autogenous Culex pipiens molestus Forskal, a member of the same mosquito complex. The results were compared with data obtained for males of these subspecies, plus the larvae and pupae. The results show that haemagglutination activity in adult females depends not on the sucking of blood, but on the age of the females. In newly emerged females, the level of activity was very low, but after 24 h or 48 h of activity was highly enhanced, even in females that had no possibility to suck water or other liquids including blood. Furthermore, in C. p. molestus, the haemagglutination activity does not change in hungry or engorged females, and a high level of activity was found in the gut of last larval instars, a developmental stage that never takes blood. Treatment with methoprene reduces haemagglutination activity in both sexes, but 20‐hydroxycdysone application decreased activity in the gut of females. It is suggested that haemagglutination activity may be regulated indirectly by the endocrine system. The possibility that haemagglutination activity may depend on some aspect of the digestive system that has no direct connection to blood uptake is discussed. In addition, the activity may be important not only for the elimination of infections, but also for the processing of food and the utilization and transport of nutrients.     

Explaining density-dependent regulation in earthworm populations using life-history analysis

At present there is little knowledge about how density regulates population growth rate and to what extent this is determined by life-history patterns. We compared density dependent population consequences in the Nicholsonian sense based on experimental observations and life-history modeling for the earthworms Lumbricus terrestris and Eisenia fetida . Both species differ in their life-histories, L. terrestris being a relatively long-lived species with slow reproduction and occurring at low densities compared to E. fetida which has a more opportunistic strategy with a high reproductive output. E. fetida is able to colonise new habitats rapidly and may occur at relatively high population densities. Density dependency of population growth rate was estimated by incorporating density dependent effects on reproduction and growth using a modified Euler equation. The results point out that E. fetida was not as strongly impacted by density as compared to L. terrestris . Population growth rate in E. fetida was hardly affected at low and moderate density, being reduced only at high level, this compares to L. terrestris where even relatively small density effects resulted in a strong negative effect on population growth rate. Our findings indicate that density-dependent regulation in earthworms can be quantified using life-history analysis. The outcomes are in agreement with empirical field observations for populations (i.e. L. terrestris occurs ar low density, E. fetida at high density). Consideration of the potential importance of Nicholsonian density dependence for field populations of these two species in light of their known biology however produces counterintuitive conclusions. In E. fetida , although density tolerant, rapid population growth may mean this species may be subject to density dependeny regulation. In L. terrestris , although density sensitive, complex behavioural ecology (surface activity, territoriality) may limit of feedback influence on population size.