Universiẗat, Diss., 2005--Kiel.

Universiẗat, Diss., 2002--Kiel.

Modularity plays a pivotal role in evolution, as the compartmentalization of components of a system allows their independent optimization in isolation, minimizing the effect on the system as a whole. As a manifestation of this universal design principle, evidence suggests modularity plays a key role in the function of the brain as well, allowing the compartmentalization of specific structural and functional units before their integration. Despite this, it’s unknown how modularity arises during the development of neural circuits. Accordingly, observing the development of the modularity of the nervous system and correlating this with the emergence of specific behaviors has the potential to highlight features of the functional role of modularity in the mature nervous system. To explore this issue, we work with the small cnidarian Hydra vulgaris, a representative of some of the simplest nervous systems in evolution. Depending on the size of the animal, Hydra’s isometrically scaling nervous system of 300-2,000 neurons is organized in two independent nerve nets in its ectoderm and endoderm and is distributed through the body of the animal without any cephalization or ganglia. Moreover, under the right conditions Hydra can reassemble itself into a normal animal after complete dissociation into individual cells. Using transgenic Hydra which express the calcium sensor GCaMP6s in every neuron (Dupre and Yuste, 2017) we have imaged the neuronal activity of dissociated preparations as they re-aggregate then regenerate over a period of several days. We demonstrate the robust synchronization of Hydra’s neural nets during the process. Of the possible routes toward synchronization, we observe that an initially random structure takes on a hierarchical organization as small groups of neurons synchronize. As these proto-circuits further synchronize, the modularity of the system increases, accompanied by a loss of the hierarchical depth of the network structure as normal behavioral rhythms resume during regeneration.

Efforts to uncover a cholinergic neurotransmission system in Hydra have yielded conflicting results, where early studies suggested cholinergic agents affect the animal’s movement and later studies failed to reproduce these results. The identification of cholinergic mechanisms in the Cnidarian Nematostella vectensis and the presence of nicotinic Acetylcholine receptor (nAChR)-like sequences in the published Hydra genome have led us to revisit this issue. This study explores cholinergic mechanisms in Hydra through a comprehensive approach, including bioinformatics analysis, dose-response experiments, live-neuron imaging, and molecular approaches. Bioinformatics analysis identified 6 homologous nAChR sequences, one of which was confirmed by RT-qPCR. Dose-response experiments clearly showed that cholinergic agonists induced wholebody contractions and a nAChR antagonist sequestered this response. Live neuron imaging confirms that agonist treatment plays a role in neuron excitation that directly precedes behavior. Overall, my results confirm the existence of cholinergic mechanisms in Hydra. Further investigations can prove a direct or indirect mechanism of action on neurons.

As hidras são os principais representantes de água doce do filo Cnidaria, e quando são expostas a substâncias tóxicas podem manifestar mudanças graduais na estrutura corporal, cuja expressão permite determinar as doses de efeitos letais e sub-letais de uma substância tóxica. No presente estudo, a espécie nativa Hydra viridissima foi cultivada em condições laboratoriais, determinando-se o crescimento populacional e individual da espécie, o tempo de duplicação da população e o tempo de geração da mesma. Além disso, esta espécie foi submetida a testes de toxicidade aguda com as substâncias dicromato de potássio e sulfeto de sódio. Testes de toxicidade também foram realizados com amostras ambientais de água e/ou sedimento de reservatórios do estado de São Paulo, visando a utilização desta espécie como organismo-teste para estudos ecotoxicológicos. A taxa de crescimento individual (k) foi de 0,43; o comprimento máximo da coluna das hidras foi de 2,53 mm e o tempo de geração foi, em média, de 6,6 '+ OU -' 1,5 dias. Para as condições de cultivo a taxa intrínseca de crescimento populacional de H. viridissima foi de 0,0468 (r) e o tempo de duplicação da população de 14,8 '+ OU -' 2,63 dias. A faixa de sensibilidade de H. viridissima ao dicromato de potássio situa-se entre 2,8 mg/L e 4,3 mg/L, com valor médio de 3,55 mg/L, sendo que esta espécie é mais sensível a esta substância do que algumas espécies que já são amplamente utilizadas em testes de toxicidade, incluindo a espécie Hydra attenuata. Nos testes de toxicidade realizados com o sulfeto de sódio estabeleceu-se que a faixa de sensibilidade para esta espécie situa-se entre 17,76 mg/L e 26,08 mg/L, com uma 'CL IND.50'-96h de 21,92 mg/L, e observou-se uma diminuição ou perda de toxicidade desta substância durante o período de realização dos testes. As amostras de água e de sedimento dos reservatórios do Lobo (Broa), de Barra Bonita e de Promissão não causaram toxicidade às hidras, enquanto que o sedimento do reservatório de Rasgão foi tóxico. Concluiu-se que a espécie H. viridissima é de fácil cultivo em laboratório, tem bom desempenho em cultivo nas condições testadas e sofre progressivas modificações morfológicas sob condições de toxicidade, sendo, portanto, um potencial organismo-teste para estudos ecotoxicológicos / Hydras are the main freshwater representatives of phylum Cnidaria, and when exposed to toxic substances they can display gradual changes in the body structure, whose expression allows determining the lethal and sub-lethal doses of a toxic substance. In the present study, the native species Hydra viridissima was cultured in the laboratory in order to determine its population and individual growth, the time of duplication of the population and its generation time. This species was also submitted to acute toxicity tests with the reference substances potassium dichromate and sodium sulfide, and also to toxicity tests with samples of water and/or sediment of reservoirs of the state of São Paulo, aiming to use this species as organism-test for ecotoxicological studies. The main results were an individual growth rate (k) of 0.43; the maximum length of the hydra column was 2.53 mm and the generation time averaged 6.6 '+ OU -' 1.5 days. This species presented an intrinsic rate of population growth (r) of 0.0468 for the adjusted curve and a time of duplication of the population of 14.8 '+ OU -' 2.63 days. H. viridissima has a sensitivity range for potassium dichromate varying between 2.8 mg/L and 4.3 mg/L, with a mean value of 3.55 mg/L. This species is more sensible to this substance than other species widely used in toxicity tests, including Hydra attenuata. The sensitivity range of H. viridissima to sodium sulfide varies between 17.76 mg/L and 26.08 mg/L, with a 'LC IND.50'-96h of 21.92 mg/L. A reduction or loss of toxicity to this substance was observed during the test accomplishment. The water and sediment samples of Lobo, Barra Bonita and Promissão reservoirs were not toxic, nevertheless the sediment of Rasgão reservoir was toxic to the hydras. It was concluded that H. viridissima is easy to culture in the laboratory, has a good performance in the culture conditions tested and suffers gradual morphological changes under toxic conditions, being, therefore, a potential test-organism for ecotoxicological studies

A água ocupa um lugar específico entre os recursos naturais. É a substância mais abundante no planeta, embora disponível em diferentes quantidades, em diferentes lugares. A saúde humana está associada a um suprimento de água potável segura, adequada e acessível. Entretanto, sabe-se que boa parte da água doce disponível no planeta encontra-se em algum nível de contaminação, inclusive as águas de profundidade (nascentes). Tendo em vista a grande procura da população de Piracicaba por águas de nascentes é de fundamental importância o conhecimento de suas qualidades. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo principal avaliar parâmetros físicos, químicos, microbiológicos e ecotoxicológicos indicadores da qualidade da água de oito nascentes urbanas no município, em um período de doze meses. Os resultados demonstraram que as águas analisadas estão fora dos padrões de aceitação para consumo humano estabelecidos por legislação em, no mínimo, um parâmetro mensurado. A maioria das nascentes está localizada em áreas densamente urbanizadas do município e sofre interferência antropogênica acentuada, o que é determinante para influenciar a qualidade física, química e biológica dessas águas. Os parâmetros mais preocupantes no contexto da saúde pública foram o número de coliformes totais, Escherichia coli e bactérias heterotróficas e os teores de nitrato, ferro e manganês. Os testes de ecotoxicidade com Hydra attenuata nas águas de quatro nascentes indicaram o aparecimento de efeitos subletais e/ou letais para esses organismos. A análise estatística multivariada mostrou que as variáveis que mais influenciaram na qualidade das amostras de água das oito nascentes nos quatro períodos de amostragem foram: coliformes totais, bactérias heterotróficas, E. coli, turbidez e oxigênio consumido. A ecotoxicidade para H. attenuata foi associada, nos efeitos crônicos, com a presença de amônia, nitrato, alumínio, manganês e dureza, sendo a letalidade associada a alta condutividade elétrica e variação de pH / Water plays a special role among natural resources. It is the most abundant substance on the planet, although available in different amounts and in different regions of the planet. Human health is associated with a safe, adequate and accessible supply of potable water. However, it was known that the most of fresh water available on earth presents some level of pollution, including springs waters. Given the high demand of the population from Piracicaba-SP by springs waters, is crucial to know their qualities. Therefore, this study aimed evaluate the physical, chemical, microbiological, and ecotoxicological parameters that indicate the water quality of eight urban springs in the city, during a period of twelve months. The results showed that the analyzed waters are improper to human consumption according to the established legislation. Most springs are located in densely urbanized areas of the city and are subjected to severe anthropogenic interference, which is crucial to influence the water quality. The parameters of major concern in the context of public health were the number of coliforms, Escherichia coli and heterotrophic bacteria, as well as the nitrate, iron and manganese levels. The ecotoxicity tests using Hydra attenuata indicated the occurrence of sublethal and/or lethal effects in the water from four springs. The multivariate statistical analysis showed that the variables that most influenced the quality of water samples from eight springs in the four sampling time were: total coliforms, heterotrophic bacteria, E. coli, turbidity, and consumed oxygen. The ecotoxicity to H. attenuata was associated, in chronic effects, with the presence of ammonia, nitrate, aluminum, manganese, and hardness, while the mortality was associated with high electrical conductivity and pH variation

A água ocupa um lugar específico entre os recursos naturais. É a substância mais abundante no planeta, embora disponível em diferentes quantidades, em diferentes lugares. A saúde humana está associada a um suprimento de água potável segura, adequada e acessível. Entretanto, sabe-se que boa parte da água doce disponível no planeta encontra-se em algum nível de contaminação, inclusive as águas de profundidade (nascentes). Tendo em vista a grande procura da população de Piracicaba por águas de nascentes é de fundamental importância o conhecimento de suas qualidades. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo principal avaliar parâmetros físicos, químicos, microbiológicos e ecotoxicológicos indicadores da qualidade da água de oito nascentes urbanas no município, em um período de doze meses. Os resultados demonstraram que as águas analisadas estão fora dos padrões de aceitação para consumo humano estabelecidos por legislação em, no mínimo, um parâmetro mensurado. A maioria das nascentes está localizada em áreas densamente urbanizadas do município e sofre interferência antropogênica acentuada, o que é determinante para influenciar a qualidade física, química e biológica dessas águas. Os parâmetros mais preocupantes no contexto da saúde pública foram o número de coliformes totais, Escherichia coli e bactérias heterotróficas e os teores de nitrato, ferro e manganês. Os testes de ecotoxicidade com Hydra attenuata nas águas de quatro nascentes indicaram o aparecimento de efeitos subletais e/ou letais para esses organismos. A análise estatística multivariada mostrou que as variáveis que mais influenciaram na qualidade das amostras de água das oito nascentes nos quatro períodos de amostragem foram: coliformes totais, bactérias heterotróficas, E. coli, turbidez e oxigênio consumido. A ecotoxicidade para H. attenuata foi associada, nos efeitos crônicos, com a presença de amônia, nitrato, alumínio, manganês e dureza, sendo a letalidade associada a alta condutividade elétrica e variação de pH / Water plays a special role among natural resources. It is the most abundant substance on the planet, although available in different amounts and in different regions of the planet. Human health is associated with a safe, adequate and accessible supply of potable water. However, it was known that the most of fresh water available on earth presents some level of pollution, including springs waters. Given the high demand of the population from Piracicaba-SP by springs waters, is crucial to know their qualities. Therefore, this study aimed evaluate the physical, chemical, microbiological, and ecotoxicological parameters that indicate the water quality of eight urban springs in the city, during a period of twelve months. The results showed that the analyzed waters are improper to human consumption according to the established legislation. Most springs are located in densely urbanized areas of the city and are subjected to severe anthropogenic interference, which is crucial to influence the water quality. The parameters of major concern in the context of public health were the number of coliforms, Escherichia coli and heterotrophic bacteria, as well as the nitrate, iron and manganese levels. The ecotoxicity tests using Hydra attenuata indicated the occurrence of sublethal and/or lethal effects in the water from four springs. The multivariate statistical analysis showed that the variables that most influenced the quality of water samples from eight springs in the four sampling time were: total coliforms, heterotrophic bacteria, E. coli, turbidity, and consumed oxygen. The ecotoxicity to H. attenuata was associated, in chronic effects, with the presence of ammonia, nitrate, aluminum, manganese, and hardness, while the mortality was associated with high electrical conductivity and pH variation

As hidras são os principais representantes de água doce do filo Cnidaria, e quando são expostas a substâncias tóxicas podem manifestar mudanças graduais na estrutura corporal, cuja expressão permite determinar as doses de efeitos letais e sub-letais de uma substância tóxica. No presente estudo, a espécie nativa Hydra viridissima foi cultivada em condições laboratoriais, determinando-se o crescimento populacional e individual da espécie, o tempo de duplicação da população e o tempo de geração da mesma. Além disso, esta espécie foi submetida a testes de toxicidade aguda com as substâncias dicromato de potássio e sulfeto de sódio. Testes de toxicidade também foram realizados com amostras ambientais de água e/ou sedimento de reservatórios do estado de São Paulo, visando a utilização desta espécie como organismo-teste para estudos ecotoxicológicos. A taxa de crescimento individual (k) foi de 0,43; o comprimento máximo da coluna das hidras foi de 2,53 mm e o tempo de geração foi, em média, de 6,6 '+ OU -' 1,5 dias. Para as condições de cultivo a taxa intrínseca de crescimento populacional de H. viridissima foi de 0,0468 (r) e o tempo de duplicação da população de 14,8 '+ OU -' 2,63 dias. A faixa de sensibilidade de H. viridissima ao dicromato de potássio situa-se entre 2,8 mg/L e 4,3 mg/L, com valor médio de 3,55 mg/L, sendo que esta espécie é mais sensível a esta substância do que algumas espécies que já são amplamente utilizadas em testes de toxicidade, incluindo a espécie Hydra attenuata. Nos testes de toxicidade realizados com o sulfeto de sódio estabeleceu-se que a faixa de sensibilidade para esta espécie situa-se entre 17,76 mg/L e 26,08 mg/L, com uma 'CL IND.50'-96h de 21,92 mg/L, e observou-se uma diminuição ou perda de toxicidade desta substância durante o período de realização dos testes. As amostras de água e de sedimento dos reservatórios do Lobo (Broa), de Barra Bonita e de Promissão não causaram toxicidade às hidras, enquanto que o sedimento do reservatório de Rasgão foi tóxico. Concluiu-se que a espécie H. viridissima é de fácil cultivo em laboratório, tem bom desempenho em cultivo nas condições testadas e sofre progressivas modificações morfológicas sob condições de toxicidade, sendo, portanto, um potencial organismo-teste para estudos ecotoxicológicos / Hydras are the main freshwater representatives of phylum Cnidaria, and when exposed to toxic substances they can display gradual changes in the body structure, whose expression allows determining the lethal and sub-lethal doses of a toxic substance. In the present study, the native species Hydra viridissima was cultured in the laboratory in order to determine its population and individual growth, the time of duplication of the population and its generation time. This species was also submitted to acute toxicity tests with the reference substances potassium dichromate and sodium sulfide, and also to toxicity tests with samples of water and/or sediment of reservoirs of the state of São Paulo, aiming to use this species as organism-test for ecotoxicological studies. The main results were an individual growth rate (k) of 0.43; the maximum length of the hydra column was 2.53 mm and the generation time averaged 6.6 '+ OU -' 1.5 days. This species presented an intrinsic rate of population growth (r) of 0.0468 for the adjusted curve and a time of duplication of the population of 14.8 '+ OU -' 2.63 days. H. viridissima has a sensitivity range for potassium dichromate varying between 2.8 mg/L and 4.3 mg/L, with a mean value of 3.55 mg/L. This species is more sensible to this substance than other species widely used in toxicity tests, including Hydra attenuata. The sensitivity range of H. viridissima to sodium sulfide varies between 17.76 mg/L and 26.08 mg/L, with a 'LC IND.50'-96h of 21.92 mg/L. A reduction or loss of toxicity to this substance was observed during the test accomplishment. The water and sediment samples of Lobo, Barra Bonita and Promissão reservoirs were not toxic, nevertheless the sediment of Rasgão reservoir was toxic to the hydras. It was concluded that H. viridissima is easy to culture in the laboratory, has a good performance in the culture conditions tested and suffers gradual morphological changes under toxic conditions, being, therefore, a potential test-organism for ecotoxicological studies

International Telemetering Conference Proceedings / October 20-23, 2003 / Riviera Hotel and Convention Center, Las Vegas, Nevada / In our prior work [1] we proposed that network-centric data telemetry systems offer substantial improvements over traditional serial data telemetry systems. This paper is a follow up to that work and is also a companion to our experimentation paper [2]. In network-centric telemetry systems, there can be many infrastructure sites that form the network’s ad hoc communications paths, and there can be many fast-moving nodes, e.g., munitions, which enter the network, generate telemetry data, and exit the network. As the geographic size of such data telemetry networks grows, constraints on link margin will typically preclude a one-to-one matching of ground-based infrastructure sites to airborne, fast-moving nodes. That is, the fast-moving nodes will traverse distances that will require the mobile node to change which specific ground node it communicates with to transfer telemetry data. This paper describes an analytic model for the generic process of a fast moving node entering a wireless network and the associated handoffs of that node among ground stations as the fast mover traverses the spatial region covered by the wireless network. Our analysis and associated worst-case example demonstrate that wireless networking technology can handle the stress of rapidly managing connectivity to high-speed nodes for effective telemetry data extraction.

Faculty of Engineering and the Built Environment; School of Electrical and Information Engineering; MSC Dissertation / In the recent past the Eskom network operated out-of-step at three occasions. Eskom questions whether the out-of-step relays responded as they should have. This is based on the fact that not all the out-of-step relays operated during these events. This dissertation shows that shunts can make the impedance locus behave nonclassically to the extent that the present practices Eskom uses for out-of-step relaying become inappropriate for application at certain busbars of the network. This is illustrated by showing that when the characteristic of the relay at Hydra, situated on the Mpumalanga side of Hydra, is set using the classical approach, the mentioned relay will not detect swings that have their electrical centre south of Hydra. A modified two generator model is used to show the effect shunts have. The phrase “improved two generator model” refers to this model. The improved two generator model is derived to represent the section of the Eskom network that links Mpumalanga to the Western Cape.