Identification of a dihydrophaseic Acid aldopyranoside from soybean tissue

A previously unidentified abscisic acid metabolite has been isolated and characterized. (±)-[2-¹⁴C]Abscisic acid was incubated in intact soybean leaves and pods; the radiolabeled metabolite was purified by high performance liquid chromatography with on-line scintillation spectrometry detection. Gas chromatography-mass spectrometry was used to obtain spectra of the acetylated and methyl esterified derivatives. The data were consistent with a proposed dihydrophaseic acid-aldopyranoside identity. Conjugation through the 4′-hydroxyl of dihydrophaseic acid is suggested.     

Replacement of nucleosomal histones by histone H1-like proteins during spermiogenesis in Cnidaria: Evolutionary implications

We have analyzed the chromosomal protein composition of the sperm from several species belonging to three different classes (Hydrozoa, Scyphozoa, Anthozoa) of the phylum Cnidaria. In every instance, the sperm nuclear basic proteins (SNBPs) were found to consist of one to two major protein fractions that belong to the histone H1 family, as can be deduced from their amino acid composition and solubility in dilute perchloric acid, and the presence of a trypsin-resistant core. In those species where mature spawned sperm could be obtained, we were able to show that these proteins completely replace the somatic histones from the stem cells that are present at the onset of spermatogenesis. The presence of a highly specialized histone H1 molecule in the sperm of this phylum provides support for the idea that the protamine-like proteins (PL) from higher groups in the phylogenetic tree (and possibly protamines as well) may all have evolved from a primitive histone H1 ancestor.     

Identification of a novel mutation in WFS1 in a family affected by low-frequency hearing impairment

Previously we confirmed linkage of autosomal dominantly inherited low-frequency sensorineural hearing impairment (LFSNHI) in a German family to the genetic locus DFNA6/DFNA14 on chromosome 4p16.3 close to the markers D4S432 and D4S431. Analysis of data from the Human Genome Project, showed that WFS1 is located in this region. Mutations in WFS1 are known to be responsible for Wolfram syndrome (DIDMOAD, MIM #606201), which follows an autosomal recessive trait. Studies in low-frequency hearing loss families showed that mutations in WFS1 were responsible for the phenotype. In all affected family members analysed, we detected a missense mutation in WFS1 (K705N) and therefore confirm the finding that the majority of mutations responsible for LFSNHI are missense mutations which localise to the C-terminal domain of the protein.     

Pigeon Navigation: Different Routes Lead to Frankfurt

Background

Tracks of pigeons homing to the Frankfurt loft revealed an odd phenomenon: whereas birds returning from the North approach their loft more or less directly in a broad front, pigeons returning from the South choose, from 25 km from home onward, either of two corridors, a direct one and one with a considerable detour to the West. This implies differences in the navigational process.

Methodology/Principle Findings

Pigeons released at sites at the beginning of the westerly corridor and in this corridor behave just like pigeons returning from farther south, deviating to the west before turning towards their loft. Birds released at sites within the straight corridors, in contrast, take more or less straight routes. The analysis of the short-term correlation dimension, a quantity reflecting the complexity of the system and with it, the number of factors involved in the navigational process, reveals that it is significantly larger in pigeons choosing the westerly corridor than in the birds flying straight - 3.03 vs. 2.85. The difference is small, however, suggesting a different interpretation of the same factors, with some birds apparently preferring particular factors over others.

Conclusions

The specific regional distribution of the factors which pigeons use to determine their home course seems to provide ambiguous information in the area 25 km south of the loft, resulting in the two corridors. Pigeons appear to navigate by deriving their routes directly from the locally available navigational factors which they interpret in an individual way. The fractal nature of the correlation dimensions indicates that the navigation process of pigeons is chaotic-deterministic; published tracks of migratory birds suggest that this may apply to avian navigation in general.     

Identification of Pea Gibberellins by Studying [C]GA(12)-Aldehyde Metabolism

Experiments were designed to test the hypothesis that the labeled products recovered from plant tissue incubated with [¹⁴C]GA₁₂-7-aldehyde ([¹⁴C]GA₁₂ald) would serve as appropriate [¹⁴C]markers for the recovery of naturally-occurring gibberellins (GAs). The [¹⁴C]GA₁₂ald (about 200 millicuries per millimole) was synthesized from pumpkin endosperm using [4,5-¹⁴C]mevalonic acid. It was added to the adaxial surface of isolated pea cotyledons at 22 days after flowering. Products recovered after 0.5 and 4.0 hour incubations yielded four major peaks which were separated by high performance liquid chromatography (HPLC). These products were purified by multiple-column HPLC using on-line radioactivity detection. They were then added as [¹⁴C]markers to two unlabeled pea extracts. In general, preparative HPLC followed by further HPLC purification resulted in a single UV-absorbing peak co-eluting with each [¹⁴C]marker. These [¹⁴C] and UV-absorbing peaks were shown to contain GA₅₃, GA₄₄, GA₂₀, GA₁₉, and GA₁₇ by GC-MS. The finding of GA₅₃ is novel; all others have previously been found in pea. Endogenous GAs of pea were thus readily detected using [¹⁴C]GA₁₂ald metabolites as [¹⁴C]markers to recover naturally occurring GAs suggesting that the method may be applicable in detecting naturally occurring GAs in other species.     

Das Orientierungssystem der V?gel I. Kompa?mechanismen

Zusammenfassung V?gel stellen den Bezug zum Ziel indirekt über ein externes Referenzsystem her. Der Navigationsproze? besteht deshalb aus zwei Schritten: zun?chst wird die Richtung zum Ziel als Kompa?kurs festgelegt, dann wird dieser Kurs mit Hilfe eines Kompa?mechanismus aufgesucht. Das Magnetfeld der Erde und Himmelsfaktoren werden von den V?gel als Kompa? benutzt. In der vorliegenden Arbeit werden der Magnetkompa?, der Sonnenkompa? und der Sternkompa? der V?gel in ihrer Funktionsweise, ihrer Entstehung und ihrer biologischen Bedeutung vorgestellt. Der Magnetkompa? erwies sich als Inklinationskompa?, der nicht auf der Polarit?t, sondern auf der Neigung der Feldlinien im Raum beruht; er unterscheidet „polw?rts“ und „?quatorw?rts“ statt Nord und Süd. Er ist ein angeborener Mechanismus und wird beim Vogelzug und beim Heimfinden benutzt. Seine eigentliche Bedeutung liegt jedoch darin, da? er ein Referenzsystem bereitstellt, mit dessen Hilfe andere Orientierungsfaktoren zueinander in Beziehung gesetzt werden k?nnen. Der Sonnenkompa? beruht auf Erfahrung; Sonnenazimut, Tageszeit und Richtung werden durch Lernprozesse miteinander verknüpft, wobei der Magnetkompa? als Richtungsreferenzsystem dient. Sobald er verfügbar ist, wird der Sonnenkompa? bei der Orientierung im Heimbereich und beim Heimfinden bevorzugt benutzt; beim Vogelzug spielt er, wahrscheinlich wegen seiner Abh?ngigkeit von der geographischen Breite, kaum eine Rolle. Der Sternkompa? arbeitet ohne Beteiligung der Inneren Uhr; die V?gel leiten Richtungen aus den Konfigurationen der Sterne zueinander ab. Lernprozesse erstellen den Sternkompa? in der Phase vor dem ersten Zug; dabei fungiert die Himmelsrotation als Referenzsystem. Sp?ter, w?hrend des Zuges, übernimmt der Magnetkompa? diese Rolle. Die relative Bedeutung der verschiedenen Kompa?systeme wurde in Versuchen untersucht, bei denen Magnetfeld und Himmelsfaktoren einander widersprechende Richtungs-information gaben. Die erste Reaktion der V?gel war von Art zu Art verschieden; langfristig scheinen sich die V?gel jedoch nach dem Magnetkompa? zu richten. Dabei werden die Himmelsfaktoren umgeeicht, so da? magnetische Information und Himmelsinformation wieder im Einklang stehen. Der Magnetkompa? und die Himmelsfaktoren erg?nzen einander: der Magnetkompa? ersetzt Sonnen- und Sternkompa? bei bedecktem Himmel; die Himmelsfaktoren erleichtern den V?geln das Richtungseinhalten, zu dem der Magnetkompa? offenbar wenig geeignet ist. Magnetfeld und Himmelsfaktoren sollten deshalb als integrierte Komponenten eines multifaktoriellen Systems zur Richtungsorientierung betrachtet werden.

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The orientation system of birds — I. Compass mechanisms

Summary Because of the large distances involved, birds establish contact with their goal indirectly via an external reference. Hence any navigation is a two-step process: in the first step, the direction to the goal is determined as a compass course; in the second step, this course is located with a compass. The geomagnetic field and celestial cues provide birds with compass information. The magnetic compass of birds, the sun compass the star compass and the interactions between the compass mechanisms are described in the present paper. Magnetic compass orientation was first demonstrated by testing night-migrating birds in experimentally altered magnetic fields: the birds changed their directional tendencies according to the deflected North direction. The avian magnetic compass proved to be an inclination compass: it does not use polarity; instead it is based on the axial course of the field lines and their inclination in space, distinguishing “poleward” and “equatorward” rather than North and South. Its functional range is limited to intensities around the local field strength, but this biological window is flexible and can be adjusted to other intensities. The magnetic compass is an innate mechanism that is widely used in bird migration and in homing. Its most important role, however, is that of a basic reference system for calibrating other kinds of orientation cues. Sun compass orientation is demonstrated by clock-shift experiments: Shifting the birds' internal clock causes them to misjudge the position of the sun, thus leading to typical deflections which indicate sun compass use. The analysis of the avian sun compass revealed that it is based only on sun azimuth and the internal clock; the sun's altitude is not involved. The role of the pattern of polarized light associated with the sun is unclear; only at sunset has it been shown to be an important cue for nocturnal migrants, being part of the sun compass. The sun compass is based on experience; sun azimuth, time of day and direction are combined by learning processes during a sensitive period, with the magnetic compass serving as directional reference. When established, the sun compass becomes the preferred compass mechanism for orientation tasks within the home region and homing: in migration, however, its role is minimal, probably because of the changes of the sun's arc with geographic latitude. The star compass was demonstrated in night-migrating birds by projecting the northern stars in different directions in a planetarium. The analysis of the mechanism revealed that the internal clock is not involved; birds derive directions from the spatial relationship of the star configurations. The star compass is also established by experience; the directional reference is first provided by celestial rotation, later, during migration, by the magnetic compass. The relative importance of the various compass mechanisms has been tested in experiments in which celestial and magnetic cues gave conflicting information. The first response of birds to conflicting cues differs considerably between species; after repeated exposures, however, the birds oriented according to magnetic North, indicating a long-term dominance of the magnetic compass. Later tests in the absence of magnetic information showed that celestial cues were not simply ignored, but recalibrated so that they were again in agreement with magnetic cues. The magnetic compass and celestial cues complement each other: the magnetic field ensures orientation under overcast sky; celestial cues facilitate maintaining directions, for which the magnetic compass appears to be ill suited. In view of this, the magnetic field and celestial cues should be regarded as integrated components of a multifactorial system for directional orientation.

     

Das Orientierungssystem der V?gel IV. Evolution

Zusammenfassung Ein erster Versuch von Bellrose, die Evolution des Orientierungssystems der Vögel zu beschreiben, ging von der Annahme aus, Kompaßorientierung und die Fähigkeit zur Navigation habe sich im Zusammenhang mit dem Vogelzug entwickelt. Kompaßmechanismen sowie die Mosaik- und die Navigationskarte spielen jedoch bereits bei der Orientierung im Heimbereich entscheidende Rollen, müssen sich also dort entwickelt haben unter dem Selektionsdruck, die täglichen Flugwege zu optimieren, vielleicht schon bei den Vorfahren der Vögel.Magnetkompaßorientierung erscheint als der einfachste Orientierungsmechanismus und müßte deshalb an den ältesten Orientierungsstrategien beteiligt gewesen sein. Ein Magnetkompaß ist bei Wirbeltieren weit verbreitet, doch gibt es Hinweise auf unterschiedliche Funktionsprinzipien. Es ist deshalb offen, ob die Vögel ihn von ihren Vorfahren übernommen oder eigenständig entwickelt haben. Das gleiche gilt für den Sonnenkompaß. Die entscheidende Rolle des Magnetkompaß bei der ontogenetischen Entwicklung des Sonnenkompaß läßt eine ähnliche Beziehung bei der phylogenetischen Entwicklung vermuten.Über kurze Entfernungen kann man sich Orientierung durch Wegumkehr allein mit Kompaßmechanismen vorstellen, wobei Umwege integriert werden müssen. Bei dieser Strategie akkumulieren sich jedoch die Fehler; die bei größeren Entfernungen resultierende Ungenauigkeit erzeugte einen Selektionsdruck, der das Benutzen von Ortsinformation begünstigte. Dies führte zur Entstehung der Mosaikkarte, die auf Kompaßorientierung und Landmarken beruht. Sie ist heute als eigenständiger Mechanismus anzusehen, der nach angeborenen Regeln aufgebaut wird. Die Navigationskarte entsteht, indem die gleichen Regeln auf Faktoren mit Gradienten-Charakter angewandt werden; sie hat sich offenbar aus der Mosaikkarte entwickelt. Ob sie eine Sonderentwicklung der Vögel infolge ihrer Flugfähigkeit ist, muß offen bleiben. Da die Vögel die Grundelemente ihres Orientierungssystems wahrscheinlich von ihren Vorfahren übernommen haben, würden wir erwarten, daß diese Mechanismen bei allen Vögel gleich sind bzw. nach den gleichen Regeln erstellt werden.Vorstufen des Vogelzugs waren zunächst ungerichtete Flüge auf der Suche nach günstigeren Bedingungen; in diesem Stadium reichten die vorhandenen Navigationsmechanismen zur Orientierung zwischen den verschiedenen Gebieten aus. Als aus diesen ersten Ortsbewegungen ein regelmäßiger Zug zwischen zwei Regionen wurde, begann sich das Zugprogramm zu entwickeln, wobei sich zunächst eine spontane Richtungstendenz herausbildete. Der Magnetkompaß konnte als erstes Referenzsystem für diese Zugrichtung dienen. Später erhielt die Himmelsrotation ihre entscheidende Bedeutung, wobei die Vögel die Referenzrichtung Süd zunächst aus dem Polarisationsmuster am Tage ableiteten. Im Laufe der Zeit entstanden die differenzierten Zugprogramme mit Richtungsfolgen, steuernden Zeitprogrammen und Triggermechanismen. Die Zugrichtung und Länge der Zugstrecke unterliegen auch weiterhin einer ständigen Selektion, die für optimale Anpassung an die jeweiligen Umweltbedingungen sorgt. Der Übergang vom Tag- zum Nachtzug bereitete keine Probleme, denn die Vögel mußten zunächst keine neuen Orientierungsmechanismen entwickeln, da sich der Magnetkompaß zu jeder Tageszeit einsetzen läßt. Später entstand der Sternkompaß, der in seinen Funktionseigenschaften hervorragend auf die Bedürfnisse von Zugvögeln angepaßt ist und als eigenständige Entwicklung der Nachtzieher angesehen werden muß. Dazu erwarben die Nachtzieher die Fähigkeit, die Information der Himmelsrotation aus der Bewegung der Sterne abzuleiten und direkt auf den Sternkompaß zu übertragen. Da das Zugverhalten bei Vögeln mehrfach unabhängig voneinander entstanden ist, muß man Entsprechendes auch von den Mechanismen der Zugorientierung annehmen. Das bedeutet, daß sich die betreffenden Mechanismen bei den verschiedenen Arten unterschiedlich entwickelt haben könnten, doch ist mit konvergenten Entwicklungen zu rechnen.

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The orientation system of birds — IV. Evolution

Summary In a first attempt to explain the evolution of the avian navigational system, Bellrose suggested that compass mechanisms and the ability for true navigation had developed in connection with migration across increasing distances. Yet birds use compasses, the mosaic and the navigational maps even close to home and for homing. This means that those mechanisms must have developed for orientation within the home range, with the necessity to optimize the everyday flights acting as selective pressure. In view of this, any attempt to reconstruct the evolution of the avian navigational system must start out with the non-flying ancestors of birds.Considering the requirements of orientation by landmarks and by using a compass, compass orientation with the help of the magnetic field appears to be the simplest mechanism; consequently, it must be assumed to belong to the most ancient orientation strategies. The magnetic compass is wide-spread among animals, but it appears to function according to different principles among the various groups of vertebrates so that it is unclear whether birds inherited their magnetic compass from their reptilian ancestors or developed a mechanism of their own. The same is true for the sun compass. The crucial role of the magnetic compass in the ontogenetic development of the sun compass might indicate a similar relationship for the phylogenetic development.Over short distances within the home range, orientation based solely on compass orientation appears possible, using the strategy of route reversal, with non-straight routes being integrated. Since this strategy accumulates errors, it becomes inaccurate over longer distances, thus causing selective pressure to use local site-specific information. This leads to the formation of the mosaic map, a mechanism that includes landmarks as well as compass orientation. Today, the mosaic map of landmarks is a mechanism by itself, established according to innate learning principles that associate information on path integration with site-specific information, thus forming a directionally oriented mental representation of the distribution of landmarks. The navigational map is formed by applying the same principles to factors of the nature of gradients; it thus appears to have developed from the mosaic map. Whether or not it is a special development of birds associated with their flying ability is unclear. Because the birds probably inherited the basic mechanisms of orientation from their ancestors, one would expect these mechanisms to be similar in all birds. For the mechanisms involving learned components, this means that they are established following common rules. Birds improved those mechanisms and adapted them to their specific needs.Migration is assumed to have begun with non-directed search movements for regions offering better conditions. At this stage, the already existing mechanisms of homing were sufficient for navigation between the various areas. When these first movements turned into regular migration between two regions, the migratory program began to evolve, starting out with spontaneous tendencies in a preferred direction. The magnetic compass may have served as first reference system for the migratory direction; later, celestial rotation, indicated by the changing pattern of polarized light during the day, obtained its important role in indicating the reference direction geographic South. In the course of time, sophisticated migration programs with changes in direction, controlling time programs, responses to trigger mechanisms etc. developed. The migratory direction and distance, i.e. the amount of migratory activity, continue to be subject to selective pressure so that birds can respond to the environmental conditions in an optimal way. The transition from daytime migration to night migration did not require new mechanisms, as the magnetic compass can be used at any time of the day. Later, however, the star compass evolved, which is to be considered a special development of night-migrating birds, with its way of functioning well adapted to the specific needs of migrants. Birds also developed the ability to derive information on celestial rotation from the rotating stars at night and to transfer this information directly to the star compass. Since migratory habits evolved many times independently among birds, the same has to be assumed for the specific mechanisms of migratory orientation. This means that they need not necessarily be identical in all bird migrants. We are to expect convergent developments, however, leading to mechanisms of the most suitable type.

     

Herbicide resistance in a mutant of the microalga Bumilleriopsis filiformis

A DCMU* (diuron)-resistant algal mutant was selected and characterized. Chlorophyll content, growth, and photosystem-I activity are as in the wild-type. Growth in liquid medium with 3 M DCMU present is half of the control. Apparently only the herbicide-binding site is affected within the redox chain. In contrast to the wild-type, trypsin treatment of isolated chloroplast material completely abolishes photosynthetic electron transport inhibition by DCMU or atrazine.DCMU resistance of chloroplasts is accompanies by tolerance to triazinones and phenylpyridazinones, but not to symmetric triazines. Sensitivity to diphenylethers, DBMIB or o-phenanthroline is not altered.Data on this algal mutant combined with those from triazine-resistant mutants of higher plants give direct evidence of overlapping binding sites at a (hypothetical) binding protein located at the reducing side of photosytem II.     

Zur Entwicklung der Sonnenkompa?orientierung bei jungen Brieftauben

Zusammenfassung Um mit Hilfe der Sonne Kompaßrichtungen zu bestimmen, muß man die tägliche Sonnenwanderung verrechnen können. Darauf beruht der übliche Nachweis des Sonnenkompasses durch Verstellung der inneren Uhr. Die Beziehung von Sonnenazimut, Tageszeit und geographischer Richtung ist jedoch von der geographischen Breite abhängig und ändert sich mit der Jahreszeit. Die Kenntnis davon, auf der die Kompensation der Sonnenwanderung beruht, wird durch Erfahrung erworben. Die entsprechenden Lernvorgänge finden statt, sobald die jungen Vögel Flugerfahrung erwerben; dabei muß die Sonne zu verschiedenen Tageszeiten beobachtet werden, wobei das Magnetfeld als Richtungsreferenzsystem für die Sonnenbewegung dienen kann.Um die Natur der Lernvorgänge näher zu bestimmen, wurden Tauben für ein bis zwei Wochen in einem Magnetschlag angesiedelt; dort konnten sie von einer Voliere aus die Sonne nur in einer geänderten Richtungsbeziehung zum Magnetfeld sehen. Erwachsene Tauben zeigten sich von dieser Behandlung bei anschließenden Auflassungen unbeeinflußt; junge Tauben in dem Alter, in dem sich der Sonnenkompaß entwickelt, zeigten daraufhin eine Abweichung in der Richtung, in der das Magnetfeld gedreht gewesen war. Dies sprach für eine Beeinflussung des Sonnenkompasses durch die Behandlung; der Unterschied zwischen erwachsenen und jungen Tauben läßt sich im Sinne einer sensiblen Phase deuten. Eine Versuchsserie, in der erwachsene Tauben die innere Uhr um 6 h nachverstellt bekamen und längere Zeit unter dieser Bedingung gehalten wurden, machte deutlich, daß der einmal gelernte Verrechnungsmechanismus für die Sonnenwanderung nicht unveränderlich ist, sondern den geänderten Bedingungen angepaßt werden konnte.Damit zeigte sich der Sonnenkompaß als flexibler Mechanismus, der sich wohl nicht nur auf die Änderungen der Sonnenbahn im Laufe der Jahreszeiten einstellen kann, sondern auch auf die erheblich größeren Unterschiede, die Zugvögel zwischen Brutgebiet und Winterquartier erleben. Die Lernvorgänge, die zum Sonnenkompaß führen, werden im Vergleich mit dem Erlernen des Sternkompaß und der Navigationskarte diskutiert: Sie haben durch die sensible Phase teilweise prägungsähnlichen Charakter, wobei es möglich erscheint, daß die Entwicklung des jeweiligen Orientierungsmechanismus als solcher zu einem bestimmten Zeitpunkt abgeschlossen ist. Die spezifische Reaktion auf die Außenfaktoren wird aber weiterhin durch Erfahrung kontrolliert und kann sich gegebenenfalls geänderten Umweltbedingungen anpassen.

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The development of sun compass orientation in young homing pigeons

Summary To use the sun for direction finding, the birds must compensate for the sun's apparent movement in the course of the day. A method of demonstrating the use of the sun compass is based on shifting the bird's internal clock, which results in a typical deviation of their vanishing bearings (Fig. 1). The specific relation between sun azimut, time and geographic direction depends on geographic latitude (Fig. 2) and varies in the course of the seasons (Fig. 3). The knowledge of this relationship which is the basis for compensation of the sun's movements, is aquired by experience (Fig. 4). The respective learning processes take place when the young birds obtain some flying experience; they must observe the sun during the various times of the day. The magnetic field can serve as a reference system to judge the sun's position.To analyse the nature of these learning processes, young pigeons were moved for one to two weeks into a small loft (Fig. 5) surrounded by Helmholtz coils to alter the ambient magnetic field. From an aviary, the birds saw the sun in an abnormal directional relationship to the magnetic field. In the following releases, old, experienced pigeons were not affected by this treatment. Young birds of the age when the sun compass normally develops, however, showed significant deviations to the direction to which magnetic north had been turned (Fig. 6, 7). This difference between young and adult pigeons suggests a sensitive period for the development of the sun compass. A series of experiments in which adult pigeons were clockshifted and kept under these conditions for more than two months (Fig. 8) clearly demonstrated that the compensation mechanisms for the sun's movements, once learned, are not fixed, but can be adapted to altered situations (Fig. 9, 10).Thus the sun compass proved to be a flexible mechanism that can be adjusted not only to the changes in the sun's arc in the course of the year, but also to the greater changes experienced by migratory birds between breeding ground and wintering area. The processes leading to the establishment of the sun compass and possible similarities to the development of the star compass and the navigational map are discussed: All three mechanisms seem to be based on learning processes that are in part imprinting-like, involving a sensitive period where the mechanisms per se have to be established. The specific reaction to the external factors, however, is not fixed, but can be adapted to the changes in the environment.