TY  - THES
A1  - Varykhalov, Andrei
T1  - Quantum-size effects in the electronic structure of novel self-organized systems with reduced dimensionality
T1  - Quantisierungseffekte in der elektronischen Struktur von neuen selbstorganisierten Systemen mit reduzierter Dimensionalität
N2  - The Thesis is focused on the properties of self-organized nanostructures. Atomic and electronic properties of different systems have been investigated using methods of electron diffraction, scanning tunneling microscopy and photoelectron spectroscopy. Implementation of the STM technique (including design, construction, and tuning of the UHV experimental set-up) has been done in the framework of present work. This time-consuming work is reported to greater detail in the experimental part of this Thesis.  The scientific part starts from the study of quantum-size effects in the electronic structure of a two-dimensional Ag film on the supporting substrate Ni(111). Distinct quantum well states in the sp-band of Ag were observed in photoelectron spectra. Analysis of thickness- and angle-dependent photoemission supplies novel information on the properties of the interface. For the first time the Ni(111) relative band gap was indirectly probed in the ground-state through the electronic structure of quantum well states in the adlayer. This is particularly important for Ni where valence electrons are strongly correlated. Comparison of the experiment with calculations performed in the formalism of the extended phase accumulation model gives the substrate gap which is fully consistent with the one obtained by ab-initio LDA calculations. It is, however, in controversy to the band structure of Ni measured directly by photoemission. These results lend credit to the simplest view of photoemission from Ni, assigning early observed contradictions between theory and experiments to electron correlation effects in the final state of photoemission.  Further, nanosystems of lower dimensionality have been studied. Stepped surfaces W(331) and W(551) were used as one-dimensional model systems and as templates for self-organization of Au nanoclusters. Photon energy dependent photoemission revealed a surface resonance which was never observed before on W(110) which is the base plane of the terrace microsurfaces. The dispersion E(k) of this state measured on stepped W(331) and W(551) with angle-resolved photoelectron spectroscopy is modified by a strong umklapp effect. It appears as two parabolas shifted symmetrically relative to the microsurface normal by half of the Brillouin zone of the step superlattice. The reported results are very important for understanding of the electronic properties of low-dimensional nanostructures.  It was also established that W(331) and W(551) can serve as templates for self-organization of metallic nanostructures. A combined study of electronic and atomic properties of sub-monolayer amounts of gold deposited on these templates have shown that if the substrate is slightly pre-oxidized and the temperature is elevated, then Au can alloy with the first monolayer of W. As a result, a nanostructure of uniform clusters of a surface alloy is produced all over the steps. Such clusters feature a novel sp-band in the vicinity of the Fermi level, which appears split into constant energy levels due to effects of lateral quantization.  The last and main part of this work is devoted to large-scale reconstructions on surfaces and nanostructures self-assembled on top. The two-dimensional surface carbide W(110)/C-R(15x3) has been extensively investigated. Photoemission studies of quantum size effects in the electronic structure of this reconstruction, combined with an investigation of its surface geometry, lead to an advanced structural model of the carbide overlayer.  It was discovered that W(110)/C-R(15x3) can control self-organization of adlayers into nanostructures with extremely different electronic and structural properties. Thus, it was established that at elevated temperature the R(15x3) superstructure controls the self-assembly of sub-monolayer amounts of Au into nm-wide nanostripes. Based on the results of core level photoemission, the R(15x3)-induced surface alloying which takes place between Au and W can be claimed as driving force of self-organization. The observed stripes exhibit a characteristic one-dimensional electronic structure with laterally quantized d-bands. Obviously, these are very important for applications, since dimensions of electronic devices have already stepped into the nm-range, where quantum-size phenomena must undoubtedly be considered.  Moreover, formation of perfectly uniform molecular clusters of C60 was demonstrated and described in terms of the van der Waals formalism. It is the first experimental observation of two-dimensional fullerene nanoclusters with "magic numbers". Calculations of the cluster potentials using the static approach have revealed characteristic minima in the interaction energy. They are achieved for 4 and 7 molecules per cluster. The obtained "magic numbers" and the corresponding cluster structures are fully consistent with the results of the STM measurements.
N2  - Die aktuelle Doktorarbeit ist auf die Eigenschaften von selbst-organisierten Nanostrukturen fokussiert. Die strukturellen und elektronischen Eigenschaften von verschiedenen Systemen wurden mit den Methoden Elektronenbeugung, Rastertunnelmikroskopie und Photoelektronenspektroskopie untersucht. Insbesondere wurde die fuer die Rastertunnelmikroskopie in situ praeparierter Proben eingesetzte Apparatur im Rahmen dieser Arbeit konstruiert und aufgebaut. Einzelheiten hierzu sind im experimentellen Kapitel zu finden.  Der wissenschftliche Teil beginnt mit Untersuchungen von Quantentrogeffekten in der elektronischen Struktur einer Ag-Schicht auf Ni(111)-Substrat. Charakteristische Quantentrogzustaende im Ag-sp-Band wurden in Photoelektronenspektren beobachtet. Die Analyse von schichtdicken- und winkelabhaengiger Photoemission hat neue und wesentliche Informationen ueber die Eigenschaften des Ag/Ni-Systems geliefert. Insbesondere konnte zum ersten Mal eine relative Bandluecke im Ni-Substrat durch das Verhalten der Quantentrogzustaende indirekt vermessen werden. Das ist fuer Ni besonders wichtig, weil es sich bei Ni um ein stark korreliertes Elektronensystem handelt. Die Ergebnisse wurden mit Rechnungen auf der Basis des erweiterten Phasenmodelles verglichen. Der Vergleich ergibt eine Bandluecke, die sehr gut mit ab-initio-Rechnungen auf Basis der lokalen Elektronendichte-Naehrung uebereinstimmen. Dennoch widersprechen die Daten der Ni-Bandstruktur, die direkt mit Photoemission gemessen wird. Diese Kontroverse zeigt deutlich, dass der Unterschied zwischen Theorie und Experiment Korrelationeffekten im Endzustand der Photoemission zugeordnet werden kann.  Des weiteren wurden Nanosysteme von noch niedrigerer Dimensionalitaet untersucht. Gestufte Oberflaechen W(331) und W(551) wurden als eindimensionale Modellsysteme fuer die Selbstorganisation von Au-Nanoclustern benutzt. Photonenenergieabhaengige Photoemission hat eine neue Oberflaechen-resonanz aufgedeckt, die auf der Basisebene der Terrassen dieser Systeme auftritt. Die Dispersion E(k) von diesem Zustand, die mit winkelaufgeloester Photoemission vermessen wurde, zeigt deutlich die Einwirkung von Umklapp-Effekten. Diese zeigen sich als zwei Parabeln, die relativ zu der Terrassennormale symmetrisch um die Haelfte der Oberflaechen-Brillouinzone verschoben sind. Die erzielten Ergebnisse sind sehr wichtig fuer das Verstaendnis der elektronischen Eigenschaften von eindimensionalen Nanostrukturen.  Ausserdem wurde gezeigt, dass W(331) und W(551) als Vorlage fuer selbstorganisierte metallische Nanostrukturen dienen koennen. Eine kombinierte Untersuchung von strukturellen und elektronischen Eigenschaften von unter-monolagen Mengen von Au auf diesen Substraten wurde durchgefuehrt. Es hat sich gezeigt, dass Au mit dem Substrat an der Oberflaeche legieren kann, wenn die Oberflaeche ein wenig oxidiert und die Temperatur erhoert ist. Als Folge formiert sich auf den Stufen eine Nanostruktur von gleichen (aber nicht regelmaessig verteilten) Nanoclustern aus dieser Au-W Legierung. Diese Oberflaechenlegierung bildet ein neuartiges sp-Band in der Naehe der Fermi-Kante. Zudem spaltet dieser neue elektronische Zustand in konstante Energieniveaus auf. Das beobachtete Phaenomen wird als laterale Quantisierung interpretiert.  Das letzte Kapitel dieser Doktorarbeit bildet auch den Hauptteil. Es handelt von Selbstorganisierungsphaenomenen auf einer Oberflaechenrekonstruktion und den Eigenschaften von so hergestellten Nanostrukturen. Das zweidimensionale Oberflaechen-Karbid W(110)/C-R(15x3) wurde intensiv untersucht. Beobachtete Quantentrogeffekte in der Photoemission in Kombination mit den Ergebnissen der Rastertunnelmikroskopuntersuchungen fuehren zu einem verbesserten Strukturmodell fuer das Oberflaechenkarbid.  Es wurde auch gezeigt, dass W(110)/C-R(15x3) die Selbstorganisierung von Nanostrukturen mit sehr verschiedenen elektronischen und strukturellen Eigenschaften steuern kann. Es wurde gefunden, dass bei erhoehter Temperatur die R(15x3)-Ueberstruktur die Bildung von Nanostreifen aus unter-monolagiger Au Bedeckung, von denen jede 1 nm breit ist, kontrolliert. Die hergestellten Nanostreifen besitzen eine charakteristische eindimensionale elektronische Struktur mit lateral quantisierten d-Baendern. Basierend auf der Photoemission von Rumpfniveaus wird eine Kohlenstoff-induzierte Oberflaechenlegierung zwischen Au und W als Grund fuer die beobachtete Organisierung vorgeschlagen. Solche Phaenomene sind sehr wichtig fuer Anwendungen, seit die Mikroelektronik in den nm-Massstab eingetreten ist, in welchem mit Quantentrogeffekten zu rechnen ist.  Zusaetzlich wurde die Bildung von perfekt uniformen molekularen Nanoclustern von C60 auf W(110)/C-R(15x3) demonstriert. Dieses Phaenomen kann im van-der-Waals Formalismus beschrieben werden. Die berichteten Ergebnisse sind eine erstmalige experimentelle Beobachtung von zweidimensionalen Fulleren-Nanoclustern mit "magischen Zahlen". Berechnungen der Clusterpotentiale in der statischen Naeherung im Girifalco-Modell zeigen Minima der Wechselwirkungsenergie fuer Cluster aus 4 und 7 C60-Molekuelen. Diese "magischen Zahlen" sowie die entsprechenden Clusterkonfigurationen sind vollkommen konsistent mit den Ergebnissen des STM-Experiments.
KW  - Nanostruktur
KW  - Selbstorganisation
KW  - Quantenwell
KW  - Quantendraht
KW  - Elektronische Eigenschaft
KW  - Oberflächenphysik
KW  - Eindimensionaler Festkörper
KW  - 1D
KW  - 2D
KW  - reduzierte Dimensionalität
KW  - elektronische Struktur
KW  - gestufte Oberfläche
KW  - Elektronen
KW  - 1D
KW  - 2D
KW  - reduced dimensionality
KW  - electronic structure
KW  - stepped surface
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5784
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TY  - THES
A1  - Kubowicz, Stephan
T1  - Design and characterization of multicompartment micelles in aqueous solution
T1  - Design und Charakterisierung von Multikompartiment-Mizellen in wässriger Lösung
N2  - Self-assembly of polymeric building blocks is a powerful tool for the design of novel materials and structures that combine different properties and may respond to external stimuli. In the past decades, most studies were focused on the self-assembly of amphiphilic diblock copolymers in solution. The dissolution of these block copolymers in a solvent selective for one block results mostly in the formation of micelles. The micellar structure of diblock copolymers is inherently limited to a homogeneous core surrounded by a corona, which keeps the micelle in solution. Thus, for drug-delivery applications, such structures only offer a single domain (the hydrophobic inner core) for drug entrapment. Whereas multicompartment micelles composed of a water-soluble shell and a segregated hydrophobic core are novel, interesting morphologies for applications in a variety of fields including medicine, pharmacy and biotechnology. The separated incompatible compartments of the hydrophobic core could enable the selective entrapment and release of various hydrophobic drugs while the hydrophilic shell would permit the stabilization of these nanostructures in physiological media. However, so far, the preparation and control of stable multicompartment micellar systems are in the first stages and the number of morphological studies concerning such micelles is rather low. Thus considerably little is known about their exact inner structures. In the present study, we concentrate on four different approaches for the preparation of multicompartment micelles by self-assembly in aqueous media. A similarity of all approaches was that hydrocarbon and fluorocarbon blocks were selected for all employed copolymers since such segments tend to be strongly incompatible, and thus favor the segregation into distinct domains. Our studies have shown that the self-assembly of the utilized copolymers in aqueous solution leads in three cases to the formation of multicompartment micelles. As expected the shape and size of the micelles depend on the molecular architecture and to some extent also on the way of preparation. These novel structured colloids may serve as models as well as mimics for biological structures such as globular proteins, and may open interesting opportunities for nanotechnology applications.
N2  - Die Selbstorganisation von synthetischen amphiphilen Blockcopolymeren ist ein vielseitiger Prozeß, der die Entwicklung von neuartigen Materialien, die verschiedene Eigenschaften miteinander verbinden und auch auf äußere Reize reagieren können, ermöglicht. In den letzten Jahrzehnten haben sich viele Untersuchungen mit der Selbstorganisation von Diblockcopolymeren in Lösung beschäftigt. So bilden zum Beispiel amphiphile Diblock-Copolymere in Wasser meist Mizellen die einen hydrophoben Kern und eine hydrophile Hülle besitzen. Ihre potentielle Anwendung als Wirkstoffträger ist jedoch begrenzt, da für die Einlagerung nur ein hydrophober Bereich zur Verfügung steht. Multikompartment-Mizellen, bestehend aus einer wasserlöslichen Hülle und einem unterteilten hydrophoben Kern, sind dagegen neuartige und sehr interessante Strukturen für die Nanotechnologie und im speziellen für die Nanobiotechnologie, da sie sich zum Beispiel als Träger für Arznei- und Wirkstoffe eignen. So könnten in die separaten und untereinander nicht mischbaren Kompartimente im Kern der Mizelle verschiedene hydrophobe Wirkstoffe selektiv eingelagert und auch freigesetzt werden, wobei die hydrophile Hülle die Nanostrukturen im physiologischen Medium stabilisiert. Aus diesem Grund wurden in den letzten Jahren verschiedene Strategien für die Herstellung von Multikompartiment-Mizellen vorgeschlagen. Bis jetzt gibt es jedoch nur eine begrenzte Anzahl an Untersuchungen, die sich mit der Morphologie solcher Mizellen befassen und somit ist auch wenig über ihre innere Struktur bekannt. In der vorliegenden Arbeit konzentrieren wir uns auf vier verschiedene Ansätze zur Herstellung von Multikompartiment-Mizellen durch Selbstorganisation in wässriger Lösung. Eine Gemeinsamkeit bei allen Ansätzen ist, das die untersuchten Copolymere einen hydrophoben Kohlenwasserstoff-Block sowie einen Fluorkohlenstoff-Block besitzen. Die Kombination von Kohlenwasserstoff- und Fluorkohlenstoff-Blöcken wurden gewählt, weil solche Segmente in der Regel nicht miteinander kompatibel sind und somit die Aufteilung in separate Domänen begünstigen. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Selbstorganisation der verwendeten Copolymere in wässriger Lösung in drei Fällen zu Multikompartiment-Mizellen führt. Die Form und Größe der Mizellen ist erwartungsgemäß von der Molekülarchitektur und zum Teil auch vom Präparationsweg abhängig. Diese neuartigen, nanostrukturierten Kolloide könnten als Modell und Mimetika für biologische Strukturen wie die von globulären Proteinen fungieren. Sie eröffnen weiterhin interessante Möglichkeiten für Anwendungen in der Nanotechnologie.
T2  - Design and characterization of multicompartment micelles in aqueous solution
KW  - Amphiphile Verbindungen
KW  - Blockcopolymere
KW  - Micelle
KW  - Selbstorganisation
KW  - Kolloides System
KW  - Kolloid / Lösung
KW  - amphiphiles
KW  - block copolymers
KW  - colloids
KW  - micelles
KW  - self-assembly
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5752
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TY  - THES
A1  - Schwager, Monika
T1  - Climate change, variable colony sizes and temporal autocorrelation : consequences of living in changing environments
T1  - Klimawandel, variable Koloniegrößen und zeitliche Autokorrelation : Leben in einer variablen Umwelt
N2  - Natural and human induced environmental changes affect populations at different time scales. If they occur in a spatial heterogeneous way, they cause spatial variation in abundance. In this thesis I addressed three topics, all related to the question, how environmental changes influence population dynamics. In the first part, I analysed the effect of positive temporal autocorrelation in environmental noise on the extinction risk of a population, using a simple population model. The effect of autocorrelation depended on the magnitude of the effect of single catastrophic events of bad environmental conditions on a population. If a population was threatened by extinction only, when bad conditions occurred repeatedly, positive autocorrelation increased extinction risk. If a population could become extinct, even if bad conditions occurred only once, positive autocorrelation decreased extinction risk. These opposing effects could be explained by two features of an autocorrelated time series. On the one hand, positive autocorrelation increased the probability of series of bad environmental conditions, implying a negative effect on populations. On the other hand, aggregation of bad years also implied longer periods with relatively good conditions. Therefore, for a given time period, the overall probability of occurrence of at least one extremely bad year was reduced in autocorrelated noise. This can imply a positive effect on populations. The results could solve a contradiction in the literature, where opposing effects of autocorrelated noise were found in very similar population models. In the second part, I compared two approaches, which are commonly used for predicting effects of climate change on future abundance and distribution of species: a "space for time approach", where predictions are based on the geographic pattern of current abundance in relation to climate, and a "population modelling approach" which is based on correlations between demographic parameters and the inter-annual variation of climate. In this case study, I compared the two approaches for predicting the effect of a shift in mean precipitation on a population of the sociable weaver Philetairus socius, a common colonially living passerine bird of semiarid savannahs of southern Africa. In the space for time approach, I compared abundance and population structure of the sociable weaver in two areas with highly different mean annual precipitation. The analysis showed no difference between the two populations. This result, as well as the wide distribution range of the species, would lead to the prediction of no sensitive response of the species to a slight shift in mean precipitation. In contrast, the population modelling approach, based on a correlation between reproductive success and rainfall, predicted a sensitive response in most model types. The inconsistency of predictions was confirmed in a cross-validation between the two approaches. I concluded that the inconsistency was caused, because the two approaches reflect different time scales. On a short time scale, the population may respond sensitively to rainfall. However, on a long time scale, or in a regional comparison, the response may be compensated or buffered by a variety of mechanisms. These may include behavioural or life history adaptations, shifts in the interactions with other species, or differences in the physical environment. The study implies that understanding, how such mechanisms work, and at what time scale they would follow climate change, is a crucial precondition for predicting ecological consequences of climate change. In the third part of the thesis, I tested why colony sizes of the sociable weaver are highly variable. The high variation of colony sizes is surprising, as in studies on coloniality it is often assumed that an optimal colony size exists, in which individual bird fitness is maximized. Following this assumption, the pattern of bird dispersal should keep colony sizes near an optimum. However, I showed by analysing data on reproductive success and survival that for the sociable weaver fitness in relation to colony size did not follow an optimum curve. Instead, positive and negative effects of living in large colonies overlaid each other in a way that fitness was generally close to one, and density dependence was low. I showed in a population model, which included an evolutionary optimisation process of dispersal that this specific shape of the fitness function could lead to a dispersal strategy, where the variation of colony sizes was maintained.
N2  - Änderungen in der Umwelt - sowohl natürliche Variabilität als auch anthropogene Änderungen - beeinflussen Populationen auf verschiedenen Zeitskalen. Wenn sie räumlich heterogen wirken, verursachen sie räumliche Variabilität in der Abundanz. In dieser Dissertation habe ich drei Themen bearbeitet, die sich auf den Effekt von Änderungen in der Umwelt auf Populationsdynamiken beziehen. Im ersten Teil untersuchte ich an einem einfachen Populationsmodell den Effekt von positiver zeitlicher Autokorrelation im Umweltrauschen auf das Extinktionsrisiko einer Population. Der Effekt der Autokorrelation hing davon ab, wie empfindlich eine Population gegenüber singulären, katastrophenähnlichen Ereignissen schlechter Umweltbedingungen war. War die Population nur dann direkt bedroht, wenn eine Serie von schlechten Umweltbedingungen auftrat, erhöhte positive Autokorrelation das Extinktionsrisiko. Konnte eine Population auch dann aussterben, wenn schlechte Umweltbedingungen einzeln auftraten, verringerte positive Autokorrelation das Extinktionsrisiko. Diese unterschiedlichen Effekte konnten durch zwei Eigenschaften autokorrelierter Zeitreihen erklärt werden. Einerseits erhöht positive Autokorrelation die Wahrscheinlichkeit, daß in einer Zeitreihe Serien von schlechten Bedingungen auftreten. Andererseits führt die Aggregation von schlechten Jahren auch zu langen Zeiträumen mit relativ guten Bedingungen. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit, daß innerhalb eines bestimmten Zeitraums zumindest ein extrem schlechtes Jahr auftritt, geringer unter positiver Autokorrelation. Die Ergebnisse konnten einen Widerspruch in der Literatur aufklären, in dem unterschiedliche Effekte von autokorreliertem Umweltrauschen auf das Extinktionsrisiko gefunden wurden, obwohl sehr ähnliche Modelle verwendet wurden. Im zweiten Teil, verglich ich zwei Methoden, die häufig verwendet werden, um den Effekt von Klimawandel auf die zukünftige Verbreitung und Abundanz von Arten vorauszusagen: Ein "Raum-ersetzt-Zeit-Ansatz" ("space for time approach"), in dem Voraussagen aufgrund der aktuellen geographischen Verbreitung und Abundanz einer Art in Relation zum Klima getroffen werden, und ein "Populationsmodell-Ansatz", der auf Korrelationen zwischen demographischen Parametern und der jährlichen Variabilität im Klimas beruht. In einer Fallstudie verglich ich die beiden Methoden, um den Effekt einer Änderung im mittleren Niederschlag auf eine Population des Siedelwebers Philetairus socius vorauszusagen. Der Siedelweber ist eine häufige, koloniale Vogelart in semiariden Savannen im südlichen Afrika. Im "space for time approach" verglich ich zwei Populationen des Siedelwebers in Gebieten mit stark unterschiedlichem mittleren Niederschlag. Die Untersuchung zeigte keinen Unterschied zwischen den beiden Populationen. Sowohl dieses Ergebnis als auch das weite Verbreitungsgebiet des Siedelwebers implizieren keine sensitive Reaktion der Art auf eine geringfügige Änderung im mittleren Niederschlag. Im Unterschied dazu zeigte der "Populationsmodell-Ansatz", der auf einer Korrelation zwischen Niederschlag und dem Reproduktionserfolg des Siedlerwebers beruhte, eine sensitive Reaktion in den meisten der untersuchten Modelltypen. Die Inkonsistenz der Ergebnisse wurde in einer Kreuz-Validierung der beiden Ansätze bestätigt. Aus der Untersuchung folgerte ich, daß die unterschiedlichen Ergebnisse dadurch verursacht wurden, daß die beiden Methoden unterschiedliche Zeitskalen widerspiegeln. Auf einer kurzen Zeitskala reagiert die Population sensitiv auf Änderungen im Niederschlag. Auf einer großen Zeitskala oder im räumlichen Vergleich kann die sensitive Reaktion jedoch durch eine Reihe von Mechanismen gepuffert oder kompensiert werden. Diese Mechanismen können Anpassungen im Verhalten oder in der Lebensgeschichte ("life history"), Änderungen in den Interaktionen mit andern Arten oder Unterschiede in der physikalischen Umgebung beinhalten. Diese Studie zeigt, daß ein Verständnis, wie solche Mechanismen funktionieren, und auf welcher Zeitskala sie wirken, eine wesentliche Voraussetzung ist, um Prognosen über ökologische Effekte des Klimawandels treffen zu können. Im dritten Teil untersuchte ich, warum Kolonien des Siedelwebers so stark in ihrer Größe variieren. Die Variabilität der Koloniegrößen ist erstaunlich, da man in Untersuchungen zur Kolonialität bei Tieren oft davon ausgeht, daß eine optimale Koloniegröße besteht, bei der die individuelle Fitneß maximiert ist. Aufgrund dieser Annahme sollten Vögel sich so im Raum ausbreiten, daß die Koloniegrößen möglicht nahe am Optimum liegen. In dieser Arbeit konnte ich jedoch anhand von Daten zum Reproduktionserfolg und zur Überlebensrate in Relation zur Koloniegröße zeigen, daß die Funktion der Fitneß in Abhängigkeit von der Koloniegröße nicht einer Optimumskurve folgt. Statt dessen überlagern sich positive und negative Effekte der Koloniegröße so, daß die Populationswachstumsrate generell nahe eins ist, und die Dichteabhängigkeit gering ist. Auf diesen Ergebnissen aufbauend zeigte ich in einem Populationsmodell, das einen evolutionären Optimierungsprozeß der Dispersal-Strategie beinhaltet, daß die spezifische Form der Fitneßfunktion zu einer Dispersal-Strategie führen kann, bei der die hohe Variabilität der Koloniegrößen aufrecht erhalten wird.
T2  - Climate change, variable colony sizes and temporal autocorrelation : consequences of living in changing environments
KW  - Populationsbiologie
KW  - Ökologie
KW  - Theoretische Ökologie
KW  - Ökologische Modelle
KW  - Klimawandel
KW  - Umweltrauschen
KW  - Extinktionsrisko
KW  - Kolonialität
KW  - ecological modelling
KW  - red noise
KW  - extinction risk
KW  - coloniality
KW  - climate change
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5744
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TY  - THES
A1  - Ziehe, Andreas
T1  - Blind source separation based on joint diagonalization of matrices with applications in biomedical signal processing
T1  - Blinde Signalquellentrennung beruhend auf simultaner Diagonalisierung von Matrizen mit Anwendungen in der biomedizinischen Signalverarbeitung
T1  - Blinde Signalquellentrennung beruhend auf simultaner Diagonalisierung von Matrizen mit Anwendungen in der biomedizinischen Signalverarbeitung
N2  - This thesis is concerned with the solution of the blind source separation problem (BSS). The BSS problem occurs frequently in various scientific and technical applications. In essence, it consists in separating meaningful underlying components out of a mixture of a multitude of superimposed signals.  In the recent research literature there are two related approaches to the BSS problem: The first is known as Independent Component Analysis (ICA), where the goal is to transform the data such that the components become as independent as possible. The second is based on the notion of diagonality of certain characteristic matrices derived from the data. Here the goal is to transform the matrices such that they become as diagonal as possible. In this thesis we study the latter method of approximate joint diagonalization (AJD) to achieve a solution of the BSS problem. After an introduction to the general setting, the thesis provides an overview on particular choices for the set of target matrices that can be used for BSS by joint diagonalization.  As the main contribution of the thesis, new algorithms for approximate joint diagonalization of several matrices with non-orthogonal transformations are developed.  These newly developed algorithms will be tested on synthetic benchmark datasets and compared to other previous diagonalization algorithms.  Applications of the BSS methods to biomedical signal processing are discussed and exemplified with real-life data sets of multi-channel biomagnetic recordings.
N2  - Diese Arbeit befasst sich mit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung (BSS). Das BSS Problem tritt häufig in vielen wissenschaftlichen und technischen Anwendungen auf. Im Kern besteht das Problem darin, aus einem Gemisch von überlagerten Signalen die zugrundeliegenden Quellsignale zu extrahieren.  In wissenschaftlichen Publikationen zu diesem Thema werden hauptsächlich zwei Lösungsansätze verfolgt:  Ein Ansatz ist die sogenannte "Analyse der unabhängigen Komponenten", die zum Ziel hat, eine lineare Transformation <B>V</B> der Daten <B>X</B> zu finden, sodass die Komponenten Un der transformierten Daten <B>U</B> = <B> V X</B> (die sogenannten "independent components") so unabhängig wie möglich sind. Ein anderer Ansatz beruht auf einer simultanen Diagonalisierung mehrerer spezieller Matrizen, die aus den Daten gebildet werden. Diese Möglichkeit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung bildet den Schwerpunkt dieser Arbeit.  Als Hauptbeitrag der vorliegenden Arbeit präsentieren wir neue Algorithmen zur simultanen Diagonalisierung mehrerer Matrizen mit Hilfe einer nicht-orthogonalen Transformation.  Die neu entwickelten Algorithmen werden anhand von numerischen Simulationen getestet und mit bereits bestehenden Diagonalisierungsalgorithmen verglichen. Es zeigt sich, dass unser neues Verfahren sehr effizient und leistungsfähig ist. Schließlich werden Anwendungen der BSS Methoden auf Probleme der biomedizinischen Signalverarbeitung erläutert und anhand von realistischen biomagnetischen Messdaten wird die Nützlichkeit in der explorativen Datenanalyse unter Beweis gestellt.
KW  - Signaltrennung
KW  - Mischung <Signalverarbeitung>
KW  - Diagonalisierung
KW  - Bioelektrisches Signal
KW  - Magnetoencephalographie
KW  - Elektroencephalographie
KW  - Signalquellentrennung
KW  - Matrizen-Eigenwertaufgabe
KW  - Simultane Diagonalisierung
KW  - Optimierungsproblem
KW  - blind source separation
KW  - BSS
KW  - ICA
KW  - independent component analysis
KW  - approximate joint diagonalization
KW  - EEG
KW  - MEG
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5694
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TY  - THES
A1  - Kölsch, Patrick
T1  - Static and dynamic properties of soluble surfactants at the air/water interface
T1  - Statische und dynamische Eigenschaften von löslichen Amphiphilen an der Wasser/Luft Grenzfläche
N2  - Amphiphilic molecules contain a hydrophilic headgroup and a hydrophobic tail. The headgroup is polar or ionic and likes water, the tail is typically an aliphatic chain that cannot be accommodated in a polar environment. The prevailing molecular asymmetry leads to a spontaneous adsorption of amphiphiles at the air/water or oil/water interfaces. As a result, the surface tension and the surface rheology is changed. Amphiphiles are important tools to deliberately modify the interfacial properties of liquid interfaces and enable new phenomena such as foams which cannot be formed in a pure liquid.  In this thesis we investigate the static and dynamic properties of adsorption layers of soluble amphiphiles at the air/water interface, the so called Gibbs monolayers. The classical way for an investigation of these systems is based on a thermodynamic analysis of the equilibrium surface tension as a function of the bulk composition in the framework of Gibbs theory. However, thermodynamics does not provide any structural information and several recent publications challenge even fundamental text book concepts. The experimental investigation faces difficulties imposed by the low surface coverage and the presence of dissolved amphiphiles in the adjacent bulk phase. In this thesis we used a suite of techniques with the sensitivity to detect less than a monolayer of molecules at the air-water interface. Some of these techniques are extremely complex such as infrared visible sum frequency generation (IR-VIS SFG) spectroscopy or second harmonic generation (SHG). Others are traditional techniques, such as ellipsometry employed in new ways and pushed to new limits. Each technique probes selectively different parts of the interface and the combination provides a profound picture of the interfacial architecture.  The first part of the thesis is dedicated to the distribution of ions at interfaces. Adsorption layers of ionic amphiphiles serve as model systems allowing to produce a defined surface charge. The charge of the monolayer is compensated by the counterions. As a result of a complex zoo of interactions there will be a defined distribution of ions at the interface, however, its experimental determination is a big scientific challenge. We could demonstrate that a combination of linear and nonlinear techniques gives direct insights in the prevailing ion distribution. Our investigations reveal specific ion effects which cannot be described by classical Poisson-Boltzmann mean field type theories. Adsorption layer and bulk phase are in thermodynamic equilibrium, however, it is important to stress that there is a constant molecular exchange between adsorbed and dissolved species. This exchange process is a key element for the understanding of some of the thermodynamic properties. An excellent way to study Gibbs monolayers is to follow the relaxation from a non-equilibrium to an equilibrium state. Upon compression amphiphiles must leave the adsorption layer and dissolve in the adjacent bulk phase. Upon expansion amphiphiles must adsorb at the interface to restore the equilibrium coverage. Obviously the frequency of the expansion and compression cycles must match the molecular exchange processes. At too low frequencies the equilibrium is maintained at all times. If the frequency is too fast the system behaves as a monolayer of insoluble surfactants. In this thesis we describe an unique variant of an oscillating bubble technique that measures precisely the real and imaginary part of the complex dilational modulus E in a frequency range up to 500 Hz. The extension of about two decades in the time domain in comparison to the conventional method of an oscillating drop is a tremendous achievement. The imaginary part of the complex dilational modulus E is a consequence of a dissipative process which is interpreted as an intrinsic surface dilational viscosity. The IR-VIS SFG spectra of the interfacial water provide a molecular interpretation of the underlying dissipative process.
N2  - Amphiphile Moleküle vereinen zwei gegensätzliche Strukturelemente. Sie bestehen aus einer polaren oder ionischen Kopfgruppe und einem unpolaren Molekülteil, häufig einer Kohlenwasserstoffkette. Die vorliegende molekulare Asymmetrie bewirkt eine spontane Adsorption der Amphiphile an der Wasser/Luft Grenzschicht. Als Folge verändern sich Oberflächenspannung und Grenzflächenrheologie. Amphiphile Moleküle werden benutzt, um die Eigenschaften flüssiger Grenzflächen zu verändern und begegnen uns z.B. in Form von Seifen oder anderen waschaktiven Substanzen im täglichen Leben. Der erste Teil dieser Doktorarbeit widmet sich der Verteilung von Ionen an geladenen flüssigen Grenzflächen. Adsorbtionsschichten ionischer Amphiphile bieten Modellsysteme zur Untersuchung dieses klassischen Bereiches der Kolloid- und Grenzflächenforschung. Durch die Adsorption der Amphiphile in der Grenzschicht werden definierte Oberflächenladungen erzeugt, welche durch die angrenzenden Gegenionen in der Sublage kompensiert werden. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass eine Kombination aus linearen und komplexen nichtlinearen optischen Methoden, die experimentelle Bestimmung der Verteilung der Gegenionen an geladenen Grenzflächen ermöglicht. Unsere Messungen zeigen ionenspezifische Effekte, die sich nicht in Reihenfolge des Periodensystems ordnen lassen. Insbesondere wurde ein Phasenübergang in der Verteilung der Gegenionen von einem Zustand, in dem sich die Ionen in der Sublage befinden, zu einem Zustand bestehend aus direkt kondensierten Ionen beobachtet. Dieser Phasenübergang geschieht innerhalb einer geringen Erhöhung der Oberflächenladung und lässt sich nicht mit klassischen Theorien beschreiben. Der zweite Teil dieser Arbeit widmet sich der Stabilität von Schaumlamellen. Eine Schaumlamelle ist ein dünner Wasserfilm, der durch die Adsorption von oberflächenaktiven Molekülen an beiden Seiten stabilisiert wird. In Zusammenhang von Schäumen muss zwischen zwei Prozessen unterschieden werden: Der Schaumbildung und der Schaumstabilität. Die zugrundeliegenden Mechanismen der Schaumbildung sind weitestgehend verstanden, die der Schaumstabilität jedoch noch nicht. Um die Stabilität von Schäumen zu untersuchen, müssen Nichtgleichgewichtszustände erzeugt und die anschließende Relaxation in das Gleichgewicht beobachtet werden. In dieser Arbeit wurde ein neues Verfahren entwickelt, welches es ermöglicht, das Elastizitätsmodul von Grenzflächen in einem Frequenzbereich von 1-500 Hz zu bestimmen. Dies bedeutet eine Erweiterung um zwei Dekaden gegenüber herkömmlichen Methoden. Die Idee ist denkbar einfach: In einer mit Flüssigkeit gefüllten Kammer wird über die Bewegung eines Piezos eine Luftblase in Schwingung versetzt und mit einem in der Kammer befindlichen Drucksensor die Schwingungsantwort der Blase aufgezeichnet. Unsere Untersuchungen zeigen, dass die Voraussetzung für die Ausbildung einer stabilen Schaumlamelle das Vorkommen einer intrinsischen Oberflächenviskosität ist. Eine anschauliche Erklärung verdeutlicht dies: Eine viskose Oberfläche ist in der Lage, eine eingehende Störung lokal zu dämpfen, im Gegensatz zu einer komplett elastischen Oberfläche, wo sich die Störung über die gesamte Schaumlamelle verbreiten kann.  Untersuchungen mittels der IR-VIS SFG Spektroskopie ergaben, dass die Struktur des Wassers bei der Beschreibung der Schaumstabilität auf molekularer Ebene eine entscheidende Rolle spielt: Die Oberflächenviskosität ist mit einem dissipativen Vorgang innerhalb der Grenzschicht verbunden. Dieser dissipative Vorgang konnte auf molekularer Ebene durch das Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen identifiziert werden. Ausschlaggebend war dabei der Austausch der adsorbierten Amphiphile in der Grenzfläche und der angrenzenden Sublage.
KW  - Nichtlineare Optik
KW  - Ellipsometrie
KW  - Schaum
KW  - Tensidlösung
KW  - Tensidschaum
KW  - Tensid
KW  - Ionisches Tensid
KW  - Hofmeister
KW  - Ionenspezifisch
KW  - Schaumstabilität
KW  - Schaumbildung
KW  - Summenfrequenzspektroskopie
KW  - Hofmeister
KW  - ions
KW  - foam
KW  - NLO
KW  - SFG
KW  - SHG
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5716
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mellinger, Axel
T1  - Charge storage in electret polymers: mechanisms, characterization and applications
T1  - Ladungsspeicherung in Elektret-Polymeren: Mechanismen, Charakterisierung und Anwendungen
N2  - Electrets are materials capable of storing oriented dipoles or an electric surplus charge for long periods of time. The term "electret" was coined by Oliver Heaviside in analogy to the well-known word "magnet". Initially regarded as a mere scientific curiosity, electrets became increasingly imporant for applications during the second half of the 20th century. The most famous example is the electret condenser microphone, developed in 1962 by Sessler and West. Today, these devices are produced in annual quantities of more than 1 billion, and have become indispensable in modern communications technology. Even though space-charge electrets are widely used in transducer applications, relatively little was known about the microscopic mechanisms of charge storage. It was generally accepted that the surplus charges are stored in some form of physical or chemical traps. However, trap depths of less than 2 eV, obtained via thermally stimulated discharge experiments, conflicted with the observed lifetimes (extrapolations of experimental data yielded more than 100000 years). Using a combination of photostimulated discharge spectroscopy and simultaneous depth-profiling of the space-charge density, the present work shows for the first time that at least part of the space charge in, e.g., polytetrafluoroethylene, polypropylene and polyethylene terephthalate is stored in traps with depths of up to 6 eV, indicating major local structural changes. Based on this information, more efficient charge-storing materials could be developed in the future. The new experimental results could only be obtained after several techniques for characterizing the electrical, electromechanical and electrical properties of electrets had been enhanced with in situ capability. For instance, real-time information on space-charge depth-profiles were obtained by subjecting a polymer film to short laser-induced heat pulses. The high data acquisition speed of this technique also allowed the three-dimensional mapping of polarization and space-charge distributions. A highly active field of research is the development of piezoelectric sensor films from electret polymer foams. These materials store charges on the inner surfaces of the voids after having been subjected to a corona discharge, and exhibit piezoelectric properties far superior to those of traditional ferroelectric polymers. By means of dielectric resonance spectroscopy, polypropylene foams (presently the most widely used ferroelectret) were studied with respect to their thermal and UV stability. Their limited thermal stability renders them unsuitable for applications above 50 °C. Using a solvent-based foaming technique, we found an alternative material based on amorphous Teflon® AF, which exhibits a stable piezoelectric coefficient of 600 pC/N at temperatures up to 120 °C.
N2  - Elektrete sind Materialien, welche orientierte elektrische Dipole oder eine elektrische Überschussladung über längere Zeit speichern können. Der Begriff wurde 1885 von Oliver Heaviside in Anlehnung an das Wort "Magnet" eingeführt. Zunächst nur als wissenschaftliche Kuriosität betrachtet, wurden sie seit Mitte des 20. Jahrhunderts in zunehmendem Maße für technische Anwendungen interessant. Als bekanntestes Beispiel sei hier das 1962 von Sessler und West entwickelte Elektret-Kondensator-Mikrofon erwähnt, welches in jährlichen Stückzahlen von mehr als 1 Milliarde hergestellt wird und aus der modernen Kommunikationstechnik nicht mehr wegzudenken ist. Trotz der weit verbreiteten Anwendungen in der Sensorik war bisher nur wenig über die mikroskopischen Mechanismen der Ladungsspeicherung bekannt. Allgemein wird davon ausgegangen, dass die Überschussladungen in physikalischen oder chemischen Haftstellen gespeichert sind. Bisherige Experimente zur thermisch stimulierten Entladung ergaben Bindungsenergien unterhalb von 2 eV, was im Widerspruch zu den beobachteten Lebensdauern (extrapoliert wurden Werte von mehr als 100000 Jahren) steht. Mittels photostimulierter Entladung sowie simultaner Messung des Ladungsprofils konnte nun für eine Reihe wichtiger Elektret-Polymere (darunter das unter dem Handelsnamen Teflon® bekannte Polytetrafluorethylen, Polypropylen und Polyethylenterephthalat) erstmals gezeigt werden, dass zumindest ein Teil der Ladungen in tiefen Haftstellen von bis zu 6 eV gespeichert wird, was auf eine tiefgreifende lokale Strukturänderung hinweist. Ausgehend von dieser Information könnten in Zukunft Materialien mit verbesserter Ladungsspeicherung gezielt entwickelt werden. Die neuen Messungen waren erst möglich, nachdem mehrere Verfahren zur Bestimmung elektrischer, elektromechanischer und mechanischer Eigenschaften von Elektreten für einen In Situ-Einsatz weiterentwickelt wurden. So konnten z. B. durch Anregung von kurzen Wärmepulsen in der Polymerfolie Informationen über das Tiefenprofil der Raumladung in Echtzeit gewonnen werden. Die schnelle Abtastung ermöglichte darüber hinaus die dreidimensionale Kartierung von Polarisationsprofilen und Raumladungen. Ein zur Zeit sehr aktives Forschungsgebiet ist die Entwicklung piezoelektrischer Sensorfolien aus geschäumten Elektret-Polymeren. Nach elektrischer Aufladung in einer Korona-Entladung werden Ladungen an der Innenseite der Gasbläschen gespeichert, wodurch das Material piezoelektrische Eigenschaften erhält, welche deutlich besser sind als die der herkömmlichen ferroelektrischen Polymere. Für die bisher gebräuchlichen Polypropylenschäume wurde neben der Temperaturstabilität mittels dielektrischer Resonanzspektroskopie auch das Verhalten unter UV-Bestrahlung untersucht. Aufgrund ihrer beschränkten thermischen Stabilität sind diese Schäume nicht für Anwendungen oberhalb von 50 °C geeignet. Mittels eines Lösungsmittel-basierten Schäumungsverfahrens wurde ein alternativer Werkstoff auf der Basis von amorphem Teflon® AF entwickelt, welcher einen stabilen piezoelektrischen Koeffizienten von 600 pC/N bei Temperaturen von bis zu 120 °C aufweist.
KW  - Elektret
KW  - Elektretfolie
KW  - Polymere / Physik
KW  - Fluorpolymere
KW  - Dielektrikum
KW  - Ladungsspeicherung
KW  - Ferroelektret
KW  - electret
KW  - charge storage
KW  - dielectrics
KW  - ferroelectret
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5689
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kriegler, Elmar
T1  - Imprecise probability analysis for integrated assessment of climate change
T1  - Anwendung der Theorie der unscharfen Wahrscheinlichkeit in der integrierten Analyse des Klimawandels
N2  - We present an application of imprecise probability theory to the quantification of uncertainty in the integrated assessment of climate change. Our work is motivated by the fact that uncertainty about climate change is pervasive, and therefore requires a thorough treatment in the integrated assessment process. Classical probability theory faces some severe difficulties in this respect, since it cannot capture very poor states of information in a satisfactory manner. A more general framework is provided by imprecise probability theory, which offers a similarly firm evidential and behavioural foundation, while at the same time allowing to capture more diverse states of information. An imprecise probability describes the information in terms of lower and upper bounds on probability.  For the purpose of our imprecise probability analysis, we construct a diffusion ocean energy balance climate model that parameterises the global mean temperature response to secular trends in the radiative forcing in terms of climate sensitivity and effective vertical ocean heat diffusivity. We compare the model behaviour to the 20th century temperature record in order to derive a likelihood function for these two parameters and the forcing strength of anthropogenic sulphate aerosols. Results show a strong positive correlation between climate sensitivity and ocean heat diffusivity, and between climate sensitivity and absolute strength of the sulphate forcing.  We identify two suitable imprecise probability classes for an efficient representation of the uncertainty about the climate model parameters and provide an algorithm to construct a belief function for the prior parameter uncertainty from a set of probability constraints that can be deduced from the literature or observational data. For the purpose of updating the prior with the likelihood function, we establish a methodological framework that allows us to perform the updating procedure efficiently for two different updating rules: Dempster's rule of conditioning and the Generalised Bayes' rule. Dempster's rule yields a posterior belief function in good qualitative agreement with previous studies that tried to constrain climate sensitivity and sulphate aerosol cooling. In contrast, we are not able to produce meaningful imprecise posterior probability bounds from the application of the Generalised Bayes' Rule. We can attribute this result mainly to our choice of representing the prior uncertainty by a belief function.  We project the Dempster-updated belief function for the climate model parameters onto estimates of future global mean temperature change under several emissions scenarios for the 21st century, and several long-term stabilisation policies. Within the limitations of our analysis we find that it requires a stringent stabilisation level of around 450 ppm carbon dioxide equivalent concentration to obtain a non-negligible lower probability of limiting the warming to 2 degrees Celsius. We discuss several frameworks of decision-making under ambiguity and show that they can lead to a variety of, possibly imprecise, climate policy recommendations. We find, however, that poor states of information do not necessarily impede a useful policy advice.  We conclude that imprecise probabilities constitute indeed a promising candidate for the adequate treatment of uncertainty in the integrated assessment of climate change. We have constructed prior belief functions that allow much weaker assumptions on the prior state of information than a prior probability would require and, nevertheless, can be propagated through the entire assessment process. As a caveat, the updating issue needs further investigation. Belief functions constitute only a sensible choice for the prior uncertainty representation if more restrictive updating rules than the Generalised Bayes'Rule are available.
N2  - Diese Arbeit untersucht die Eignung der Theorie der unscharfen Wahrscheinlichkeiten für die Beschreibung der Unsicherheit in der integrierten Analyse des Klimawandels. Die wissenschaftliche Unsicherheit bezüglich vieler Aspekte des Klimawandels ist beträchtlich, so dass ihre angemessene Beschreibung von großer Wichtigkeit ist. Die klassische Wahrscheinlichkeitstheorie weist in diesem Zusammenhang einige Probleme auf, da sie Zustände sehr geringer Information nicht zufriedenstellend beschreiben kann. Die unscharfe Wahrscheinlichkeitstheorie bietet ein gleichermaßen fundiertes Theoriegebäude, welches jedoch eine größere Flexibilität bei der Beschreibung verschiedenartiger Informationszustände erlaubt. Unscharfe Wahrscheinlichkeiten erfassen solche Informationszustände durch die Spezifizierung von unteren und oberen Grenzen an zulässige Werte der Wahrscheinlichkeit.  Unsere Analyse des Klimawandels beruht auf einem Energiebilanzmodell mit diffusivem Ozean, welches die globale Temperaturantwort auf eine Änderung der Strahlungsbilanz in Abhängigkeit von zwei Parametern beschreibt: die Klimasensitivität, und die effektive vertikale Wärmediffusivität im Ozean. Wir vergleichen das Modellverhalten mit den Temperaturmessungen des 20. Jahrhunderts, um eine sogenannte Likelihood-Funktion für die Hypothesen zu diesen beiden Parametern sowie dem kühlenden Einfluss der Sulfataerosole zu ermitteln. Im Ergebnis zeigt sich eine stark positive Korrelation zwischen Klimasensitivität und Wärmediffusivität im Ozean, und Klimasensitivität und kühlendem Einfluss der Sulfataerosole.  Für die effiziente Beschreibung der Parameterunsicherheit ziehen wir zwei geeignete Modelltypen aus der unscharfen Wahrscheinlichkeitstheorie heran. Wir formulieren einen Algorithmus, der den Informationsgehalt beider Modelle durch eine sogenannte Belief-Funktion beschreibt. Mit Hilfe dieses Algorithmus konstruieren wir Belief-Funktionen für die A-priori-Parameterunsicherheit auf der Grundlage von divergierenden Wahrscheinlichkeitsschätzungen in der Literatur bzw. Beobachtungsdaten. Wir leiten eine Methode her, um die A-priori-Belief-Funktion im Lichte der Likelihood-Funktion zu aktualisieren. Dabei ziehen wir zwei verschiedene Regeln zur Durchführung des Lernprozesses in Betracht: die Dempstersche Regel und die verallgemeinerte Bayessche Regel. Durch Anwendung der Dempsterschen Regel erhalten wir eineA-posteriori-Belief-Funktion, deren Informationsgehalt qualitativ mit den Ergebnissen bisheriger Studien übereinstimmt, die eine Einschränkung der Unsicherheit über die Klimasensitivität und die kühlende Wirkung der Sulfataerosole versucht haben. Im Gegensatz dazu finden wir bei Anwendung der verallgemeinerten Bayesschen Regel keine sinnvollen unteren und oberen Grenzen an die A-posteriori-Wahrscheinlichkeit. Wir stellen fest, dass dieses Resultat maßgeblich durch die Wahl einer Belief-Funktion zur Beschreibung der A-priori-Unsicherheit bedingt ist.  Die A-posteriori-Belief-Funktion für die Modellparameter, die wir aus der Anwendung der Dempsterschen Regel erhalten haben, wird zur Abschätzung des zukünftigen Temperaturanstiegs eingesetzt. Wir betrachten verschiedene Emissionsszenarien für das 21. Jahrhundert sowie verschiedene Stabilisierungsziele für den Treibhausgasgehalt in der Atmosphäre. Im Rahmen unserer Analyse finden wir, dass sehr strikte Stabilisierungsziele im Bereich einer Kohlendioxid-Äquivalentkonzentration von ca. 450 ppm in der Atmosphäre notwendig sind, um nicht eine vernachlässigbar kleine untere Wahrscheinlichkeit für die Begrenzung der Erwärmung auf 2 Grad Celsius zu erhalten. Wir diskutieren verschiedene Kriterien für die Entscheidungsfindung unter unscharfer Wahrscheinlichkeit, und zeigen dass sie zu verschiedenen teilweise unscharfen Politikempfehlungen führen können. Nichtsdestotrotz stellen wir fest, dass eine klare Politikempfehlung auch bei Zuständen schwacher Information möglich sein kann.  Wir schließen, dass unscharfe Wahrscheinlichkeiten tatsächlich ein geeignetes Mittel zur Beschreibung der Unsicherheit in der integrierten Analyse des Klimawandels darstellen. Wir haben Algorithmen zur Generierung und Weiterverarbeitung von Belief-Funktionen etabliert, die eine deutlich größere A-priori-Unsicherheit beschreiben können, als durch eine A-priori-Wahrscheinlichkeit möglich wäre. Allerdings erfordert die Frage des Lernprozesses für unscharfe Wahrscheinlichkeiten eine weitergehende Untersuchung. Belief-Funktionen stellen nur dann eine vernünftige Wahl für die Beschreibung der A-priori-Unsicherheit dar, wenn striktere Regeln als die verallgemeinerte Bayessche Regel für den Lernprozess gerechtfertigt werden können.
KW  - Anthropogene Klimaänderung
KW  - Klima / Umweltschutz
KW  - Unschärfe
KW  - Intervallwahrscheinlichkeit
KW  - Entscheidung bei Unsicherheit
KW  - Climate Change
KW  - Integrated Assessment
KW  - Uncertainty
KW  - Imprecise Probability
KW  - Decision Making under Ambiguity
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5611
ER  - 
TY  - THES
A1  - Erdmann, Thorsten
T1  - Stochastic dynamics of adhesion clusters under force
T1  - Stochastische Dynamik von Adhäsionsclustern unter Kraft
N2  - Adhesion of biological cells to their environment is mediated by two-dimensional clusters of specific adhesion molecules which are assembled in the plasma membrane of the cells. Due to the activity of the cells or external influences, these adhesion sites are usually subject to physical forces. In recent years, the influence of such forces on the stability of cellular adhesion clusters was increasingly investigated. In particular, experimental methods that were originally designed for the investigation of single bond rupture under force have been applied to investigate the rupture of adhesion clusters. The transition from single to multiple bonds, however, is not trivial and requires theoretical modelling.  Rupture of biological adhesion molecules is a thermally activated, stochastic process. In this work, a stochastic model for the rupture and rebinding dynamics of clusters of parallel adhesion molecules under force is presented. In particular, the influence of (i) a constant force as it may be assumed for cellular adhesion clusters is investigated and (ii) the influence of a linearly increasing force as commonly used in experiments is considered. Special attention is paid to the force-mediated cooperativity of parallel adhesion bonds. Finally, the influence of a finite distance between receptors and ligands on the binding dynamics is investigated. Thereby, the distance can be bridged by polymeric linker molecules which tether the ligands to a substrate.
N2  - Adhäsionskontakte biologischer Zellen zu ihrer Umgebung werden durch zweidimensionale Cluster von spezifischen Adhäsionsmolekülen in der Plasmamembran der Zellen vermittelt. Aufgrund der Zellaktivität oder äußerer Einflüsse sind diese Kontakte normalerweise Kräften ausgesetzt. Der Einfluss mechanischer Kräfte auf die Stabilität zellulärer Adhäsionscluster wurde in den vergangenen Jahren verstärkt experimentell untersucht. Insbesondere wurden experimentelle Methoden, die zunächst vor allem zur Untersuchung des Reißssverhaltens einzelner Moleküle unter Kraft entwickelt wurden, zur Untersuchung von Adhäsionsclustern verwendet. Die Erweiterung von einzelnen auf viele Moleküle ist jedoch keineswegs trivial und erfordert theoretische Modellierung.  Das Reißen biologischer Adhäsionsmoleküle ist ein thermisch aktivierter, stochastischer Prozess. In der vorliegenden Arbeit wird ein stochastisches Modell zur Beschreibung der Reiß- und Rückbindedynamik von Clustern paralleler Adhäsionsmoleküle unter dem Einfluss einer mechanischen Kraft vorgestellt mit dem die Stabilität der Cluster untersucht wird. Im besonderen wird (i) der Einfluss einer konstante Kraft untersucht wie sie in zellulären Adhäsionsclustern angenommen werden kann und (ii) der Einfluss einer linear ansteigenden Kraft betrachtet wie sie gemeinhin in Experimenten angewendet wird. Besonderes Augenmerk liegt hier auf der durch die Kraft vermittelte Kooperativität paralleler Bindungen. Zuletzt wird der Einfluss eines endlichen Abstandes zwischen Rezeptoren und Liganden auf die Dynamik untersucht. Der Abstand kann hierbei durch Polymere, durch die die Liganden an das Substrat gebunden sind, überbrückt werden.
KW  - Biophysik
KW  - Stochastischer Prozess
KW  - Stochastisches dynamisches System
KW  - Mastergleichung
KW  - Adhäsionscluster
KW  - Zelladhäsion
KW  - dynamische Kraftspektroskopie
KW  - master equation
KW  - adhesion cluster
KW  - cell adhesion
KW  - dynamic force spectroscopy
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5564
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schiller, Beate
T1  - Between afrocentrism and universality : detective fiction by black women
N2  - This paper focuses on mysteries written by the Afro-American women authors Barbara Neely and Valerie Wilson Wesley. Both authors place a black woman in the role of the detective - an innovative feature not only in the realm of female detective literature of the past two decades but also with regard to the current discourse about race and class in US-American society. This discourse is important because detective novels are considered popular literature and thus a mass product designed to favor commercial instead of literary claims. Thus, the focus is placed on the development of the two protagonists, on their lives as detectives and as black women, in order to find out whether or not and how the genre influences the depiction of Afro-American experiences. It appears that both of these detective series represent Afro-American culture in different ways, which confirms a heterogenic development of this ethnic group. However, the protagonist's search for identity and their relationships to white people could be identified as a major unifying claim of Afro-American literature. With differing intensity, the authors Neely and Wesley provide the white or mainstream reader with insight into their culture and confront the reader&#39;s ignorance of black culture. In light of this, it is a great achievement that Neely and Wesley have reached not only a black audience but also a growing number of white readers.
N2  - Im Mittelpunkt dieser Arbeit stehen die Detektivserien der afroamerikanischen Autorinnen Barbara Neely und Valerie Wilson Wesley. Die Blanche White Mysteries von Neely und die Tamara Hayle Mysteries von Wesley repräsentieren mit der Einführung der schwarzen Hausangestellten Blanche White als Amateurdetektivin und der schwarzen Privatdetektivin Tamara Hayle nicht nur hinsichtlich der innerhalb der letzten zwanzig Jahre erschienen Welle von Kriminalautorinnen mit weiblichen Detektiven eine Innovation, sondern auch bezüglich der mit diesen Hauptfiguren verbundenen Auseinandersetzungen mit Klassenstatus und Rassismus. Die bisher erschienen Detektivromane beider Serien werden in dieser Arbeit im Hinblick auf ihre Präsentation der Erfahrungen der Afroamerikaner in den USA der 1990er Jahre untersucht. Da Detektivromane der Populärliteratur zugerechnet werden und entsprechend ihrer Befriedigung von Massenansprüchen &quot;produziert&quot; werden, war die Fragestellung, ob in den genannten Detektivserien diese Hinwendung zur Mainstreamkultur mit einer verringerten Darstellung der afroamerikanischen Probleme und Lebensweise verbunden ist. Bei der Analyse der Serien wurde deshalb der Entwicklung der Protagonistinnen als Detektivinnen und als schwarze Frauen sowie der Wirkung ihrer Erzählerstimme besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Die beiden Serien repräsentieren die afroamerikanische Kultur auf unterschiedlichen Erfahrungsstufen, woran erkennbar ist, dass die afroamerikanische Bevölkerung in den USA keine homogene Gruppe darstellt. Ausschlaggebend für das Erreichen des Anspruchs der Afroamerikaner an ihre Literatur scheint die Auseinandersetzung mit Fragen der Identitätsfindung der schwarzen Protagonistinnen und der Beziehungen zwischen Schwarzen und Weißen zu sein. Den Autorinnen gelingt es in unterschiedlichem Maße den weißen und somit Mainstream-Lesern nicht nur einen Einblick in ihre Kultur zu vermitteln, sondern vielmehr, sie direkt mit ihrer Ignoranz gegenüber dieser schwarzen Kultur zu konfrontieren. Neelys und Wesleys große Leistung ist, dass die Stimmen ihrer Protagonistinnen sowohl ein zahlreiches schwarzes als auch ein wachsendes weißes Publikum erreichen.
KW  - black women's literature
KW  - USA
KW  - afroamerikanische Literatur
KW  - Detektivgeschichten
KW  - feministische Literatur
KW  - detective fiction
KW  - Afroamerican literature
KW  - black women
KW  - USA
KW  - 1990s
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5478
ER  - 
TY  - THES
A1  - Czechowski, Tomasz
T1  - Nitrogen signalling in Arabidopsis thaliana
T1  - Stickstoff Signalling in Arabidopsis thaliana
N2  - Nitrogen is an essential macronutrient for plants and nitrogen fertilizers are indispensable for modern agriculture. Unfortunately, we know too little about how plants regulate their use of soil nitrogen, to maximize fertilizers-N use by crops and pastures. This project took a dual approach, involving forward and reverse genetics, to identify N-regulators in plants, which may prove useful in the future to improve nitrogen-use efficiency in agriculture. To identify nitrogen-regulated transcription factor genes in Arabidopsis that may control N-use efficiency we developed a unique resource for qRT-PCR measurements on all Arabidpsis transcription factor genes. Using closely spaced, gene-specific primer pairs and SYBR® Green to monitor amplification of double-stranded DNA, transcript levels of 83% of all target genes could be measured in roots or shoots of young Arabidopsis wild-type plants. Only 4% of reactions produced non-specific PCR products, and 13% of TF transcripts were undetectable in these organs. Measurements of transcript abundance were quantitative over six orders of magnitude, with a detection limit equivalent to one transcript molecule in 1000 cells. Transcript levels for different TF genes ranged between 0.001-100 copies per cell. Real-time RT-PCR revealed 26 root-specific and 39 shoot-specific TF genes, most of which have not been identified as organ-specific previously. An enlarged and improved version of the TF qRT-PCR platform contains now primer pairs for 2256 Arabidopsis TF genes, representing 53 gene families and sub-families arrayed on six 384-well plates. Set-up of real-time PCR reactions is now fully robotized. One researcher is able to measure expression of all 2256 TF genes in a single biological sample in a just one working day. The Arabidopsis qRT-PCT platform was successfully used to identify 37 TF genes which transcriptionaly responded at the transcriptional level to N-deprivation or to nitrate per se. Most of these genes have not been characterized previously. Further selection of TF genes based on the responses of selected candidates to other macronutrients and abiotic stresses allowed to distinguish between TFs regulated (i) specifically by nitrogen (29 genes) (ii) regulated by general macronutrient or by salt and osmotic stress (6 genes), and (iii) responding to all major macronutrients and to abiotic stresses. Most of the N-regulated TF genes were also regulated by carbon. Further characterization of sixteen selected TF genes, revealed: (i) lack of transcriptional response to organic nitrogen, (ii) two major types of kinetics of induction by nitrate, (iii) specific responses for the majority of the genes to nitrate but not downstream products of nitrate assimilation. All sixteen TF genes were cloned into binary vectors for constitutive and ethanol inducible over expression, and the first generation of transgenic plants were obtained for almost all of them. Some of the plants constitutively over expressing TF genes under control of the 35S promoter revealed visible phenotypes in T1 generation. Homozygous T-DNA knock out lines were also obtained for many of the candidate TF genes. So far, one knock out line revealed a visible phenotype: retardation of flowering time. A forward genetic approach using an Arabidopsis ATNRT2.1 promoter : Luciferase reporter line, resulted in identification of eleven EMS mutant reporter lines affected in induction of ATNRT2.1 expression by nitrate. These lines could by divided in the following classes according to expression of other genes involved in primary nitrogen and carbon metabolism: (i) lines affected exclusively in nitrate transport, (ii) those affected in nitrate transport, acquisition, but also in glycolysis and oxidative pentose pathway, (iii) mutants affected moderately in nitrate transport, oxidative pentose pathway and glycolysis but not in primary nitrate assimilation. Thus, several different N-regulatory genes may have been mutated in this set of mutants. Map-based cloning has begun to identify the genes affected in these mutants.
N2  - Stickstoff ist einer der wichtigsten Makroelemente in der Natur und sein eingeschränktes Vorkommen ist häufig ein limitierender Faktor für pflanzliches Wachstum. In der Landwirtschaft eingesetzte Stickstoff-Dünger werden häufig nicht vollständig von Getreide- oder anderen kultivierten Pflanzen genutzt, sondern in die umliegenden Gewässer oder das Grundwasser ausgewaschen. Das Verständnis von pflanzlichen Signalprozessen kann helfen, Stickstoffaufnahme und -assimilation zu kontrollieren und somit den Einsatz von stickstoffhaltigen Düngemitteln in der Landwirtschaft zu reduzieren. Die meisten der in den pflanzlichen Stickstoffstoffwechsel involvierten Gene werden auf Transkriptionsebene reguliert. Dies geschieht durch sogenannte Transkriptionsfaktoren (TFs), Proteine, die von Genen anderer Genfamilien kodiert werden. Im Rahmen dieser Promotion wurde eine einzigartige und neue Ressource zur Quantifizierung der Expressionsniveaus solcher Transkriptionsfaktoren der Modellpflanze Arabidopsis thaliana entwickelt und getestet. Dabei konnte die beispiellose Robustheit, Genauigkeit und Präzision dieser PCR-basierten Methode gezeigt werden. Mit Hilfe dieses experimentellen Aufbaus wurden Transkriptionsfaktoren, potentielle Regulatoren von Genen, die in Stickstoffmetabolismus involviert sind, identifiziert und charakterisiert. Um die Funktionsweise dieser Gene besser zu verstehen, wurden transgene Pflanzen erzeugt und identifiziert, die entweder erhöhte oder chemisch induzierbare Transkription und/oder einen partiellen oder vollständigen Verlust der Aktivität dieser Gene aufweisen. Die Analyse der Transkriptionsfaktoren, die unter die Kontrolle eines induzierbaren Promoters gestellt wurden, soll helfen, die genauen Zielgene dieser TFs zu identifizieren und ihre Rolle im Stickstoffmetabolismus zu erklären. Darüber hinaus bieten sie die Chance, Hierarchieebenen innerhalb der verschiedenen TFs zu erkennen. Überexpression von Transkriptionsfaktoren kann zur Generierung von Phänotypen führen, die von direktem biotechnologischen Interesse sind, wie z.B. Pflanzen mit erhöhtem Stickstoffgehalt (Aminosäuregehalt), die besser an Situationen mit Stickstoffmangel angepasst sind. Neben diesen Transkriptionsfaktoren wurden allerdings auch Mutanten mit einem genetischen Defekt in einem der wichtigsten Gene, das für den Nitrattransport in Wurzeln von Arabidopsis verantwortlich ist, identifiziert.
KW  - Stickstoff
KW  - Schmalwand <Arabidopsis>
KW  - Transkriptionsfaktor
KW  - qRT-PCR
KW  - Nitrogen
KW  - Arabidopsis
KW  - Transcription facotrs
KW  - qRT-PCR
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5445
ER  -