TY  - THES
A1  - Devers, Emanuel
T1  - Phosphate homeostasis and novel microRNAs are involved in the regulation of the arbuscular mycorrhizal symbiosis in Medicago truncatula
T1  - Die Phosphat-Homöostase und neue mikroRNAs sind in die Regulation der arbuskulären Mykorrhiza in Medicago truncatula involviert
N2  - Die arbuskuläre Mykorrhiza ist die wahrscheinlich älteste Form der Wurzelsymbiosen zwischen Pflanzen und Pilzen und hat sich vor 420 Millionen Jahren entwickelt. In dieser Symbiose, die zwischen nahezu allen Landpflanzen und Pilzen des Reiches Glomeromycota ausgebildet wird, versorgt der Pilz die Pflanze mit Nährstoffen, wobei die verbesserte Versorgung mit Phosphat für die Pflanze sicher den größten Vorteil darstellt. Im Gegenzug erhält der Pilz Zucker, welche die Pflanze aus der Photosynthese bereitstellt. Zu hohe Phosphatkonzentrationen im Boden oder Dünger führen allerdings zu einer Verringerung in der Ausprägung der arbuskulären Mykorrhiza. Diese Unterdrückung der Symbiose wird nicht durch eine lokale Reaktion der Wurzeln ausgelöst, sondern in erster Linie durch einen hohen Phosphatgehalt im Pflanzenspross. Somit handelt es sich also um eine systemische, also dem Gesamtsystem „Pflanze“ betreffende Antwort. Die molekularen Mechanismen dieser Anpassung sind noch wenig bekannt und sind vor allem für die Agrarwirtschaft von besonderem Interesse. Eine Mikro-RNA (miRNA) des bereits bekannten Phosphathomöostasesignalwegs (PHR1-miRNA399-PHO2 Signalweg) akkumuliert verstärkt in mykorrhizierten Wurzeln. Das deutet daraufhin, dass dieser Signalweg und diese miRNA eine wichtige Rolle in der Regulation der arbuskulären Mykorrhiza spielen. Ziel dieser Studie war es neue Einblicke in die molekularen Mechanismen, die zur Unterdrückung der arbuskulären Mykorrhiza bei hohen Phosphatkonzentrationen führen, zu gewinnen. Dabei sollte der Einfluss von PHO2, sowie von miRNAs in dieser Symbiose genauer untersucht werden. Ein funktionelles Ortholog von PHO2, MtPho2, wurde in der Pflanze Medicago truncatula identifiziert. MtPho2-Mutanten, welche nicht mehr in der Lage waren ein funktionales PHO2 Protein zu exprimieren, zeigten schnellere Kolonisierung durch den AM-Pilz. Jedoch wurde auch in den mtpho2-Mutanten die Symbiose durch hohe Phosphatkonzentrationen unterdrückt. Dies bedeutet, dass PHO2 und somit der PHR1-miRNA399-PHO2 Signalweg eine wichtige Funktion während der fortschreitenden Kolonisierung der Wurzel durch den Pilz hat, aber und weitere Mechanismen in der Unterdückung der Symbiose bei hohen Phosphatkonzentrationen beteiligt sein müssen. Die Analyse von Transkriptionsprofilen von Spross- und Wurzeln mittels Microarrays zeigte, dass die Unterdrückung der AM Symbiose durch hohe Phosphatkonzentrationen möglicherweise auf eine Unterdrückung der Expression einer Reihe symbiosespezifischer Gene im Spross der Pflanze beruht. Um die Rolle weiterer miRNA in der AM Symbiose zu untersuchen, wurden mittels einer Hochdurchsatz-Sequenzierung 243 neue und 181 aus anderen Pflanzen bekannte miRNAs in M. truncatula entdeckt. Zwei dieser miRNAs, miR5229 und miR160f*, sind ausschließlich während der arbuskulären Mykorrhiza zu finden und weitere miRNAs werden während dieser Symbiose verstärkt gebildet. Interessanterweise führen einige dieser miRNAs zum Abbau von Transkripten, die eine wichtige Funktion in der arbuskulären Mykorrhiza und Wurzelknöllchensymbiose besitzen. Die Ergebnisse dieser Studie liefern eine neue Grundlage für die Untersuchung von regulatorischen Netzwerken, die zur zellulären Umprogrammierung während der Interaktion zwischen Pflanzen und arbuskulären Mykorrhiza-Pilzen bei verschiedenen Phosphatbedingungen führen.
N2  - AM symbiosis has a positive influence on plant P-nutrition and growth, but little is known about the molecular mechanism of the symbiosis adaptation to different phosphate conditions. The recently described induction of several pri-miR399 transcripts in mycorrhizal shoots and subsequent accumulation of mature miR399 in mycorrhizal roots indicates that local PHO2 expression must be controlled during symbiosis, presumably in order to sustain AM symbiosis development, in spite of locally increased Pi-concentration. A reverse genetic approach used in this study demonstrated that PHO2 and thus the PHR1-miR399-PHO2 signaling pathway, is involved in certain stages of progressive root colonization. In addition, a transcriptomic approach using a split-root system provided a comprehensive insight into the systemic transcriptional changes in mycorrhizal roots and shoots of M. truncatula in response to high phosphate conditions. With regard to the transcriptional responses of the root system, the results indicate that, although the colonization is drastically reduced, AM symbiosis is still functional at high Pi concentrations and might still be beneficial to the plant. Additionally, the data suggest that a specific root-borne mycorrhizal signal systemically induces protein synthesis, amino acid metabolism and photosynthesis at low Pi conditions, which is abolished at high Pi conditions. MiRNAs, such as miR399, are involved in long-distance signaling and are therefore potential systemic signals involved in AM symbiosis. A deep-sequencing approach identified 243 novel miRNAs in the root tissue of M. truncatula. Read-count analysis, qRT-PCR measurements and in situ hybridizations clearly indicated a regulation of miR5229a/b, miR5204, miR160f*, miR160c, miR169 and miR169d*/l*/m*/e.2* during arbuscular mycorrhizal symbiosis. Moreover, miR5204* represses a GRAS TF, which is specifically transcribed in mycorrhizal roots. Since miR5204* is induced by high Pi it might represent a further Pi status-mediating signal beside miR399. This study provides additional evidence that MtNsp2, a key regulator of symbiosis-signaling, is regulated and presumably spatially restricted by miR171h cleavage. In summary, a repression of mycorrhizal root colonization at high phosphate status is most likely due to a repression of the phosphate starvation responses and the loss of beneficial responses in mycorrhizal shoots. These findings provide a new basis for investigating the regulatory network leading to cellular reprogramming during interaction between plants, arbuscular mycorrhizal fungi and different phosphate conditions.
KW  - Phosphat
KW  - miRNA
KW  - Symbiose
KW  - Medicago
KW  - phosphate
KW  - miRNA
KW  - symbiosis
KW  - Medicago
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55572
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mutwil, Marek
T1  - Integrative transcriptomic approaches to analyzing plant co-expression networks
T1  - Integrative Ansätze zur Analyse von Koexpressionsnetzwerken in Pflanzen
N2  - It is well documented that transcriptionally coordinated genes tend to be functionally related, and that such relationships may be conserved across different species, and even kingdoms. (Ihmels et al., 2004). Such relationships was initially utilized to reveal functional gene modules in yeast and mammals (Ihmels et al., 2004), and to explore orthologous gene functions between different species and kingdoms (Stuart et al., 2003; Bergmann et al., 2004). Model organisms, such as Arabidopsis, are readily used in basic research due to resource availability and relative speed of data acquisition. A major goal is to transfer the acquired knowledge from these model organisms to species that are of greater importance to our society. However, due to large gene families in plants, the identification of functional equivalents of well characterized Arabidopsis genes in other plants is a non-trivial task, which often returns erroneous or inconclusive results. In this thesis, concepts of utilizing co-expression networks to help infer (i) gene function, (ii) organization of biological processes and (iii) knowledge transfer between species are introduced. An often overlooked fact by bioinformaticians is that a bioinformatic method is as useful as its accessibility. Therefore, majority of the work presented in this thesis was directed on developing freely available, user-friendly web-tools accessible for any biologist.
N2  - Es ist bereits ausgiebig gezeigt worden, dass Gene, deren Expression auf Transkriptionsebene koordiniert ist, häufig auch funktional in verwandten Stoffwechselwegen vorkommen, und dass sich dies wahrscheinlich auch Spezies- und sogar Reichübergreifend sagen lässt (Ihmels et al., 2004). Anfänglich wurden solche Beziehungen verwendet, um sogenannte Genfunktionsmodule in Hefe und Säugern aufzudecken (Ihmels et al., 2004), um dann orthologe Genfunktionen zwischen verschiedene Spezies und Reichen zu entdecken (Stuart et al., 2003; Bergmann et al., 2004). Modellorganismen wie Arabidopsis werden bevorzugt in der Forschung verwendet, weil man durch die schnelle Generationszeit in kurzer Zeit viele Daten erheben kann und aufgrund dessen die Ressourcen- und Informationsvielfalt um ein Vielfaches größer ist. Ein Hauptziel ist der Wissenstransfer von Modellorganismen auf Spezies, die gesellschaftlich von höherer Bedeutung sind wie z.B. Getreidearten oder andere Feldfrüchte. Pflanzen besitzen oft große Genfamilien und die eindeutige Identifizierung von gut charakterisierten Arabidopsisorthologen in besagten Nutzpflanzen ist kein triviales Vorhaben. In der vorliegenden Arbeit werden Konzepte zur Nutzung von Co-expressionsnetzwerken beschrieben, die helfen sollen (i) Genfunktionen zu identifizieren, (ii) die Organisation von biologischen Prozessen aufzuklären und (iii) das erworbene Wissen auf andere Spezies übertragbar zu machen. Ein häufig von Bioinformatikern übersehender Umstand ist, dass bioinformatische Methoden nur so sinnvoll sind wie ihre Zugänglichkeit. Deshalb basiert der Großteil dieser Arbeit auf freiverfügbaren und vor allem für Biologen nutzerfreundlichen Webtools.
KW  - Koexpression
KW  - vergleichend
KW  - Transkriptom
KW  - co-expression
KW  - comparative
KW  - transcriptomics
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-50752
ER  - 
TY  - THES
A1  - Husemann, Bernd
T1  - The AGN-host galaxy connection : new insights from the extended ionised gas
T1  - Die AGN-Galaxien Verbindung : neue Erkenntnisse durch das ausgedehnte ionisierte Gas
N2  - Active Galactic Nuclei (AGN) are powered by gas accretion onto supermassive Black Holes (BH). The luminosity of AGN can exceed the integrated luminosity of their host galaxies by orders of magnitude, which are then classified as Quasi-Stellar Objects (QSOs). Some mechanisms are needed to trigger the nuclear activity in galaxies and to feed the nuclei with gas. Among several possibilities, such as gravitational interactions, bar instabilities, and smooth gas accretion from the environment, the dominant process has yet to be identified. Feedback from AGN may be important an important ingredient of the evolution of galaxies. However, the details of this coupling between AGN and their host galaxies remain unclear. In this work we aim to investigate the connection between the AGN and their host galaxies by studying the properties of the extendend ionised gas around AGN. Our study is based on observations of ~50 luminous, low-redshift (z<0.3) QSOs using the novel technique of integral field spectroscopy that combines imaging and spectroscopy. After spatially separating the emission of AGN-ionised gas from HII regions, ionised solely by recently formed massive stars, we demonstrate that the specific star formation rates in several disc-dominated AGN hosts are consistent with those of normal star forming galaxies, while others display no detectable star formation activity. Whether the star formation has been actively suppressed in those particular host galaxies by the AGN, or their gas content is intrinsically low, remains an open question. By studying the kinematics of the ionised gas, we find evidence for non-gravitational motions and outflows on kpc scales only in a few objects. The gas kinematics in the majority of objects however indicate a gravitational origin. It suggests that the importance of AGN feedback may have been overrated in theoretical works, at least at low redshifts. The [OIII] line is the strongest optical emission line for AGN-ionised gas, which can be extended over several kpc scales, usually called the Narrow-Line Region (NLR). We perform a systematic investigation of the NLR size and determine a NLR size-luminosity relation that is consistent with the scenario of a constant ionisation parameter throughout the NLR. We show that previous narrow-band imaging with the Hubble Space Telescope underestimated the NLR size by a factor of >2 and that the continuum AGN luminosity is better correlated with the NLR size than the [OIII] luminosity. These affects may account for the different NLR size-luminosity relations reported in previous studies. On the other hand, we do not detect extended NLRs around all QSOs, and demonstrate that the detection of extended NLRs goes along with radio emission. We employ emission line ratios as a diagnostic for the abundance of heavy elements in the gas, i.e. its metallicity, and find that the radial metallicity gradients are always flatter than in inactive disc-dominated galaxies. This can be interpreted as evidence for radial gas flows from the outskirts of these galaxies to the nucleus. Recent or ongoing galaxy interactions are likely responsible for this effect and may turn out to be a common prerequisite for QSO activity. The metallicity of bulge-dominated hosts are systematically lower than their disc-dominated counterparts, which we interpret as evidence for minor mergers, supported by our detailed study of the bulge-dominated host of the luminous QSO HE 1029-1401, or smooth gas accretion from the environment. In this line another new discovery is that HE 2158-0107 at z=0.218 is the most metal poor luminous QSO ever observed. Together with a large (30kpc) extended structure of low metallicity ionised gas, we propose smooth cold gas accretion as the most likely scenario. Theoretical studies suggested that this process is much more important at earlier epochs of the universe, so that HE 2158-0107 might be an ideal laboratory to study this mechanism of galaxy and BH growth at low redshift more detailed in the furture.
N2  - Aktive Galaxienkerne (AGN) entstehen durch die Akkretion von Gas auf massive Schwarze Löcher, welche im Zentrum jeder Galaxie mit einer spherodialen Komponente vermutet werden. Die Leuchtkraft eines AGN kann die seiner gesamten Muttergalaxie um Größenordnungen übersteigen. In diesem Fall werden AGN oft als Quasi-Stellare Objekte (Quasare) bezeichnet. Spezielle Mechanismen müssen für das Auslösen dieser Kernaktivität in Galaxien verantwortlich sein. Verschiedene Prozesse wurden bereits identifiziert, aber der entscheidende Mechanismus wurde bisher noch nicht entdeckt. Die Wechselwirkung mit einem AGN könnte außerdem einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung von Galaxien haben. Es ist noch unklar wie diese Wechselwirkung genau abläuft und ob es die Sternentstehung in Galaxien beeinflusst. In dieser Arbeit studieren wir die Eigenschaften des ausgedehnten ionisierten Gases in AGN-Muttergalaxien, um mögliche Wechselwirkungen zu untersuchen. Wir benutzen dazu eine Stichprobe von ~50 Quasaren bei geringer Rotverschiebung (z<0.3), die mit der neuartigen Technik der Integralfeld-Spektroskopie beobachtet wurden. Diese Technik kombiniert bildgebende und spektroskopische Verfahren. Wir können mit unserer Analyse zeigen, dass die spezifische Sternentstehungsrate in einigen Scheiben-dominierten AGN-Muttergalaxien vergleichbar mit denen von normalen Galaxien ohne Kernaktivität ist. Allerdings können wir in einigen AGN-Muttergalaxien keine Anzeichen von Sternentstehung feststellen. Ob Sternentstehung in diesen Galaxien momentan durch die Wechselwirkung mit dem AGN unterdrückt wird, ist daher nicht eindeutig. Hinweise auf Gasausflüsse liefert die Kinematik des ionisierten Gases für einige wenige Objekte, doch die Kinematik für die meisten AGN-Muttergalaxien kann allein durch das Wirken der Gravitation erklärt werden. Daraus schließen wir, dass der Einfluss von AGN auf ihre Muttergalaxien geringer sein könnte als theoretisch angenommen wird. Die [OIII] Emissionslinie ist die stärkste optische Linie für AGN-ionisiertes Gas und kann sich über eine Region von mehreren kpc vom Kern erstrecken, die als "Narrow-Line Region" (NLR) bezeichnet wird. Durch eine systematische Untersuchung der NLR-Ausdehnung können wir eine Beziehung zwischen NLR-Radius und AGN-Leuchtkraft bestimmen. Diese Relation ist konsistent mit einem konstanten Ionisationsparameter über die gesamte Ausdehnung der NLR. Frühere Studien mit dem Hubble Weltraumteleskop unterschätzten die Größe der NLR um mehr als einen Faktor 2. Andererseits können wir nicht für alle Quasare eine ausgedehnte NLR nachweisen, wobei eine NLR-Detektion bei einer höheren Radioleuchtkraft des Quasars wahrscheinlicher ist. Dies deutet auf eine Wechselwirkung eines Radio-Jets mit dem kernumgebenden Gas hin. Wir benutzen Emissionslinien des ionisierten Gases, um den Anteil von schweren Elementen im Gas, die so genannte Metallizität, zu bestimmen. Dabei finden wir, dass die radialen Metallizitätsgradienten in Scheiben-dominierten AGN-Muttergalaxien deutlich flacher sind als in vergleichbaren Galaxien ohne Kernaktivität, was wir als Anzeichen für radialen Gastransport vom Rand der Galaxien zum Kern interpretieren. Dies könnte durch kürzliche oder immer noch andauernde gravitative Wechselwirkungen zwischen Nachbargalaxien entstanden sein und stellt eventuell eine Voraussetzung für Kernaktivität dar. Sehr interessant ist unser Ergebnis, dass die ellptischen AGN-Muttergalaxien eine geringere Metallizität aufweisen als die Spiralgalaxien. Dies könnte z.B. durch das Verschmelzen mit kleinen Nachbargalaxien induziert werden, welche eine intrinsisch geringe Metallizität aufweisen. Am Beispiel der elliptischen Muttergalaxie des Quasars HE 1029-1401 können wir durch eine detaillierte Analyse des ionisierten Gases verschiedene Indizien für einen solchen Prozess nachweisen. Eine weiteres Resultat dieser Arbeit ist die Entdeckung eines leuchtkräftigen Quasars mit der geringsten Metallizität, die bisher für solche Objekte nachgewiesen werden konnte. Wir interpretieren die geringe Metallizität und die Ausdehnung des ionisierten Gases über 30kpc als deutliche Indizien für die Akkretion von intergalaktischem Gas. Dieser Prozess findet viel häufiger im frühen Universum statt. HE 2158-0107 könnte daher ein ideales Objekt sein, um diesen Prozess im nahen Universum detaillierter studieren zu können.
KW  - Quasare
KW  - Integralfeld-Spectroskopie
KW  - Galaxien
KW  - Interstellares Medium
KW  - Quasars
KW  - Integral field spectroscopy
KW  - Galaxies
KW  - Interstellar medium
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55556
ER  - 
TY  - THES
A1  - Riedel, Katja
T1  - Elucidation of the epithelial sodium channel as a salt taste receptor candidate and search for novel salt taste receptor candidates
T1  - Validierung des epithelialen Natriumkanals als Salzgeschmacksrezeptor und Suche nach unbekannten menschlichen Salzgeschmacksrezeptoren
N2  - Salty taste has evolved to maintain electrolyte homeostasis, serving as a detector for salt containing food. In rodents, salty taste involves at least two transduction mechanisms. One is sensitive to the drug amiloride and specific for Na+, involving epithelial sodium channel (ENaC). A second rodent transduction pathway, which is triggered by various cations, is amiloride insensitive and not almost understood to date. Studies in primates showed amiloride-sensitive as well as amiloride-insensitive gustatory responses to NaCl, implying a role of both salt taste transduction pathways in humans. However, sensory studies in humans point to largely amiloride-insensitive sodium taste perception. An involvement of ENaC in human sodium taste perception was not shown, so far. In this study, ENaC subunit protein and mRNA could be localized to human taste bud cells (TBC). Thus, basolateral αβγ-ENaC ion channels are likely in TBC of circumvallate papillae, possibly mediating basolateral sodium entry. Similarly, basolateral βγ-ENaC might play a role in fungiform TBC. Strikingly, δ-ENaC subunit was confined to taste bud pores of both papillae, likely mediating gustatory sodium entry in TBC, either apical or paracellular via tight junctions. However, regional separation of δ-ENaC and βγ-ENaC in fungiform and circumvallate TBC indicate the presence of unknown interaction partner necessary to assemble into functional ion channels. However, screening of a macaque taste tissue cDNA library did neither reveal polypeptides assembling into a functional cation channel by interaction with δ-ENaC or βγ-ENaC nor ENaC independent salt taste receptor candidates. Thus, ENaC subunits are likely involved in human taste transduction, while exact composition and identity of an amiloride (in)sensitive salt taste receptors remain unclear. Localization of δ-ENaC in human taste pores strongly suggests a role in human taste transduction. In contrast, δ-ENaC is classified as pseudogene Scnn1d in mouse. However, no experimental detected sequences are annotated, while evidences for parts of Scnn1d derived mRNAs exist. In order to elucidate if Scnn1d is possibly involved in rodent salt taste perception, Scnn1d was evaluated in this study to clarify if Scnn1d is a gene or a transcribed pseudogene in mice. Comparative mapping of human SCNN1D to mouse chromosome 4 revealed complete Scnn1d sequence as well as its pseudogenization by Mus specific endogenous retroviruses. Moreover, tissue specific transcription of unitary Scnn1d pseudogene was found in mouse vallate papillae, kidney and testis and led to identification of nine Scnn1d transcripts. In vitro translation experiments showed that Scnn1d transcripts are coding competent for short polypeptides, possibly present in vivo. However, no sodium channel like function or sodium channel modulating activity was evident for Scnn1d transcripts and/or derived polypeptides. Thus, an involvement of mouse δ-ENaC in sodium taste transduction is unlikely and points to species specific differences in salt taste transduction mechanisms.
N2  - Der Salzgeschmack ermöglicht elektrolytreiche Nahrungsquellen zu erkennen und ist eine essentielle Komponente für den Erhalt des Elektrolythaushalts. In Nagern sind bisher zwei Mechanismen bekannt, welche an der Vermittlung des Salzgeschmacks beteiligt sind. Ein Natrium-spezifischer, Amilorid-sensitiver Signaltransduktionsweg wird über den epithelialen Natriumkanal (ENaC) vermittelt. Ein weiterer, bisher ungeklärter Transduktionsweg, ist Amilorid-unempfindlich und wird durch verschiedene Kationen vermittelt. Studien in Primaten konnten Amilorid-sensitive als auch -insensitive gustatorische Signaltransduktionswege nachweisen, wohingegen sensorische Studien auf eine Amilorid-Unempfindlichkeit des Natrium-spezifischen humanen Salzgeschmacks hinweisen. Eine Beteiligung des ENaC bei der Vermittlung des menschlichen Salzgeschmacks wurde bislang nicht gezeigt. In dieser Arbeit konnte die mRNA als auch Proteine von ENaC Untereineiten in menschlichen Geschmacksrezeptorzellen (GRZ) lokalisiert werden. Demzufolge, sind αβγ-ENaC Ionenkanäle möglicherweise an einem basolateralen Natriumeinstrom in circumvallaten GRZ beteiligt. Die basolaterale Lokalisation von βγ-ENaC in fungiformen GRZ weißt auf eine gleichartige Funktion hin. Die außergewöhnliche Lokalisation der δ-ENaC Untereineit ausschließlich in der Porenregion von Geschmacksknospen beider Geschmackspapillen, legt eine Beteiligung dieser ENaC Untereinheit bei der Vermittlung geschmacksrelevanter apikaler bzw. transzellulärer Natriumströme nahe. Gleichwohl weist die räumliche Trennung von apikalen δ-ENaC und basolateralen βγ-ENaC auf die Existenz unbekannter Interaktionspartner hin, da beide getrennt voneinander nicht in der Lage sind effektive Natriumkanäle zu assemblieren. Die Durchmusterung einer geschmacksrelevanten cDNA Bibliothek führte weder zur Identifikation von ENaC Interaktionspartnern, noch von ENaC unabhängigen Polypeptiden, welche in der Lage sind einen Kationenkanal zu bilden. Die genaue Zusammensetzung humaner Amilorid- (in)sensitiver Salzrezeptoren bleibt daher unklar und ein spannendes Feld. Der Nachweis von ENaC in humanen GRZ und insbesondere die Poren assoziierte Lokalisation der δ-ENaC Untereinheit impliziert eine wichtige Rolle bei der gustatorischen Signaltransduktion. Erstaunlicherweise ist die orthologe δ-ENaC Untereinheit der Maus als Scnn1d Pseudogen klassifiziert. Neben dieser automatischen Annotierung sind keine experimentell ermittelten Sequenzen in Datenbanken hinterlegt obwohl Scnn1d abgeleitete mRNA nachgewiesen werden konnte. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht ob Scnn1d ein Gen oder ein transkribiertes Pseudogen ist, um eine mögliche Rolle bei der Transduktion des murinen Salzgeschmacks zu klären. Durch Sequenzabgleich mit humanen SCNN1D konnte das vollständige Scnn1d Gen auf dem Chromosom 4 der Maus identifiziert werden, wobei sich dessen Pseudogenisierung durch Mus spezifische endogene Retroviren zeigte. Darüber hinaus wurden neun gewebsspezifische Scnn1d Transkripte nachgewiesen, welche für kurze Polypeptide kodieren. Eine mögliche Funktion derselben als Ionenkanal bzw. eine modulatorische Funktion konnte nicht gezeigt werden. Eine Beteiligung des pseudogenisierten δ-ENaC an der Vermittlung des Salzgeschmacks der Maus ist daher unwahrscheinlich und deutet auf Speziesunterschiede der Salzgeschmacksvermittlung hin.
KW  - ENaC
KW  - Salzgeschmack
KW  - ENaC
KW  - salt taste perception
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-58764
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hanisch, Florian
T1  - Variational problems on supermanifolds
T1  - Variationsprobleme auf Supermannigfaltigkeiten
N2  - In this thesis, we discuss the formulation of variational problems on supermanifolds. Supermanifolds incorporate bosonic as well as fermionic degrees of freedom. Fermionic fields take values in the odd part of an appropriate Grassmann algebra and are thus showing an anticommutative behaviour. However, a systematic treatment of these Grassmann parameters requires a description of spaces as functors, e.g. from the category of Grassmann algberas into the category of sets (or topological spaces, manifolds). After an introduction to the general ideas of this approach, we use it to give a description of the resulting supermanifolds of fields/maps. We show that each map is uniquely characterized by a family of differential operators of appropriate order. Moreover, we demonstrate that each of this maps is uniquely characterized by its component fields, i.e. by the coefficients in a Taylor expansion w.r.t. the odd coordinates. In general, the component fields are only locally defined. We present a way how to circumvent this limitation. In fact, by enlarging the supermanifold in question, we show that it is possible to work with globally defined components. We eventually use this formalism to study variational problems. More precisely, we study a super version of the geodesic and a generalization of harmonic maps to supermanifolds. Equations of motion are derived from an energy functional and we show how to decompose them into components. Finally, in special cases, we can prove the existence of critical points by reducing the problem to equations from ordinary geometric analysis. After solving these component equations, it is possible to show that their solutions give rise to critical points in the functor spaces of fields.
N2  - In dieser Dissertation wird die Formulierung von Variationsproblemen auf Supermannigfaltigkeiten diskutiert. Supermannigfaltigkeiten enthalten sowohl bosonische als auch fermionische Freiheitsgrade. Fermionische Felder nehmen Werte im ungeraden Teil einer Grassmannalgebra an, sie antikommutieren deshalb untereinander. Eine systematische Behandlung dieser Grassmann-Parameter erfordert jedoch die Beschreibung von Räumen durch Funktoren, z.B. von der Kategorie der Grassmannalgebren in diejenige der Mengen (der topologischen Räume, Mannigfaltigkeiten, ...). Nach einer Einführung in das allgemeine Konzept dieses Zugangs verwenden wir es um eine Beschreibung der resultierenden Supermannigfaltigkeit der Felder bzw. Abbildungen anzugeben. Wir zeigen, dass jede Abbildung eindeutig durch eine Familie von Differentialoperatoren geeigneter Ordnung charakterisiert wird. Darüber hinaus beweisen wir, dass jede solche Abbildung eineindeutig durch ihre Komponentenfelder, d.h. durch die Koeffizienten einer Taylorentwickelung bzgl. von ungeraden Koordinaten bestimmt ist. Im Allgemeinen sind Komponentenfelder nur lokal definiert. Wir stellen einen Weg vor, der diese Einschränkung umgeht: Durch das Vergrößern der betreffenden Supermannigfaltigkeit ist es immer möglich, mit globalen Koordinaten zu arbeiten. Schließlich wenden wir diesen Formalismus an, um Variationsprobleme zu untersuchen, genauer betrachten wir eine super-Version der Geodäte und eine Verallgemeinerung von harmonischen Abbildungen auf Supermannigfaltigkeiten. Bewegungsgleichungen werden von Energiefunktionalen abgeleitet und wir zeigen, wie sie sich in Komponenten zerlegen lassen. Schließlich kann in Spezialfällen die Existenz von kritischen Punkten gezeigt werden, indem das Problem auf Gleichungen der gewöhnlichen geometrischen Analysis reduziert wird. Es kann dann gezeigt werden, dass die Lösungen dieser Gleichungen sich zu kritischen Punkten im betreffenden Funktor-Raum der Felder zusammensetzt.
KW  - Supergeometrie
KW  - Variationsrechnung
KW  - Differentialoperatoren
KW  - Funktorgeometrie
KW  - supergeometry
KW  - variational calculus
KW  - differential operators
KW  - functor geometry
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59757
ER  - 
TY  - THES
A1  - Winck, Flavia Vischi
T1  - Nuclear proteomics and transcription factor profiling in Chlamydomonas reinhardtii
T1  - Nukleare Proteomics und Transkriptionsfaktoren : Profiling in Chlamydomonas reinhardtii
N2  - The transcriptional regulation of the cellular mechanisms involves many different components and different levels of control which together contribute to fine tune the response of cells to different environmental stimuli. In some responses, diverse signaling pathways can be controlled simultaneously. One of the most important cellular processes that seem to possess multiple levels of regulation is photosynthesis. A model organism for studying photosynthesis-related processes is the unicellular green algae Chlamydomonas reinhardtii, due to advantages related to culturing, genetic manipulation and availability of genome sequence. In the present study, we were interested in understanding the regulatory mechanisms underlying photosynthesis-related processes. To achieve this goal different molecular approaches were followed. In order to indentify protein transcriptional regulators we optimized a method for isolation of nuclei and performed nuclear proteome analysis using shotgun proteomics. This analysis permitted us to improve the genome annotation previously published and to discover conserved and enriched protein motifs among the nuclear proteins. In another approach, a quantitative RT-PCR platform was established for the analysis of gene expression of predicted transcription factor (TF) and other transcriptional regulator (TR) coding genes by transcript profiling. The gene expression profiles for more than one hundred genes were monitored in time series experiments under conditions of changes in light intensity (200 µE m-2 s-1 to 700 µE m-2 s-1), and changes in concentration of carbon dioxide (5% CO2 to 0.04% CO2). The results indicate that many TF and TR genes are regulated in both environmental conditions and groups of co-regulated genes were found. Our findings also suggest that some genes can be common intermediates of light and carbon responsive regulatory pathways. These approaches together gave us new insights about the regulation of photosynthesis and revealed new candidate regulatory genes, helping to decipher the gene regulatory networks in Chlamydomonas. Further experimental studies are necessary to clarify the function of the candidate regulatory genes and to elucidate how cells coordinately regulate the assimilation of carbon and light responses.
N2  - Pflanzen nutzen das Sonnenlicht um Substanzen, sogenannte Kohlenhydrate, zu synthetisieren. Diese können anschließend als Energielieferant für das eigene Wachstum genutzt werden. Der aufbauende Prozess wird als Photosynthese bezeichnet. Ein wichtiges Anliegen ist deshalb zu verstehen, wie Pflanzen äußere Einflüsse wahrnehmen und die Photosynthese dementsprechend regulieren. Ihre Zellen tragen diese Informationen in den Genen. Die Pflanzen nutzen aber in der Regel nicht alle ihre Gene gleichzeitig, die sie zur Anpassung an Umwelteinflüsse besitzen. Zu meist wird nur eine Teilfraktion der gesamten Information benötigt. Wir wollten der Frage nachgehen, welche Gene die Zellen für welche Situation regulieren. Im Zellkern gibt es Proteine, sogenannte Transkriptionsfaktoren, die spezifische Gene finden können und deren Transkription modulieren. Wenn ein Gen gebraucht wird, wird seine Information in andere Moleküle übersetzt (transkribiert), sogenannte Transkripte. Die Information dieser Transkripte wird benutzt um Proteine, Makromoleküle aus Aminsäuren, zu synthetisieren. Aus der Transkription eines Gens kann eine große Zahl des Transkripts entstehen. Es ist wahrscheinlich, dass ein Gen, dass gerade gebraucht wird, mehr Transkriptmoleküle hat als andere Gene. Da die Transkriptionsfaktoren mit der Transkription der Gene interferieren können, entwickelten wir in der vorliegenden Arbeit Strategien zur Identifikation dieser im Zellkern zu findenden Proteine mittels eines „Proteomics“-Ansatzes. Wir entwickelten weiterhin eine Strategie zur Identififikation von Transkripten Transkriptionsfaktor-codierender Gene in der Zelle und in welche Menge sie vorkommen. Dieser Ansatz wird als „Transcript-Profiling“ bezeichnet. Wir fanden Zellkern-lokalisierte Proteine, die als Signalmoleküle funktionieren könnten und Transkripte, die bei unterschiedlichen Umweltbedingungen in der Zelle vorhanden waren. Wir benutzten, die oben genannten Ansätze um die einzellige Grünalge Chlamydomonas zu untersuchen. Die Informationen, die wir erhielten, halfen zu verstehen welche Transkriptionsfaktoren notwendig sind, damit Chlamydomonas bei unterschiedlichen Umweltbedingungen, wie z.B. unterschiedliche Lichtintensitäten und unterschiedlicher Konzentration von Kohlenstoffdioxid, überlebt.
KW  - Proteomics
KW  - Transkriptionsfaktoren
KW  - Pflanzen
KW  - Chlamydomonas
KW  - Transcriptomics
KW  - Proteomics
KW  - Transcription factors
KW  - Plants
KW  - Chlamydomonas
KW  - Transcriptomics
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-53909
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schönheit, Jörg
T1  - A phagocyte-specific Irf8 gene enhancer establishes early conventional dendritic cell commitment
T1  - Ein Phagozyten spezifischer Enhancer des Irf8 Gens steuert die Entwicklung konventioneller dendritischer Zellen
N2  - Haematopoietic development is a complex process that is strictly hierarchically organized. Here, the phagocyte lineages are a very heterogeneous cell compartment with specialized functions in innate immunity and induction of adaptive immune responses. Their generation from a common precursor must be tightly controlled. Interference within lineage formation programs for example by mutation or change in expression levels of transcription factors (TF) is causative to leukaemia. However, the molecular mechanisms driving specification into distinct phagocytes remain poorly understood. In the present study I identify the transcription factor Interferon Regulatory Factor 8 (IRF8) as the specification factor of dendritic cell (DC) commitment in early phagocyte precursors. Employing an IRF8 reporter mouse, I showed the distinct Irf8 expression in haematopoietic lineage diversification and isolated a novel bone marrow resident progenitor which selectively differentiates into CD8α+ conventional dendritic cells (cDCs) in vivo. This progenitor strictly depends on Irf8 expression to properly establish its transcriptional DC program while suppressing a lineage-inappropriate neutrophile program. Moreover, I demonstrated that Irf8 expression during this cDC commitment-step depends on a newly discovered myeloid-specific cis-enhancer which is controlled by the haematopoietic transcription factors PU.1 and RUNX1. Interference with their binding leads to abrogation of Irf8 expression, subsequently to disturbed cell fate decisions, demonstrating the importance of these factors for proper phagocyte cell development. Collectively, these data delineate a transcriptional program establishing cDC fate choice with IRF8 in its center.
N2  - Die Differenzierung von hämatopoietischen Zellen ist ein komplexer Prozess, der strikt hierarchisch organisiert ist. Dabei stellen die Phagozyten eine sehr heterogene Zellpopulation dar, mit hochspezialisierten Funktionen im angeborenen Immunsystem sowie während der Initialisierung der adaptiven Immunreaktion. Ihre Entwicklung, ausgehend von einer gemeinsamen Vorläuferzelle, unterliegt einer strikten Kontrolle. Die Beeinträchtigung dieser Linienentscheidungsprogramme, z.B. durch Mutationen oder Änderungen der Expressionslevel von Transkriptionsfaktoren kann Leukämie auslösen. Die molekularen Mechanismen, welche die linienspezifische Entwicklung steuern, sind allerdings noch nicht im Detail bekannt. In dieser Arbeit zeige ich den maßgeblichen Einfluss des Transkriptionsfaktors Interferon Regulierender Faktor 8 (IRF8) auf die Entwicklung von dendritischen Zellen (DC) innerhalb der Phagozyten. Mittels einer IRF8-Reporter Maus stellte ich die sehr differenziellen Expressionsmuster von Irf8 in der hämatopoietischen Entwicklung dar. Dabei konnte ich eine neue, im Knochenmark lokalisierte, Vorläuferpopulation isolieren, die in vivo spezifisch Differenzierung in CD8α+ konventionelle dendritische Zellen (cDC) steuert. Dieser Vorläufer ist dabei absolut von der Expression von Irf8 abhängig und etabliert auf transkriptioneller Ebene die dendritische Zellentwicklung, während gleichzeitig die Entwicklung neutrophiler Zellen unterdrückt wird. Darüber hinaus zeigte ich, dass Irf8 Expression während der cDC Entwicklung von einem neu charakterisierten cis-regulatorischen Enhancer abhängt, der spezifisch in myeloiden Zellen agiert. Ich konnte zeigen, dass die hämatopoietischen Transkriptionfaktoren PU.1 und RUNX1 mittels dieses Enhancers die Irf8 Expression steuern. Können diese beiden Faktoren nicht mit dem Enhancer interagieren, führt das zu stark verminderter Irf8 Expression, damit zu Veränderungen in den Differnzierungsprogrammen der Zellen, was die Bedeutung dieses regulatorischen Mechanismus unterstreicht. Zusammengefasst beschreiben diese Daten die Etablierung der frühen cDC Entwicklung, in der IRF8 die zentrale Rolle spielt.
KW  - Hämatopoiese
KW  - dendritische Zelle
KW  - Immunologie
KW  - Transkiptionsfaktor
KW  - Genregulation
KW  - haematopoiesis
KW  - dendritic cell
KW  - immunology
KW  - transcription factor
KW  - gene regulation
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55482
ER  - 
TY  - THES
A1  - Krause, Jette
T1  - An expert-based Bayesian investigation of greenhouse gas emission reduction options for German passenger vehicles until 2030
T1  - Eine Expertenbasierte Bayesianische Untersuchung von Möglichkeiten zur Reduktion der Treibhausgasemissionen der Deutschen Neuwagenflotte bis 2030
N2  - The present thesis introduces an iterative expert-based Bayesian approach for assessing greenhouse gas (GHG) emissions from the 2030 German new vehicle fleet and quantifying the impacts of their main drivers. A first set of expert interviews has been carried out in order to identify technologies which may help to lower car GHG emissions and to quantify their emission reduction potentials. Moreover, experts were asked for their probability assessments that the different technologies will be widely adopted, as well as for important prerequisites that could foster or hamper their adoption. Drawing on the results of these expert interviews, a Bayesian Belief Network has been built which explicitly models three vehicle types: Internal Combustion Engine Vehicles (which include mild and full Hybrid Electric Vehicles), Plug-In Hybrid Electric Vehicles, and Battery Electric Vehicles. The conditional dependencies of twelve central variables within the BBN - battery energy, fuel and electricity consumption, relative costs, and sales shares of the vehicle types - have been quantified by experts from German car manufacturers in a second series of interviews. For each of the seven second-round interviews, an expert's individually specified BBN results. The BBN have been run for different hypothetical 2030 scenarios which differ, e.g., in regard to battery development, regulation, and fuel and electricity GHG intensities. The present thesis delivers results both in regard to the subject of the investigation and in regard to its method. On the subject level, it has been found that the different experts expect 2030 German new car fleet emission to be at 50 to 65% of 2008 new fleet emissions under the baseline scenario. They can be further reduced to 40 to 50% of the emissions of the 2008 fleet though a combination of a higher share of renewables in the electricity mix, a larger share of biofuels in the fuel mix, and a stricter regulation of car CO$_2$ emissions in the European Union. Technically, 2030 German new car fleet GHG emissions can be reduced to a minimum of 18 to 44% of 2008 emissions, a development which can not be triggered by any combination of measures modeled in the BBN alone but needs further commitment. Out of a wealth of existing BBN, few have been specified by individual experts through elicitation, and to my knowledge, none of them has been employed for analyzing perspectives for the future. On the level of methods, this work shows that expert-based BBN are a valuable tool for making experts' expectations for the future explicit and amenable to the analysis of different hypothetical scenarios. BBN can also be employed for quantifying the impacts of main drivers. They have been demonstrated to be a valuable tool for iterative stakeholder-based science approaches.
N2  - Die vorliegende Arbeit verfolgt zwei Forschungsziele - ein inhaltliches und ein methodisches. Auf der inhaltlichen Ebene wurde die Entwicklung der CO2-Emissionen der deutschen Neuwagenflotte bis 2030 untersucht. Es wurden verschiedene technische Möglichkeiten daraufhin überprüft, inwieweit sie zur Emissionsminderung beitragen können, wie wahrscheinlich es ist, dass sie umgesetzt werden, und welche Voraussetzungen und Rahmenbedingungen bedeutenden Einfluß haben. Die methodische Innovation dieser Arbeit besteht darin, subjektive Einschätzungen von Experten mit einem Bayesianischen Netzwerk zu verknüpfen, um die Anwendung solcher Netzwerke auf Situationen von Unsicherheit im Knight'schen Sinne zu erweitern, hier am Beispiel der zukünftigen, heute nicht vorhersagbaren Entwicklung der CO2-Emissionen der deutschen Neuwagenflotte. Ein erster Schritt dieser Untersuchung bestand in der Erhebung und Auswertung der Einschätzungen von 15 Experten in Bezug auf die Möglichkeiten, die CO2-Emissionen neuer PKW in Deutschland bis 2020 zu senken. Erhoben wurden Aussagen über verfügbare Technologien, ihre Einsparpotenziale, ihre Umsetzungswahrscheinlichkeiten sowie wichtige Rahmenbedingungen. Ziel war es, wesentliche Variablen und deren Abhängigkeiten zu identifizieren, um eine Grundlage für die spätere Modellierung zu schaffen. Um die Untersuchung auf eine breite Basis zu stellen, wurden Experten von Autobauern und Zulieferern, Nichtregierungsorganisationen, Verbänden sowie solche aus Wissenschaft und Journalismus einbezogen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde in einem zweiten Schritt ein Bayesianisches Netzwerk entwickelt, mit dem die CO2-Emissionen der deutschen Neuwagenflotte im Jahr 2030 quantifiziert werden können. Außerdem sollten die Marktchancen verschiedener Fahrzeugtypen untersucht werden. Ein weiteres Ziel war es, den Einfluss verschiedener technologischer und regulatorischer Einflussfaktoren zu quantifizieren, die in der ersten Interviewrunde identifiziert worden waren. Gegenüber der ersten Interviewrunde wurde der zeitliche Rahmen der Untersuchung um 10 Jahre auf das Jahr 2030 erweitert. Das Bayesianische Netz erstreckt sich auf die zukünftigen Eigenschaften und Marktchancen von drei Fahrzeugtypen: Verbrennungsmotorische Fahrzeuge einschließlich aller Hybridvarianten bis hin zum Vollhybrid, Plug-In Hybride und Batterie-Elektrofahrzeuge. Das Netzwerk umfasst 46 miteinander verknüpfte Variablen. Für zwölf entscheidende Variablen wurden per Expertenbefragung bedingte Wahrscheinlichkeiten erhoben. Befragt wurden sieben Experten, fast alle hochrangige F&E- oder Umweltexperten bei deutschen Autobauern. Für jeden Experten entstand ein individuell quantifiziertes Netzwerk. Um mögliche Technologie- und Emissionspfade zu untersuchen, wurden verschiedene Szenarien definiert, die unterschiedliche Regulierungen, Batterie-Entwicklungspfade und CO2-Intensitäten von Treibstoffen und elektrischer Energie in Betracht ziehen. Im Basis-Szenario liegen die Erwartungswerte der CO2-Emissionen der deutschen Neuwagenflotte 2030 nach Einschätzung der Experten bei 50 bis 65% der Emissionen der Neuwagenflotte 2008. Kombiniert man einen gesteigerten Anteil erneuerbarer Energien im Strommix, einen größeren Anteil von Biotreibstoffen im Treibstoff-Mix und eine strengere CO2-Emissionsregulierung seitens der Europäischen Union, liegen die erwarteten Emissionen der Neuwagenflotte 2030 bei 40 bis 50% der Emissionen der Neuwagen 2008. Die Erwartungswerte der Neuflotten-Emissionen 2030 können in den verschiedenen BBN auf minimale Werte von 18 bis 44% der Emissionen der deutschen Neuwagenflotte von 2008 festgelegt werden. Es ist in den BBN durchaus möglich, aber in den betrachteten Szenarien unwahrscheinlich, die Emissionen so stark zu senken. Neben der Untersuchung von Fahrzeugtechnologien und CO2-Emissionen bis 2030 verfolgte die vorliegende Arbeit das Ziel, eine innovative Methode zu erproben. Es hat meines Wissens bisher kein Experten-basiertes BBN gegeben, das zukünftige Entwicklungen untersucht. Eine weitere Besonderheit des Ansatzes ist, dass für jeden Experten ein eigenes BBN quantifiziert wurde, so dass eine Schar von Netzwerken entstanden ist, deren Aussagen verglichen werden können. Dadurch war es möglich, die Bandbreite der Erwartungen verschiedener Experten abzuleiten und festzustellen, wo Erwartungen relativ konsistent sind, und wo sie weit auseinander liegen. Daraus lassen sich wertvolle Schlüsse ableiten, an welchen Punkten weitere Forschung besonders erfolgversprechend ist. BBN haben sich damit als nützliches Werkzeug für Stakeholder-basierte iterative Forschungsprozesse erwiesen. Insgesamt hat es sich als fruchtbarer neuer Ansatz erwiesen, Experten-basierte Bayesianische Netzwerke zur Untersuchung zukünftiger Entwicklungsmöglichkeiten heranzuziehen. Die Methode ermöglicht es auch, den Einfluß von Rahmenbedingungen zu bestimmen.
KW  - Bayesianismus
KW  - Bayesianisches Netzwerk
KW  - Treibhausgasemissionen
KW  - Pkw
KW  - Stakeholder-basierte Forschung
KW  - Bayesianism
KW  - Bayesian Network
KW  - Greenhouse Gas Emissions
KW  - Cars
KW  - Stakeholder-based Science
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-57671
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klinkusch, Stefan
T1  - Simulations of laser-induced correlated many-electron dynamics in molecular systems
T1  - Simulationen laserinduzierter korrelierter Vielelektronendynamik in molekularen Systemen
N2  - In this thesis, simulations of laser-driven many-electron dynamics in molecules are presented, i.e., the interaction between molecules and an electromagnetic field is demonstrated. When a laser field is applied to a molecular system, a population of higher electronic states takes place as well as other processes, e.g. photoionization, which is described by an appropriate model. Also, a finite lifetime of an excited state can be described by such a model. In the second part, a method is postulated that is capable of describing electron correlation in a time-dependent scheme. This is done by introducing a single-electron entropy that is at least temporarily minimized in a further step.
N2  - Im Rahmen dieser Doktorarbeit werden Simulationen lasergetriebener Vielelektronendynamik in Molekülen präsentiert, d.h., die Wechselwirkung zwischen Molekülen und einem elektromagnetischen Feld wird demonstriert. Bei Laseranregungen finden nicht nur elektronische Übergänge statt, sondern auch weitere Prozesse wie die Photoionisation, die mit einem geeigneten Modell beschrieben wird. Auch die endliche Lebensdauer angeregter Zustände kann mit einem solchen Modell beschrieben werden. Im zweiten Teil wird eine Methode postuliert, die fähig ist, die Elektronenkorrelation zeitabhängig zu beschreiben. Dies wird durch die Einführung einer Einelektronenentropie erreicht, die in einem weiteren Schritt zumindest kurzzeitig minimiert wird.
KW  - Elektronendynamik
KW  - Laserpulse
KW  - Photoionisation
KW  - Elektronenkorrelation
KW  - electron dynamics
KW  - laser pulses
KW  - photoionization
KW  - electron correlation
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55445
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TY  - THES
A1  - Flores Suárez, Rosaura
T1  - Three-dimensional polarization probing in polymer ferroelectrics, polymer-dispersed liquid crystals, and polymer ferroelectrets
T1  - Dreidimensionale Polarisationsmessung in polymeren Ferroelektrika, polymerdispergierten Flüssigkristallen und polymeren Ferroelektreten
N2  - A key non-destructive technique for analysis, optimization and developing of new functional materials such as sensors, transducers, electro-optical and memory devices is presented. The Thermal-Pulse Tomography (TPT) provides high-resolution three-dimensional images of electric field and polarization distribution in a material. This thermal technique use a pulsed heating by means of focused laser light which is absorbed by opaque electrodes. The diffusion of the heat causes changes in the sample geometry, generating a short-circuit current or change in surface potential, which contains information about the spatial distribution of electric dipoles or space charges. Afterwards, a reconstruction of the internal electric field and polarization distribution in the material is possible via Scale Transformation or Regularization methods. In this way, the TPT was used for the first time to image the inhomogeneous ferroelectric switching in polymer ferroelectric films (candidates to memory devices). The results shows the typical pinning of electric dipoles in the ferroelectric polymer under study and support the previous hypotheses of a ferroelectric reversal at a grain level via nucleation and growth. In order to obtain more information about the impact of the lateral and depth resolution of the thermal techniques, the TPT and its counterpart called Focused Laser Intensity Modulation Method (FLIMM) were implemented in ferroelectric films with grid-shaped electrodes. The results from both techniques, after the data analysis with different regularization and scale methods, are in total agreement. It was also revealed a possible overestimated lateral resolution of the FLIMM and highlights the TPT method as the most efficient and reliable thermal technique. After an improvement in the optics, the Thermal-Pulse Tomography method was implemented in polymer-dispersed liquid crystals (PDLCs) films, which are used in electro-optical applications. The results indicated a possible electrostatic interaction between the COH group in the liquid crystals and the fluorinate atoms of the used ferroelectric matrix. The geometrical parameters of the LC droplets were partially reproduced as they were compared with Scanning Electron Microscopy (SEM) images. For further applications, it is suggested the use of a non-strong-ferroelectric polymer matrix. In an effort to develop new polymerferroelectrets and for optimizing their properties, new multilayer systems were inspected. The results of the TPT method showed the non-uniformity of the internal electric-field distribution in the shaped-macrodipoles and thus suggested the instability of the sample. Further investigation on multilayers ferroelectrets was suggested and the implementation of less conductive polymers layers too.
N2  - In dieser Arbeit wird eine zerstörungsfreie Technik zur Analyse, Optimierung, und Entwicklung neuer funktioneller Materialien für Sensoren, Wandler, Speicher und elektrooptische Anwendungen vorgestellt. Die Wärmepuls-Tomographie (engl. Thermal-Pulse Tomography, TPT) liefert dreidimensionale Abbildungen hoher Auflösung von elektrischen Feldern und Polarisationsverteilungen eines Materials. Bei dieser thermischen Methode wird ein fokussierter, gepulster Laserstrahl durch eine undurchsichtige Oberflächenelektrode absorbiert, welche sich dadurch aufheizt. Die einsetzende Wärmediffusion führt – aufgrund der Wärmeausdehnung des Materials – zu Änderungen der Probengeometrie, welche in pyroelektrischen Materialien einen Kurzschlussstrom oder eine Änderung des Oberflächenpotentials zur Folge hat. Diese wiederum enthalten wichtige Informationen über die räumliche Verteilung elektrischer Dipole und Raumladungen im untersuchten Material. Aus dem gemessenen Kurzsschlussstrom kann anschließend das interne elektrische Feld und die Polarisationsverteilung im Material mittels verschiedener Skalentransformations- und Regularisierungsmethoden rekonstruiert werden. Auf diese Weise ermöglichte die TPT-Methode erstmals die Darstellung inhomogener ferroelektrischer Schaltvorgänge in polymeren ferroelektrischen Filmen, welche mögliche Materialien für die Datenspeicherung sind. Die Ergebnisse zeigen eine typische Haftschicht im ferroelektrischen Polymer und unterstützen die Hypothese einer ferroelektrischen Umpolung auf einer der Korngröße äquivalenten Längenskala über Keimbildung und anschließendes Wachstum. Um die Lateral- und Tiefenauflösung zu untersuchen, wurden sowohl die TPT-Methode als auch die äquivalente Methode in der Zeitdomäne (Focused Laser Intensity Modulation Method, FLIMM) auf ferroelektrischen Filme mit Gitterelektroden angewendet. Die Ergebnisse beider Techniken zeigen nach der Datenauswertung mit unterschiedlichen Regularisierungs- und Scale-Methoden eine vollkommene Übereinstimmung. Des Weiteren stellte sich heraus, dass bisherige Untersuchungen der lateralen Auflösung von FLIMM diese möglicherweise überschätzen. Damit behauptet sich TPT als effiziente und verlässliche thermische Methode. Nach einer Optimierung der Optik wurde die TPT-Methode in polymerdispergierten Flüssigkristallen (polymer-dispersed liquid crystals, PDLC), welche in elektrooptischen Anwendungen von Interesse sind, angewendet. Die Ergebnisse deuten auf eine mögliche elektrostatischeWechselwirkung zwischen den COH-Gruppen des Flüssigkristalls und den Fluoratomen der verwendeten ferroelektrischen Matrix hin. Die durch rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen (scanning electron microscopy, SEM) gewonnenen geometrischen Parameter der Flüssigkristalltröpfchen konnten mittels TPT reproduziert werden. Für weitere Anwendungen werden schwach ferroelektrische Polymermatrices vorgeschlagen. Im Bestreben neue polymere Ferroelektrete zu entwickeln und deren Eigenschaften zu optimieren, wurden neuartige Mehrschichtsysteme untersucht. Die Ergebnisse aus der TPT-Methode zeigen eine Abweichung der Uniformität der inneren Verteilung des elektrischen Feldes in den geformten Makrodipolen, was auf eine Instabilität der Probe hindeutet. Ebenfalls wurden weitere Untersuchungen an Mehrschicht-Ferroelektreten und die Anwendung von halbleitenden Polymerschichten vorgeschlagen.
KW  - Ferroelektrik
KW  - Ferroelektrete
KW  - Wärmepuls-Tomographie
KW  - Polarisationsverteilung
KW  - Flüssigkristalle
KW  - Polarization distribution
KW  - Ferroelectrics
KW  - PDLC
KW  - Ferroelectrets
KW  - Thermal-Pulse Tomography
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60173
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TY  - THES
A1  - Stoyanov, Hristiyan
T1  - Soft nanocomposites with enhanced electromechanical response for dielectric elastomer actuators
T1  - Elastomer-Nanokomposite mit erhöhter elektro-mechanischer Sensitivität für dielektrische Elastomer Aktoren
N2  - Electromechanical transducers based on elastomer capacitors are presently considered for many soft actuation applications, due to their large reversible deformation in response to electric field induced electrostatic pressure. The high operating voltage of such devices is currently a large drawback, hindering their use in applications such as biomedical devices and biomimetic robots, however, they could be improved with a careful design of their material properties. The main targets for improving their properties are increasing the relative permittivity of the active material, while maintaining high electric breakdown strength and low stiffness, which would lead to enhanced electrostatic storage ability and hence, reduced operating voltage. Improvement of the functional properties is possible through the use of nanocomposites. These exploit the high surface-to-volume ratio of the nanoscale filler, resulting in large effects on macroscale properties. This thesis explores several strategies for nanomaterials design. The resulting nanocomposites are fully characterized with respect to their electrical and mechanical properties, by use of dielectric spectroscopy, tensile mechanical analysis, and electric breakdown tests. First, nanocomposites consisting of high permittivity rutile TiO2 nanoparticles dispersed in thermoplastic block copolymer SEBS (poly-styrene-coethylene-co-butylene-co-styrene) are shown to exhibit permittivity increases of up to 3.7 times, leading to 5.6 times improvement in electrostatic energy density, but with a trade-off in mechanical properties (an 8-fold increase in stiffness). The variation in both electrical and mechanical properties still allows for electromechanical improvement, such that a 27 % reduction of the electric field is found compared to the pure elastomer. Second, it is shown that the use of nanofiller conductive particles (carbon black (CB)) can lead to a strong increase of relative permittivity through percolation, however, with detrimental side effects. These are due to localized enhancement of the electric field within the composite, which leads to sharp reductions in electric field strength. Hence, the increase in permittivity does not make up for the reduction in breakdown strength in relation to stored electrical energy, which may prohibit their practical use. Third, a completely new approach for increasing the relative permittivity and electrostatic energy density of a polymer based on 'molecular composites' is presented, relying on chemically grafting soft π-conjugated macromolecules to a flexible elastomer backbone. Polarization caused by charge displacement along the conjugated backbone is found to induce a large and controlled permittivity enhancement (470 % over the elastomer matrix), while chemical bonding, encapsulates the PANI chains manifesting in hardly any reduction in electric breakdown strength, and hence resulting in a large increase in stored electrostatic energy. This is shown to lead to an improvement in the sensitivity of the measured electromechanical response (83 % reduction of the driving electric field) as well as in the maximum actuation strain (250 %). These results represent a large step forward in the understanding of the strategies which can be employed to obtain high permittivity polymer materials with practical use for electro-elastomer actuation.
N2  - Die Palette von elektro-mechanischen Aktuatoren, basierend auf dem Prinzip weicher dehnbarer Kondensatoren, scheint besonders für Anwendungen in der Medizin und für biomimetische Applikationen unbegrenzt. Diese Wandler zeichnen sich sowohl durch hohe Reversibilität bei großer mechanischer Deformation als auch durch ihre Flexibilität aus, wobei die mechanischen Deformationen durch elektrische Felder induziert werden. Die Notwendigkeit von hoher elektrischer Spannung zur Erzeugung dieser mechanischen Deformationen verzögert jedoch die technisch einfache und breite Markteinführung dieser Technologie. Diesem Problem kann durch eine gezielte Materialmodifikation begegnet werden. Eine Modifikation hat das Ziel, die relative Permittivität zu erhöhen, wobei die Flexibilität und die hohe elektrische Durchbruchsfeldstärke beibehalten werden sollten. Durch eine Materialmodifikation kann die Energiedichte des Materials bedeutend erhöht und somit die notwendige Betriebsspannung des Aktuators herabgesetzt werden. Eine Verbesserung der funktionalen Materialeigenschaften kann durch die Verwendung von Nanokompositen erzielt werden, welche die fundamentalen Eigenschaften der Nanopartikel, d.h. ein gutes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen nutzen, um eine gezielte makroskopische Materialmodifikation zu bewirken. Diese Arbeit behandelt die Anwendung innovativer Strategien für die Erzeugung von Nanomaterialien mit hoher Permittivität. Die so erzeugten Materialien und deren relevante Aktuatorkenngrößen werden durch elektrische und mechanische Experimente vollständig erfasst. Mittels der klassischen Mischansätze zur Erzeugung von Kompositmaterialen mit hoher Permittivität konnte durch nichtleitendes Titaniumdioxid TiO2 (Rutile) in einem Thermoplastischen-Block-Co-Polymer SEBS (poly-styrene-co-ethylene-cobutylene-co-styrene) die Permittivität bereits um 370 % erhöht und die elektrische Energiedichte um 570 % gesteigert werden. Diese Veränderungen führten jedoch zu einem signifikanten Anstieg der Steifigkeit des Materials. Aufgrund der positiven Rückkopplung von elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Kompositmaterials ermöglicht bereits dieser einfache Ansatz eine Verbesserung der Aktuation, bei einer 27 %-igen Reduktion der Aktuatorbetriebsspannung. Eine direkte Verwendung von leitfähigen Nanopartikeln kann ebenso zu einem Anstieg der relativen Permittivität beitragen, wobei jedoch die Leitfähigkeit dieser Nanopartikel bedeutende Wechselwirkungen verursacht, welche somit die Energiedichte des Materials negativ beeinflusst und die praktische Verwendung dieses Kompositsystems ausschließt. Als ein völlig neuer Ansatz zur Steigerung der relativen Permittivität und Energiedichte und abweichend vom klassischen Mischverfahren, wird die Herstellung eines "Molekularen Komposits", basierend auf einem chemischen Propfverfahren, präsentiert. In diesem Ansatz wird ein π-konjugiertes leitfähiges Polymer (PANI) an die Hauptkette des Elastomers der Polymermatrix gebunden. Die daraus resultierende Ladungsverteilung entlang der Elastomerhauptkette bewirkt eine 470 %-ige Steigerung der Permittivität des "Molekularen Komposits" im Vergleich zur Permittivität des unbehandelten Elastomermaterials. Aufgrund der Verkapselung der chemischen Bindungen der PANI-Kette entstehen kaum negative Rückwirkungen auf die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des so erzeugten Komposits. Diese Materialeigenschaften resultieren in einem signifikanten Anstieg der Energiedichte des Materials. Das mittels dieses Verfahrens erzeugte Komposit zeigt sowohl eine Steigerung der Sensitivität der elektromechanischen Antwort (Reduktion des elektrischen Felds um 83 %) als auch eine bedeutende Steigerung der maximalen Aktuation (250 %). Die Ergebnisse und Ideen dieser Arbeit stellen einen wesentlichen Sprung im Verständnis zur Permittivitätssteigerung in Polymermaterialien dar und werden deshalb in der Erforschung und Entwicklung von Elastomeraktuatoren Beachtung finden.
KW  - dielektrische Elastomere
KW  - Nanokomposite
KW  - hohe Permittivität
KW  - elektrostatische Energiedichte
KW  - elektromechanische Reaktion
KW  - dielectric elastomers
KW  - nanocomposites
KW  - high permittivity
KW  - electrostatic energy density
KW  - electromechanical response
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51194
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TY  - THES
A1  - Kalbitz, René
T1  - Stability of polarization in organic ferroelectric metal-insulator-semiconductor structures
T1  - Stabilität der Ferroelektrischen Polarisation in Organischen Metall-Isolator-Halbleiter Strukturen
N2  - Organic thin film transistors (TFT) are an attractive option for low cost electronic applications and may be used for active matrix displays and for RFID applications. To extend the range of applications there is a need to develop and optimise the performance of non-volatile memory devices that are compatible with the solution-processing fabrication procedures used in plastic electronics. A possible candidate is an organic TFT incorporating the ferroelectric co-polymer poly(vinylidenefluoride-trifluoroethylene)(P(VDF-TrFE)) as the gate insulator. Dielectric measurements have been carried out on all-organic metal-insulator-semiconductor structures with the ferroelectric polymer poly(vinylidenefluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) as the gate insu-lator. The capacitance spectra of MIS devices, were measured under different biases, showing the effect of charge accumulation and depletion on the Maxwell-Wagner peak. The position and height of this peak clearly indicates the lack of stable depletion behavior and the decrease of mobility when increasing the depletion zone width, i.e. upon moving into the P3HT bulk. The lack of stable depletion was further investigated with capacitance-voltage (C-V) measurements. When the structure was driven into depletion, C-V plots showed a positive flat-band voltage shift, arising from the change in polarization state of the ferroelectric insulator. When biased into accumulation, the polarization was reversed. It is shown that the two polarization states are stable i.e. no depolarization occurs below the coercive field. However, negative charge trapped at the semiconductor-insulator interface during the depletion cycle masks the negative shift in flat-band voltage expected during the sweep to accumulation voltages. The measured output characteristics of the studied ferroelectric-field-effect transistors confirmed the results of the C-V plots. Furthermore, the results indicated a trapping of electrons at the positively charged surfaces of the ferroelectrically polarized P(VDF-TrFE) crystallites near the insulator/semiconductor in-terface during the first poling cycles. The study of the MIS structure by means of thermally stimulated current (TSC) revealed further evidence for the stability of the polarization under depletion voltages. It was shown, that the lack of stable depletion behavior is caused by the compensation of the orientational polarization by fixed electrons at the interface and not by the depolarization of the insulator, as proposed in several publications. The above results suggest a performance improvement of non-volatile memory devices by the optimization of the interface.
N2  - Organische Transistoren sind besonders geeignet für die Herstellung verschiedener preisgünstiger, elektronischer Anwendungen, wie zum Beispiel Radio-Frequenz-Identifikations-Anhänger (RFID). Für die Erweiterung dieser Anwendung ist es notwendig die Funktion von organischen Speicherelementen weiter zu verbessern. Das ferroelektrische Polymer Poly(vinylidene-Fluoride-Trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) eignet sich besonders gut als remanent polarisierbarer Isolator in Dünnschich-Speicherelementen. Um Schalt- und Polarisationsverhalten solcher Speicherelemente zu untersuchen, wurden P(VDF-TrFE)-Kondensatoren und Metall-Halbleiter-Isolator-Proben sowie ferroelektrische Feld-Effekt-Transistoren (Fe-FET) aus dem Halbleiter Poly(3-Hexylthiophene) (P3HT) und P(VDF-TrFE) hergestellt und dielektrisch untersucht. Die Charakterisierung der MIS-Strukturen mittels spannungsabhängiger Kapazitätsspektren machte deutlich, dass es nicht möglich ist, einen stabilen Verarmungzustand (Aus-Zustand) zu realisieren. Kapazität-Spannungs-Messungen (C-V) an MIS-Proben mit uni/bi-polaren Spannungszyklen zeigten eine stabile ferroelektrische Polarisation des P(VDF-TrFE)-Films. Eine Depolarisation des Isolators durch den Mangel an Minoritäts-Ladungsträgern konnte als Grund für die Instabilität des Verarmungs-Zustandes ausgeschlossen werden. Die C-V-Kurven wiesen vielmehr auf die Existenz fixierter, negativer Ladungsträger an der Grenzfläche hin. Zusammenfassend kann festgestellt werden: die Ursache der Ladungsträgerinstabilitäten in organischen ferroelektrischen Speicherelementen ist auf die Kompensation der ferroelektrischen Orientierungspolarisation durch "getrappte"(fixierte) negative Ladungsträger zurückzuführen. Dieses Ergebnis liefert nun eine Grundlage für die Optimierung der Isolator/Halbleiter-Grenzfläche mit dem Ziel, die Zahl der Fallenzustände zu minimieren. Auf diesem Wege könnte die Stabilität des Speicherzustandes in organischen Dünnschichtspeicherelementen deutlich verbessert werden.
KW  - ferroelektrische Polarisation
KW  - Metall-Isolator-Halbleiter
KW  - organische Elektronik
KW  - Dielektrische Spektroskopie
KW  - Feld-Effekt-Transistoren
KW  - organic electronic
KW  - dielectric spectroskopie
KW  - non-volatile memory
KW  - organic electronic
KW  - ferroelectric polarization
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-57276
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TY  - THES
A1  - Menzel, Michael
T1  - Model-driven security in service-oriented architectures : leveraging security patterns to transform high-level security requirements to technical policies
T1  - Modell-getriebene Sicherheit in Service-orientierten Architekturen
N2  - Service-oriented Architectures (SOA) facilitate the provision and orchestration of business services to enable a faster adoption to changing business demands. Web Services provide a technical foundation to implement this paradigm on the basis of XML-messaging. However, the enhanced flexibility of message-based systems comes along with new threats and risks. To face these issues, a variety of security mechanisms and approaches is supported by the Web Service specifications. The usage of these security mechanisms and protocols is configured by stating security requirements in security policies. However, security policy languages for SOA are complex and difficult to create due to the expressiveness of these languages. To facilitate and simplify the creation of security policies, this thesis presents a model-driven approach that enables the generation of complex security policies on the basis of simple security intentions. SOA architects can specify these intentions in system design models and are not required to deal with complex technical security concepts. The approach introduced in this thesis enables the enhancement of any system design modelling languages – for example FMC or BPMN – with security modelling elements. The syntax, semantics, and notion of these elements is defined by our security modelling language SecureSOA. The metamodel of this language provides extension points to enable the integration into system design modelling languages. In particular, this thesis demonstrates the enhancement of FMC block diagrams with SecureSOA. To enable the model-driven generation of security policies, a domain-independent policy model is introduced in this thesis. This model provides an abstraction layer for security policies. Mappings are used to perform the transformation from our model to security policy languages. However, expert knowledge is required to generate instances of this model on the basis of simple security intentions. Appropriate security mechanisms, protocols and options must be chosen and combined to fulfil these security intentions. In this thesis, a formalised system of security patterns is used to represent this knowledge and to enable an automated transformation process. Moreover, a domain-specific language is introduced to state security patterns in an accessible way. On the basis of this language, a system of security configuration patterns is provided to transform security intentions related to data protection and identity management. The formal semantics of the security pattern language enable the verification of the transformation process introduced in this thesis and prove the correctness of the pattern application. Finally, our SOA Security LAB is presented that demonstrates the application of our model-driven approach to facilitate a dynamic creation, configuration, and execution of secure Web Service-based composed applications.
N2  - Im Bereich der Enterprisearchitekturen hat das Paradigma der Service-orientierten Architektur (SOA) in den vergangenen Jahren eine große Bedeutung erlangt. Dieser Ansatz ermöglicht die Strukturierung und Umsetzung verteilter, IT-basierter Geschäftsfunktionen, um einen effizienten und flexiblen Einsatz von IT-Ressourcen zu ermöglichen. Während in der Vergangenheit fachliche Anforderungen in monolithischen Applikationen umgesetzt wurden, setzt dieser Architekturansatz auf wiederverwendbare Dienste, die spezifische Geschäftsfunktionen implementieren. Diese Dienste können dann dynamisch zur Umsetzung von Geschäftsprozessen herangezogen werden und ermöglichen eine schnelle Reaktion auf verändernde geschäftliche Rahmenbedingungen durch Anpassung der Prozesse. Die einzelnen Dienste existieren unabhängig voneinander und sind lose über einen Nachrichtenaustausch gekoppelt. Diese Unabhängigkeit unterscheidet den SOA-Ansatz von der bisherigen Entwicklung klassischer verteilter Anwendungen. Die Verwendung unabhängiger Dienste geht aber auch mit einem größeren Gefährdungspotential einher, da eine Vielzahl von Schnittstellen bereitgestellt wird, die mittels komplexer Protokolle angesprochen werden können. Somit ist die korrekte Umsetzung von Sicherheitsmechanismen in allen Diensten und SOA-Infrastrukturkomponeten essentiell. Kommunikationspartner müssen an jedem Kommunikationsendpunkt authentifiziert und autorisiert werden und ausgetauschte Nachrichten müssen immer geschützt werden. Solche Sicherheitsanforderungen werden in technischen Sicherheitskonfigurationen (Policydokumenten) mittels einer Policysprache kodiert und werden an die Dienste verteilt, die diese Anforderungen durchsetzen. Da Policysprachen für SOA aber durch die Vielzahl und Vielfalt an Sicherheitsmechanismen, -protokollen und -standards eine hohe Komplexität aufweisen, sind Sicherheitskonfigurationen höchst fehleranfällig und mit viel Fachwissen zu erstellen. Um die Generierung von Sicherheitskonfigurationen in komplexen Systemen zu vereinfachen, wird in dieser Arbeit ein modellgetriebener Ansatz vorgestellt, der eine visuelle Modellierung von Sicherheitsanforderungen in Architekturmodellen ermöglicht und eine automatisierte Generierung von Sicherheitskonfigurationen auf Basis dieser Anforderungen unterstützt. Die Modellierungsebene ermöglicht eine einfache und abstrakte Darstellung von Sicherheitsanforderungen, die sich auch für Systemarchitekten erschließen, welche keine Sicherheits-experten sind. Beispielsweise können modellierte Daten einfach mit einem Schloss annotiert werden, um den Schutz dieser Daten zu fordern. Die Syntax, die Semantik und die Darstellung dieser Anforderungen werden durch die in dieser Arbeit vorgestellte Sicherheitsmodellierungssprache SecureSOA spezifiziert. Der vorgestellte modellgetriebene Ansatz transformiert die modellierten Anforderungen auf ein domänen-unabhängiges Policymodell, das eine Abstraktionsschicht zu konkreten Policysprachen bildet. Diese Abstrak-tionsschicht vereinfacht die Generierung von Sicherheitspolicies in verschiedenen Policysprachen. Allerdings kann diese Transformation nur erfolgen, wenn im System Expertenwissen hinterlegt ist, das die Auswahl von konkreten Sicherheitsmechanismen und -optionen bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit werden Entwurfsmuster für SOA-Sicherheit zur Transformation herangezogen, die dieses Wissen repräsentieren. Dazu wird ein Katalog von Entwurfsmustern eingeführt, der die Abbildung von abstrakten Sicherheitsanforderungen auf konkrete Konfigurationen ermöglicht. Diese Muster sind mittels einer Entwurfsmustersprache definiert, die in dieser Arbeit eingeführt wird. Die formale Semantik dieser Sprache ermöglicht die formale Verifikation des Transformationsprozesses, um die Korrektheit der Entwurfsmusteranwendung nachzuweisen. Die Definition dieses Entwurfsmusterkatalogs und der darauf basierende Transformationsprozess ermöglichen die Abbildung von abstrakten Sicherheitsanforderungen auf konkrete technische Sicherheitskonfigurationen und stellen den Beitrag dieser Arbeit dar. Abschließend wird in dieser Arbeit das SOA-Security-Lab vorgestellt, das die Umsetzung dieses Ansatzes demonstriert.
KW  - IT-Sicherheit
KW  - Service-Orientierte Architekturen
KW  - Modell-getriebene Sicherheit
KW  - Sicherheitsmodellierung
KW  - Entwurfsmuster für SOA-Sicherheit
KW  - IT-Security
KW  - Service-oriented Architectures
KW  - Modell-driven Security
KW  - Security Modelling
KW  - SOA Security Pattern
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59058
ER  - 
TY  - THES
A1  - Robinson, Alexander
T1  - Modeling the Greenland Ice Sheet response to climate change in the past and future
T1  - Modellierung der Reaktion des Grönländischen Inlandeises auf den vergangenen und zukünftigen Klimawandel
N2  - The Greenland Ice Sheet (GIS) contains enough water volume to raise global sea level by over 7 meters. It is a relic of past glacial climates that could be strongly affected by a warming world. Several studies have been performed to investigate the sensitivity of the ice sheet to changes in climate, but large uncertainties in its long-term response still exist. In this thesis, a new approach has been developed and applied to modeling the GIS response to climate change. The advantages compared to previous approaches are (i) that it can be applied over a wide range of climatic scenarios (both in the deep past and the future), (ii) that it includes the relevant feedback processes between the climate and the ice sheet and (iii) that it is highly computationally efficient, allowing simulations over very long timescales. The new regional energy-moisture balance model (REMBO) has been developed to model the climate and surface mass balance over Greenland and it represents an improvement compared to conventional approaches in modeling present-day conditions. Furthermore, the evolution of the GIS has been simulated over the last glacial cycle using an ensemble of model versions. The model performance has been validated against field observations of the present-day climate and surface mass balance, as well as paleo information from ice cores. The GIS contribution to sea level rise during the last interglacial is estimated to be between 0.5-4.1 m, consistent with previous estimates. The ensemble of model versions has been constrained to those that are consistent with the data, and a range of valid parameter values has been defined, allowing quantification of the uncertainty and sensitivity of the modeling approach. Using the constrained model ensemble, the sensitivity of the GIS to long-term climate change was investigated. It was found that the GIS exhibits hysteresis behavior (i.e., it is multi-stable under certain conditions), and that a temperature threshold exists above which the ice sheet transitions to an essentially ice-free state. The threshold in the global temperature is estimated to be in the range of 1.3-2.3°C above preindustrial conditions, significantly lower than previously believed. The timescale of total melt scales non-linearly with the overshoot above the temperature threshold, such that a 2°C anomaly causes the ice sheet to melt in ca. 50,000 years, but an anomaly of 6°C will melt the ice sheet in less than 4,000 years. The meltback of the ice sheet was found to become irreversible after a fraction of the ice sheet is already lost – but this level of irreversibility also depends on the temperature anomaly.
N2  - Das grönländische Inlandeis (GIS) besteht aus einem Wasservolumen das ausreicht, um den globalen Meeresspiegel um 7 Meter ansteigen zu lassen. Es ist ein Relikt der vergangenen Eiszeit, das in einer zunehmend wärmer werdenden Welt stark in Mitleidenschaft gezogen werden könnte. In der vorliegenden Dissertation ist ein neues Verfahren zur Modellierung des Antwortverhaltens des Inlandeises auf Klimaänderungen entwickelt und angewendet worden. Die Vorteile des neuen Verfahrens im Vergleich zu den bisherigen Verfahren sind, (i) dass es über einen groen Bereich von Klimaszenarien (sowohl für die ferne Vergangenheit als auch für die Zukunft) anwendbar ist, (ii) dass es die wesentlichen Rückkopplungsprozesse zwischen Klima und Inlandeis enthält und (iii) dass es wegen seiner guten Rechenzeiteffizienz Simulationen über sehr lange Zeitskalen erlaubt. Das neue Modell (REMBO) ist für die Modellierung des Klimas und der Massenbilanz an der grönländischen Oberfläche entwickelt worden und stellt ein verbessertes Verfahren im Vergleich zu den bisherigen dar. Die Entwicklung von GIS über den letzten glazialen Zyklus ist mittels eines Ensembles von verschiedenen Modellversionen simuliert worden. Anschließend ist die Tauglichkeit der Modellversionen durch Vergleich mit Beobachtungsdaten des gegenwärtigen Klimas und der Oberflächenmassenbilanz, sowie mit paleoklimatischen Rekonstruktionen von Eisbohrkernen verifiziert worden. Der Anteil von GIS am Meeresspiegelanstieg während des letzten Interglazials ist im Bereich von 0.5 bis 4.1 m berechnet worden, was konsistent mit bisherigen Schätzungen ist. Von den Ensemblesimulationen sind diejenigen ausgewählt worden, deren Ergebnisse gut mit den Daten übereinstimmen. Durch die Auswahl von geeigneten Modellversionen sind gleichzeitig die Unsicherheiten der Parameterwerte begrenzt worden, so dass sich nun mit dem neuen Verfahren die Sensitivität von GIS auf Klimaänderungen bestimmen lässt. Mit den ausgewählten Modellversionen ist die Sensitivität von GIS auf langfristige Klimaänderungen untersucht worden. Es zeigt sich, dass das GIS ein Hystereseverhalten besitzt (d.h., eine Multistabilität für gewisse Klimazustände) und dass ein Temperaturschwellwert existiert. Bei Überschreiten des Schwellwertes bleibt das GIS nicht erhalten und wird langsam eisfrei werden. Der Temperaturschwellwert der globalen Mitteltemperatur relativ zur vorindustriellen Mitteltemperatur ist im Bereich 1.3-2.3°C ermittelt worden und liegt damit deutlich niedriger als bisher angenommen. Die Zeitdauer bis zum völligen Abschmelzen zeigt ein nichtlineares Verhalten hinsichtlich einer Erwärmung über den ermittelten Schwellwert. Eine Erwärmung von 2°C relativ zur vorindustriellen Zeit führt zu einem Abschmelzen nach 50.000 Jahren, aber eine Erwärmung um 6°C lässt das Inlandeis bereits nach 4.000 Jahren abschmelzen. Ein weiteres Ergebnis ist, dass der Abschmelzvorgang irreversibel werden kann, nachdem ein gewisser Anteil des Inlandeises abgeschmolzen ist – jedoch ist die Irreversibilität eines Abschmelzvorganges auch von der Temperaturanomalie abhängig.
KW  - Grönland
KW  - Inlandeis
KW  - Klimawandel
KW  - Stabilität
KW  - Hysterese
KW  - Greenland
KW  - ice sheet
KW  - climate change
KW  - stability
KW  - hysteresis
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-50430
ER  - 
TY  - THES
A1  - Andorf, Sandra
T1  - A systems biological approach towards the molecular basis of heterosis in Arabidopsis thaliana
T1  - Ein systembiologischer Ansatz für das Verständnis der molekularen Grundlagen von Heterosis in Arabidopsis thaliana
N2  - Heterosis is defined as the superiority in performance of heterozygous genotypes compared to their corresponding genetically different homozygous parents. This phenomenon is already known since the beginning of the last century and it has been widely used in plant breeding, but the underlying genetic and molecular mechanisms are not well understood. In this work, a systems biological approach based on molecular network structures is proposed to contribute to the understanding of heterosis. Hybrids are likely to contain additional regulatory possibilities compared to their homozygous parents and, therefore, they may be able to correctly respond to a higher number of environmental challenges, which leads to a higher adaptability and, thus, the heterosis phenomenon. In the network hypothesis for heterosis, presented in this work, more regulatory interactions are expected in the molecular networks of the hybrids compared to the homozygous parents. Partial correlations were used to assess this difference in the global interaction structure of regulatory networks between the hybrids and the homozygous genotypes. This network hypothesis for heterosis was tested on metabolite profiles as well as gene expression data of the two parental Arabidopsis thaliana accessions C24 and Col-0 and their reciprocal crosses. These plants are known to show a heterosis effect in their biomass phenotype. The hypothesis was confirmed for mid-parent and best-parent heterosis for either hybrid of our experimental metabolite as well as gene expression data. It was shown that this result is influenced by the used cutoffs during the analyses. Too strict filtering resulted in sets of metabolites and genes for which the network hypothesis for heterosis does not hold true for either hybrid regarding mid-parent as well as best-parent heterosis. In an over-representation analysis, the genes that show the largest heterosis effects according to our network hypothesis were compared to genes of heterotic quantitative trait loci (QTL) regions. Separately for either hybrid regarding mid-parent as well as best-parent heterosis, a significantly larger overlap between the resulting gene lists of the two different approaches towards biomass heterosis was detected than expected by chance. This suggests that each heterotic QTL region contains many genes influencing biomass heterosis in the early development of Arabidopsis thaliana. Furthermore, this integrative analysis led to a confinement and an increased confidence in the group of candidate genes for biomass heterosis in Arabidopsis thaliana identified by both approaches.
N2  - Als Heterosis-Effekt wird die Überlegenheit in einem oder mehreren Leistungsmerkmalen (z.B. Blattgröße von Pflanzen) von heterozygoten (mischerbigen) Nachkommen über deren unterschiedlich homozygoten (reinerbigen) Eltern bezeichnet. Dieses Phänomen ist schon seit Beginn des letzten Jahrhunderts bekannt und wird weit verbreitet in der Pflanzenzucht genutzt. Trotzdem sind die genetischen und molekularen Grundlagen von Heterosis noch weitestgehend unbekannt. Es wird angenommen, dass heterozygote Individuen mehr regulatorische Möglichkeiten aufweisen als ihre homozygoten Eltern und sie somit auf eine größere Anzahl an wechselnden Umweltbedingungen richtig reagieren können. Diese erhöhte Anpassungsfähigkeit führt zum Heterosis-Effekt. In dieser Arbeit wird ein systembiologischer Ansatz, basierend auf molekularen Netzwerkstrukturen verfolgt, um zu einem besseren Verständnis von Heterosis beizutragen. Dazu wird eine Netzwerkhypothese für Heterosis vorgestellt, die vorhersagt, dass die heterozygoten Individuen, die Heterosis zeigen, mehr regulatorische Interaktionen in ihren molekularen Netzwerken aufweisen als die homozygoten Eltern. Partielle Korrelationen wurden verwendet, um diesen Unterschied in den globalen Interaktionsstrukturen zwischen den Heterozygoten und ihren homozygoten Eltern zu untersuchen. Die Netzwerkhypothese wurde anhand von Metabolit- und Genexpressionsdaten der beiden homozygoten Arabidopsis thaliana Pflanzenlinien C24 und Col-0 und deren wechselseitigen Kreuzungen getestet. Arabidopsis thaliana Pflanzen sind bekannt dafür, dass sie einen Heterosis-Effekt im Bezug auf ihre Biomasse zeigen. Die heterozygoten Pflanzen weisen bei gleichem Alter eine höhere Biomasse auf als die homozygoten Pflanzen. Die Netzwerkhypothese für Heterosis konnte sowohl im Bezug auf mid-parent Heterosis (Unterschied in der Leistung des Heterozygoten im Vergleich zum Mittelwert der Eltern) als auch auf best-parent Heterosis (Unterschied in der Leistung des Heterozygoten im Vergleich zum Besseren der Eltern) für beide Kreuzungen für die Metabolit- und Genexpressionsdaten bestätigt werden. In einer Überrepräsentations-Analyse wurden die Gene, für die die größte Veränderung in der Anzahl der regulatorischen Interaktionen, an denen sie vermutlich beteiligt sind, festgestellt wurde, mit den Genen aus einer quantitativ genetischen (QTL) Analyse von Biomasse-Heterosis in Arabidopsis thaliana verglichen. Die ermittelten Gene aus beiden Studien zeigen eine größere Überschneidung als durch Zufall erwartet. Das deutet darauf hin, dass jede identifizierte QTL-Region viele Gene, die den Biomasse-Heterosis-Effekt in Arabidopsis thaliana beeinflussen, enthält. Die Gene, die in den Ergebnislisten beider Analyseverfahren überlappen, können mit größerer Zuversicht als Kandidatengene für Biomasse-Heterosis in Arabidopsis thaliana betrachtet werden als die Ergebnisse von nur einer Studie.
KW  - Systembiologie
KW  - Heterosis
KW  - Molekulare Profildaten
KW  - Integrative Analyse
KW  - Systems biology
KW  - Heterosis
KW  - Molecular profile data
KW  - Integrative analysis
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51173
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reusser, Dominik Edwin
T1  - Combining smart model diagnostics and effective data collection for snow catchments
T1  - Zeitlich aufgelöste Modelldiagnose und kosteneffektive Messungen für Schneeeinzugsgebiete
N2  - Complete protection against flood risks by structural measures is impossible. Therefore flood prediction is important for flood risk management. Good explanatory power of flood models requires a meaningful representation of bio-physical processes. Therefore great interest exists to improve the process representation. Progress in hydrological process understanding is achieved through a learning cycle including critical assessment of an existing model for a given catchment as a first step. The assessment will highlight deficiencies of the model, from which useful additional data requirements are derived, giving a guideline for new measurements. These new measurements may in turn lead to improved process concepts. The improved process concepts are finally summarized in an updated hydrological model. In this thesis I demonstrate such a learning cycle, focusing on the advancement of model evaluation methods and more cost effective measurements. For a successful model evaluation, I propose that three questions should be answered: 1) when is a model reproducing observations in a satisfactory way? 2) If model results deviate, of what nature is the difference? And 3) what are most likely the relevant model components affecting these differences? To answer the first two questions, I developed a new method to assess the temporal dynamics of model performance (or TIGER - TIme series of Grouped Errors). This method is powerful in highlighting recurrent patterns of insufficient model behaviour for long simulation periods. I answered the third question with the analysis of the temporal dynamics of parameter sensitivity (TEDPAS). For calculating TEDPAS, an efficient method for sensitivity analysis is necessary. I used such an efficient method called Fourier Amplitude Sensitivity Test, which has a smart sampling scheme. Combining the two methods TIGER and TEDPAS provided a powerful tool for model assessment. With WaSiM-ETH applied to the Weisseritz catchment as a case study, I found insufficient process descriptions for the snow dynamics and for the recession during dry periods in late summer and fall. Focusing on snow dynamics, reasons for poor model performance can either be a poor representation of snow processes in the model, or poor data on snow cover, or both. To obtain an improved data set on snow cover, time series of snow height and temperatures were collected with a cost efficient method based on temperature measurements on multiple levels at each location. An algorithm was developed to simultaneously estimate snow height and cold content from these measurements. Both, snow height and cold content are relevant quantities for spring flood forecasting. Spatial variability was observed at the local and the catchment scale with an adjusted sampling design. At the local scale, samples were collected on two perpendicular transects of 60 m length and analysed with geostatistical methods. The range determined from fitted theoretical variograms was within the range of the sampling design for 80% of the plots. No patterns were found, that would explain the random variability and spatial correlation at the local scale. At the watershed scale, locations of the extensive field campaign were selected according to a stratified sample design to capture the combined effects of elevation, aspect and land use. The snow height is mainly affected by the plot elevation. The expected influence of aspect and land use was not observed. To better understand the deficiencies of the snow module in WaSiM-ETH, the same approach, a simple degree day model was checked for its capability to reproduce the data. The degree day model was capable to explain the temporal variability for plots with a continuous snow pack over the entire snow season, if parameters were estimated for single plots. However, processes described in the simple model are not sufficient to represent multiple accumulation-melt-cycles, as observed for the lower catchment. Thus, the combined spatio-temporal variability at the watershed scale is not captured by the model. Further tests on improved concepts for the representation of snow dynamics at the Weißeritz are required. From the data I suggest to include at least rain on snow and redistribution by wind as additional processes to better describe spatio-temporal variability. Alternatively an energy balance snow model could be tested. Overall, the proposed learning cycle is a useful framework for targeted model improvement. The advanced model diagnostics is valuable to identify model deficiencies and to guide field measurements. The additional data collected throughout this work helps to get a deepened understanding of the processes in the Weisseritz catchment.
N2  - Modelle zur Hochwasservorhersage und –warnung basieren auf einer bio-physikalisch Repräsentation der relevanten hydrologischen Prozesse. Eine Verbesserungen der Beschreibung dieser Prozesse kann zuverlässigere Vorhersagen ermöglichen. Dazu wird die Benutzung eines Lernzykluses bestehend aus einer kritische Beurteilung eines existierenden Modells, der Erhebung zusätzlicher Daten, der Bildung eines vertieften Verständnis und einer Überarbeitung des Modells vorgeschlagen. In dieser Arbeit wird ein solcher Lernzyklus aufgegriffen, wobei der Schwerpunkt auf einer verbesserten Modellanalyse und kosteneffizientere Messungen liegt. Für eine erfolgreiche Modellbeurteilung sind drei Fragen zu beantworten: 1) Wann reproduziert ein Modell die beobachteten Werte in einer zufriedenstellenden Weise (nicht)? 2) Wie lassen sich die Abweichungen charakterisieren? und 3) welches sind die Modellkomponenten, die diese Abweichungen bedingen? Um die ersten beiden Fragen zu beantworten, wird eine neue Methode zur Beurteilung des zeitlichen Verlaufs der Modellgüte vorgestellt. Eine wichtige Stärke ist, dass wiederholende Muster ungenügender Modellgüte auch für lange Simulationsläufe einfach identifiziert werden können. Die dritte Frage wird durch die Analyse des zeitlichen Verlaufs der Parametersensitivität beantwortet. Eine Kombination der beiden Methoden zur Beantwortung aller drei Fragen stellt ein umfangreiches Werkzeug für die Analyse hydrologischer Modelle zur Verfügung. Als Fallstudie wurde WaSiM-ETH verwendet, um das Einzugsgebiet der wilden Weißeritz zu modellieren. Die Modellanalyse von WaSiM-ETH hat ergeben, dass die Schneedynamik und die Rezession während trockener Perioden im Spätsommer und Herbst, für eine Beschreibung der Prozesse an der Weißeritz nicht geeignet sind. Die Erhebung zusätzlicher Daten zum besseren Verständnis der Schneedynamik bildet den nächste Schritt im Lernzyklus. Daten über Schneetemperaturen und Schneehöhen wurden mit Hilfe eines neuen, preisgünstigen Verfahrens erhoben. Dazu wurde die Temperatur an jedem Standort mit unterschiedlichen Abständen zum Boden gemessen und mit einem neuen Algorithmus in Schneehöhe und Kältegehalt umgerechnet. Die Schneehöhe und Kältegehalt sind wichtige Größen für die Vorhersage von Frühjahrshochwassern. Die räumliche Variabilität der Schneedecke auf der Einzugsgebietsskala wurde entsprechend der Landnutzung, der Höhenzone und der Ausrichtung stratifiziert untersucht, wobei lediglich der Einfluss der Höhe nachgewiesen werden konnte, während Ausrichtung und Landnutzung keinen statistisch signifikanten Einfluss hatten. Um die Defizite des WaSiM-ETH Schneemodules für die Beschreibung der Prozesse im Weißeritzeinzugsgebiets besser zu verstehen, wurde der gleiche konzeptionelle Ansatz als eigenständiges, kleines Modell benutzt, um die Dynamik in den Schneedaten zu reproduzieren. Während dieses Grad-Tag-Modell in der Lage war, den zeitlichen Verlauf für Flächen mit einer kontinuierlichen Schneedecke zu reproduzieren, konnte die Dynamik für Flächen mit mehreren Akkumulations- und Schmelzzyklen im unteren Einzugsgebiet vom Modell nicht abgebildet werden. Vorschläge zur Verbesserung des Modells werden in der Arbeit gemacht. Zusammenfassend hat sich das Lernzyklus-Konzept als nützlich erwiesen, um gezielt an einer Modellverbesserung zu arbeiten. Die differenzierte Modelldiagnose ist wertvoll, um Defizite im Modellkonzept zu identifizieren. Die während dieser Studie erhobenen Daten sind geeignet, um ein verbessertes Verständnis der Schnee-Prozesse an der Weißeritz zu erlangen.
KW  - Hydrologie
KW  - Modellierung
KW  - Modell Diagnose
KW  - Schnee
KW  - Sensitivitätsanalyse
KW  - hydrology
KW  - modelling
KW  - model diagnostics
KW  - snow
KW  - sensitivity analysis
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52574
ER  - 
TY  - THES
A1  - Naaf, Tobias
T1  - Floristic homogenization and impoverishment : herb layer changes over two decades in deciduous forest patches of the Weser-Elbe region (NW Germany)
T1  - Floristische Homogenisierung und Verarmung : Krautschichtveränderungen über 20 Jahre in Laubwaldfragmenten des Elbe-Weser-Dreiecks (NW-Dtl.)
N2  - Human-induced alterations of the environment are causing biotic changes worldwide, including the extinction of species and a mixing of once disparate floras and faunas. One type of biological communities that is expected to be particularly affected by environmental alterations are herb layer plant communities of fragmented forests such as those in the west European lowlands. However, our knowledge about current changes in species diversity and composition in these communities is limited due to a lack of adequate long-term studies. In this thesis, I resurveyed the herb layer communities of ancient forest patches in the Weser-Elbe region (NW Germany) after two decades using 175 semi-permanent plots. The general objectives were (i) to quantify changes in plant species diversity considering also between-community (β) and functional diversity, (ii) to determine shifts in species composition in terms of species’ niche breadth and functional traits and (iii) to find indications on the most likely environmental drivers for the observed changes. These objectives were pursued with four independent research papers (Chapters 1-4) whose results were brought together in a General Discussion. Alpha diversity (species richness) increased by almost four species on average, whereas β diversity tended to decrease (Chapter 1). The latter is interpreted as a beginning floristic homogenization. The observed changes were primarily the result of a spread of native habitat generalists that are able to tolerate broad pH and moisture ranges. The changes in α and β diversity were only significant when species abundances were neglected (Chapters 1 and 2), demonstrating that the diversity changes resulted mainly from gains and losses of low-abundance species. This study is one of the first studies in temperate Europe that demonstrates floristic homogenization of forest plant communities at a larger than local scale. The diversity changes found at the taxonomic level did not result in similar changes at the functional level (Chapter 2). The likely reason is that these communities are functionally “buffered”. Single communities involve most of the functional diversity of the regional pool, i.e., they are already functionally rich, while they are functionally redundant among each other, i.e., they are already homogeneous. Independent of taxonomic homogenization, the abundance of 30 species decreased significantly (Chapter 4). These species included 12 ancient forest species (i.e., species closely tied to forest patches with a habitat continuity > 200 years) and seven species listed on the Red List of endangered plant species in NW Germany. If these decreases continue over the next decades, local extinctions may result. This biotic impoverishment would seriously conflict with regional conservation goals. Community assembly mechanisms changed at the local level particularly at sites that experienced disturbance by forest management activities between the sampling periods (Chapter 3). Disturbance altered community assembly mechanisms in two ways: (i) it relaxed environmental filters and allowed the coexistence of different reproduction strategies, as reflected by a higher diversity of reproductive traits at the time of the resurvey, and (ii) it enhanced light availability and tightened competitive filters. These limited the functional diversity with respect to canopy height and selected for taller species. Thirty-one winner and 30 loser species, which had significantly increased or decreased in abundance, respectively, were characterized by various functional traits and ecological performances to find indications on the most likely environmental drivers for the observed floristic changes (Chapter 4). Winner species had higher seed longevity, flowered later in the season and had more often an oceanic distribution compared to loser species. Loser species tended to have a higher specific leaf area, to be more susceptible to deer browsing and to have a performance optimum at higher soil pH values compared to winner species. Multiple logistic regression analyses indicated that disturbances due to forest management interventions were the primary cause of the species shifts. As one of the first European resurvey studies, this study provides indications that an enhanced browsing pressure due to increased deer densities and increasingly warmer winters are important drivers. The study failed to demonstrate that eutrophication and acidification due to atmospheric deposition substantially drive herb layer changes. The restriction of the sample to the most base-rich sites in the region is discussed as a likely reason. Furthermore, the decline of several ancient forest species is discussed as an indication that the forest patches are still paying off their “extinction debt”, i.e., exhibit a delayed response to forest fragmentation.
N2  - Umweltveränderungen beeinträchtigen weltweit die Artenvielfalt. Die Lebensgemeinschaften fragmentierter Lebensräume gelten als besonders anfällig für Veränderungen. In dieser Arbeit wurden Untersuchungen an Krautschichtgemeinschaften historisch alter Waldfragmente im Elbe-Weser-Dreieck nach zwei Jahrzehnten wiederholt. Ziel war es anhand von 175 semi-permanenten Aufnahmeflächen (i) die Veränderungen der Pflanzenartendiversität zu quantifizieren, (ii) Artenverschiebungen in Bezug auf Nischenbreite und funktionale Merkmale festzustellen und (iii) Hinweise auf die verantwortlichen Umweltveränderungen zu finden. Die α-Diversität (Artenzahl) stieg durchschnittlich um vier Arten an. Die β-Diversität (Artenturnover zwischen den Flächen) nahm tendenziell ab. Letzteres wird als Beginn einer floristischen Homogenisierung interpretiert. Diese Studie ist eine der ersten im gemäßigten Europa, die eine floristische Homogenisierung von Waldpflanzengemeinschaften auf einer größeren als der lokalen Ebene aufzeigt. Die Diversitätsveränderungen auf taxonomischer Ebene führten nicht zu ähnlichen Veränderungen auf funktionaler Ebene. Bereits einzelne Gemeinschaften wiesen den Großteil der funktionalen Vielfalt des regionalen Artenpools, also ein Maximum an funktionaler Diversität auf. Gleichzeitig waren sie untereinander funktional redundant, also bereits homogen. Die mit der beginnenden taxonomischen Homogenisierung verbundene floristische Verarmung wird als gering eingestuft, da die Homogenisierung primär das Ergebnis der Zuwanderung häufig vorkommender Standortgeneralisten war. Unabhängig von der Homogenisierung gingen 30 Arten signifikant in ihrer Abundanz zurück, darunter 12 an historisch alte Wälder gebundene Arten sowie sieben Rote-Liste-Arten. Ein weiterer Rückgang oder ein lokales Aussterben dieser Arten stünde im Widerspruch zu regionalen Naturschutzzielen. Nullmodelltests und der Vergleich funktionaler und taxonomischer Diversitätskomponenten lassen auf regionaler Ebene auf eine zeitliche Konstanz der grundlegenden Mechanismen der Artenvergesellschaftung schließen. Auf der lokalen Ebene veränderten sich die Vergesellschaftungsmechanismen erheblich, insbesondere auf forstwirtschaftlich gestörten Standorten. Einerseits ermöglichte dort eine Abschwächung der Umweltfilter die Koexistenz von Arten mit unterschiedlichen Reproduktionsstrategien. Andererseits führte die erhöhte Lichtverfügbarkeit zu einer Verstärkung der Konkurrenzfilter und einer Selektion hochwüchsiger Arten. Gewinner- und Verliererarten wurden anhand funktionaler Merkmale und ihres ökologischen Verhaltens charakterisiert, um Hinweise auf die verantwortlichen Umweltveränderungen zu finden. Gewinnerarten wiesen eine höhere Langlebigkeit der Samen auf, blühten später in der Vegetationsperiode und hatten öfter eine ozeanische Verbreitung. Verliererarten hatten eine höhere spezifische Blattfläche, einen höheren Attraktivitätswert als Wildäsung und ein ökologisches Optimum bei höheren pH-Werten. Logistische Regressionsanalysen zeigen, dass Störung durch forstwirtschaftliche Eingriffe hauptverantwortlich für die Artenverschiebungen war. Zusätzlich liefert diese Wiederholungsstudie als eine der ersten in Europa Hinweise darauf, dass ein erhöhter Äsungsdruck sowie zunehmend mildere Winter entscheidende Einflussfaktoren darstellen. Der Rückgang mehrerer an historisch alte Wälder gebundener Arten wird als Anzeichen für eine verspätete Reaktion auf die Waldfragmentierung diskutiert.
KW  - Beta-Diversität
KW  - Funktionelle Diversität
KW  - Globaler Wandel
KW  - Langzeitveränderung
KW  - Wiederholungsstudie
KW  - beta diversity
KW  - functional diversity
KW  - global change
KW  - long-term change
KW  - resurvey
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52446
ER  - 
TY  - THES
A1  - Castro Prieto, Aines del Carmen
T1  - Immunogenetics of free-ranging felids on Namibian farmlands
T1  - Immungenetik freilebender Raubkatzen in landwirtschaftlich genutzten Regionen Namibias
N2  - Genetic variation is crucial for the long-term survival of the species as it provides the potential for adaptive responses to environmental changes such as emerging diseases. The Major Histocompatibility Complex (MHC) is a gene family that plays a central role in the vertebrate’s immune system by triggering the adaptive immune response after exposure to pathogens. MHC genes have become highly suitable molecular markers of adaptive significance. They synthesize two primary cell surface molecules namely MHC class I and class II that recognize short fragments of proteins derived respectively from intracellular (e.g. viruses) and extracellular (e.g. bacteria, protozoa, arthropods) origins and present them to immune cells. High levels of MHC polymorphism frequently observed in natural populations are interpreted as an adaptation to detect and present a wide array of rapidly evolving pathogens. This variation appears to be largely maintained by positive selection driven mainly by pathogenic selective pressures. For my doctoral research I focused on MHC I and II variation in free-ranging cheetahs (Acinonyx jubatus) and leopards (Panthera pardus) on Namibian farmlands. Both felid species are sympatric thus subject to similar pathogenic pressures but differ in their evolutionary and demographic histories. The main aims were to investigate 1) the extent and patterns of MHC variation at the population level in both felids, 2) the association between levels of MHC variation and disease resistance in free-ranging cheetahs, and 3) the role of selection at different time scales in shaping MHC variation in both felids. Cheetahs and leopards represent the largest free-ranging carnivores in Namibia. They concentrate in unprotected areas on privately owned farmlands where domestic and other wild animals also occur and the risk of pathogen transmission is increased. Thus, knowledge on adaptive genetic variation involved in disease resistance may be pertinent to both felid species’ conservation. The cheetah has been used as a classic example in conservation genetics textbooks due to overall low levels of genetic variation. Reduced variation at MHC genes has been associated with high susceptibility to infectious diseases in cheetahs. However, increased disease susceptibility has only been observed in captive cheetahs whereas recent studies in free-ranging Namibian cheetahs revealed a good health status. This raised the question whether the diversity at MHC I and II genes in free-ranging cheetahs is higher than previously reported. In this study, a total of 10 MHC I alleles and four MHC II alleles were observed in 149 individuals throughout Namibia. All alleles but one likely belong to functional MHC genes as their expression was confirmed. The observed alleles belong to four MHC I and three MHC II genes in the species as revealed by phylogenetic analyses. Signatures of historical positive selection acting on specific sites that interact directly with pathogen-derived proteins were detected in both MHC classes. Furthermore, a high genetic differentiation at MHC I was observed between Namibian cheetahs from east-central and north-central regions known to differ substantially in exposure to feline-specific viral pathogens. This suggests that the patterns of MHC I variation in the current population mirrors different pathogenic selective pressure imposed by viruses. Cheetahs showed low levels of MHC diversity compared with other mammalian species including felids, but this does not seem to influence the current immunocompetence of free-ranging cheetahs in Namibia and contradicts the previous conclusion that the cheetah is a paradigm species of disease susceptibility. However, it cannot be ruled out that the low MHC variation might limit a prosperous immunocompetence in the case of an emerging disease scenario because none of the remaining alleles might be able to recognize a novel pathogen. In contrast to cheetahs, leopards occur in most parts of Africa being perhaps the most abundant big cat in the continent. Leopards seem to have escaped from large-scale declines due to epizootics in the past in contrast to some free-ranging large carnivore populations in Africa that have been afflicted by epizootics. Currently, no information about the MHC sequence variation and constitution in African leopards exists. In this study, I characterized genetic variation at MHC I and MHC II genes in free-ranging leopards from Namibia. A total of six MHC I and six MHC II sequences were detected in 25 individuals from the east-central region. The maximum number of sequences observed per individual suggests that they likely correspond to at least three MHC I and three MHC II genes. Hallmarks of MHC evolution were confirmed such as historical positive selection, recombination and trans-species polymorphism. The low MHC variation detected in Namibian leopards is not conclusive and further research is required to assess the extent of MHC variation in different areas of its geographic range. Results from this thesis will contribute to better understanding the evolutionary significance of MHC and conservation implications in free-ranging felids. Translocation of wildlife is an increasingly used management tool for conservation purposes that should be conducted carefully as it may affect the ability of the translocated animals to cope with different pathogenic selective pressures.
N2  - Genetische Variabilität ist entscheidend für das langfristige Überleben von Arten, denn es ermöglicht dem Organismus sich Umweltveränderungen, wie z.B. neu aufkommende Krankheiten, schneller anzupassen. Der Haupthistocompatibilitätskomplex (MHC) ist eine Familie von Genen, der eine zentrale Rolle im Immunsystem von Wirbeltieren zukommt, da sie nach Pathogenkontakt das adaptive Immunsystem aktivieren. Zudem sind MHC Gene geeignete molekulare Marker um Anpassungsfähigkeiten aufzuzeigen. MHC Gene kodieren primär für Zelloberflächenmoleküle, die kurze Peptidfragmente erkennen und den Immunzellen präsentieren, die im Falle der Klasse I Gene intrazellulären (z.B. von Viren) oder im Falle der Klasse II Gene extrazellulären (z.B. von Bakterien, Protozoen, Arthropoden) Ursprungs sein können. In der Regel wird in natürlich vorkommenden Populationen ein hoher Grad an Polymorphismus im MHC beobachtet, was als Anpassung an das Erkennen und Präsentieren einer großen Anzahl sich schnell entwickelnder Pathogene interpretiert wird. Das Bestehen vieler MHC Varianten über große Zeiträume hinweg wird hauptsächlich durch positive Selektion bewirkt, der ein pathogengetriebener Selektionsdruck zugrunde liegt. In meiner Doktorarbeit habe ich mich mit der Variation von MHC I and MHC II in freilebenden Geparden (Acinonyx jubatus) und Leoparden (Panthera pardus) in Farmgebieten innerhalb Namibias beschäftigt. Beide Felidenarten leben sympatrisch und sind so demselben Pathogendruck ausgesetzt, sie unterscheiden sich allerdings in ihrem evolutionären und demographischen Hintergrund. Mein Hauptziel war es 1) das Ausmaß und Muster der MHC Variation auf Populationsebene beider Feliden zu untersuchen; 2) einen möglichen Zusammenhang zwischen dem Grad der MHC Variation und der Krankheitsresistenz in frei lebenden Geparden aufzudecken und 3) zu untersuchen, welche Rolle der Selektion auf die MHC Variabilität beider Arten in der Vergangenheit wie auch gegenwärtig zukommt. Geparden und Leoparden repräsentieren die größten frei lebenden Carnivoren Namibias. Beide Arten kommen hauptsächlich in Farmgebieten vor, die sich in Privatbesitz befinden, und können dort mit anderen Wild- aber auch Haustieren zusammentreffen und potentiell Krankheitserreger austauschen. Die Kenntnis über die adaptive genetische Variation, die für Krankheitsresistenzen mitverantwortlich ist, kann für den Schutz beider Felidenarten von Bedeutung sein. Geparden werden häufig in Lehrbüchern als klassische Beispiele für eine Tierart mit einer generell geringen genetischen Diversität verwendet. Neben neutralen Markern ist bei Geparden auch eine geringe Variabilität der MHC Gene beschrieben worden, die als Ursache einer hohen Anfälligkeit für infektiöse Krankheiten gesehen wird. Bisher wurde allerdings eine erhöhte Krankheitsanfälligkeit nur bei Geparden aus Gefangenschaft beschrieben, wohingegen neuste Studien an frei lebenden Geparden diesen einen guten Gesundheitsstatus attestierten. Dadurch stellt sich die Frage, ob die MHC I und II Diversität in frei lebenden Geparden nicht höher sein könnte als bisher angenommen. In dieser Arbeit konnten insgesamt 10 MHC I und vier MHC II Allele in 149 frei lebenden Geparden aus ganz Namibia nachgewiesen werden. Die Zugehörigkeit zu funktionellen MHC Genen wurde durch Expressionsanalysen bei allen Allelen, außer einem, bestätigt. Durch phylogenetische Analysen konnten die Allele vier MHC I und drei MHC II Genen zu geordnet werden. Das Wirken von positiver Selektion in der Vergangenheit konnte an spezifischen Aminosäuren des Proteins, die in direktem Kontakt zu den pathogenen Antigenen stehen, festgestellt werden. Dies traf für beide MHC Klassen zu. Des Weiteren konnte eine starke genetische Differenzierung des MHC I zwischen Geparden aus einer nord-zentralen und einer ost-zentralen Region festgestellt werden, von denen auch bekannt ist, dass sie unterschiedlichen, felidenspezifischen, viralen Pathogenen ausgesetzt sind. Das lässt vermuten, dass die unterschiedlichen Muster der MHC I Variation in der gegenwärtigen Population den unterschiedlichen pathogengetriebenen Selektionsdruck durch Viren in den beiden Regionen widerspiegelt. Verglichen mit anderen Säugetierarten, insbesondere andere Feliden, zeigen Geparden einen geringen Grad an MHC Diversität, doch das scheint die derzeitige Immunkompetenz frei lebender Geparden in Namibia nicht einzuschränken und widerspricht der bisherigen Meinung dass Geparden ein typisches Beispiel für eine krankheitsanfällige Tierart sind. Es kann allerdings nicht ausgeschlossen werden, dass bei neu auftauchenden Krankheiten die geringe MHC Variation eine erfolgreiche Immunkompetenz verhindert, da möglicherweise keines der gegenwärtigen Allele die Fähigkeit besitzt neue Pathogene zu erkennen. Im Gegensatz zu Geparden kommen Leoparden in allen Teilen Afrikas vor und sind wahrscheinlich die am weitverbreiteste Großkatze des afrikanischen Kontinents. Es scheint, dass Leoparden, im Gegensatz zu anderen afrikanischen Großkatzen, einer ausgedehnten Dezimierung durch Tierseuchen in der Vergangenheit, der einige Populationen afrikanischer Großkatzen ausgesetzt waren, entkommen sind. Bisher fehlten Information über die MHC Variabilität in afrikanischen Leoparden. In dieser Studie konnte ich die genetische Variation der MHC I und MHC II Gene frei lebender namibischer Leoparden charakterisieren. In 25 Tieren aus einer Population der ost-zentralen Region konnten sechs MHC I sowie sechs MHC II Sequenzen nachgewiesen werden. Aus der maximalen Anzahl Allele pro Tier kann auf drei MHC I und auf drei MHC II Gene geschlossen werden. Außerdem konnten die typischen Kennzeichen einer variationserhaltenden MHC Evolution betätigt werden, wie positive Selektion in der Vergangenheit, Rekombination und über Artgrenzen hinaus bestehender Polymorphismus. Der geringe Grad an MHC Variation in namibischen Leoparden ist jedoch noch nicht endgültig und weitere Untersuchungen in unterschiedlichen Regionen aus der gesamten geographischen Verbreitung des Leoparden sind notwendig um die MHC Variation der Leoparden in Gänze einschätzen zu können. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden zu einem besseren Verständnis des evolutionären Stellenwerts des MHC und in Folge zu einem besseren Schutz von frei lebenden Feliden beitragen. Die Umsiedelung von Wildtieren ist ein zunehmend angewendetes Hilfsmittel im Natur- und Artenschutz, welches jedoch mit Sorgfalt eingesetzt werden sollte, da die umgesiedelten Tiere möglicherweise einem anderen pathogenen Selektionsdruck ausgesetzt sind, dem sie nichts entgegenzusetzen haben.
KW  - MHC
KW  - genetische Vielfalt
KW  - Evolution
KW  - Acinonyx jubatus
KW  - Panthera Pardus
KW  - MHC
KW  - genetic diversity
KW  - evolution
KW  - Acinonyx jubatus
KW  - Panthera pardus
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55505
ER  - 
TY  - THES
A1  - Junginger, Annett
T1  - East African climate variability on different time scales : the Suguta Valley in the African-Asian Monsoon Domain
T1  - Ostafrikanische Klimavariabilität auf unterschiedlichen Zeitskalen : das Suguta Valley in der Afrikanisch-Asiatischen Monsun Region
N2  - Motivation | Societal and economic needs of East Africa rely entirely on the availability of water, which is governed by the regular onset and retreat of the rainy seasons. Fluctuations in the amounts of rainfall has tremendous impact causing widespread famine, disease outbreaks and human migrations. Efforts towards high resolution forecasting of seasonal precipitation and hydrological systems are therefore needed, which requires high frequency short to long-term analyses of available climate data that I am going to present in this doctoral thesis by three different studies. 15,000 years - Suguta Valley | The main study of this thesis concentrated on the understanding of humidity changes within the last African Humid Period (AHP, 14.8-5.5 ka BP). The nature and causes of intensity variations of the West-African (WAM) and Indian Summer monsoons (ISM) during the AHP, especially their exact influence on regional climate relative to each other, is currently intensely debated. Here, I present a high-resolution multiproxy lake-level record spanning the AHP from the remote Suguta Valley in the northern Kenya Rift, located between the WAM and ISM domains. The presently desiccated valley was during the AHP filled by a 300 m deep and 2200 km2 large palaeo-lake due to an increase in precipitation of only 26%. The record explains the synchronous onset of large lakes in the East African Rift System (EARS) with the longitudinal shift of the Congo Air Boundary (CAB) over the East African and Ethiopian Plateaus, as the direct consequence of an enhanced atmospheric pressure gradient between East-Africa and India due to a precessional-forced northern hemisphere insolation maximum. Pronounced, and abrupt lake level fluctuations during the generally wet AHP are explained by small-scale solar irradiation changes weakening this pressure gradient atmospheric moisture availability preventing the CAB from reaching the study area. Instead, the termination of the AHP occurred, in a non-linear manner due to a change towards an equatorial insolation maximum ca. 6.5 ka ago extending the AHP over Ethiopia and West-Africa. 200 years - Lake Naivasha | The second part of the thesis focused on the analysis of a 200 year-old sediment core from Lake Naivasha in the Central Kenya Rift, one of the very few present freshwater lakes in East Africa. The results revealed and confirmed, that the appliance of proxy records for palaeo-climate reconstruction for the last 100 years within a time of increasing industrialisation and therefore human impact to the proxy-record containing sites are broadly limited. Since the middle of the 20th century, intense anthropogenic activity around Lake Naivasha has led to cultural eutrophication, which has overprinted the influence of natural climate variation to the lake usually inferred from proxy records such as diatoms, transfer-functions, geochemical and sedimentological analysis as used in this study. The results clarify the need for proxy records from remote unsettled areas to contribute with pristine data sets to current debates about anthropologic induced global warming since the past 100 years. 14 years - East African Rift | In order to avoid human influenced data sets and validate spatial and temporal heterogeneities of proxy-records from East Africa, the third part of the thesis therefore concentrated on the most recent past 14 years (1996-2010) detecting climate variability by using remotely sensed rainfall data. The advancement in the spatial coverage and temporal resolutions of rainfall data allow a better understanding of influencing climate mechanisms and help to better interpret proxy-records from the EARS in order to reconstruct past climate conditions. The study focuses on the dynamics of intraseasonal rainfall distribution within catchments of eleven lake basins in the EARS that are often used for palaeo-climate studies. We discovered that rainfall in adjacent basins exhibits high complexities in the magnitudes of intraseasonal variability, biennial to triennial precipitation patterns and even are not necessarily correlated often showing opposite trends. The variability among the watersheds is driven by the complex interaction of topography, in particular the shape, length and elevation of the catchment and its relative location to the East African Rift System and predominant influence of the ITCZ or CAB, whose locations and intensities are dependent on the strength of low pressure cells over India, SST variations in the Atlantic, Pacific or Indian Ocean, QBO phases and the 11-year solar cycle. Among all seasons we observed, January-September is the season of highest and most complex rainfall variability, especially for the East African Plateau basins, most likely due to the irregular penetration and sensitivity of the CAB.
N2  - Motivation | Die sozialen und ökonomischen Bedürfnisse Ostafrikas sind in erster Linie von der Wasserverfügbarkeit abhängig, welche durch das regelmäßige Einsetzen der Regenzeiten bestimmt wird. Jegliche Veränderungen der Wasserverfügbarkeit innerhalb der Regenzeiten verursachen Hungersnöte, Ausbruch von Krankheiten oder auch Bevölkerungswanderungen. Klärung der Ursachen von Niederschlagsvariabilitäten erfordert die Auswertung von hochauflösenden Kurz- als auch Langzeitanalysen, welche ich in dieser Arbeit durch drei Studien präsentieren werde. 15,000 Jahre - Suguta Valley | Die Hauptstudie dieser Doktorarbeit befasste sich mit dem Verständnis von Feuchtigkeitsschwankungen innerhalb der Afrikanischen Feuchtperiode (AHP, 5.5 - 14.8 ka BP). In dieser Studie präsentiere ich einen hoch-auflösenden Seespiegel Datensatz aus dem abgeschiedenen, unbewohnten Suguta Tal im nördlichen Grabenbruch in Kenia. Das momentan extrem trockene Tal war während der AHP mit einem 300 m tiefen und 2200 km2 großen Paläo-See bedeckt, was aus nur 26% zusätzlichem Niederschlag resultierte. Diese Erhöhung wurde vermutlich aus der Kombination aus erhöhter atmosphärer Feuchteverfügbarkeit infolge erhöhter früh-Holozäner präzessionsgesteuerten Einstrahlung auf der nördlichen Hemisphere sowie der Verschiebung der feuchten Kongo Luftmassengrenze (CAB) ostwärts über das Ostafrikanische und Äthiopische Plateau erreicht als direkte Folge eines erhöhten atmosphärischen Druckgradienten. Abrupte, starkte Seespiegelschwankungen innerhalb der generellen Feuchtphase sind auf geringe Veränderungen in der solaren Ausstrahlung zurückzufühen, welche zu einer Schwächung des Druckgradienten führten und damit den Einfluss der CAB im Untersuchungsgebiet verhinderten zusammen mit einer allgemeinene Reduktion der atmosphärischen Feuchteverfügbarkeit. Das Ende der AHP erfolgte im Gegensatz dazu eher nicht-linear aufgrund des Wechsels zu einem äquatorialen Einstrahlungsmaximum vor 6.5 ka, welches die AHP in Äthiopien und West-Afrika verlängerte. 200 Jahre - Lake Naivasha | Der zweite Teil dieser Arbeit konzentrierte sich auf die Analyse eines Sedimentkern des Naivasha See aus dem zentralen Kenia Rift über die letzten 200 Jahre, einem der wenigen Frischwasserseen in Ostafrika. Die natürliche Klimavariabilität sollte mittels Proxy-Datensätzen von Diatomeen, Transferfunktionen, geochemischen und sedimentologischen Analysen in dieser Studie aufgedeckt werden. Die Ergebnisse zeigten, dass seit Mitte des 20. Jahrhundert der zunehmende Einfluss des Menschen um den Naivasha See zu kultureller Eutrophierung geführt, welche den Einfluss der natürlichen Klimavariabilität auf den See überprägte. Die Gründe liegen in der Zeit, welche von steigender Industrialisierung und deshalb erhöhtem menschlichen Einfluss auf die Proxy-Daten enthaltenden Seen geprägt ist. Die Ergebnisse verdeutlichen die Notwendigkeit von Proxy-Daten aus unbesiedelten Gebieten, wenn man ,reine‘ Daten zur momentanen Debatte über den anthropogen gesteuerten Klimawandel der letzten 100 Jahre beitragen will. 14 Jahre - Ostafrikanisches Rift | Um räumliche Unregelmäßigkeiten in Proxy-Daten von Ostafrika richtig zu verstehen, konzentrierte sich der dritte Teil dieser Arbeit auf die Auswertung von ausschließlich fernerkundlich erworbenen heutigen, täglichen Niederschlagsreihen (1996-2010). Dies erlaubt ein besseres Verständnis über die möglichen klimatischen Einflussmechanismen und die Abschätzung ihres Einflusses auf die Paläo-Variabilität. Die Studie beschäftigt sich mit der Dynamik saisonaler Niederschlagsverteilung innerhalb der Einzugsgebiete von elf Seebecken im Ostafrikanischen Riftsystem, welche oft für Paläo-Klimastudien benutzt werden. Die Studie ergab, dass Niederschläge in angrenzenden Becken tatsächlich höchst unterschiedlich in ihrer Intensität sein können und dabei zwei- bis dreijährigen Niederschlagsmuster folgen oder sogar gegensätzliche Trends zeigen. Die Variabilität der einzelnen Seebecken wird durch die komplexe Wechselwirkung der Topographie, Form, Länge und Höhe des Einzugsgebietes, der relativen Lage im EARS, sowie dem Einfluss und Intensität der ITCZ und CAB bestimmt, welche z.B. abhängig von der Entwicklung besonders starker Tiefdruckgebiet über Indien, Veränderungen der Meeres-oberflächentemperaturen, QBO und dem 11-Jahres Sonnenzyklus sind. Im direkten Vergleich aller untersuchten Monate stellte sich heraus, dass Juli-September die Jahreszeit mit komplexester Niederschlagsvariabilität ist, besonders für die Becken des Ostafrikanischen Plateau, was durch den unregelmäßigen Einfluss der CAB verursacht wird.
KW  - Ostafrikanisches Grabensystem
KW  - Suguta Tal
KW  - Kongo Luftmassengrenze
KW  - Solare Austrahlung
KW  - Naivasha See
KW  - East African Rift System
KW  - Suguta Valley
KW  - Congo Air Boundary
KW  - Solar irradiation
KW  - Lake Naivasha
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-56834
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kristen, Juliane Ute
T1  - Amphiphilic BAB-triblock copolymers bearing fluorocarbon groups : synthesis and self-organization in aqueous media
T1  - Amphiphile BAB-Triblockcopolymere mit Fluorcarbon-Gruppen : Synthese und Selbstorganisation in wässrigen Medien
N2  - In this work new fluorinated and non-fluorinated mono- and bifunctional trithiocarbonates of the structure Z-C(=S)-S-R and Z-C(=S)-S-R-S-C(=S)-Z were synthesized for the use as chain transfer agents (CTAs) in the RAFT-process. All newly synthesized CTAs were tested for their efficiency to moderate the free radical polymerization process by polymerizing styrene (M3). Besides characterization of the homopolymers by GPC measurements, end- group analysis of the synthesized block copolymers via 1H-, 19F-NMR, and in some cases also UV-vis spectroscopy, were performed attaching suitable fluorinated moieties to the Z- and/or R-groups of the CTAs. Symmetric triblock copolymers of type BAB and non-symmetric fluorine end- capped polymers were accessible using the RAFT process in just two or one polymerization step. In particular, the RAFT-process enabled the controlled polymerization of hydrophilic monomers such as N-isopropylacrylamide (NIPAM) (M1) as well as N-acryloylpyrrolidine (NAP) (M2) for the A-blocks and of the hydrophobic monomers styrene (M3), 2-fluorostyrene (M4), 3-fluorostyrene (M5), 4-fluorostyrene (M6) and 2,3,4,5,6-pentafluorostyrene (M7) for the B-blocks. The properties of the BAB-triblock copolymers were investigated in dilute, concentrated and highly concentrated aqueous solutions using DLS, turbidimetry, 1H- and 19F-NMR, rheology, determination of the CMC, foam height- and surface tension measurements and microscopy. Furthermore, their ability to stabilize emulsions and microemulsions and the wetting behaviour of their aqueous solutions on different substrates was investigated. The behaviour of the fluorine end-functionalized polymers to form micelles was studied applying DLS measurements in diluted organic solution. All investigated BAB-triblock copolymers were able to form micelles and show surface activity at room temperature in dilute aqueous solution. The aqueous solutions displayed moderate foam formation. With different types and concentrations of oils, the formation of emulsions could be detected using a light microscope. A boosting effect in microemulsions could not be found adding BAB-triblock copolymers. At elevated polymer concentrations, the formation of hydrogels was proved applying rheology measurements.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden neue fluorierte und unfluorierte mono- und bifunktionelle Trithiocarbonate der Typen Z-C(=S)-S-R und Z-C(=S)-S-R-S-C(=S)-Z zur Anwendung als CTAs (chain- transfer agents) im RAFT-Polymerisationsverfahren hergestellt. Alle CTAs wurden erfolgreich auf ihre Effizienz zur Steuerung des radikalischen Polymerisationsverfahrens hin durch Polymerisation von Styrol (M3) getestet. Neben GPC-Messungen wurden Endgruppenanalysen der synthetisierten Blockcopolymere mittels 1H-, 19F-NMR und in manchen Fällen auch UV-Vis Spektroskopie durchgeführt. Dazu wurden die Z- und/oder R-Gruppen der CTAs mit geeigneten fluorierten Gruppen versehen. Durch Anwendung des RAFT Verfahrens konnten symmetrische Triblockcopolymere vom Typ BAB bzw. mit einer Fluoralkylgruppe endgecappte unsymmetrische Polymere in nur zwei bzw. einem Polymerisationsschritt hergestellt werden. Das RAFT- Polymerisationsverfahren ermöglicht sowohl die Polymerisation hydrophiler Monomere wie N-Isopropylacrylamid (NIPAM) (M1) oder N-Acryloylpyrrolidin (NAP) (M2) für die A-Blöcke als auch der hydropoben Monomere Styrol (M3), 2-Fluorostyrol (M4), 3-Fluorostyrol (M5), 4- Fluorostyrol (M6) und 2,3,4,5,6- Pentafluorostyrol (M7) für die B-Blöcke. Die Eigenschaften der Blockcopolymere in verdünnten, konzentrierten und hochkonzentrierten wässrigen Lösungen wurden mittels DLS, Trübungsphotometrie, 1H- und 19F-NMR, Rheologie, CMC- sowie Schaumhöhen- und Oberflächenspannungsmessungen und Lichtmikroskopie untersucht. Weiterhin wurden ihre Eigenschaften als Emulgatoren und in Mikroemulsion untersucht. Das Micellbildungsverhalten der hydrophob endfunktionalisierten Polymere wurde mittels DLS Messungen in verdünnter organischer Lösung untersucht. Alle untersuchten BAB-Triblöcke bildeten Micellen und zeigten Oberflächenaktivität bei Raumtemperatur in verdünnter, wässriger Lösung. Weiterhin zeigen die wässrigen Lösungen der Polymere mäßige Schaumbildung. Mit verschiedenen Öltypen und Ölkonzentrationen wurden Emulsionen bzw. Mikroemulsionen gebildet. In Mikroemulsion wurde durch Zugabe von BAB-Triblockopolymeren kein Boosting-Effekt erzielt werden. Bei Untersuchung höherer Polymerkonzentrationen wurde die Bildung von Hydrogelen mittels rheologischer Messungen nachgewiesen. Verschiedene Substrate konnten benetzt werden. Die hydrophob endgecappten Polymere bilden in verdünnter organischer Lösung Micellen, die mittels DLS untersucht wurden, und zeigen somit Tensidverhalten in nichtwässriger Lösung.
KW  - Fluorierte Blockcopolymere
KW  - RAFT
KW  - Rheologie
KW  - Tenside
KW  - Gele
KW  - wässrige Systeme
KW  - thermisch schaltbare Polymere
KW  - fluorinated Blockcopolymers
KW  - RAFT-Polymerisation
KW  - rheology
KW  - surfactants
KW  - gels
KW  - aqueous systems
KW  - thermosensitive polymers
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-61782
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TY  - THES
A1  - Vosloh, Daniel
T1  - Subcellular compartmentation of primary carbon metabolism in mesophyll cells of Arabidopsis thaliana
T1  - Subzelluläre Kompartimentierung des primären Kohlenstoffmetabolismus in Mesophyllzellen von Arabidopsis thaliana
N2  - Metabolismus in Pflanzenzellen ist stark kompartimentiert. Viele Stoffwechselwege haben Reaktionen in mehr als einem Kompartiment. Zum Beispiel wird während der Photosynthese in pflanzlichen Mesophyllzellen Kohlenstoff in Form von Stärke in den Chloroplasten synthetisiert, während es im Zytosol in Form von Sacharose gebildet und in der Vakuole gespeichert wird. Diese Reaktionen sind strikt reguliert um ein Gleichgewicht der Kohlenstoffpools der verschiedenen Kompartimente aufrecht zu erhalten und die Energieversorgung aller Teile der Zelle für anabolische Reaktionen sicher zu stellen. Ich wende eine Methode an, bei der die Zellen unter nicht-wässrigen Bedingungen fraktioniert werden und daher der metabolische Status der während der Ernte herrschte über den ganzen Zeitraum der Auftrennung beibehalten wird. Durch die Kombination von nichtwässriger Fraktionierung und verschiedener Massenspektrometrietechniken (Flüssigchromotagraphie- und Gaschromotagraphie basierende Massenspekrometrie) ist es möglich die intrazelluläre Verteilung der meisten Intermediate des photosynthetischen Kohlenstoffstoffwechsels und der Produkte der nachgelagerten metabolischen Reaktionen zu bestimmen. Das Wissen über die in vivo Konzentrationen dieser Metabolite wurde genutzt um die Änderung der freien Gibbs Energie in vivo zu bestimmen. Mit Hilfe dessen kann bestimmt werden, welche Reaktion sich in einem Gleichgewichtszustand befinden und welche davon entfernt sind. Die Konzentration der Enzyme und der Km Werte wurden mit den Konzentrationen der Metabolite in vivo verglichen, um festzustellen, welche Enzyme substratlimitiert sind und somit sensitiv gegenüber Änderungen der Substratkonzentration sind. Verschiedene Intermediate des Calvin-Benson Zyklus sind gleichzeitig Substrate für andere Stoffwechselwege, als da wären Dihyroxyaceton-phosphat (DHAP, Saccharosesynthese), Fructose 6-phosphat (Fru6P, Stärkesynthese), Erythrose 4-phosphat (E4P, Shikimat Stoffwechselweg) und Ribose 5-phosphat (R5P, Nukleotidbiosynthese). Die Enzyme, die diese Intermediate verstoffwechseln, liegen an den Abzweigungspunkten zu diesen Stoffwechselwegen. Diese sind Trisose phosphat isomerase (DHAP), Transketolase (E4P), Sedoheptulose-1,7 biphosphat aldolase (E4P) und Ribose-5-phosphat isomerase (R5P), welche nicht mit ihren Substraten gesättigt sind, da die jeweilige Substratkonzentration geringer als der zugehörige Km Wert ist. Für metabolische Kontrolle bedeutet dies, dass diese Schritte am sensitivsten gegenüber Änderungen der Substratkonzentrationen sind. Im Gegensatz dazu sind die regulierten irreversiblen Schritte von Fructose-1,6.biphosphatase und Sedoheptulose-1,7-biphosphatase relativ insensitiv gegenüber Änderungen der Substratkonzentration. Für den Stoffwechselweg der Saccharosesynthese konnte gezeigt werden, dass die zytosolische Aldolase eine geringer Bindeseitenkonzentration als Substratkonzentration (DHAP) aufweist, und dass die Konzentration von Saccharose-6-phosphat geringer als der Km Wert des synthetisierenden Enzyms Saccharose-phosphatase ist. Sowohl die Saccharose-phosphat-synthase, also auch die Saccharose-phosphatase sind in vivo weit von einem Gleichgewichtszustand entfernt. In Wildtyp Arabidopsis thaliana Columbia-0 Blättern wurde der gesamte Pool von ADPGlc im Chloroplasten gefunden. Das Enzyme ADPGlc pyrophosphorylase ist im Chloroplasten lokalisiert und synthetisiert ADPGlc aus ATP und Glc1P. Dieses Verteilungsmuster spricht eindeutig gegen die Hypothese von Pozueta-Romero und Kollegen, dass ADPGlc im Zytosol durch ADP vermittelte Spaltung von Saccharose durch die Saccharose Synthase erzeugt wird. Basierend auf dieser Beobachtung und anderen veröffentlichten Ergebnissen wurde geschlußfolgert, dass der generell akzeptierte Stoffwechselweg der Stärkesynthese durch ADPGlc Produktion via ADPGlc pyrophosphorylase in den Chloroplasten korrekt ist, und die Hypothese des alternativen Stoffwechselweges unhaltbar ist. Innerhalb des Stoffwechselweges der Saccharosesynthsese wurde festgestellt, dass die Konzentration von ADPGlc geringer als der Km Wert des Stärkesynthase ist, was darauf hindeutet, dass das Enzym substratlimitiert ist. Eine generelle Beobachtung ist, dass viele Enzmye des Calvin-Benson Zyklus ähnliche Bindeseitenkonzentrationen wie Metabolitkonzentrationen aufweisen, wohingegen in den Synthesewegen von Saccharose und Stärke die Bindeseitenkonzentrationen der Enzyme viel geringer als die Metabolitkonzentrationen sind.
N2  - Metabolism in plant cells is highly compartmented, with many pathways involving reactions in more than one compartment. For example, during photosynthesis in leaf mesophyll cells, primary carbon fixation and starch synthesis take place in the chloroplast, whereas sucrose is synthesized in the cytosol and stored in the vacuole. These reactions are tightly regulated to keep a fine balance between the carbon pools of the different compartments and to fulfil the energy needs of the organelles. I applied a technique which fractionates the cells under non-aqueous conditions, whereby the metabolic state is frozen at the time of harvest and held in stasis throughout the fractionation procedure. With the combination of non-aqueous fractionation and mass spectrometry based metabolite measurements (LC-MS/MS, GC-MS) it was possible to investigate the intracellular distributions of the intermediates of photosynthetic carbon metabolism and its products in subsequent metabolic reactions. With the knowledge about the in vivo concentrations of these metabolites under steady state photosynthesis conditions it was possible to calculate the mass action ratio and change in Gibbs free energy in vivo for each reaction in the pathway, to determine which reactions are near equilibrium and which are far removed from equilibrium. The Km value and concentration of each enzyme were compared with the concentrations of its substrates in vivo to assess which reactions are substrate limited and so sensitive to changes in substrate concentration. Several intermediates of the Calvin-Benson cycle are substrates for other pathways, including dihydroxyacetone-phosphate (DHAP,sucrose synthesis), fructose 6-phosphate (Fru6P, starch synthesis), erythrose 4-phosphate (E4P,shikimate pathway) and ribose 5-phosphate (R5P, nucleotide synthesis). Several of the enzymes that metabolise these intermediates, and so lie at branch points in the pathway, are triose-phosphate isomerase (DHAP), transketolase (E4P, Fru6P), sedoheptulose-1,7-bisphosphate aldolase (E4P) and ribose-5-phosphate isomerase (R5P) are not saturated with their respective substrate as the metabolite concentration is lower than the respective Km value. In terms of metabolic control these are the steps that are most sensitive to changes in substrate availability, while the regulated irreversible reactions of fructose-1,6-bisphosphatase and sedoheptulose-1,7-bisphosphatase are relatively insensitive to changes in the concentrations of their substrates. In the pathway of sucrose synthesis it was shown that the concentration of the catalytic binding site of the cytosolic aldolase is lower than the substrate concentration of DHAP, and that the concentration of Suc6P is lower than the Km of sucrose-phosphatase for this substrate. Both the sucrose-phosphate synthase and sucrose-phosphatase reactions are far removed from equilibrium in vivo. In wild type A. thaliana Columbia-0 leaves, all of the ADPGlc was found to be localised in the chloroplasts. ADPglucose pyrophosphorylase is localised to the chloroplast and synthesises ADPGlc from ATP and Glc1P. This distribution argues strongly against the hypothesis proposed by Pozueta-Romero and colleagues that ADPGlc for starch synthesis is produced in the cytosol via ADP-mediated cleavage of sucrose by sucrose synthase. Based on this observation and other published data it was concluded that the generally accepted pathway of starch synthesis from ADPGlc produced by ADPglucose pyrophosphorylase in the chloroplasts is correct, and that the alternative pathway is untenable. Within the pathway of starch synthesis the concentration of ADPGlc was found to be well below the Km value of starch synthase for ADPGlc, indicating that the enzyme is substrate limited. A general finding in the comparison of the Calvin-Benson cycle with the synthesis pathways of sucrose and starch is that many enzymes in the Calvin Benson cycle have active binding site concentrations that are close to the metabolite concentrations, while for nearly all enzymes in the synthesis pathways the active binding site concentrations are much lower than the metabolite concentrations.
KW  - Pflanze
KW  - Kohlenstoffmetabolismus
KW  - Mesophyll
KW  - Zelle
KW  - plant
KW  - carbon metabolism
KW  - mesophyll
KW  - cell
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55534
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zurell, Damaris
T1  - Integrating dynamic and statistical modelling approaches in order to improve predictions for scenarios of environmental change
T1  - Integration dynamischer und statistischer Modellansätze zur Verbesserung von Arealvorhersagen für Szenarien globalen Wandels
N2  - Species respond to environmental change by dynamically adjusting their geographical ranges. Robust predictions of these changes are prerequisites to inform dynamic and sustainable conservation strategies. Correlative species distribution models (SDMs) relate species’ occurrence records to prevailing environmental factors to describe the environmental niche. They have been widely applied in global change context as they have comparably low data requirements and allow for rapid assessments of potential future species’ distributions. However, due to their static nature, transient responses to environmental change are essentially ignored in SDMs. Furthermore, neither dispersal nor demographic processes and biotic interactions are explicitly incorporated. Therefore, it has often been suggested to link statistical and mechanistic modelling approaches in order to make more realistic predictions of species’ distributions for scenarios of environmental change. In this thesis, I present two different ways of such linkage. (i) Mechanistic modelling can act as virtual playground for testing statistical models and allows extensive exploration of specific questions. I promote this ‘virtual ecologist’ approach as a powerful evaluation framework for testing sampling protocols, analyses and modelling tools. Also, I employ such an approach to systematically assess the effects of transient dynamics and ecological properties and processes on the prediction accuracy of SDMs for climate change projections. That way, relevant mechanisms are identified that shape the species’ response to altered environmental conditions and which should hence be considered when trying to project species’ distribution through time. (ii) I supplement SDM projections of potential future habitat for black grouse in Switzerland with an individual-based population model. By explicitly considering complex interactions between habitat availability and demographic processes, this allows for a more direct assessment of expected population response to environmental change and associated extinction risks. However, predictions were highly variable across simulations emphasising the need for principal evaluation tools like sensitivity analysis to assess uncertainty and robustness in dynamic range predictions. Furthermore, I identify data coverage of the environmental niche as a likely cause for contrasted range predictions between SDM algorithms. SDMs may fail to make reliable predictions for truncated and edge niches, meaning that portions of the niche are not represented in the data or niche edges coincide with data limits. Overall, my thesis contributes to an improved understanding of uncertainty factors in predictions of range dynamics and presents ways how to deal with these. Finally I provide preliminary guidelines for predictive modelling of dynamic species’ response to environmental change, identify key challenges for future research and discuss emerging developments.
N2  - Das Vorkommen von Arten wird zunehmend bedroht durch Klima- und Landnutzungswandel. Robuste Vorhersagen der damit verbundenen Arealveränderungen sind ausschlaggebend für die Erarbeitung dynamischer und nachhaltiger Naturschutzstrategien. Habitateignungsmodelle erstellen statistische Zusammenhänge zwischen dem Vorkommen einer Art und relevanten Umweltvariablen und erlauben zügige Einschätzungen potentieller Arealveränderungen. Dabei werden jedoch transiente Dynamiken weitgehend ignoriert sowie demographische Prozesse und biotische Interaktionen. Daher wurden Vorschläge laut, diese statistischen Modelle mit mechanistischeren Ansätzen zu koppeln. In der vorliegenden Arbeit zeige ich zwei verschiedene Möglichkeiten solcher Kopplung auf. (i) Ich beschreibe den sogenannten ‚Virtuellen Ökologen’-Ansatz als mächtiges Validierungswerkzeug, in dem mechanistische Modelle virtuelle Testflächen bieten zur Erforschung verschiedener Probenahmedesigns oder statistischer Methoden sowie spezifischer Fragestellungen. Auch verwende ich diesen Ansatz, um systematisch zu untersuchen wie sich transiente Dynamiken sowie Arteigenschaften und ökologische Prozesse auf die Vorhersagegüte von Habitateignungsmodellen auswirken. So kann ich entscheidende Prozesse identifizieren welche in zukünftigen Modellen Berücksichtigung finden sollten. (ii) Darauf aufbauend koppele ich Vorhersagen von Habitateignungsmodellen mit einem individuen-basierten Populationsmodell, um die Entwicklung des Schweizer Birkhuhnbestandes unter Klimawandel vorherzusagen. Durch die explizite Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen Habitat und demographischer Prozesse lassen sich direktere Aussagen über Populationsentwicklung und damit verbundener Extinktionsrisiken treffen. Allerdings führen verschiedene Simulationen auch zu hoher Variabilität zwischen Vorhersagen, was die Bedeutung von Sensitivitätsanalysen unterstreicht, um Unsicherheiten und Robustheit von Vorhersagen einzuschätzen. Außerdem identifiziere ich Restriktionen in der Datenabdeckung des Umweltraumes als möglichen Grund für kontrastierende Vorhersagen verschiedener Habitateignungsmodelle. Wenn die Nische einer Art nicht vollständig durch Daten beschrieben ist, kann dies zu unrealistischen Vorhersagen der Art-Habitat-Beziehung führen. Insgesamt trägt meine Arbeit erheblich bei zu einem besseren Verständnis der Auswirkung verschiedenster Unsicherheitsfaktoren auf Vorhersagen von Arealveränderungen und zeigt Wege auf, mit diesen umzugehen. Abschließend erstelle ich einen vorläufigen Leitfaden für Vorhersagemodelle und identifiziere Kernpunkte für weitere Forschung auf diesem Gebiet.
KW  - species distribution models
KW  - dynamic population models
KW  - climate change
KW  - prediction
KW  - uncertainty
KW  - Habitatmodelle
KW  - dynamische Populationsmodelle
KW  - Klimawandel
KW  - Vorhersage
KW  - Unsicherheit
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-56845
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pourteau, Amaury
T1  - Closure of the Neotethys Ocean in Anatolia : structural, petrologic and geochronologic insights from low-grade high-pressure metasediments, Afyon Zone
T1  - Die Schließung des Neotethyschen-Ozeans in Anatolien : strukturelle, petrologische und geochronologische Erkenntnisse von niedriggradigen hochdruckmetamorphen Sedimenten, Afyon-Zone (Türkei)
N2  - The complete consumption of the oceanic domain of a tectonic plate by subduction into the upper mantle results in continent subduction, although continental crust is typically of lower density than the upper mantle. Thus, the sites of former oceanic domains (named suture zones) are generally decorated with stratigraphic sequences deposited along continental passive margins that were metamorphosed under low-grade, high-pressure conditions, i.e., low temperature/depth ratios (< 15°C/km) with respect to geothermal gradients in tectonically stable regions. Throughout the Mesozoic and Cenozoic (i.e., since ca. 250 Ma), the Mediterranean realm was shaped by the closure of the Tethyan Ocean, which likely consisted in numerous oceanic domains and microcontinents. However, the exact number and position of Tethyan oceans and continents (i.e., the Tethyan palaeogeography) remains debated. This is particularly the case of Western and Central Anatolia, where a continental fragment was accreted to the southern composite margin of the Eurasia sometime between the Late Cretaceous and the early Cenozoic. The most frontal part of this microcontinent experienced subduction-related metamorphism around 85-80 Ma, and collision-related metamorphism affected more external parts around 35 Ma. This unsually-long period between subduction- and collision-related metamorphisms (ca. 50 Ma) in units ascribed to the same continental edge constitutes a crucial issue to address in order to unravel how Anatolia was assembled. The Afyon Zone is a tectono-sedimentary unit exposed south and structurally below the front high-pressure belt. It is composed of a Mesozoic sedimentary sequence deposited on top of a Precambrian to Palaeozoic continental substratum, which can be traced from Northwestern to southern Central Anatolia, along a possible Tethyan suture. Whereas the Afyon Zone was defined as a low-pressure metamorphic unit, high-pressure minerals (mainly Fe-Mg-carpholite in metasediments) were recently reported from its central part. These findings shattered previous conceptions on the tectono-metamorphic evolution of the Afyon Zone in particular, and of the entire region in general, and shed light on the necessity to revise the regional extent of subduction-related metamorphism by re-inspecting the petrology of poorly-studied metasediments. In this purpose, I re-evaluated the metamorphic evolution of the entire Afyon Zone starting from field observations. Low-grade, high-pressure mineral assemblages (Fe-Mg-carpholite and glaucophane) are reported throughout the unit. Well-preserved carpholite-chloritoid assemblages are useful to improve our understanding of mineral relations and transitions in the FeO-MgO-Al2O3-SiO2-H2O system during rocks’ travel down to depth (prograde metamorphism). Inspection of petrographic textures, minute variations in mineral composition and Mg-Fe distribution among carpholite-chloritoid assemblages documents multistage mineral growth, accompanied by a progressive enrichment in Mg, and strong element partitioning. Using an updated database of mineral thermodynamic properties, I modelled the pressure and temperature conditions that are consistent with textural and chemical observations. Carpholite-bearing assemblages in the Afyon Zone account for a temperature increase from 280 to 380°C between 0.9 and 1.1 GPa (equivalent to a depth of 30-35 km). In order to further constrain regional geodynamics, first radiometric ages were determined in close association with pressure-temperature estimates for the Afyon Zone, as well as two other tectono-sedimentary units from the same continental passive margin (the Ören and Kurudere-Nebiler Units from SW Anatolia). For age determination, I employed 40Ar-39Ar geochronology on white mica in carpholite-bearing rocks. For thermobarometry, a multi-equilibrium approach was used based on quartz-chlorite-mica and quartz-chlorite-chloritoid associations formed at the expense of carpholite-bearing assemblages, i.e., during the exhumation from the subduction zone. This combination allows deciphering the significance of the calculated radiometric ages in terms of metamorphic conditions. Results show that the Afyon Zone and the Ören Unit represent a latest Cretaceous high-pressure metamorphic belt, and the Kurudere-Nebiler Unit was affected by subduction-related metamorphism around 45 Ma and cooled down after collision-related metamorphism around 26 Ma. The results provided in the present thesis and from the literature allow better understanding continental amalgamation in Western Anatolia. It is shown that at least two distinct oceanic branches, whereas only one was previously considered, have closed during continuous north-dipping subduction between 92 and 45 Ma. Between 85-80 and 70-65 Ma, a narrow continental domain (including the Afyon Zone) was buried into a subduction zone within the northern oceanic strand. Parts of the subducted continent crust were exhumed while the upper oceanic plate was transported southwards. Subduction of underlying lithosphere persisted, leading to the closure of the southern oceanic branch and to subduct the front of a second continental domain (including the Kurudere-Nebiler Unit). This followed by a continental collisional stage characterized by the cease of subduction, crustal thicknening and the detachment of the subducting oceanic slab from the accreted continent lithosphere. The present study supports that in the late Mesozoic the East Mediterranean realm had a complex tectonic configuration similar to present Southeast Asia or the Caribbean, with multiple, coexisting oceanic basins, microcontinents and subduction zones.
N2  - Kontinentale Subduktion resultiert aus dem Abtauchen des ozenanischen Gebiets einer tektonischen Platte in den Oberen Erdmantel. Dies geschieht obwohl die kontinentale Erdkruste normalerweise eine geringere Dichte besitzt als der Obere Erdmantel. Die Lage ehemaliger ozeanischer Gebiete (auch als Suturzonen bezeichnet) ist dementsprechend durch stratigraphische, sedimentäre Gesteinsabfolgen gekennzeichnet, die entlang des passiven Kontinentalrandes abgelagert wurden. Anschließend wurden diese Gesteine unter niedrigen Temperaturen und hohem Druck umgewandelt, auch niedrig-gradige Hochdruckmetamorphose genannt. Während der gesamten Zeitspanne des Mesozoikums und Känozoikums (seit etwa 250 Millionen Jahren bis heute) wurde der mediterrane Raum durch die kontinuierliche Schließung des Tethyschen Ozeans (dem heutigen Mittelmeer) geprägt, der vermutlich in zahlreichen kleineren Ozeanen und Mikrokontinenten aufgeteilt war. Dennoch bleiben die genaue Anzahl und Lage der tethyschen Ozeane und Kontinente (die Paläogeographie der Tethys) bis heute umstritten. Das ist insbesondere der Fall in West- und Zentral-Anatolien, wo im Zeitraum zwischen der Oberen Kreide (vor 98 bis 65 Mio. J.) und dem unteren Känozoikum (vor 65 bis 40 Mio. J.) ein kontinentales Fragment am südlichen Kontinentalrand der Eurasischen Platte angelagert wurde (auch als Akkretion bezeichnet). Der vorderste Bereich von diesem Fragment erfuhr vor etwa 85-80 Millionen Jahren eine metamorphe Umwandlung, die mit den Prozessen der fortschreitenden Subduktion assoziiert werden können. Hingegen wurden die hinteren Bereiche erst später vor ca. 40-30 Mio. J. durch die Kollison der zwei Platten metamorph überprägt. Die ungewöhnlich lange Zeitspanne von etwa 40-50 Mio. J. zwischen den metamorphen Prozessen der Subduktion und der Kollision, stellt eine entscheidende Frage zum Verständnis der Entstehung von Anatolien dar. Die Afyon Zone repräsentiert hierbei eine tektonisch-beanspruchte sedimentäre Gesteinseinheit, die in einer strukturell tieferen Position bezüglich des frontalen metamorphen Hochdruckgürtels liegt und südlich von ihm anzutreffen ist. Die Afyon Zone besteht aus mesozoischen sedimentären Einheiten (250 bis 65 Mio. J. alt), die auf präkambrischem (älter als 545 Mio. J.) bis paläozoischem Untergrund (bis vor 250 Mio J.) abgelagert wurden, und vom nordwestlichen bis zentralen Anatolien, entlang der vermutlichen Tethys-Suturzone, verfolgt werden können. Obwohl die Afyon-Zone als eine niedrig-temperierte metamorphe Gesteinseinheit bezeichnet wird, wurde in letzter Zeit von Vorkommen von Hochdruckmineralen (v.a. Eisen(Fe)-Magnesium(Mg)-Karpholith in metamorphen Sedimenten) im zentralen Bereich berichtet. Diese neuen Erkenntnisse stellen die bisherigen Interpretationen zur tektonisch-metamorphen Entstehung der gesamten Region in Frage, insbesondere der der Afyon-Zone. Deshalb war eine erneute gründliche Überarbeitung und Untersuchung der wenig studierten metamorph-überprägten Sedimentgesteine in diesem Gebiet notwendig. Deshalb, überarbeitete ich die metamorphe Entwicklung der gesamten Afyon Zone, beginnend mit intensiver Geländearbeit und -beobachtungen. Mineralvergesellschaftungen aus Karpholith und Glaukophan, die unter niedrigen Temperaturen und hohem Druck entstanden sind, wurden in der gesamten Gesteinseinheit gefunden. Guterhaltene Mineralvergesellschaftungen aus Karpholith und Chloritoid sind nützlich für das Verständnis unter welchen Temperatur- und Druck-Bedingungen die Gesteine in die Tiefe gelangen (prograde Metamorphose). Durch die Untersuchungen von Gesteinsgefügen und der Eisen-Magnesium-Verteilung zwischen den Mineralien Karpholith und Chloritoid lassen sich Aussagen zu der Bildungstemperatur und dem Druck dieser Minerale machen. Dafür benutzte ich eine verbesserte Datenbank mit Mineraleigenschaften, die mir die Modellierung von Temperatur und Druck erlaubte und im Einklang mit den chemischen und mikroskopischen Beobachtungen steht. Es ergab sich, dass die Karpholith-haltigen Gesteine in der Afyon-Zone einen Temperaturanstieg von 280 zu 380°C (bei einer Tiefe von 30-35 km) erfahren haben. Um noch bessere Aussagen über die Entstehung zu treffen, wurden auch radiometrische Datierungen an Proben aus der Afyon-Zone, sowie an zwei weiteren Sedimentgesteinseinheiten (Ören- und Kurudere-Nebiler-Einheit aus SW Anatolien) gemacht. Für die Altersbestimmung benutzte ich die weitverbreitete 40Ar-39Ar Datierungsmethode an Hellglimmer-Mineralien in den Karpholith-haltigen Gesteinen. Temperatur und Druck können auch bestimmt werden, wenn man den Übergang von einer Mineralvergesellschaftung zu einer anderen Vergesellschaftung beobachtet. Dies gilt zum Beispiel für den Übergang von einer Karpholith-haltigen Zusammensetzung zu einer Quartz-Chlorit-Glimmer und Quartz-Chlorit-Chloritoid Mineralvergesellschaftung wenn tief subduzierte Gesteine wieder nach oben gelangen (Exhumation). Damit lassen sich die radiometrischen Alter den metamorphen Prozessen zu bestimmten Temperaturen und Drücken zuordnen. Mit diesen Erkenntnissen lassen sich die Afyon-Zone und die Ören-Einheit einem Hochdruck-Gebirgsgürtel in der späten Kreidezeit zuordnen, während die Kurudere-Nebiler Einheit durch die mit der Subduktion in Verbindung stehende Metamorphose vor ca. 45 Mio. J. beeinflusst wurde. Später wurde diese Einheit durch die Metamorphose, resultierend aus der Kollision vor 26 Mio. J., abgekühlt. Die Ergebnisse dieser und anderer Arbeiten erlauben es die Anlagerung von Kontinenten in West-Anatolien besser zu verstehen. Es wird gezeigt, dass mindestens zwei (im Gegensatz zu vorher einem) voneinander unabhängige Ozeanarme während der Subduktion von 92 bis 45 Millionen Jahren geschlossen wurden. Zwischen 85-80 und 70-65 Millionen Jahren, wurde ein schmales kontinentales Gebiet (welches die Afyon-Zone beinhaltet) in die Subduktionszone hineingzogen. Teile der subduzierten kontientalen Kruste kamen wieder an die Oberfläche (Exhumation), während die obere ozeanische Platte südwärts transportiert wurde. Die anhaltende Subduktion im oberen Bereich des Erdmantels (Lithosphäre) führte zu der Schließung des südlichen Ozeanarms und zu der Subduktion des zweiten kontinentalen Gebietes (welches die Kurudere-Nebiler-Einheit beinhaltete). Darauf folgte die kontinentale Kollisionsphase unter dem Ausklingen der Prozesse der Subduktion, der Krustenverdickung und der Abtrennung der subduzierten ozeanischen Platte von der akkretionierten kontientalen Lithosphäre (auch als Delamination bezeichnet). Die hier präsentierte Arbeit unterstüzt die Annahme das während der Oberen Kreidezeit das Ost-Mediterrane Gebiet tektonsich komplex angeordnet war, vergleichbar mit dem heutigen Südost-Asien oder der Karibik, mit ihren vielen gleichzeitig existierenden ozeanischen Becken, Mikrokontinenten und Subduktionszonen.
KW  - Anatolien
KW  - hochdruckmetamorphe Sedimente
KW  - Karpholithe
KW  - 40Ar-39Ar Datierungsmethode
KW  - Anatolia
KW  - high-pressure metasediments
KW  - carpholite
KW  - Ar-Ar geochronology
KW  - multi-equilibrium thermobarometry
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-57803
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jurish, Bryan
T1  - Finite-state canonicalization techniques for historical German
T1  - Endliche Techniken zur Kanonikalisierung historischen deutschen Textes
N2  - This work addresses issues in the automatic preprocessing of historical German input text for use by conventional natural language processing techniques. Conventional techniques cannot adequately account for historical input text due to conventional tools' reliance on a fixed application-specific lexicon keyed by contemporary orthographic surface form on the one hand, and the lack of consistent orthographic conventions in historical input text on the other. Historical spelling variation is treated here as an error-correction problem or "canonicalization" task: an attempt to automatically assign each (historical) input word a unique extant canonical cognate, thus allowing direct application-specific processing (tagging, parsing, etc.) of the returned canonical forms without need for any additional application-specific modifications. In the course of the work, various methods for automatic canonicalization are investigated and empirically evaluated, including conflation by phonetic identity, conflation by lemma instantiation heuristics, canonicalization by weighted finite-state rewrite cascade, and token-wise disambiguation by a dynamic Hidden Markov Model.
N2  - Diese Arbeit behandelt Themen der automatischen Vorverarbeitung historischen deutschen Textes für die Weiterverarbeitung durch konventionelle computerlinguistische Techniken. Konventionelle Techniken können historischen Text wegen des hohen Grads an graphematischer Variation in solchem Text ohne eine solche Vorverarbeitung nicht zufriedenstellend behandeln. Variation in der historischen Rechtschreibung wird hier als Fehlerkorrekturproblem oder "Kanonikalisierungsaufgabe" behandelt: ein Versuch, jedem (historischen) Eingabewort eine eindeutige extante Äquivalente zuzuordnen; so können konventionelle Techniken ohne weitere Modifikation direkt auf den gelieferten kanonischen Formen arbeiten. Verschiedene Methoden zur automatischen Kanonikalisierung werden im Rahmen dieser Arbeit untersucht, unter anderem Konflation durch phonetische Identität, Konflation durch Lemma-Instanziierungsheuristiken, Kanonikalisierung durch eine Kaskade gewichteter endlicher Transduktoren, und Disambiguiierung von Konflationskandidaten durch ein dynamisches Hidden Markov Modell.
KW  - Computerlinguistik
KW  - Orthographie
KW  - historischer Text
KW  - Rechtschreibkorrektur
KW  - computational linguistics
KW  - orthography
KW  - historical text
KW  - spelling correction
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55789
ER  - 
TY  - THES
A1  - Barbosa Pfannes, Eva Katharina
T1  - Probing the regulatory mechanisms of the actomyosin system in motile cells
T1  - Erforschung von Regulationsmechanismen des Aktomyosinsystems in bewegliche Zellen
N2  - Actin-based directional motility is important for embryonic development, wound healing, immune responses, and development of tissues. Actin and myosin are essential players in this process that can be subdivided into protrusion, adhesion, and traction. Protrusion is the forward movement of the membrane at the leading edge of the cell. Adhesion is required to enable movement along a substrate, and traction finally leads to the forward movement of the entire cell body, including its organelles. While actin polymerization is the main driving force in cell protrusions, myosin motors lead to the contraction of the cell body. The goal of this work was to study the regulatory mechanisms of the motile machinery by selecting a representative key player for each stage of the signaling process: the regulation of Arp2/3 activity by WASP (actin system), the role of cGMP in myosin II assembly (myosin system), and the influence of phosphoinositide signaling (upstream receptor pathway). The model organism chosen for this work was the social ameba Dictyostelium discoideum, due to the well-established knowledge of its cytoskeletal machinery, the easy handling, and the high motility of its vegetative and starvation developed cells. First, I focused on the dynamics of the actin cytoskeleton by modulating the activity of one of its key players, the Arp2/3 complex. This was achieved using the carbazole derivative Wiskostatin, an inhibitor of the Arp2/3 activator WASP. Cells treated with Wiskostatin adopted a round shape, with no of few pseudopodia. With the help of a microfluidic cell squeezer device, I could show that Wiskostatin treated cells display a reduced mechanical stability, comparable to cells treated with the actin disrupting agent Latrunculin A. Furthermore, the WASP inhibited cells adhere stronger to a surface and show a reduced motility and chemotactic performance. However, the overall F-actin content in the cells was not changed. Confocal microscopy and TIRF microscopy imaging showed that the cells maintained an intact actin cortex. Localized dynamic patches of increased actin polymerization were observed that, however, did not lead to membrane deformation. This indicated that the mechanisms of actin-driven force generation were impaired in Wiskostatin treated cells. It is concluded that in these cells, an altered architecture of the cortical network leads to a reduced overall stiffness of the cell, which is insufficient to support the force generation required for membrane deformation and pseudopod formation. Second, the role of cGMP in myosin II dynamics was investigated. Cyclic GMP is known to regulate the association of myosin II with the cytoskeleton. In Dictyostelium, intracellular cGMP levels increase when cells are exposed to chemoattractants, but also in response to osmotic stress. To study the influence of cyclic GMP on actin and myosin II dynamics, I used the laser-induced photoactivation of a DMACM-caged-Br-cGMP to locally release cGMP inside the cell. My results show that cGMP directly activates the myosin II machinery, but is also able to induce an actin response independently of cAMP receptor activation and signaling. The actin response was observed in both vegetative and developed cells. Possible explanations include cGMP-induced actin polymerization through VASP (vasodilator-stimulated phosphoprotein) or through binding of cGMP to cyclic nucleotide-dependent kinases. Finally, I investigated the role of phosphoinositide signaling using the Polyphosphoinositide-Binding Peptide (PBP10) that binds preferentially to PIP2. Phosphoinositides can recruit actin-binding proteins to defined subcellular sites and alter their activity. Neutrophils, as well as developed Dictyostelium cells produce PIP3 in the plasma membrane at their leading edge in response to an external chemotactic gradient. Although not essential for chemotaxis, phosphoinositides are proposed to act as an internal compass in the cell. When treated with the peptide PBP10, cells became round, with fewer or no pseudopods. PH-CRAC translocation to the membrane still occurs, even at low cAMP stimuli, but cell motility (random and directional) was reduced. My data revealed that the decrease in the pool of available PIP2 in the cell is sufficient to impair cell motility, but enough PIP2 remains so that PIP3 is formed in response to chemoattractant stimuli. My data thus highlights how sensitive cell motility and morphology are to changes in the phosphoinositide signaling. In summary, I have analyzed representative regulatory mechanisms that govern key parts of the motile machinery and characterized their impact on cellular properties including mechanical stability, adhesion and chemotaxis.
N2  - Das Ziel der Arbeit war es, die regulatorischen Mechanismen der Zellmotilität zu untersuchen. Dazu habe ich für jedes Stadium dieses Prozesses einen repräsentativen regulatorischen Schritt ausgewählt und genauer untersucht: Die Regelung des Arp2/3 Komplexes durch WASP (Aktinsystem), die Rolle von cGMP in der Myosin II-Regulation (Myosinsystem) und der Einfluss von Phosphoinositiden im intrazellulären Signalprozess (Rezeptor-Signalweg). Die soziale Amöbe Dictyostelium discoideum wurde als Modellorganismus für diese Arbeiten gewählt. Gründe für diese Wahl waren die bereits vorliegenden detaillierten Kenntnisse über das Zytoskelett dieser Zellen, ihre einfache Handhabbarkeit im Labor, und die hohe Motilität der Zellen im vegetativen und entwickelten Zustand. Als Erstes analysierte ich die Dynamik des Aktin-Zytoskeletts durch Modulation der Aktivität des Arp2/3-Komplexes. Dafür benutzte ich das Carbazol-Derivat Wiskostatin, ein Inhibitor des Arp2/3-Aktivators WASP. Zellen, die mit Wiskostatin behandelt wurden, zeigten eine runde Form mit wenigen oder keinen Pseudopodien. Mit Hilfe des mikrofluidischen cell squeezer device konnte ich zeigen, dass Wiskostatin-behandelte Zellen eine geringere mechanische Stabilität aufweisen, vergleichbar mit Zellen unter dem Einfluss des Aktin-depolymerisierenden Wirkstoffes Latrunculin A. Darüber hinaus zeigen Wiskostatin behandelten Zellen eine erhöhte Substratadhäsion und eine verringerte Motilität und chemotaktische Effizienz. Der F-Aktingehalt der Zelle insgesamt blieb jedoch unverändert. Konfokal- und TIRF-mikroskopische Aufnahmen zeigten, dass die Zellen einen intakten Aktinkortex aufweisen. Es konnten lokalisierte dynamische Regionen erhöhter Aktinpolymerisation beobachtet werden, die jedoch nicht zur Ausbildung von Membrandeformationen führten. Daraus kann man rückschließen, dass die Mechanismen der Krafterzeugung im Aktin-Zytoskelett in WASP-inhibierten Zellen beeinträchtigt sind. Vermutlich liegt in diesen Zellen eine veränderte Mikroarchitektur des kortikalen Netzwerks vor, die zu einer verminderten Steifigkeit der Zelle führt, so dass die zur Bildung von Pseudopodien erforderlichen Kräfte nicht entfaltet werden können. Als Zweites wurde die Rolle von cGMP in der Myosin II-Dynamik untersucht. Es ist bekannt, dass cGMP die Assoziation von Myosin II mit dem Zytoskelett reguliert. In Dictyostelium steigt die intrazelluläre Konzentration von cGMP in Gegenwart von chemoattraktiven Lockstoffen sowie in Antwort auf osmotischen Stress. Um den Einfluss von cGMP auf die Aktin und Myosin II -Dynamik zu untersuchen, benutzte ich laserinduzierte Photoaktivierung von DMACM-caged-Br-cGMP, um cGMP lokal innerhalb der Zelle freizusetzen. Meine Ergebnisse zeigten, dass intrazelluläres cGMP direkt zur Aktivierung von Myosin II führt, jedoch auch Aktinantworten unabhängig vom cAMP-Rezeptorsignalweg induzieren kann. Die Aktinreaktion wurde sowohl in vegetativen als auch in entwickelten Zellen beobachtet. Eine mögliche Erklärung könnte die cGMP-induzierte Aktinpolymerisation über VASP (vasodilator-stimulated phosphoprotein) sein oder über die Bindung von cGMP an Nukleotid-abhängige Proteinkinasen. Als dritten Punkt meiner Arbeit untersuchte ich die Rolle der Phosphoinositide mit Hilfe des Phosphoinositide-bindenden Proteins PBP10, das bevorzugt an PIP2 bindet. Phosphoinositiden können Aktin-bindende Proteine zu definierten subzellulären Orten rekrutieren und ihre Aktivität verändern. Sowohl Neutrophile als auch entwickelte Dictyostelium Zellen produzieren PIP3 in der Plasmamembran an ihrer leading edge in Antwort auf externe Gradienten chemischer Lockstoffe. Obwohl Zellen auch ohne PIP3 chemotaktisches Verhalten zeigen, werden Phosphoinositide im Allgemeinen mit dem inneren chemotaktischen Kompass der Zelle in Verbindung gebracht. Mit dem Peptid PBP10 behandelte Zellen nahmen eine runde Form an, mit wenigen oder keinen Pseudopodien. PH-CRAC -Translokation zur Membran konnte in PBP10-behandelten Zellen selbst bei geringen cAMP-Stimuli weiterhin beobachtet werden. Ungerichtete wie auch gerichtete Zellmotiliät waren jedoch beeinträchtigt. Meine Daten zeigen, dass die Abnahme des PIP2-Pools in der Zelle durch PBP10 ausreicht, um die Zellmotilität zu beeinträchtigen, dass jedoch genug PIP2 erhalten bleibt um in Folge einer Rezeptorstimulation PIP3 zu produzieren. Die Ergebnisse demonstrieren daher, wie empfindlich Zellmotilität und -morphologie gegenüber Modifikationen im Phosphoinositid-Signalweg sind. Zusammenfassend habe ich mehrere repräsentative Beispiele für regulatorische Mechanismen der Zellmotilität untersucht und deren Auswirkung auf Eigenschaften der Zelle wie mechanische Stabilität, Zelladhäsion und Chemotaxis charakterisiert.
KW  - Dictyostelium
KW  - Aktomyosin
KW  - Wiskostatin
KW  - cGMP
KW  - PBP10
KW  - Dictyostelium
KW  - actomyosin
KW  - Wiskostatin
KW  - cGMP
KW  - PBP10
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-57812
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wolff, Christian Michael
T1  - East African monsoon variability since the last glacial
T1  - Ostafrikanische Monsunvariabilität seit dem letztem Glazial
N2  - The impact of global warming on human water resources is attracting increasing attention. No other region in this world is so strongly affected by changes in water supply than the tropics. Especially in Africa, the availability and access to water is more crucial to existence (basic livelihoods and economic growth) than anywhere else on Earth. In East Africa, rainfall is mainly influenced by the migration of the Inter-Tropical Convergence Zone (ITCZ) and by the El Niño Southern Oscillation (ENSO) with more rain and floods during El Niño and severe droughts during La Niña. The forecasting of East African rainfall in a warming world requires a better understanding of the response of ENSO-driven variability to mean climate. Unfortunately, existing meteorological data sets are too short or incomplete to establish a precise evaluation of future climate. From Lake Challa near Mount Kilimanjaro, we report records from a laminated lake sediment core spanning the last 25,000 years. Analyzing a monthly cleared sediment trap confirms the annual origin of the laminations and demonstrates that the varve-thicknesses are strongly linked to the duration and strength of the windy season. Given the modern control of seasonal ITCZ location on wind and rain in this region and the inverse relation between the two, thicker varves represent windier and thus drier years. El Niño (La Niña) events are associated with wetter (drier) conditions in east Africa and decreased (increased) surface wind speeds. Based on this fact, the thickness of the varves can be used as a tool to reconstruct a) annual rainfall b) wind season strength, and c) ENSO variability. Within this thesis, I found evidence for centennialscale changes in ENSO-related rainfall variability during the last three millennia, abrupt changes in variability during the Medieval Climate Anomaly and the Little Ice Age, and an overall reduction in East African rainfall and its variability during the Last Glacial period. Climate model simulations support forward extrapolation from these lake-sediment data, indicating that a future Indian Ocean warming will enhance East Africa’s hydrological cycle and its interannual variability in rainfall. Furthermore, I compared geochemical analyses from the sediment trap samples with a broad range of limnological, meteorological, and geological parameters to characterize the impact of sedimentation processes from the in-situ rocks to the deposited sediments. As a result an excellent calibration for existing μXRF data from Lake Challa over the entire 25,000 year long profile was provided. The climate development during the last 25,000 years as reconstructed from the Lake Challa sediments is in good agreement with other studies and highlights the complex interactions between long-term orbital forcing, atmosphere, ocean and land surface conditions. My findings help to understand how abrupt climate changes occur and how these changes correlate with climate changes elsewhere on Earth.
N2  - Änderungen des Klimas in einer sich erwärmenden Erde haben große Auswirkungen auf den globalen und lokalen Wasserhaushalt und rücken anhand starker Extremereignisse immer häufiger in den Fokus der Öffentlichkeit. Besonders die Regionen der Tropen sind von derartigen Einschnitten stark gefährdet. Der jährliche Niederschlag in Ostafrika ist stark mit der saisonalen Wanderung der ITCZ (Innertropischen Konvergenzzone) sowie mit dem El Niño/Southern Oscillation (ENSO) Phänomen verbunden. Extreme Regenfälle und Überschwemmungen während El Niño Jahren stehen Trockenheit und Dürren in La Niña Jahren gegenüber. Prognosen über zukünftige Veränderungen der ostafrikanischen Niederschläge erfordern ein verbessertes Verständnis der ENSO antreibenden Faktoren. Unglücklicherweise sind die vorhandenen meteorologischen Datenreihen nicht lang genug oder besitzen nicht die benötigte Homogenität. Einen hilfreichen Beitrag können jährlich geschichtete Seesedimente des am Fuße des Kilimandscharo gelegenen Lake Challa leisten. Anhand einer monatlich aufgelösten Sedimentfalle konnte ich nachweisen, dass die rund 25.000 Jahre zurückreichenden Sedimente eine jährliche Struktur besitzen sowie die Dicke dieser jährlichen Schichtung (Warve) stark mit der Dauer und Intensität der saisonal windreichen/trockenen Jahreszeit verbunden ist. Dickere Warven repräsentieren windige/trockene Jahre, wohingegen dünnere Warven für windschwache und feuchte Jahre stehen. Stärkere Winde und kaum Niederschläge treten oft im Zusammenhang mit einem La Niña Ereignis in Ostafrika auf, wohingegen während eines El Niño Ereignisses häufig extreme Niederschläge mit wenig Wind zu beobachten sind. Anhand der Vermessung der Warven kann man verschiedene Klimaparameter rekonstruieren: a) den jährlichen Niederschlag b) jährliche Windgeschwindigkeiten und ihre Intensitäten sowie c) ENSO Variabilitäten. Die in meiner Arbeit gewonnenen klimatischen Informationen zeigen starke Änderungen der ENSO Variabilität innerhalb der letzten 3.000 Jahre mit starken Unterschieden während der Kleinen Eiszeit und während der Mittelalterlichen Warmzeit sowie deutlich trockene und windige Bedingungen mit sehr geringen ENSO Aktivitäten im glazialem Zeitraum (18.500 und 21.000 Jahren). Modellberechnungen unterstützen diese Ergebnisse einer Zunahme von Extremereignissen und feuchteren Bedingungen im Zuge einer Erwärmung des Indischen Ozeans. Mittels geochemischer Analysen der Sedimentfallenproben sowie die daraus resultierende Verknüpfung mit limnologischen und meteorologischen Parametern, konnte ich einen entscheidenden Beitrag zur erfolgreichen Interpretation der existierenden 25.000 Jahre langen μXRF Datensätze leisten. Der Anteil an allochthonem und autochthonem Eintrag kann so genau klassifiziert werden. Das dadurch gewonnene Bild der Klimaentwicklung der letzten 25.000 Jahre deckt sich hervorragend mit anderen Studien und ermöglicht Einblicke in das komplexe Zusammenspiel zwischen Ozean-Atmosphäre und Umwelt auf dem afrikanischen Kontinent. Besonders die für die Ostafrikaforschung extrem hohe Auflösung der Daten wird helfen, die abrupten Klimawechsel und Interaktionen besser verstehen zu können.
KW  - Lake Challa
KW  - Sedimentfalle
KW  - Warve
KW  - ENSO
KW  - Monsun
KW  - Lake Challa
KW  - sediment trap
KW  - varve
KW  - ENSO
KW  - monsoon
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-58079
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lauterbach, Stefan
T1  - Lateglacial to Holocene climatic and environmental changes in Europe : multi-proxy studies on lake sediments along a transect from northern Italy to northeastern Poland
T1  - Spätglaziale und holozäne Klima- und Umweltveränderungen in Europa : Multiproxy-Untersuchungen an Seesedimenten entlang eines Transekts zwischen Norditalien und Nordostpolen
N2  - Sediment records of three European lakes were investigated in order to reconstruct the regional climate development during the Lateglacial and Holocene, to investigate the response of local ecosystems to climatic fluctuations and human impact and to relate regional peculiarities of past climate development to climatic changes on a larger spatial scale. The Lake Hańcza (NE Poland) sediment record was studied with a focus on reconstructing the early Holocene climate development and identifying possible differences to Western Europe. Following the initial Holocene climatic improvement, a further climatic improvement occurred between 10 000 and 9000 cal. a BP. Apparently, relatively cold and dry climate conditions persisted in NE Poland during the first ca. 1500 years of the Holocene, most likely due to a specific regional atmospheric circulation pattern. Prevailing anticyclonic circulation linked to a high-pressure cell above the remaining Scandinavian Ice Sheet (SIS) might have blocked the eastward propagation of warm and moist Westerlies and thus attenuated the early Holocene climatic amelioration in this region until the final decay of the SIS, a pattern different from climate development in Western Europe. The Lateglacial sediment record of Lake Mondsee (Upper Austria) was investigated in order to study the regional climate development and the environmental response to rapid climatic fluctuations. While the temperature rise and environmental response at the onset of the Holocene took place quasi-synchronously, major leads and lags in proxy responses characterize the onset of the Lateglacial Interstadial. In particular, the spread of coniferous woodlands and the reduction of detrital flux lagged the initial Lateglacial warming by ca. 500–750 years. Major cooling at the onset of the Younger Dryas took place synchronously with a change in vegetation, while the increase of detrital matter flux was delayed by about 150–300 years. Complex proxy responses are also detected for short-term Lateglacial climatic fluctuations. In summary, periods of abrupt climatic changes are characterized by complex and temporally variable proxy responses, mainly controlled by ecosystem inertia and the environmental preconditions. A second study on the Lake Mondsee sediment record focused on two small-scale climate deteriorations around 8200 and 9100 cal. a BP, which have been triggered by freshwater discharges to the North Atlantic, causing a shutdown of the Atlantic meridional overturning circulation (MOC). Combining microscopic varve counting and AMS 14C dating yielded a precise duration estimate (ca. 150 years) and absolute dating of the 8.2 ka cold event, both being in good agreement with results from other palaeoclimate records. Moreover, a sudden temperature overshoot after the 8.2 ka cold event was identified, also seen in other proxy records around the North Atlantic. This was most likely caused by enhanced resumption of the MOC, which also initiated substantial shifts of oceanic and atmospheric front systems. Although there is also evidence from other proxy records for pronounced recovery of the MOC and atmospheric circulation changes after the 9.1 ka cold event, no temperature overshoot is seen in the Lake Mondsee record, indicating the complex behaviour of the global climate system. The Holocene sediment record of Lake Iseo (northern Italy) was studied to shed light on regional earthquake activity and the influence of climate variability and anthropogenic impact on catchment erosion and detrital flux into the lake. Frequent small-scale detrital layers within the sediments reflect allochthonous sediment supply by extreme surface runoff events. During the early to mid-Holocene, increased detrital flux coincides with periods of cold and wet climate conditions, thus apparently being mainly controlled by climate variability. In contrast, intervals of high detrital flux during the late Holocene partly also correlate with phases of increased human impact, reflecting the complex influences on catchment erosion processes. Five large-scale event layers within the sediments, which are composed of mass-wasting deposits and turbidites, are supposed to have been triggered by strong local earthquakes. While the uppermost of these event layers is assigned to a documented adjacent earthquake in AD 1222, the four other layers are supposed to be related to previously undocumented prehistorical earthquakes.
N2  - Sedimente aus drei europäischen Seen wurden untersucht um die regionale Klimaentwicklung während des Spätglazials und Holozäns und die Reaktion der Ökosysteme auf Klimaschwankungen und menschlichen Einfluss zu rekonstruieren sowie die regionalen Besonderheiten der spätquartären Klimaveränderungen in einen überregionalen Kontext zu setzen. Die Sedimente des Jezioro Hańcza (Nordostpolen) wurden im Hinblick auf die frühholozäne Klimaentwicklung und die Identifikation möglicher Unterschiede gegenüber Westeuropa untersucht. Im Anschluss an die Erwärmung zu Beginn des Holozäns konnte eine weitere Verbesserung der Klimabedingungen zwischen 10 000 und 9000 Jahren vor heute nachgewiesen werden. Offensichtlich herrschten in Nordostpolen während der ersten 1500 Jahre des Holozäns noch relative kalte und trockene Klimabedingungen, höchstwahrscheinlich als Resultat besonderer regionaler atmosphärischer Zirkulationsverhältnisse. Eine antizyklonale Zirkulationszelle als Resultat eines Hochdruckgebiets über dem Rest des Skandinavischen Eisschilds verhinderte wahrscheinlich das Vordringen warmer und feuchter Luftmassen aus Westen und verursachte damit eine Abschwächung der frühholozänen Klimaverbesserung in dieser Region bis zum endgültigen Zerfall des Eisschilds, was grundsätzlich von der frühholozänen Klimaentwicklung in Westeuropa abweicht. Die spätglazialen Sedimente des Mondsees (Oberösterreich) wurden im Hinblick auf die regionale Klimaentwicklung und die Reaktion des Ökosystems auf abrupte Klimaschwankungen untersucht. Während die Erwärmung zu Beginn des Holozäns von einer zeitgleichen Reaktion des Ökosystems begleitet wurde, war die Reaktion des Ökosystems auf die Erwärmung zu Beginn des Spätglazials deutlich verzögert. Insbesondere die Ausbreitung von Nadelwäldern und die Reduktion des klastischen Eintrags folgten der spätglazialen Erwärmung erst mit einer Verzögerung von ca. 500–750 Jahren. Die Abkühlung zu Beginn der Jüngeren Dryas war durch eine deutliche Synchronizität zwischen Temperatur- und Vegetationsänderung gekennzeichnet, wohingegen der Anstieg des klastischen Eintrags erst 150–300 Jahre verzögert folgte. Eine komplexe Reaktion des Ökosystems zeigt sich auch während kurzfristiger spätglazialer Klimaschwankungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass abrupte Klimaveränderungen durch komplexe und zeitlich variable Reaktionsmuster des Ökosystems gekennzeichnet sind, die hauptsächlich von dessen Klimasensitivität und den ökologischen Ausgangsbedingungen abhängen. Eine zweite Studie an den Sedimenten des Mondsees konzentrierte sich auf zwei Klimaschwankungen vor ca. 8200 und 9100 Jahren, für die Schmelzwassereintrag in den Nordatlantik und ein damit verbundenes Zusammenbrechen der thermohalinen Zirkulation als Ursache angesehen wird. Durch Warvenzählungen und 14C-Datierungen konnten sowohl die Dauer (ca. 150 Jahre) als auch das absolute Alter der Kältephase vor ca. 8200 Jahren zuverlässig bestimmt werden, welche in guter Übereinstimmung mit Resultaten aus anderen Paläoklimaarchiven stehen. Darüber hinaus wurde eine kurze Warmphase direkt im Anschluss an das Abkühlungsereignis identifiziert, die auch in anderen Klimaarchiven im nordatlantischen Raum nachweisbar ist. Diese wurde wahrscheinlich durch ein Wiedererstarken der thermohalinen Zirkulation verursacht, welches darüber hinaus eine Verschiebung ozeanischer und atmosphärischer Frontsysteme zur Folge hatte. Obwohl andere Klimaarchive auch nach dem Abkühlungsereignis vor ca. 9100 Jahren auf ein Wiedererstarken der thermohalinen Zirkulation hindeuten, finden sich in den Sedimenten des Mondsees keine Anzeichen für eine solche Wärmeperiode, was die Komplexität des globalen Klimasystems verdeutlicht. Die holozänen Sedimente des Lago d’Iseo (Norditalien) wurden im Hinblick auf die regionale Erdbebenaktivität und den Einfluss von Klima und Mensch auf Erosionsprozesse im Einzugsgebiet und den klastischen Eintrag in den See untersucht. Zahlreiche kleinere detritische Lagen in den Sedimenten spiegeln Eintrag durch extreme Oberflächenabflussereignisse wieder. Während des Früh- und Mittelholozäns zeigt sich eine deutliche Übereinstimmung zwischen erhöhtem klastischen Eintrag und kühleren und feuchteren Klimaverhältnissen, was auf einen dominanten Einfluss der natürlichen Klimavariabilität hindeutet. Im Gegensatz dazu zeigen Phasen erhöhten klastischen Eintrags während des Spätholozäns teilweise auch eine Korrelation mit erhöhter Siedlungsaktivität, was die Komplexität der Einflüsse auf Erosionsprozesse im Einzugsgebiet verdeutlicht. Darüber hinaus konnten auch fünf größere Ereignislagen nachgewiesen werden, welche durch Rutschmassen und Turbidite gekennzeichnet sind und für die lokale Erdbeben als Ursache vermutet werden. Die jüngste Ereignislage kann mit einem historisch dokumentierten proximalen Erdbeben im Jahr AD 1222 korreliert werden. Für die anderen vier Ereignislagen werden bisher undokumentierte prähistorische Erdbeben als Ursache angenommen.
KW  - Spätglazial
KW  - Holozän
KW  - Seesedimente
KW  - Paläoklima
KW  - Europa
KW  - Lateglacial
KW  - Holocene
KW  - lake sediments
KW  - palaeoclimate
KW  - Europe
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-58157
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sietz, Diana
T1  - Dryland vulnerability : typical patterns and dynamics in support of vulnerability reduction efforts
T1  - Vulnerabilität in Trockengebieten: typische Muster und Dynamiken als Beitrag für Ansätze zur Verminderung von Vulnerabilität
N2  - The pronounced constraints on ecosystem functioning and human livelihoods in drylands are frequently exacerbated by natural and socio-economic stresses, including weather extremes and inequitable trade conditions. Therefore, a better understanding of the relation between these stresses and the socio-ecological systems is important for advancing dryland development. The concept of vulnerability as applied in this dissertation describes this relation as encompassing the exposure to climate, market and other stresses as well as the sensitivity of the systems to these stresses and their capacity to adapt. With regard to the interest in improving environmental and living conditions in drylands, this dissertation aims at a meaningful generalisation of heterogeneous vulnerability situations. A pattern recognition approach based on clustering revealed typical vulnerability-creating mechanisms at global and local scales. One study presents the first analysis of dryland vulnerability with global coverage at a sub-national resolution. The cluster analysis resulted in seven typical patterns of vulnerability according to quantitative indication of poverty, water stress, soil degradation, natural agro-constraints and isolation. Independent case studies served to validate the identified patterns and to prove the transferability of vulnerability-reducing approaches. Due to their worldwide coverage, the global results allow the evaluation of a specific system’s vulnerability in its wider context, even in poorly-documented areas. Moreover, climate vulnerability of smallholders was investigated with regard to their food security in the Peruvian Altiplano. Four typical groups of households were identified in this local dryland context using indicators for harvest failure risk, agricultural resources, education and non-agricultural income. An elaborate validation relying on independently acquired information demonstrated the clear correlation between weather-related damages and the identified clusters. It also showed that household-specific causes of vulnerability were consistent with the mechanisms implied by the corresponding patterns. The synthesis of the local study provides valuable insights into the tailoring of interventions that reflect the heterogeneity within the social group of smallholders. The conditions necessary to identify typical vulnerability patterns were summarised in five methodological steps. They aim to motivate and to facilitate the application of the selected pattern recognition approach in future vulnerability analyses. The five steps outline the elicitation of relevant cause-effect hypotheses and the quantitative indication of mechanisms as well as an evaluation of robustness, a validation and a ranking of the identified patterns. The precise definition of the hypotheses is essential to appropriately quantify the basic processes as well as to consistently interpret, validate and rank the clusters. In particular, the five steps reflect scale-dependent opportunities, such as the outcome-oriented aspect of validation in the local study. Furthermore, the clusters identified in Northeast Brazil were assessed in the light of important endogenous processes in the smallholder systems which dominate this region. In order to capture these processes, a qualitative dynamic model was developed using generalised rules of labour allocation, yield extraction, budget constitution and the dynamics of natural and technological resources. The model resulted in a cyclic trajectory encompassing four states with differing degree of criticality. The joint assessment revealed aggravating conditions in major parts of the study region due to the overuse of natural resources and the potential for impoverishment. The changes in vulnerability-creating mechanisms identified in Northeast Brazil are well-suited to informing local adjustments to large-scale intervention programmes, such as “Avança Brasil”. Overall, the categorisation of a limited number of typical patterns and dynamics presents an efficient approach to improving our understanding of dryland vulnerability. Appropriate decision-making for sustainable dryland development through vulnerability reduction can be significantly enhanced by pattern-specific entry points combined with insights into changing hotspots of vulnerability and the transferability of successful adaptation strategies.
N2  - Die Grenzen ökologischer Funktionen und menschlicher Lebensweisen in Trockengebieten werden häufig durch natürlichen und sozio-ökonomischen Stress, wie extreme Wetterereignisse und ungerechte Handelsbedingungen, weiter verengt. Zur Förderung der Entwicklung in Trockengebieten ist es daher wichtig, die Beziehung zwischen den Stressfaktoren und den sozio-ökologischen Systemen besser zu verstehen. Das Konzept der Vulnerabilität, welches in der vorliegenden Dissertation angewandt wird, beschreibt dieses Verhältnis durch die Exposition, Sensitivität und Anpassungsfähigkeit von Systemen im Hinblick auf Klima-, Markt- und anderen Stress. Bezüglich des Interesses, die Umwelt- und Lebensbedingungen in Trockengebieten zu verbessern, zielt diese Dissertation darauf ab, die vielschichtigen Ursachen und Veränderungen von Vulnerabilität sinnvoll zu verallgemeinern. Eine clusterbasierte Mustererkennung zeigte typische Mechanismen auf, welche Vulnerabilität auf globaler und lokaler Ebene verursachen. Dabei stellt die globale Studie die erste flächendeckende Untersuchung von Vulnerabilität in Trockengebieten mit sub-nationaler Auflösung dar. Die Clusteranalyse identifizierte sieben typische Muster basierend auf der quantitativen Beschreibung von Armut, Wasserknappheit, Bodendegradation, natürlichen Produktionshemmnissen und Isolation. Die Gültigkeit der ermittelten Cluster und die Übertragbarkeit von Anpassungsmaßnahmen innerhalb ähnlicher Gebiete wurden anhand unabhängiger Fallstudien belegt. Die flächendeckende Erfassung erlaubt es, die Vulnerabilität eines Systems in seinem größeren Kontext zu bewerten, auch in weniger gut durch Fallstudien dokumentierten Gebieten. Weiterhin wurde die Klimavulnerabilität von Kleinbauern bezüglich ihrer Nahrungsmittelsicherung im peruanischen Altiplano untersucht. In diesem lokalen Kontext wurden vier Cluster von Haushalten gemäß ihrer Produktionsrisiken, landwirtschaftlichen Ressourcen, der Bildung und ihres nicht-landwirtschaftlichen Einkommens unterschieden. Eine erweiterte Gültigkeitsprüfung unter Nutzung unabhängig erhobener Informationen stellte heraus, dass wetterbedingte Schäden mit den ermittelten Clustern korrelieren und dass haushaltsspezifische Schadensursachen mit den durch die Muster angezeigten Mechanismen übereinstimmen. Die lokale Studie liefert wertvolle Hinweise auf bedarfsgerechte Eingriffe unter Beachtung der Heterogenität innerhalb der sozialen Gruppe der Kleinbauern. Die notwendigen Bedingungen zur Erkennung typischer Muster ergaben fünf methodische Schritte. Ihre Darlegung soll die Anwendung der gewählten Methode in zukünftigen Vulnerabilitätsstudien anregen und erleichtern. Die fünf Schritte umfassen die Ableitung relevanter Ursache-Wirkungs-Hypothesen, die Quantifizierung der Mechanismen, die Bewertung von Robustheit und Gültigkeit sowie die Ordnung der ermittelten Muster nach dem Grad der Vulnerabilität. Dabei ist die genaue Beschreibung der Hypothesen eine wesentliche Voraussetzung für die Quantifizierung der grundlegenden Prozesse sowie eine einheitliche Interpretation, Gültigkeitsprüfung und Ordnung der ermittelten Muster. Besondere Beachtung finden skalenbedingte Aspekte, wie beispielsweise die ergebnisorientierte Gültigkeitsprüfung in der lokalen Studie. Weiterhin wurden die in Nordostbrasilien ermittelten Cluster im Hinblick auf wichtige endogene Prozesse in den dort vorherrschenden kleinbäuerlichen Nutzungssystemen untersucht. Diese Prozesse umfassen die Aufteilung der Arbeitskraft, die landwirtschaftliche Produktion sowie Einkommens- und Ressourcendynamiken. Sie wurden in einem qualitativen dynamischen Modell erfasst, welches eine zyklische Trajektorie mit vier unterschiedlich problematischen Entwicklungszuständen ergab. Als besonders problematischer Aspekt verschärfte sich die Vulnerabilität in weiten Teilen des Untersuchungsgebietes durch die Übernutzung natürlicher Ressourcen und die Möglichkeit weiterer Verarmung. Die in Nordostbrasilien gezeigten Veränderungen sind dazu geeignet, groß angelegte Entwicklungsprogramme, wie zum Beispiel “Avança Brasil”, angemessen an lokale Gegebenheiten anzupassen. Insgesamt ermöglicht es die Kategorisierung einer begrenzten Anzahl typischer Muster und Veränderungen, die Vulnerabilität in Trockengebieten besser zu verstehen. Eine nachhaltige Entwicklung von Trockengebieten basierend auf der Minderung von Vulnerabilität kann durch musterspezifische Ansätze zusammen mit Hinweisen zu Veränderungen im Schweregrad und zur Übertragbarkeit erfolgreicher Anpassungsstrategien wirkungsvoll unterstützt werden.
KW  - Kausalstruktur
KW  - Archetyp
KW  - mehrfache Stressfaktoren
KW  - ländliche Entwicklung
KW  - räumlich explizit
KW  - Causal structure
KW  - archetype
KW  - multiple stress factors
KW  - rural development
KW  - spatially explicit
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-58097
ER  - 
TY  - THES
A1  - Andrade Linares, Diana Rocío
T1  - Characterization of tomato root-endophytic fungi and analysis of their effects on plant development, on fruit yield and quality and on interaction with the pathogen Verticillium dahliae
T1  - Charakterisierung wurzelendophytischer Pilze von Tomate und Analyse ihrer Effekte auf Pflanzenentwicklung, auf Ertrag und Fruchtqualität und auf die Wechselwirkung mit dem Pathogen Verticillium dahliae
N2  - Non-mycorrhizal fungal endophytes are able to colonize internally roots without causing visible disease symptoms establishing neutral or mutualistic associations with plants. These fungi known as non-clavicipitaceous endophytes have a broad host range of monocot and eudicot plants and are highly diverse. Some of them promote plant growth and confer increased abiotic-stress tolerance and disease resistance. According to such possible effects on host plants, it was aimed to isolate and to characterize native fungal root endophytes from tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) and to analyze their effects on plant development, plant resistance and fruit yield and quality together with the model endophyte Piriformospora indica. Fifty one new fungal strains were isolated from desinfected tomato roots of four different crop sites in Colombia. These isolates were roughly characterized and fourteen potential endophytes were further analyzed concerning their taxonomy, their root colonization capacity and their impact on plant growth. Sequencing of the ITS region from the ribosomal RNA gene cluster and in-depth morphological characterisation revealed that they correspond to different phylogenetic groups among the phylum Ascomycota. Nine different morphotypes were described including six dark septate endophytes (DSE) that did not correspond to the Phialocephala group. Detailed confocal microscopy analysis showed various colonization patterns of the endophytes inside the roots ranging from epidermal penetration to hyphal growth through the cortex. Tomato pot experiments under glass house conditions showed that they differentially affect plant growth depending on colonization time and inoculum concentration. Three new isolates (two unknown fungal endophyte DSE48, DSE49 and one identified as Leptodontidium orchidicola) with neutral or positiv effects were selected and tested in several experiments for their influence on vegetative growth, fruit yield and quality and their ability to diminish the impact of the pathogen Verticillium dahliae on tomato plants. Although plant growth promotion by all three fungi was observed in young plants, vegetative growth parameters were not affected after 22 weeks of cultivation except a reproducible increase of root diameter by the endophyte DSE49. Additionally, L. orchidicola increased biomass and glucose content of tomato fruits, but only at an early date of harvest and at a certain level of root colonization. Concerning bioprotective effects, the endophytes DSE49 and L. orchidicola decreased significantly disease symptoms caused by the pathogen V. dahliae, but only at a low dosis of the pathogen. In order to analyze, if the model root endophytic fungus Piriformospora indica could be suitable for application in production systems, its impact on tomato was evaluated. Similarly to the new fungal isolates, significant differences for vegetative growth parameters were only observable in young plants and, but protection against V. dahliae could be seen in one experiment also at high dosage of the pathogen. As the DSE L. orchidicola, P. indica increased the number and biomass of marketable tomatoes only at the beginning of fruit setting, but this did not lead to a significant higher total yield. If the effects on growth are due to a better nutrition of the plant with mineral element was analyzed in barley in comparison to the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus mosseae. While the mycorrhizal fungus increased nitrogen and phosphate uptake of the plant, no such effect was observed for P. indica. In summary this work shows that many different fungal endophytes can be also isolated from roots of crops and, that these isolates can have positive effects on early plant development. This does, however, not lead to an increase in total yield or in improvement of fruit quality of tomatoes under greenhouse conditions.
N2  - Endophyten, die nicht zu den Mykorrhizapilzen gehören, können das Innere von Wurzeln ohne sichtbare Krankheitssymptome besiedeln und bilden so mit der Pflanze neutrale oder mutualistische Wechselwirkungen. Diese Pilze, auch als nicht-clavicipetale Endophyten bekannt, haben ein breites Wirtsspektrum von mono- und dikotyledonen Pflanzen und weisen eine hohe Diversität auf. Einige von ihnen fördern Pflanzenwachstum und erhöhen Resistenz und Toleranz gegenüber biotischem und abiotischem Stress. Ausgehenden von diesen möglichen Effekten auf ihre Wirtspflanzen war das Ziel der vorliegenden Arbeit die Isolierung und Charakterisierung neuer pilzlicher Wurzelendophyten der Tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) und die Analyse ihres Einflusses auf Pflanzenentwicklung und Pflanzenresistenz, sowie auf Ertrag und Fruchtqualität unter Einbeziehung des Modellendophyten Piriformospora indica. Aus vier verschiedenen Anbaugebieten in Kolumbien konnten 51 neue Pilzstämme von oberflächensterilisierten Tomatenwurzeln isoliert werden. Diese Isolate wurden vorcharakterisiert und 14 potentielle Endophyten bezüglich ihrer Taxonomie, ihrer Besiedlungsmuster und ihres Einfluss auf das Pflanzenwachstum näher untersucht. Sequenzierung der ITS Region des ribosomalen RNA Genclusters und genaue morphologische Charakterisierung zeigten, dass sie zu verschiedenen phylogenetischen Gruppen innerhalb der Ascomycota gehören. Neun Morphotypen ließen sich beschreiben, wobei sechs zu den ‚Dark Septate Endophytes’ (DSEs) gehören, aber nicht mit der bekannten Phialocephala Gruppe verwandt waren. Ausführliche konfokale mikroskopische Untersuchungen ergaben sehr verschiedene Besiedelungsmuster der Wurzelendophyten vom Endringen in die Epidermis bis zum Hyphenwachstum durch den Kortex. Topfexperimente unter Gewächshausbedingungen zeigten dass die Isolate in Abhängigkeit von der Inokulumkonzentration und der Zeit der Besiedlung das Wachstum der Tomaten sehr unterschiedlich beeinflussten. Drei neue Isolate (die beiden unbekannte pilzlichen Endophyten DSE48 und DSE49 und eines identifiziert als Leptodontidium orchidicola) mit neutralen oder positiven Effekten wurden für weitere Versuche ausgewählt. In mehreren Experimenten sollte ihr Einfluss auf das vegetative Wachstum, auf Ertrag und auf Fruchtqualität untersucht werden, sowie ihre Fähigkeit die Auswirkungen des Pathogens Verticillium dahliae auf Tomatenpflanzen zu vermindern. Obwohl wachstumsfördernde Effekte durch alle drei Pilze in jungen Pflanzen beobachtet wurden, waren vegetative Wachstumsparameter nach 22 Wochen der Besiedlung nicht mehr beeinflusst bis auf ein signifikante Erhöhung des Wurzeldurchmessers durch den Endophyten DSE49. L. orchidicola dagegen erhöhte die Biomasse und den Glukosegehalt der Früchte, aber nur zu frühen Ernteterminen und bei einer bestimmten Intensität der Wurzelbesiedelung. Hinsichtlich eines schützenden Effekts, konnten die Endophyten DSE49 und L. orchidicola die Krankheitssymptome, die durch V. dahliae verursacht wurden, vermindern, aber nur bei einem geringen Pathogendruck. Um zu überprüfen, ob der Modellendophyt P. indica in Produktionssytemen eingesetzt werden kann, wurde seine Auswirkungen auf Tomaten untersucht. Ähnlich wie die neuen pilzlichen Isolate, zeigte aber auch er seinen fördernden Einfluss nur auf das frühe vegetative Wachstum. Schützende Effekte gegen V. dahliae konnten ebenfalls nur bei niedrigem Pathogendruck konstant beobachtet werden. Wie L. orchidicola erhöhte P. indica die Biomasse an marktfähigen Tomaten am Anfang des Fruchtansatzes, was nicht zu einem insgesamt höheren Ertrag führte. Ob die beobachteten Effekte auf ein verbesserte Nährstoffversorgung der Pflanze zurückzuführen seien, wurde in Gerste im Vergleich mit dem arbuskulären Mykorrhizapilz Glomus mosseae untersucht. Während der Mykorrhizapilz sowohl Phosphat wie Stickstoffaufnehme der Pflanze erhöhte, konnte dies für P. indica nicht festgestellt werden. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass auch aus Wurzeln von Kulturpflanzen viele verschiedene pilzliche Endophyten isoliert werden können, und dass einige von diesen durchaus einen positiven Effekt auf die frühe Pflanzenentwicklung aufweisen. Zumindest für Tomate unter Gewächshausbedingungen führen diese Effekte aber nicht zu einer Erhöhung des Gesamtertrags oder einer nachhaltigen Verbesserung der Fruchtqualität.
KW  - Pilz-Endophyten
KW  - Ascomycota
KW  - Wurzelbesiedlung
KW  - Tomaten (Solanum lycopersicum)
KW  - Pflanze-Pilz-Interaktionen
KW  - Fungal endophyte
KW  - Ascomycota
KW  - root colonization
KW  - tomato (Solanum lycopersicum)
KW  - plant-fungal interactions
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51375
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TY  - THES
A1  - Schumacher, Soeren
T1  - Saccharide recognition : boronic acids as receptors in polymeric networks
T1  - Zuckererkennung in polymeren Netzwerken mittels Boronsäuren als Rezeptoren
N2  - In this thesis entitled “Saccharide Recognition - Boronic acids as Receptors in Polymeric Networks” different aspects of boronic acid synthesis, their analysis and incorporation or attachment to different polymeric networks and characterisation thereof were investigated. The following key aspects were considered: • Provision of a variety of different characterised arylboronic acids and benzoboroxoles • Attachment of certain derivatives to nanoparticles and the characterisation of saccharide binding by means of isothermal titration calorimetry and displacement assay (ARS) to enhance the association constant to saccharides at pH 7.4 • Enhancement of selectivity in polymeric systems by means of molecular imprinting using fructose as template and a polymerisable benzoboroxole as functional monomer for the recognition at pH 7.4 (Joined by a diploma thesis of F. Grüneberger) • Development of biomimetic saccharide structures and the development of saccharide (especially glucose and fructose) binding MIPs by using these structures as template molecules. In the first part of the thesis different arylboronic acid derivatives were synthesised and their binding to glucose or fructose was investigated by means of isothermal titration calorimetry (ITC). It could be derived, which is in parallel to the literature, that derivatives bearing a methylhydroxyl-group in ortho-position to the boron (benzoboroxole) exhibit in most cases a two-fold higher association constant compared to the corresponding phenylboronic acid derivative. To gain a deeper understanding NMR spectroscopy and mass spectrometry with the benzoboroxole and glucose or fructose was performed. It could be shown that the exchange rate in terms of NMR time scale is quite slow since in titration experiments new peaks appeared. Via mass spectrometry of a mixture between benzoboroxole and glucose or fructose, different binding stoichiometries could be detected showing that the binding of saccharides is comparable with their binding to phenylboronic acid. In addition, the use of Alizarin Red S as an electrochemical reporter was described for the first time to monitor the saccharide binding to arylboronic acids not only with spectroscopy. Here, the redox behaviour and the displacement were recorded by cyclic voltammograms. In the second part different applications of boronic acids in polymeric networks were investigated. The attachment of benzoboroxoles to nanoparticles was investigated and monitored by means of isothermal titration calorimetry and a colourimetric assay with Alizarin Red S as the report dye. The investigations by isothermal titration calorimetry compared the fructose binding of arylboronic acids and benzoboroxoles coupled to these nanoparticles and “free” in solution. It could be shown that the attached derivatives showed a higher binding constant due to an increasing entropy term. This states for possible multivalent binding combined with a higher water release. Since ITC could not characterise the binding of glucose to these nanoparticles due to experimental restrictions the glucose binding at pH 7.4 was shown with ARS. Here, the displacement of ARS by fructose and also glucose could be followed and consequently these nanoparticles can be used for saccharide determination. Within this investigation also the temperature stability of these nanoparticles was examined and after normal sterilisation procedures (121°C, 20 min.) the binding behaviour was still unchanged. To target the selectivity of the used polymeric networks, molecular imprinting was used as a technique for creating artificial binding pockets on a molecular scale. As functional monomer 3-methacrylamidobenzoboroxole was introduced for the recognition of fructose. In comparison to polymers prepared with vinylphenylboronic acid the benzoboroxole containing polymer had a stronger binding at pH 7.4 which was shown for the first time. In addition, another imprinted polymer was synthesised especially for the recognition of glucose and fructose employing biomimetic saccharide analogues as template molecule. The advantage to use the saccharide analogues is the defined template-functional monomer complex during the polymerisation which is not the case, for example, for glucose-boronic acid interaction. The biomimetic character was proven through structural superimposition of crystal structures of the analogues with already described crystal structures of boronic acid esters of glucose and fructose. A molecularly imprinted polymer was synthesised with vinylphenylboronic acid as the functional monomer to show that both glucose and fructose are able to bind to the polymer which was predicted by the structural similarity of the analogues. The major scientific contributions of this thesis are • the determination of binding constants for some, not yet reported saccharide – boronic acid / benzoboroxole pairs, • the use of ARS as electrochemical reporter for saccharide detection, • the thermodynamic characterisation of a saccharide binding nanoparticle system containing benzoboroxole and functioning at pH 7.4, • the use of a polymerisable benzoboroxole as functional monomer for saccharide recognition in neutral, aqueous environments • and the synthesis and utilisation of biomimetic saccharide analogues as template molecules especially for the development of a glucose binding MIP.
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Synthese verschiedener Boronsäurederivate und deren Charakterisierung und Anbindung oder Einbau in polymeren Netzwerken. Die synthetisierten Polymere werden charakterisiert bezüglich ihrer Morphologie und besonders hinsichtlich ihrer Saccharidbindung. Im Wesentlichen wurden die folgenden Aspekte bearbeitet: • Bereitstellung einer Reihe von verschiedenen Arylboronsäuren und Benzoboroxolderivaten • Modifizierung von Nanopartikeln mit verschiedenen Derivaten aus der Bibliothek mit dem Ziel die Bindingkonstanten zu Monosacchariden bei pH 7.4. zu erhöhen. Dabei werden isothermale Titrationskalorimetrie und ein spektroskopischer Verdrängungsassay (Alizarin Rot S) zum Bindungsnachweis verwendet. • Erhöhung der Selektivität von Polymeren mittels molekularen Prägens von Fruktose als Matrizenmolekül. Durch den Einsatz eines polymerisierbaren Benzoboroxolderivatives konnte die Anbindung bei pH 7.4 stattfinden (Dieser Teil der Arbeit wurde durch eine Diplomarbeit von F. Grüneberger unterstützt). • Entwicklung von biomimetischen saccharidanalogen Strukturen, die als Matrizenmoleküle während des molekularen Prägens eingesetzt werden, um ein Polymer für die Anbindung von Monosacchariden wie etwa Fruktose oder Glukose zu generieren. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Synthese und Charakterisierung von verschiedenen Boronsäurederivaten beschrieben. Die Charakterisierung der Bindungskonstanten wurde mittels isothermaler Titrationskalorimetrie durchgeführt. Dabei konnte im Einklang mit der Literatur gezeigt werden, dass Derivative, die zusätzlich mit einer Methylhydroxygruppe in ortho-Position zum Bor (Benzoboroxol) derivatisiert sind, eine meist zweifach höhere Bindungskonstante als gleich substituierte Arylboronsäurederivate aufweisen. Durch 1H-NMR-Spektroskopie und Massenspektrometrie mit Benzoboroxol und Glukose oder Fruktose konnten die Bindung weiter charakterisiert werden. Dabei zeigten die Ergebnisse der 1H-NMR-Spektroskopie, dass die Bindung bezogen auf NMR-Zeitskalen recht langsam stattfindet, da es zu einer Verbreiterung der Peaks kommt. Die Ergebnisse der Massenspektrometrie zeigen, dass hinsichtlich der Stöchiometrie der Binding verschiedene Komplexe möglich sind, was in ähnlicher Weise für Phenylboronsäure schon gezeigt wurde. Zusätzlich wurde in diesem Teil der Arbeit wurde die Elektrochemie von Alizarin Rot S untersucht, um den Farbstoff, der spektroskopisch schon für den Bindungsnachweis zwischen einem Boronsäurederivat und verschiedenen Zuckern beschrieben ist, auch elektrochemisch zu nutzen. Im zweiten Teil der Arbeit wurden verschiedene Anwendungen von den charakterisierten Boronsäuren in polymeren Netzwerken beschrieben. Dabei wurde zunächst ein Polystyrollatex mit Benzoboroxol modifiziert und die Bindung von Glukose oder Fruktose mittels isothermaler Titrationskalorimetrie und einem spektroskopischen Farbassay untersucht. Die Untersuchungen mittels isothermaler Titrationskalorimetrie (ITC) wurden vergleichend zu frei in Lösung befindlichem Benzoboroxol durchgeführt. Es wurde eine höhere Bindungskonstante für die modifizierten Nanopartikel ermittelt, was auf die Erhöhung der Entropie im System zurückzuführen ist. Dies kann durch eine mutivalente Bindung und einer einhergehenden erhöhten Wasserfreisetzung erklärt werden. Da es nicht möglich war, die Glukosebindung mittels ITC zu verfolgen, wurde zusätzlich ein spektroskopischer Assay bei pH 7.4. durchgeführt. Bei diesem wird die Bindung von Fruktose oder Glukose durch Freisetzung von Alizarin Rot S verfolgt. In diesem Zusammenhang konnte auch gezeigt werden, dass die Nanopartikel nach Sterilisation bei 121°C für 20 Minuten eine vergleichbare Bindung des Farbstoffes zeigen, was die Temperaturstabilität der Partikel unterstreicht. Da in diesem System die Bindung von Zuckern abhängig von der Affinität der Zucker zu den Boronsäuren bestimmt wird, wurden molekular geprägte Polymere synthetisiert, die eine Selektivität für bestimmte Zucker zeigen. Als Funktionsmonomer wurde 3-Methacrylamidobenzboroxol verwendet. Im Vergleich zu Polymeren, die mit 3-Vinylphenylboronsäure als literaturbekanntes Funktionsmonomer synthetisiert worden sind, zeigt sich bei pH 7.4 eine höhere Bindung von Fruktose an Benzoboroxolpolymere. In einem anderen geprägten Polymer wurden biomimetische (zuckeranaloge) Substanzen als Matrizenmolekül verwendet. Der Vorteil dieser Substanz ist die Bildung eines definierten Boronsäureesters, der als Templat-Funktionsmonomerkomplexes einpolymerisiert wird. Im Gegensatz dazu weist beispielsweise ein Boronsäureester der Glukose keine definierte Struktur auf. Der biomimetische Charakter wurde durch strukturelle Überlagerung mit schon publizierten Kristallstrukturen von Boronsäureestern von Glukose und Fruktose gezeigt. Das zugehörige molekular geprägte Polymer wurde mit Vinylphenylboronsäure synthetisiert und zeigt eine Bindung von Glukose und Fruktose, was durch die Strukturüberlagerungen vorhergesagt wurde. Zusammenfassend sind die wesentlichen wissenschaftlichen Ergebnisse: • Bindungskostanten von neuen Zucker-Benzoboroxolpaaren, • Eignung von ARS als elektrochemische Nachweissubstanz der Saccharidbindung • Die thermodynamische Charakterisierung der Bindung von Fruktose oder Glukose an Nanopartikel, die Benzoboroxol - modifziert sind und so bei pH 7.4 Zucker binden können • Einsatz von Benzoboroxol als Funktionsmonomer • die Synthese und Nutzung von biomimetischen zuckeranalogen Matrizenmolekülen für die Entwicklung von molekular geprägten Polymeren für die Glukosebindung.
KW  - Zuckererkennung
KW  - Glucose
KW  - physiolgischer pH
KW  - Boronsäure
KW  - Benzoboroxol
KW  - Saccharide Recognition
KW  - Glucose
KW  - physiological pH
KW  - boronic acid
KW  - benzoboroxole
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52869
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kittner, Madeleine
T1  - Folding and aggregation of amyloid peptides
T1  - Faltung und Aggregation von Amyloidpeptiden
N2  - Aggregation of the Amyloid β (Aβ) peptide to amyloid fibrils is associated with the outbreak of Alzheimer’s disease. Early aggregation intermediates in form of soluble oligomers are of special interest as they are believed to be the major toxic components in the process. These oligomers are of disordered and transient nature. Therefore, their detailed molecular structure is difficult to access experimentally and often remains unknown. In the present work extensive, fully atomistic replica exchange molecular dynamics simulations were performed to study the preaggregated, monomer states and early aggregation intermediates (dimers, trimers) of Aβ(25-35) and Aβ(10-35)-NH2 in aqueous solution. The folding and aggregation of Aβ(25-35) were studied at neutral pH and 293 K. Aβ(25-35) monomers mainly adopt β-hairpin conformations characterized by a β-turn formed by residues G29 and A30, and a β-sheet between residues N27–K28 and I31–I32 in equilibrium with coiled conformations. The β-hairpin conformations served as initial configurations to model spontaneous aggregation of Aβ(25-35). As expected, within the Aβ(25-35) dimer and trimer ensembles many different poorly populated conformations appear. Nevertheless, we were able to distinguish between disordered and fibril-like oligomers. Whereas disordered oligomers are rather compact with few intermolecular hydrogen bonds (HBs), fibril-like oligomers are characterized by the formation of large intermolecular β-sheets. In most of the fibril-like dimers and trimers individual peptides are fully extended forming in- or out-of-register antiparallel β-sheets. A small amount of fibril-like trimers contained V-shaped peptides forming parallel β-sheets. The dimensions of extended and V-shaped oligomers correspond well to the diameters of two distinct morphologies found for Aβ(25-35) fibrils. The transition from disordered to fibril-like Aβ(25-35) dimers is unfavorable but driven by energy. The lower energy of fibril-like dimers arises from favorable intermolecular HBs and other electrostatic interactions which compete with a loss in entropy. Approximately 25 % of the entropic cost correspond to configurational entropy. The rest relates to solvent entropy, presumably caused by hydrophobic and electrostatic effects. In contrast to the transition towards fibril-like dimers the first step of aggregation is driven by entropy. Here, we compared structural and thermodynamic properties of the individual monomer, dimer and trimer ensembles to gain qualitative information about the aggregation process. The β-hairpin conformation observed for monomers is successively dissolved in dimer and trimer ensembles while instead intermolecular β-sheets are formed. As expected upon aggregation the configurational entropy decreases. Additionally, the solvent accessible surface area (SASA), especially the hydrophobic SASA, decreases yielding a favorable solvation free energy which overcompensates the loss in configurational entropy. In summary, the hydrophobic effect, possibly combined with electrostatic effects, yields an increase in solvent entropy which is believed to be one major driving force towards aggregation. Spontaneous folding of the Aβ(10-35)-NH2 monomer was modeled using two force fields, GROMOS96 43a1 and OPLS/AA, and compared to primary NMR data collected at pH 5.6 and 283 K taken from the literature. Unexpectedly, the two force fields yielded significantly different main conformations. Comparison between experimental and calculated nuclear Overhauser effect (NOE) distances is not sufficient to distinguish between the different force fields. Additionally, the comparison with scalar coupling constants suggest that the chosen protonation in both simulations corresponds to a pH lower than in the experiment. Based on this analysis we were unable to determine which force field yields a better description of this system. Dimerization of Aβ(10-35)-NH2 was studied at neutral pH and 300 K. Dimer conformations arrange in many distinct, poorly populated and rather complex alignments or interlocking patterns which are rather stabilized by side chain interactions than by specific intermolecular hydrogen bonds. Similar to Aβ(25-35) dimers, transition towards β-sheet-rich, fibril-like Aβ(10-35) dimers is driven by energy competing with a loss in entropy. Here, transition is mediated by favorable peptide-solvent and solvent-solvent interactions mainly arising from electrostatic interactions.
N2  - Die Aggregation des Amyloid β (Aβ) Peptids zu Amyloidfibrillen wird mit dem Ausbruch der Alzheimer Krankheit in Verbindung gebracht. Die toxische Wirkung auf Zellen wird vor allem den zeitigen Intermediaten in Form von löslichen Oligomeren zugeschrieben. Aufgrund deren ungeordneter und flüchtiger Natur kann die molekulare Struktur solcher zeitigen Oligomere oft experimentell nicht aufgelöst werden. In der vorliegenden Arbeit wurden aufwendige atomistische Replica-Exchange-Molekulardynamik-Simulationen durchgeführt, um die molekulare Struktur von Monomeren und Oligomeren der Fragmente Aβ(25-35) und Aβ(10-35)-NH2 in Wasser zu untersuchen. Die Faltung und Aggregation von Aβ(25-35) wurde bei neutralem pH und 293 K untersucht. Monomere dieses Fragments bilden hauptsächlich β-Haarnadelkonformationen im Gleichgewicht mit Knäulstrukturen. Innerhalb der β-Haarnadelkonformationen bilden die Residuen G29 und A30 einen β-turn, während N27–K28 and I31–I32 ein β-Faltblatt bilden. Diese β-Haarnadelkonformationen bildeten den Ausgangspunkt zur Modellierung spontaner Aggregation. Wie zu erwarten, bilden sich eine Vielzahl verschiedener, gering besetzter Dimer- und Trimerkonformationen. Mit Hilfe einer gröberen Einteilung können diese in ungeordnete und fibrillähnliche Oligomere unterteilt werden. Ungeordnete Oligomere bilden kompakte Strukturen, die nur durch wenige intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen (HBB) stabilisiert sind. Typisch für fibrillähnliche Oligomere ist hingegen die Ausbildung großer intermolekularer β-Faltblätter. In vielen dieser Oligomere finden wir antiparallele, in- oder out-of-register β-Faltblätter gebildet durch vollständig ausgestreckte Peptide. Ein kleiner Teil der fibrillähnlichen Trimere bildet parallele, V-förmige β-Faltblätter. Die Ausdehnungen ausgestreckter und V-förmiger Oligomere entspricht in etwa den Durchmessern von zwei verschiedenen, experimentell gefundenen Fibrillmorphologien für Aβ(25-35). Die Umwandlung von ungeordneten zu fibrillähnlichen Aβ(25-35) Dimeren ist energetisch begünstigt, läuft aber nicht freiwillig ab. Fibrillähnliche Dimere haben eine geringere Energie aufgrund günstiger Peptidwechselwirkungen (HBB, Salzbrücken), welche durch den Verlust an Entropie kompensiert wird. Etwa 25 % entsprechen dem Verlust an Konfigurationsentropie. Der restliche Anteil wird einem Verlust an Lösungsmittelentropie aufgrund von hydrophoben und elektrostatischen Effekten zugesprochen. Im Gegensatz zur Umwandlung in fibrillähnliche Dimere, ist die Assoziation von Monomeren oder Oligomeren entropisch begünstigt. Beim Vergleich thermodynamischer Eigenschaften der Monomer-, Dimer- und Trimersysteme zeigt sich im Verlauf der Aggregation, wie erwartet, eine Abnahme der Konfigurationsentropie. Zusätzlich nimmt die dem Lösungsmittel zugängliche Oberfläche (SASA), insbesondere die hydrophobe SASA, ab. In Verbindung damit beobachten wir eine Abnahme der freien Solvatisierungsenergie, welche den Verlust an Konfigurationsentropie kompensiert. Mit anderen Worten, der hydrophobe Effekt in Kombination mit elektrostatischen Wechselwirkungen führt zu einem Ansteigen der Lösungsmittelentropie und begünstigt damit die Aggegation. Die spontane Faltung des Aβ(10-35)-NH2 Monomers wurde für zwei verschiedene Proteinkraftfelder, GROMOS96 43a1 und OPLS/AA, untersucht und mit primären NMR-Daten aus der Literatur, gemessen bei pH 5.6 und 283 K, verglichen. Beide Kraftfelder generieren unterschiedliche Hauptkonformationen. Der Vergleich zwischen experimentellen und berechneten Kern-Overhauser-Effekt (NOE) Abständen ist nicht ausreichend, um zwischen beiden Kraftfeldern zu unterscheiden. Der Vergleich mit Kopplungskonstanten aus Experiment und Simulation zeigt, dass beide Simulationen einem pH-Wert geringer als 5.6 ensprechen. Basierend auf den bisherigen Ergebnissen können wir nicht entscheiden, welches Kraftfeld eine bessere Beschreibung für dieses System liefert. Die Dimerisierung von Aβ(10-35)-NH2 wurde bei neutralem pH und 300 K untersucht. Wir finden eine Vielzahl verschiedener, gering besetzter Dimerstrukturen, welche eher durch Seitenkettenkontakte als durch spezifische HBB stabilisiert sind. Wie bei den Aβ(25-35) Dimeren, ist die Umwandlung zu β-Faltblattreichen, fibrillähnlichen Aβ(10-35) Dimeren energetisch begünstigt, konkurriert aber mit einem Entropieverlust. Die Umwandlung wird in diesem Fall durch elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Peptid und Lösungsmittel und innerhalb des Lösungsmittels bestimmt.
KW  - Amyloid beta
KW  - Proteinaggregation
KW  - Alzheimer
KW  - Molekulardynamik-Simulation
KW  - Thermodynamische Stabilität
KW  - amyloid beta
KW  - protein aggregation
KW  - Alzheimer
KW  - molecular dynamics simulation
KW  - thermodynamic stability
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-53570
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wang, Long
T1  - X-tracking the usage interest on web sites
T1  - X-tracking des Nutzungsinteresses für Webseiten
N2  - The exponential expanding of the numbers of web sites and Internet users makes WWW the most important global information resource. From information publishing and electronic commerce to entertainment and social networking, the Web allows an inexpensive and efficient access to the services provided by individuals and institutions. The basic units for distributing these services are the web sites scattered throughout the world. However, the extreme fragility of web services and content, the high competence between similar services supplied by different sites, and the wide geographic distributions of the web users drive the urgent requirement from the web managers to track and understand the usage interest of their web customers. This thesis, "X-tracking the Usage Interest on Web Sites", aims to fulfill this requirement. "X" stands two meanings: one is that the usage interest differs from various web sites, and the other is that usage interest is depicted from multi aspects: internal and external, structural and conceptual, objective and subjective. "Tracking" shows that our concentration is on locating and measuring the differences and changes among usage patterns. This thesis presents the methodologies on discovering usage interest on three kinds of web sites: the public information portal site, e-learning site that provides kinds of streaming lectures and social site that supplies the public discussions on IT issues. On different sites, we concentrate on different issues related with mining usage interest. The educational information portal sites were the first implementation scenarios on discovering usage patterns and optimizing the organization of web services. In such cases, the usage patterns are modeled as frequent page sets, navigation paths, navigation structures or graphs. However, a necessary requirement is to rebuild the individual behaviors from usage history. We give a systematic study on how to rebuild individual behaviors. Besides, this thesis shows a new strategy on building content clusters based on pair browsing retrieved from usage logs. The difference between such clusters and the original web structure displays the distance between the destinations from usage side and the expectations from design side. Moreover, we study the problem on tracking the changes of usage patterns in their life cycles. The changes are described from internal side integrating conceptual and structure features, and from external side for the physical features; and described from local side measuring the difference between two time spans, and global side showing the change tendency along the life cycle. A platform, Web-Cares, is developed to discover the usage interest, to measure the difference between usage interest and site expectation and to track the changes of usage patterns. E-learning site provides the teaching materials such as slides, recorded lecture videos and exercise sheets. We focus on discovering the learning interest on streaming lectures, such as real medias, mp4 and flash clips. Compared to the information portal site, the usage on streaming lectures encapsulates the variables such as viewing time and actions during learning processes. The learning interest is discovered in the form of answering 6 questions, which covers finding the relations between pieces of lectures and the preference among different forms of lectures. We prefer on detecting the changes of learning interest on the same course from different semesters. The differences on the content and structure between two courses leverage the changes on the learning interest. We give an algorithm on measuring the difference on learning interest integrated with similarity comparison between courses. A search engine, TASK-Moniminer, is created to help the teacher query the learning interest on their streaming lectures on tele-TASK site. Social site acts as an online community attracting web users to discuss the common topics and share their interesting information. Compared to the public information portal site and e-learning web site, the rich interactions among users and web content bring the wider range of content quality, on the other hand, provide more possibilities to express and model usage interest. We propose a framework on finding and recommending high reputation articles in a social site. We observed that the reputation is classified into global and local categories; the quality of the articles having high reputation is related with the content features. Based on these observations, our framework is implemented firstly by finding the articles having global or local reputation, and secondly clustering articles based on their content relations, and then the articles are selected and recommended from each cluster based on their reputation ranks.
N2  - Wegen des exponentiellen Ansteigens der Anzahl an Internet-Nutzern und Websites ist das WWW (World Wide Web) die wichtigste globale Informationsressource geworden. Das Web bietet verschiedene Dienste (z. B. Informationsveröffentlichung, Electronic Commerce, Entertainment oder Social Networking) zum kostengünstigen und effizienten erlaubten Zugriff an, die von Einzelpersonen und Institutionen zur Verfügung gestellt werden. Um solche Dienste anzubieten, werden weltweite, vereinzelte Websites als Basiseinheiten definiert. Aber die extreme Fragilität der Web-Services und -inhalte, die hohe Kompetenz zwischen ähnlichen Diensten für verschiedene Sites bzw. die breite geographische Verteilung der Web-Nutzer treiben einen dringenden Bedarf für Web-Manager und das Verfolgen und Verstehen der Nutzungsinteresse ihrer Web-Kunden. Die Arbeit zielt darauf ab, dass die Anforderung "X-tracking the Usage Interest on Web Sites" erfüllt wird. "X" hat zwei Bedeutungen. Die erste Bedeutung ist, dass das Nutzungsinteresse von verschiedenen Websites sich unterscheidet. Außerdem stellt die zweite Bedeutung dar, dass das Nutzungsinteresse durch verschiedene Aspekte (interne und externe, strukturelle und konzeptionelle) beschrieben wird. Tracking zeigt, dass die Änderungen zwischen Nutzungsmustern festgelegt und gemessen werden. Die Arbeit eine Methodologie dar, um das Nutzungsinteresse gekoppelt an drei Arten von Websites (Public Informationsportal-Website, E-Learning-Website und Social-Website) zu finden. Wir konzentrieren uns auf unterschiedliche Themen im Bezug auf verschieden Sites, die mit Usage-Interest-Mining eng verbunden werden. Education Informationsportal-Website ist das erste Implementierungsscenario für Web-Usage-Mining. Durch das Scenario können Nutzungsmuster gefunden und die Organisation von Web-Services optimiert werden. In solchen Fällen wird das Nutzungsmuster als häufige Pagemenge, Navigation-Wege, -Strukturen oder -Graphen modelliert. Eine notwendige Voraussetzung ist jedoch, dass man individuelle Verhaltensmuster aus dem Verlauf der Nutzung (Usage History) wieder aufbauen muss. Deshalb geben wir in dieser Arbeit eine systematische Studie zum Nachempfinden der individuellen Verhaltensweisen. Außerdem zeigt die Arbeit eine neue Strategie, dass auf Page-Paaren basierten Content-Clustering aus Nutzungssite aufgebaut werden. Der Unterschied zwischen solchen Clustern und der originalen Webstruktur ist der Abstand zwischen Zielen der Nutzungssite und Erwartungen der Designsite. Darüber hinaus erforschen wir Probleme beim Tracking der Änderungen von Nutzungsmustern in ihrem Lebenszyklus. Die Änderungen werden durch mehrere Aspekte beschrieben. Für internen Aspekt werden konzeptionelle Strukturen und Funktionen integriert. Der externe Aspekt beschreibt physische Eigenschaften. Für lokalen Aspekt wird die Differenz zwischen zwei Zeitspannen gemessen. Der globale Aspekt zeigt Tendenzen der Änderung entlang des Lebenszyklus. Eine Plattform "Web-Cares" wird entwickelt, die die Nutzungsinteressen findet, Unterschiede zwischen Nutzungsinteresse und Website messen bzw. die Änderungen von Nutzungsmustern verfolgen kann. E-Learning-Websites bieten Lernmaterialien wie z.B. Folien, erfaßte Video-Vorlesungen und Übungsblätter an. Wir konzentrieren uns auf die Erfoschung des Lerninteresses auf Streaming-Vorlesungen z.B. Real-Media, mp4 und Flash-Clips. Im Vergleich zum Informationsportal Website kapselt die Nutzung auf Streaming-Vorlesungen die Variablen wie Schauzeit und Schautätigkeiten während der Lernprozesse. Das Lerninteresse wird erfasst, wenn wir Antworten zu sechs Fragen gehandelt haben. Diese Fragen umfassen verschiedene Themen, wie Erforschung der Relation zwischen Teilen von Lehrveranstaltungen oder die Präferenz zwischen den verschiedenen Formen der Lehrveranstaltungen. Wir bevorzugen die Aufdeckung der Veränderungen des Lerninteresses anhand der gleichen Kurse aus verschiedenen Semestern. Der Differenz auf den Inhalt und die Struktur zwischen zwei Kurse beeinflusst die Änderungen auf das Lerninteresse. Ein Algorithmus misst die Differenz des Lerninteresses im Bezug auf einen Ähnlichkeitsvergleich zwischen den Kursen. Die Suchmaschine „Task-Moniminer“ wird entwickelt, dass die Lehrkräfte das Lerninteresse für ihre Streaming-Vorlesungen über das Videoportal tele-TASK abrufen können. Social Websites dienen als eine Online-Community, in den teilnehmenden Web-Benutzern die gemeinsamen Themen diskutieren und ihre interessanten Informationen miteinander teilen. Im Vergleich zur Public Informationsportal-Website und E-Learning Website bietet diese Art von Website reichhaltige Interaktionen zwischen Benutzern und Inhalten an, die die breitere Auswahl der inhaltlichen Qualität bringen. Allerdings bietet eine Social-Website mehr Möglichkeiten zur Modellierung des Nutzungsinteresses an. Wir schlagen ein Rahmensystem vor, die hohe Reputation für Artikel in eine Social-Website empfiehlt. Unsere Beobachtungen sind, dass die Reputation in globalen und lokalen Kategorien klassifiziert wird. Außerdem wird die Qualität von Artikeln mit hoher Reputation mit den Content-Funktionen in Zusammenhang stehen. Durch die folgenden Schritte wird das Rahmensystem im Bezug auf die Überwachungen implementiert. Der erste Schritt ist, dass man die Artikel mit globalen oder lokalen Reputation findet. Danach werden Artikel im Bezug auf ihre Content-Relationen in jeder Kategorie gesammelt. Zum Schluß werden die ausgewählten Artikel aus jedem basierend auf ihren Reputation-Ranking Cluster empfohlen.
KW  - Tracking
KW  - Nutzungsinteresse
KW  - Webseite
KW  - Tracking
KW  - Usage Interest
KW  - Web Sites
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-51077
ER  - 
TY  - THES
A1  - Thiele, Sven
T1  - Modeling biological systems with Answer Set Programming
T1  - Modellierung biologischer Systeme mit Answer Set Programming
N2  - Biology has made great progress in identifying and measuring the building blocks of life. The availability of high-throughput methods in molecular biology has dramatically accelerated the growth of biological knowledge for various organisms. The advancements in genomic, proteomic and metabolomic technologies allow for constructing complex models of biological systems. An increasing number of biological repositories is available on the web, incorporating thousands of biochemical reactions and genetic regulations. Systems Biology is a recent research trend in life science, which fosters a systemic view on biology. In Systems Biology one is interested in integrating the knowledge from all these different sources into models that capture the interaction of these entities. By studying these models one wants to understand the emerging properties of the whole system, such as robustness. However, both measurements as well as biological networks are prone to considerable incompleteness, heterogeneity and mutual inconsistency, which makes it highly non-trivial to draw biologically meaningful conclusions in an automated way. Therefore, we want to promote Answer Set Programming (ASP) as a tool for discrete modeling in Systems Biology. ASP is a declarative problem solving paradigm, in which a problem is encoded as a logic program such that its answer sets represent solutions to the problem. ASP has intrinsic features to cope with incompleteness, offers a rich modeling language and highly efficient solving technology. We present ASP solutions, for the analysis of genetic regulatory networks, determining consistency with observed measurements and identifying minimal causes for inconsistency. We extend this approach for computing minimal repairs on model and data that restore consistency. This method allows for predicting unobserved data even in case of inconsistency. Further, we present an ASP approach to metabolic network expansion. This approach exploits the easy characterization of reachability in ASP and its various reasoning methods, to explore the biosynthetic capabilities of metabolic reaction networks and generate hypotheses for extending the network. Finally, we present the BioASP library, a Python library which encapsulates our ASP solutions into the imperative programming paradigm. The library allows for an easy integration of ASP solution into system rich environments, as they exist in Systems Biology.
N2  - In den letzten Jahren wurden große Fortschritte bei der Identifikation und Messung der Bausteine des Lebens gemacht. Die Verfügbarkeit von Hochdurchsatzverfahren in der Molekularbiology hat das Anwachsen unseres biologischen Wissens dramatisch beschleunigt. Durch die technische Fortschritte in Genomic, Proteomic und Metabolomic wurde die Konstruktion komplexer Modelle biologischer Systeme ermöglicht. Immer mehr biologische Datenbanken sind über das Internet verfügbar, sie enthalten tausende Daten biochemischer Reaktionen und genetischer Regulation. System Biologie ist ein junger Forschungszweig der Biologie, der versucht Biologische Systeme in ihrer Ganzheit zu erforschen. Dabei ist man daran interessiert möglichst viel Wissen aus den unterschiedlichsten Bereichen in ein Modell zu aggregieren, welches das Zusammenwirken der verschiedensten Komponenten nachbildet. Durch das Studium derartiger Modelle erhofft man sich ein Verständnis der aufbauenden Eigenschaften, wie zum Beispiel Robustheit, des Systems zu erlangen. Es stellt sich jedoch die Problematik, das sowohl die biologischen Modelle als auch die verfügbaren Messwerte, oft unvollständig, miteinander unvereinbar oder fehlerhaft sind. All dies macht es schwierig biologisch sinnvolle Schlussfolgerungen zu ziehen. Daher, möchten wir in dieser Arbeit Antwortmengen Programmierung (engl. Answer Set Programming; ASP) als Werkzeug zur diskreten Modellierung system biologischer Probleme vorschlagen. ASP verfügt über eingebaute Eigenschaften zum Umgang mit unvollständiger Information, eine reichhaltige Modellierungssprache und hocheffiziente Berechnungstechniken. Wir präsentieren ASP Lösungen zur Analyse von Netzwerken genetischer Regulierungen, zur Prüfung der Konsistenz mit gemessene Daten, und zur Identifikation von Gründen für Inkonsistenz. Diesen Ansatz erweitern wir um die Möglichkeit zur Berechnung minimaler Reparaturen an Modell und Daten, welche Konsistenz erzeugen. Mithilfe dieser Methode werden wir in die Lage versetzt, auch im Fall von Inkonsistenz, noch ungemessene Daten vorherzusagen. Weiterhin, präsentieren wir einen ASP Ansatz zur Analyse metabolischer Netzwerke. Bei diesem Ansatz, nutzen wir zum einen aus das sich Erreichbarkeit mit ASP leicht spezifizieren lässt und das ASP mehrere mächtige Methoden zur Schlussfolgerung bereitstellt, welche sich auch kombiniert lassen. Dadurch wird es möglich die Synthese Möglichkeiten eines Metabolischen Netzwerks zu erforschen und Hypothesen für Erweiterungen des metabolischen Netzwerks zu berechnen. Zu guter Letzt, präsentieren wir die BioASP Softwarebibliothek. Die BioASP-Bibliothek kapselt unsere ASP Lösungen in das imperative Programmierparadigma und vereinfacht eine Integration von ASP Lösungen in heterogene Betriebsumgebungen, wie sie in der System Biologie vorherrschen.
KW  - Antwortmengen Programmierung
KW  - System Biologie
KW  - Inkonsistenz
KW  - Unvollständigkeit
KW  - Reparatur
KW  - answer set programming
KW  - systems biology
KW  - inconsistency
KW  - incompleteness
KW  - repair
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59383
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gebser, Martin
T1  - Proof theory and algorithms for answer set programming
T1  - Beweistheorie und Algorithmen für die Antwortmengenprogrammierung
N2  - Answer Set Programming (ASP) is an emerging paradigm for declarative programming, in which a computational problem is specified by a logic program such that particular models, called answer sets, match solutions. ASP faces a growing range of applications, demanding for high-performance tools able to solve complex problems. ASP integrates ideas from a variety of neighboring fields. In particular, automated techniques to search for answer sets are inspired by Boolean Satisfiability (SAT) solving approaches. While the latter have firm proof-theoretic foundations, ASP lacks formal frameworks for characterizing and comparing solving methods. Furthermore, sophisticated search patterns of modern SAT solvers, successfully applied in areas like, e.g., model checking and verification, are not yet established in ASP solving. We address these deficiencies by, for one, providing proof-theoretic frameworks that allow for characterizing, comparing, and analyzing approaches to answer set computation. For another, we devise modern ASP solving algorithms that integrate and extend state-of-the-art techniques for Boolean constraint solving. We thus contribute to the understanding of existing ASP solving approaches and their interconnections as well as to their enhancement by incorporating sophisticated search patterns. The central idea of our approach is to identify atomic as well as composite constituents of a propositional logic program with Boolean variables. This enables us to describe fundamental inference steps, and to selectively combine them in proof-theoretic characterizations of various ASP solving methods. In particular, we show that different concepts of case analyses applied by existing ASP solvers implicate mutual exponential separations regarding their best-case complexities. We also develop a generic proof-theoretic framework amenable to language extensions, and we point out that exponential separations can likewise be obtained due to case analyses on them. We further exploit fundamental inference steps to derive Boolean constraints characterizing answer sets. They enable the conception of ASP solving algorithms including search patterns of modern SAT solvers, while also allowing for direct technology transfers between the areas of ASP and SAT solving. Beyond the search for one answer set of a logic program, we address the enumeration of answer sets and their projections to a subvocabulary, respectively. The algorithms we develop enable repetition-free enumeration in polynomial space without being intrusive, i.e., they do not necessitate any modifications of computations before an answer set is found. Our approach to ASP solving is implemented in clasp, a state-of-the-art Boolean constraint solver that has successfully participated in recent solver competitions. Although we do here not address the implementation techniques of clasp or all of its features, we present the principles of its success in the context of ASP solving.
N2  - Antwortmengenprogrammierung (engl. Answer Set Programming; ASP) ist ein Paradigma zum deklarativen Problemlösen, wobei Problemstellungen durch logische Programme beschrieben werden, sodass bestimmte Modelle, Antwortmengen genannt, zu Lösungen korrespondieren. Die zunehmenden praktischen Anwendungen von ASP verlangen nach performanten Werkzeugen zum Lösen komplexer Problemstellungen. ASP integriert diverse Konzepte aus verwandten Bereichen. Insbesondere sind automatisierte Techniken für die Suche nach Antwortmengen durch Verfahren zum Lösen des aussagenlogischen Erfüllbarkeitsproblems (engl. Boolean Satisfiability; SAT) inspiriert. Letztere beruhen auf soliden beweistheoretischen Grundlagen, wohingegen es für ASP kaum formale Systeme gibt, um Lösungsmethoden einheitlich zu beschreiben und miteinander zu vergleichen. Weiterhin basiert der Erfolg moderner Verfahren zum Lösen von SAT entscheidend auf fortgeschrittenen Suchtechniken, die in gängigen Methoden zur Antwortmengenberechnung nicht etabliert sind. Diese Arbeit entwickelt beweistheoretische Grundlagen und fortgeschrittene Suchtechniken im Kontext der Antwortmengenberechnung. Unsere formalen Beweissysteme ermöglichen die Charakterisierung, den Vergleich und die Analyse vorhandener Lösungsmethoden für ASP. Außerdem entwerfen wir moderne Verfahren zum Lösen von ASP, die fortgeschrittene Suchtechniken aus dem SAT-Bereich integrieren und erweitern. Damit trägt diese Arbeit sowohl zum tieferen Verständnis von Lösungsmethoden für ASP und ihrer Beziehungen untereinander als auch zu ihrer Verbesserung durch die Erschließung fortgeschrittener Suchtechniken bei. Die zentrale Idee unseres Ansatzes besteht darin, Atome und komposite Konstrukte innerhalb von logischen Programmen gleichermaßen mit aussagenlogischen Variablen zu assoziieren. Dies ermöglicht die Isolierung fundamentaler Inferenzschritte, die wir in formalen Charakterisierungen von Lösungsmethoden für ASP selektiv miteinander kombinieren können. Darauf aufbauend zeigen wir, dass unterschiedliche Einschränkungen von Fallunterscheidungen zwangsläufig zu exponentiellen Effizienzunterschieden zwischen den charakterisierten Methoden führen. Wir generalisieren unseren beweistheoretischen Ansatz auf logische Programme mit erweiterten Sprachkonstrukten und weisen analytisch nach, dass das Treffen bzw. Unterlassen von Fallunterscheidungen auf solchen Konstrukten ebenfalls exponentielle Effizienzunterschiede bedingen kann. Die zuvor beschriebenen fundamentalen Inferenzschritte nutzen wir zur Extraktion inhärenter Bedingungen, denen Antwortmengen genügen müssen. Damit schaffen wir eine Grundlage für den Entwurf moderner Lösungsmethoden für ASP, die fortgeschrittene, ursprünglich für SAT konzipierte, Suchtechniken mit einschließen und darüber hinaus einen transparenten Technologietransfer zwischen Verfahren zum Lösen von ASP und SAT erlauben. Neben der Suche nach einer Antwortmenge behandeln wir ihre Aufzählung, sowohl für gesamte Antwortmengen als auch für Projektionen auf ein Subvokabular. Hierfür entwickeln wir neuartige Methoden, die wiederholungsfreies Aufzählen in polynomiellem Platz ermöglichen, ohne die Suche zu beeinflussen und ggf. zu behindern, bevor Antwortmengen berechnet wurden.
KW  - Wissensrepräsentation und -verarbeitung
KW  - Antwortmengenprogrammierung
KW  - Beweistheorie
KW  - Algorithmen
KW  - Knowledge Representation and Reasoning
KW  - Answer Set Programming
KW  - Proof Theory
KW  - Algorithms
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55425
ER  - 
TY  - THES
A1  - Giesewetter, Stefan
T1  - Resolute readings of later Wittgenstein and the challenge of avoiding hierarchies in philosophy
T1  - Strenge Lesarten der Spätphilosophie Wittgensteins und die Vermeidung von Hierarchien in der Philosophie
N2  - This dissertation addresses the question: How did later Wittgenstein aim to achieve his goal of putting forward a way of dissolving philosophical problems which centered on asking ourselves what we mean by our words – yet which did not entail any claims about the essence of language and meaning? This question is discussed with reference to “resolute” readings of Wittgenstein. I discuss the readings of James Conant, Oskari Kuusela, and Martin Gustafsson. I follow Oskari Kuusela’s claim that in order to fully appreciate how later Wittgenstein meant to achieve his goal, we need to clearly see how he aimed to do away with hierarchies in philosophy: Not only is the dissolution of philosophical problems via the method of clarifying the grammar of expressions to be taken as independent from any theses about what meaning must be – but furthermore, it is to be taken as independent from the dissolution of any particular problem via this method. As Kuusela stresses, this also holds for the problems involving rule-following and meaning: the clarification of the grammar of “rule” and “meaning” has no foundational status – it is nothing on which the method of clarifying the grammar of expressions as such were meant to in any way rely on. The lead question of this dissertation then is: What does it mean to come to see that the method of dissolving philosophical problems by asking “How is this word actually used?” does not in any way rely on the results of our having investigated the grammar of the particular concepts “rule” and “meaning”? What is the relation of such results – results such as “To follow a rule, [...], to obey an order, [...] are customs (uses, institutions)” or “The meaning of a word is its use in the language” – to this method? From this vantage point, I concern myself with two aspects of the readings of Gustafsson and Kuusela. In Gustafsson, I concern myself with his idea that the dissolution of philosophical problems in general “relies on” the very agreement which – during the dissolution of the rule-following problem – comes out as a presupposition for our talk of “meaning” in terms of rules. In Kuusela, I concern myself with his idea that Wittgenstein, in adopting a way of philosophical clarification which investigates the actual use of expressions, is following the model of “meaning as use” – which model he had previously introduced in order to perspicuously present an aspect of the actual use of the word “meaning”. This dissertation aims to show how these two aspects of Gustafsson’s and Kuusela’s readings still fail to live up to the vision of Wittgenstein as a philosopher who aimed to do away with any hierarchies in philosophy. I base this conclusion on a detailed analysis of which of the occasions where Wittgenstein invokes the notions of “use” and “application” (as also “agreement”) have to do with the dissolution of a specific problem only, and which have to do with the dissolution of philosophical problems in general. I discuss Wittgenstein’s remarks on rule-following, showing how in the dissolution of the rule-following paradox, notions such as “use”, “application”, and “practice” figure on two distinct logical levels. I then discuss an example of what happens when this distinction is not duly heeded: Gordon Baker and Peter Hacker’s idea that the rule-following remarks have a special significance for his project of dissolving philosophical problems as such. I furnish an argument to the effect that their idea that the clarification of the rules of grammar of the particular expression “following a rule” could answer a question about rules of grammar in general rests on a conflation of the two logical levels on which “use” occurs in the rule-following remarks, and that it leads into a regress. I then show that Gustafsson’s view – despite its decisive advance over Baker and Hacker – contains a version of that same idea, and that it likewise leads into a regress. Finally, I show that Kuusela’s idea of a special significance of the model “meaning as use” for the whole of the method of stating rules for the use of words is open to a regress argument of a similar kind as that he himself advances against Baker and Hacker. I conclude that in order to avoid such a regress, we need to reject the idea that the grammatical remark “The meaning of a word is its use in the language” – because of the occurrence of “use” in it – stood in any special relation to the method of dissolving philosophical problems by describing the use of words. Rather, we need to take this method as independent from this outcome of the investigation of the use of the particular word “meaning”.
N2  - Die Ausgangsfrage dieser Dissertation ist: Wie gedachte der späte Wittgenstein sein Ziel zu erreichen, eine Art und Weise der Auflösung philosophischer Probleme zu vorzulegen, die daran ansetzt, was wir mit unseren Worten meinen, jedoch keine Thesen über Sprache und Bedeutung mit sich zieht? Ich behandele diese Frage mit Bezug auf sogenannte „strenge“ Lesarten Wittgensteins. Ich befasse mich mit den Interpretationen von James Conant, Oskari Kuusela und Martin Gustafsson. Ich nehme Kuuselas Gedanken auf, daß zu einem vollen Verständnis davon, wie Wittgenstein sein philosophisches Ziel zu erreichen gedachte, gehört, die Abwesenheit von Hierarchien in seiner Spätphilosophie zu sehen: nicht nur sollte die Auflösung philosophischer Probleme mithilfe der Methode der Klärung der Grammatik von Ausdrücken von jeden Thesen darüber, wie sprachliche Bedeutung zustande kommt, unabhängig sein – sondern darüberhinaus auch unabhängig von der Auflösung bestimmter Einzelprobleme mittels dieser Methode. Dies, so Kuusela, gelte auch für die Probleme um Regelfolgen und um Bedeutung: „Regel“, „meinen“, und „Bedeutung“ seien keine Grundbegriffe, auf deren Klärung die Methode der Klärung der Grammatik von Ausdrücken in irgendeiner Weise aufbaue. Die Leitfrage dieser Dissertation ist: Was genau heißt es zu verstehen, daß die Auflösung philosophischer Probleme mittels der Frage „Wie wird dieses Wort tatsächlich gebraucht?“ nicht auf Ergebnissen der Untersuchung der Grammatik der Begriffe „Regel“ und „Bedeutung“ aufbaut? In welcher Beziehung stehen diese Ergebnisse – Ergebnisse wie „Einer Regel folgen, [...], einen Befehl geben, [...] sind Gepflogenheiten (Gebräuche, Institutionen)“ und „Die Bedeutung eines Wortes ist sein Gebrauch in der Sprache“ – dann zu dieser Methode? Unter diesem Blickwinkel befasse ich mich mit zwei Aspekten der Lesarten von Gustafsson und Kuusela. Bei Gustafsson befasse ich mit der Auffassung, die Auflösung philosophischer Probleme an sich „beruhe auf“ genau der Art von Übereinstimmung, die sich – im Zuge der Auflösung des Regelfolgen-Problems – als eine Voraussetzung für unsere Rede von „meinen“ und „bedeuten“ herausstellt. Bei Kuusela befasse ich mich mit der Idee, daß Wittgenstein, indem er zur Auflösung philosophischer Probleme die Frage nach dem tatsächlichen Gebrauch von Wörtern einführt, dem Modell „Bedeutung als Gebrauch“ folgt – welches er vorher eingeführt hatte, um einen Aspekt des tatsächlichen Gebrauchs des Wortes „Bedeutung“ übersichtlich darzustellen. Ich versuche zu zeigen, warum diese beiden Aspekte der Lesarten von Gustafsson und Kuusela noch zurückfallen hinter die Vision von Wittgenstein als einem Philosophen, dem es darum geht, Hierarchien zu vermeiden. Zur Begründung lege ich eine detaillierte Analyse der Art und Weise des Auftretens der Begriffe „Gebrauch“, „Verwendung“ und „Anwendung“ (sowie „Übereinstimmung“) in Wittgensteins Spätphilosophie vor. Wie ich zeige, läßt sich das Auftreten dieser Begriffe unterteilen in Fälle, wo es im Zusammenhang steht mit der Auflösung bestimmter Einzelprobleme, und Fälle, in denen es im Zusammenhang steht mit Auflösung philosophischer Probleme im Allgemeinen. Als Beispiel behandele ich Wittgensteins Bemerkungen über Regelfolgen. Ich zeige, wie in der Auflösung des Regelparadoxes Begriffe wie „Gebrauch“, „Verwendung“, „Anwendung“ auf zwei unterschiedlichen logischen Ebenen auftreten. Dann behandele ich Gordon Bakers und Peter Hackers Auffassung, Wittgensteins Bemerkungen zum Regelfolgen hätten eine besondere Bedeutung für sein Projekt der Auflösung philosophischer Probleme an sich. Ich lege ein Argument dafür vor, daß ihre Idee, die Klärung der Regeln der Grammatik des bestimmten einzelnen Ausdrucks „einer Regel folgen“ könne eine Frage über Regeln der Grammatik im Allgemeinen beantworten, auf einer Vermengung der beiden Ebenen basiert, auf denen der Begriff „Gebrauch“ in den Regelfolgen-Bemerkungen vorkommt, und daher in einen Regreß führt. Anschließend zeige ich, daß dies auch für Gustafssons Idee gilt. Schließlich zeige ich, daß Kuuselas Auffassung, das Modell „Bedeutung als Gebrauch“ – gewonnen im Rahmen der Untersuchung der tatsächlichen Verwendung des Wortes „Bedeutung“ – habe eine besondere Relevanz für die Methode der Untersuchung der tatsächlichen Verwendung von Wörtern an sich, ebenfalls in einen Regreß führt. Meine Schlußfolgerung ist, daß die grammatische Bemerkung „Die Bedeutung eines Wortes ist sein Gebrauch in der Sprache“ in keinem besonderen Bezug zu Wittgensteins Methode der Untersuchung des tatsächlichen Gebrauchs von Ausdrücken stehen kann. Stattdessen muß diese Methode als unabhängig von diesem Ergebnis der Untersuchung des Gebrauchs des bestimmten Wortes „Bedeutung“ betrachtet werden.
KW  - Wittgenstein
KW  - Methode
KW  - Regelfolgen
KW  - Conant
KW  - Kuusela
KW  - Wittgenstein
KW  - method
KW  - rule-following
KW  - Conant
KW  - Kuusela
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-57021
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wang, Yongbo
T1  - Late glacial to Holocene climate and vegetation changes on the Tibetan Plateau inferred from fossil pollen records in lacustrine sediments
T1  - Pollenanalytische Ableitung der spätglazialen und holozänen Klima- und Vegetationsveränderungen auf dem tibetischen Hochland anhand von Seesedimenten
N2  - The past climate in central Asia, and especially on the Tibetan Plateau (TP), is of great importance for an understanding of global climate processes and for predicting the future climate. As a major influence on the climate in this region, the Asian Summer Monsoon (ASM) and its evolutionary history are of vital importance for accurate predictions. However, neither the evolutionary pattern of the summer monsoon nor the driving mechanisms behind it are yet clearly understood. For this research, I first synthesized previously published Late Glacial to Holocene climatic records from monsoonal central Asia in order to extract the general climate signals and the associated summer monsoon intensities. New climate and vegetation sequences were then established using improved quantitative methods, focusing on fossil pollen records recovered from Tibetan lakes and also incorporating new modern datasets. The pollen-vegetation and vegetation-climate relationships on the TP were also evaluated in order to achieve a better understanding of fossil pollen records. The synthesis of previously published moisture-related palaeoclimate records in monsoonal central Asia revealed generally different temporal patterns for the two monsoonal subsystems, i.e. the Indian Summer Monsoon (ISM) and East Asian Summer Monsoon (EASM). The ISM appears to have experienced maximum wet conditions during the early Holocene, while many records from the area affected by the EASM indicate relatively dry conditions at that time, particularly in north-central China where the maximum moisture levels occurred during the middle Holocene. A detailed consideration of possible driving factors affecting the summer monsoon, including summer solar insolation and sea surface temperatures, revealed that the ISM was primarily driven by variations in northern hemisphere solar insolation, and that the EASM may have been constrained by the ISM resulting in asynchronous patterns of evolution for these two subsystems. This hypothesis is further supported by modern monsoon indices estimated using the NCEP/NCAR Reanalysis data from the last 50 years, which indicate a significant negative correlation between the two summer monsoon subsystems. By analogy with the early Holocene, intensification of the ISM during coming decades could lead to increased aridification elsewhere as a result of the asynchronous nature of the monsoon subsystems, as can already be observed in the meteorological data from the last 15 years. A quantitative climate reconstruction using fossil pollen records was achieved through analysis of sediment core recovered from Lake Donggi Cona (in the north-eastern part of the TP) which has been dated back to the Last Glacial Maximum (LGM). A new data-set of modern pollen collected from large lakes in arid to semi-arid regions of central Asia is also presented herein. The concept of "pollen source area" was introduced to modern climate calibration based on pollen from large lakes, and was applied to the fossil pollen sequence from Lake Donggi Cona. Extremely dry conditions were found to have dominated the LGM, and a subsequent gradually increasing trend in moisture during the Late Glacial period was terminated by an abrupt reversion to a dry phase that lasted for about 1000 years and coincided with the first Heinrich Event of the northern Atlantic region. Subsequent periods corresponding to the warm Bølling-Allerød period and the Younger Dryas cold event were followed by moist conditions during the early Holocene, with annual precipitation of up to about 400 mm. A slightly drier trend after 9 cal ka BP was then followed by a second wet phase during the middle Holocene that lasted until 4.5 cal ka BP. Relatively steady conditions with only slight fluctuations then dominated the late Holocene, resulting in the present climatic conditions. In order to investigate the relationship between vegetation and climate, temporal variations in the possible driving factors for vegetation change on the northern TP were examined using a high resolution late Holocene pollen record from Lake Kusai. Moving-window Redundancy Analyses (RDAs) were used to evaluate the correlations between pollen assemblages and individual sedimentary proxies. These analyses have revealed frequent fluctuations in the relative abundances of alpine steppe and alpine desert components, and in particular a decrease in the total vegetation cover at around 1500 cal a BP. The climate was found to have had an important influence on vegetation changes when conditions were relatively wet and stable. However, after the 1500 cal a BP threshold in vegetation cover was crossed the vegetation appears to have been affected more by extreme events such as dust storms or fluvial erosion than by the general climatic trends. In addition, pollen spectra over the last 600 years have been revealed by Procrustes analysis to be significantly different from those recovered from older samples, which is attributed to an increased human impact that resulted in unprecedented changes to the composition of the vegetation. Theoretical models that have been developed and widely applied to the European area (i.e. the Extended R-Value (ERV) model and the Regional Estimates of Vegetation Abundance from Large Sites (REVEALS) model) have been applied to the high alpine TP ecosystems in order to investigate the pollen-vegetation relationships, as well as for quantitative reconstructions of vegetation abundance. The modern pollen–vegetation relationships for four common pollen species on the TP have been investigated using Poaceae as the reference taxa. The ERV Submodel 2 yielded relatively high PPEs for the steppe and desert taxa (Artemisia Chenopodiaceae), and low PPEs for the Cyperaceae that are characteristic of the alpine Kobresia meadows. The plant abundances on the central and north-eastern TP were quantified by applying these PPEs to four post-Late Glacial fossil pollen sequences. The reconstructed vegetation assemblages for the four pollen sequences always yielded smaller compositional species turnovers than suggested by the pollen spectra, indicating that the strength of the previously-reported vegetation changes may therefore have been overestimated. In summary, the key findings of this thesis are that (a) the two ASM subsystems show asynchronous patterns during both the Holocene and modern time periods, (b) fossil pollen records from large lakes reflect regional signals for which the pollen source areas need to be taken into account, (c) climate is not always the main driver for vegetation change, and (d) previously reported vegetation changes on the TP may have been overestimated because they ignored inter-species variations in pollen productivity.
N2  - Das Paläoklima in Zentralasien, besonders in der Hochebene von Tibet (HT), ist von großer Bedeutung um globale Klimaprozesse zu verstehen und mögliche Voraussagung für die zukunft zu treffen. Als wichtigstes Klimaphänomen nehmen der asiatische Sommermonsun (ASM) und seine Entwicklungsgeschichte eine Schlüsselposition ein. Dennoch sind derzeit weder das Entwicklungsschema noch der antreibende Vorgang ausreichend verstanden. Dies gilt insbesondere für das Holozän, für welches große Kimaschwankungen und regionale Diskrepanzen weithin belegt sind. Deshalb habe ich zuerst holozäne Klimadaten zusammengefasst. Bereits veröffentlichte Publikationen aus den Monsungebieten Zentralasiens dienten als Grundlage, um die wichtigsten Klimasignale und die zugehörigen Intensitäten des Sommermonsuns heraus zu arbeiten. Anhand von Pollensequenzen aus tibetischen Seen erzeugte ich neue Klima- und Vegetationssequenzen, welche auf verbesserten quantitativen Methoden und rezenten Datensätzen beruhen. Außerdem wurden die Verhältnisse Pollen-Vegetation und Vegetation-Klima bewertet, um Schlussfolgerungen fossiler Pollensequenzen zu verbessern. Die Zusammenfassung der zuvor veröffentlichten, niederschlagsbezogenen Paläoklimadaten im Monsungebiet Zentralasiens ergab generell unterschiedliche Muster für die zwei Teilsysteme des ASMs, den Indischen Sommermonsun (ISM) und den Ostasiatischen Sommermonsun (OASM). Der ISM weist maximale feuchte Bedingungen während des frühen Holozöns auf, während viele Datensätze aus dem Gebiet des OASMs einen relativ trockenen Zustand anzeigen, besonders im nördlichen Zentralchina, wo maximale Niederschläge während des mittleren Holozäns registriert wurden. Genaue Betrachtungen der Antriebsfaktoren des Sommermonsuns ergaben, dass der ISM hauptsächlich durch Veränderungen der Sonneneinstrahlung auf der Nordhemisphäre angetrieben wird, während der OASM potentiell durch den ISM beherrscht wird - dies führt zu asynchronen Entwicklungen. Diese Hypothese wird durch rezente Monsunindizes gestützt. Sie weisen eine signifikant negative Korrelation zwischen den beiden Sommermonsun-Teilsystemen auf. Für die quantitative Klimarekonstruktion von Pollensequenzen wurde ein Sedimentkern aus dem See Donggi Cona im Nordosten der HT analysiert, der bis zum letzten glazialen Maximum (LGM) zurückdatiert wurde. Aufgrund der Tatsache, dass Donggi Cona ein relativ großer See ist, wird hiermit ein neuer Pollen-Klima-Kalibrierungsdatensatz auf Grundlage großer Seen in ariden und semiariden Regionen Zentralasiens vorgelegt. Das Konzept des Pollenherkunftsgebietes wurde in diese rezente, pollenbasierte Klimakalibrierung eingebracht und auf die Pollensequenz von Donggi Cona angewendet. Die Auswertung ergab, dass extrem trockene Bedingungen während des LGM (ca. 100 mm/yr) vorherrschten. Ein ansteigender Trend von Niederschlägen während des späten Glazials wurde durch einen abrupten Rückgang zu einer etwa 1000-jährigen Trockenphase beendet, welche mit Heinrich-Ereignis 1 in der Nordatlantik-Region übereinstimmt. Danach entsprechen die Klimaperioden dem warmen Bølling/Allerød und dem Kälteereignis der Jüngeren Dryas. Anschließend herrschten feuchte Bedingungen im frühen Holozän (bis zu 400 mm/yr). Ein etwas trockenerer Trend nach dem Holozänen Klimaoptimum wurde dann von einer zweiten Feuchtphase abgelöst, welche bis 4,5 cal. ka vor heute andauerte. Relativ gleichmäßige Bedingungen dominierten das späte Holozän bis heute. Die Klimadynamik seit dem LGM wurde vor allem durch Entgletscherung und Intensitätsschwankungen des ASM bestimmt. Bei der Betrachtung des Vegetation-Klima-Verhältnisses habe ich die zeitlichen Variationen der bestimmenden Faktoren hinsichtlich der Vegetationsdynamik auf der nördlichen HT untersucht. Dabei wurden hochauflösende holozäne Pollendaten des Kusai-Sees verwendet. Eine Redundanzanalyse (RDA) wurde angewendet um die Korrelation zwischen Pollenvergesellschaftungen und individuellen sedimentären Klimaanzeigern als auch die damit verbundene Signifikanz zu bewerten. Es stellte sich heraus, dass das Klima einen wichtigen Einfluss auf den Veränderungen in der Vegetation besaß, wenn die Bedingungen relativ warm und feucht waren. Trotzdem scheint es, dass, dass die Vegetation bei zu geringer Bedeckung stärker durch Extremereignisse wie Staubstürme oder fluviale Erosion beeinflusst wurde. Pollenspektren der vergangen 600 Jahre erwiesen sich als signifikant unterschiedlich verglichen mit den älterer Proben, was auf verstärkten anthropogenen Einfluss hindeutet. Dieser resultierte in einem beispiellosen Wandel in der Zusammensetzung der Vegetation. In Hinsicht auf das Pollen-Vegetation-Verhältnis und der quantitativen Rekonstruktion der Vegetationshäufigkeit habe ich theoretische Modelle, welche für europäische Regionen entwickelt und weithin angewendet wurden, respektive die Modelle "Extended R-Value" (ERV) sowie "Regional Estimates of Vegetation Abundance from Large Sites" (REVEALS), auf die hochalpinen Ökosysteme der HT überführt. Dafür wurden rezente Pollen-Vegetations-Verhältnisse von vier weit verbreiteten Pollen-Arten der HT überprüft. Poaceae wurden als Referenztaxa verwendet. Bei der Anwendung dieser Verhältnisse auf vier Pollensequenzen, welche die Paläoumweltbedingungen seit dem letzten Glazial widerspiegeln, wurden die Häufigkeiten von Pflanzen auf der zentralen und nordöstlichen HT quantifiziert. Anteile von Artimisia und Chenopodiaceae waren dabei im Vergleich zu ihren ursprünglichen Pollenprozenten deutlich verringert. Cyperaceae hingegen wies eine relative Zunahme in dieser Vegetationsrekonstruktion auf. Die rekonstruierten Vegetationsvergesellschaftungen an den Standorten der vier Pollensequenzen ergaben stets geringere Umwälzungen in der Artenzusammensetzung, als durch die Pollenspektren zu vermuten gewesen wäre. Dies kann ein Hinweis darauf sein, dass die Intensität der bislang angenommenen Vegetationsveränderungen überschätzt worden ist. Zusammengefasst sind die Hauptresultate dieser Dissertation, dass (a) die zwei ASM Teilsysteme asynchrone Muster während des Holozäns und heute aufweisen, dass (b) fossile Pollensequenzen großer Seen regionale Klimasignale widerspiegeln sofern die Herkunftsgebiete der Pollen berücksichtigt werden, dass (c) Klima nicht immer der Haupteinflussfaktor für Vegetationswandel ist und dass (d) das Ausmaß von Vegetationsveränderungen in zuvor veröffentlichten Studien auf der Hochebene von Tibet überschätzt worden sein kann, weil Diskrepanzen der Pollenproduktivität zwischen den Arten nicht einbezogen wurden.
KW  - Asiatischer Sommermonsun
KW  - ASM
KW  - Holozän
KW  - Seesedimente
KW  - Pollen
KW  - Hochland von Tibet
KW  - Asian Summer Monsoon
KW  - Holocene
KW  - Lake sediments
KW  - Pollen
KW  - Tibetan Plateau
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-63155
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wischnewski, Juliane
T1  - Reconstructing climate variability on the Tibetan Plateau : comparing aquatic and terrestrial signals
T1  - Klimarekonstruktionen auf dem Tibet Plateau : aquatische und terrestrische Signale im Vergleich
N2  - Spatial and temporal temperature and moisture patterns across the Tibetan Plateau are very complex. The onset and magnitude of the Holocene climate optimum in the Asian monsoon realm, in particular, is a subject of considerable debate as this time period is often used as an analogue for recent global warming. In the light of contradictory inferences regarding past climate and environmental change on the Tibetan Plateau, I have attempted to explain mismatches in the timing and magnitude of change. Therefore, I analysed the temporal variation of fossil pollen and diatom spectra and the geochemical record from palaeo-ecological records covering different time scales (late Quaternary and the last 200 years) from two core regions in the NE and SE Tibetan Plateau. For interpretation purposes I combined my data with other available palaeo-ecological data to set up corresponding aquatic and terrestrial proxy data sets of two lake pairs and two sets of sites. I focused on the direct comparison of proxies representing lacustrine response to climate signals (e.g., diatoms, ostracods, geochemical record) and proxies representing changes in the terrestrial environment (i.e., terrestrial pollen), in order to asses whether the lake and its catchments respond at similar times and magnitudes to environmental changes. Therefore, I introduced the established numerical technique procrustes rotation as a new approach in palaeoecology to quantitatively compare raw data of any two sedimentary records of interest in order to assess their degree of concordance. Focusing on the late Quaternary, sediment cores from two lakes (Kuhai Lake 35.3°N; 99.2°E; 4150 m asl; and Koucha Lake 34.0°N; 97.2°E; 4540 m asl) on the semi-arid northeastern Tibetan Plateau were analysed to identify post-glacial vegetation and environmental changes, and to investigate the responses of lake ecosystems to such changes. Based on the pollen record, five major vegetation and climate changes could be identified: (1) A shift from alpine desert to alpine steppe indicates a change from cold, dry conditions to warmer and more moist conditions at 14.8 cal. ka BP, (2) alpine steppe with tundra elements points to conditions of higher effective moisture and a stepwise warming climate at 13.6 cal. ka BP, (3) the appearance of high-alpine meadow vegetation indicates a further change towards increased moisture, but with colder temperatures, at 7.0 cal. ka BP, (4) the reoccurrence of alpine steppe with desert elements suggests a return to a significantly colder and drier phase at 6.3 cal. ka BP, and (5) the establishment of alpine steppe-meadow vegetation indicates a change back to relatively moist conditions at 2.2 cal. ka BP. To place the reconstructed climate inferences from the NE Tibetan Plateau into the context of Holocene moisture evolution across the Tibetan Plateau, I applied a five-scale moisture index and average link clustering to all available continuous pollen and non-pollen palaeoclimate records from the Tibetan Plateau, in an attempt to detect coherent regional and temporal patterns of moisture evolution on the Plateau. However, no common temporal or spatial pattern of moisture evolution during the Holocene could be detected, which can be assigned to the complex responses of different proxies to environmental changes in an already very heterogeneous mountain landscape, where minor differences in elevation can result in marked variations in microenvironments. Focusing on the past 200 years, I analysed the sedimentary records (LC6 Lake 29.5°N, 94.3°E, 4132 m asl; and Wuxu Lake 29.9°N, 101.1°E, 3705 m asl) from the southeastern Tibetan Plateau. I found that despite presumed significant temperature increases over that period, pollen and diatom records from the SE Tibetan Plateau reveal only very subtle changes throughout their profiles. The compositional species turnover investigated over the last 200 years appears relatively low in comparison to the species reorganisations during the Holocene. The results indicate that climatically induced ecological thresholds are not yet crossed, but that human activity has an increasing influence, particularly on the terrestrial ecosystem. Forest clearances and reforestation have not caused forest decline in our study area, but a conversion of natural forests to semi-natural secondary forests. The results from the numerical proxy comparison of the two sets of two pairs of Tibetan lakes indicate that the use of different proxies and the work with palaeo-ecological records from different lake types can cause deviant stories of inferred change. Irrespective of the timescale (Holocene or last 200 years) or region (SE or NE Tibetan Plateau) analysed, the agreement in terms of the direction, timing, and magnitude of change between the corresponding terrestrial data sets is generally better than the match between the corresponding lacustrine data sets, suggesting that lacustrine proxies may partly be influenced by in-lake or local catchment processes whereas the terrestrial proxy reflects a more regional climatic signal. The current disaccord on coherent temporal and spatial climate patterns on the Tibetan Plateau can partly be ascribed to the complexity of proxy response and lake systems on the Tibetan Plateau. Therefore, a multi-proxy, multi-site approach is important in order to gain a reliable climate interpretation for the complex mountain landscape of the Tibetan Plateau.
N2  - Die räumlichen und zeitlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsmuster auf dem Tibet-Plateau sind sehr komplex. Im Einzugsbereich der asiatischen Monsune sind insbesondere der Beginn und das Ausmaß des Klimaoptimums während des Holozäns von wissenschaftlichem Interesse, da diese Periode oft als Analogie für die derzeitige globale Klimaerwärmung herangezogen wird. In Hinblick auf sich teilweise widersprechende Paläoklima- und Umweltrekonstruktionen für das Tibet-Plateau, ist es mein Ziel, die bestehenden Unstimmigkeiten bezüglich des Zeitpunktes und des Ausmaßes des Umweltwandels zu erklären. Dafür wurden von mir zeitliche Variationen fossiler Pollen- und Diatomeenspektren und geochemische Untersuchungen an Seesedimenten unterschiedlicher Zeitskalen (Spätquartär und die letzten 200 Jahre) aus zwei Kernregionen auf dem NO und SO Tibet-Plateau analysiert. Zur Unterstützung der Interpretation wurden die hier erhobenen Daten mit bereits vorhandenen paläoökologischen Aufzeichnungen der Lokalitäten kombiniert, um Datensätze der entsprechenden aquatischen und terrestrischen Proxy-Daten (Stellvertreterdaten) zweier Seenpaare aus den beiden Regionen gegenüberstellen zu können. Hierbei konzentrierte ich mich auf den direkten Vergleich von Proxies, die die Seenentwicklung reflektieren (z.B. Diatomeen, Ostracoden, geochemische Eigenschaften), mit Proxies, die Veränderungen der terrestrischen Umgebung des Sees beschreiben (terrestrische Pollen). Durch diesen Vergleich lässt sich beurteilen, ob Veränderungen im See selbst mit Umweltveränderungen in dem jeweiligen Einzugsgebiet zeitlich übereinstimmen. Dafür habe ich die bereits etablierte numerische Methode Procrustes-Rotation als neuen Ansatz in der Paläoökologie eingeführt. Damit ist ein quantitativer Vergleich von Rohdaten zweier beliebiger sedimentärer Datensätze möglich, um den Grad der Übereinstimmung zu prüfen. Um die in dieser Arbeit rekonstruierten Umwelt- und Klimaereignisse des nordöstlichen Tibet-Plateaus in einen größeren Zusammenhang hinsichtlich holozäner Klimaentwicklung des gesamten Plateaus setzen zu können, und um schlüssige zeitliche und räumliche Klimatrends auf dem Plateau erkennen zu können, habe ich auf alle vorhandenen Paläoklimadatensätze einen Fünf-Skalen Feuchtigkeitsindex und eine Clusteranalyse angewandt. Es konnten jedoch keine einheitlichen zeitlichen und räumlichen Trends der holozänen Klimaentwicklung nachgewiesen werden, was meiner Analyse entsprechend, auf die komplexen Reaktionen verschiedener Proxies auf Umweltveränderungen in einer ohnehin sehr heterogen Berglandschaft, zurückgeführt werden kann. Die Ergebnisse des numerischen Proxy-Vergleichs beider Seenpaare zeigen, dass die Verwendung von verschiedenen Proxies und die Arbeit mit paläo-ökologischen Datensätzen unterschiedlicher See-Typen zu abweichenden Klimaableitungen führen können. Unabhängig vom untersuchten Zeitraum (Holozän oder die letzten 200 Jahren) oder der Region (SO oder NO Tibet-Plateau), ist die Übereinstimmung zweier Datensätze hinsichtlich der Richtung, des Zeitpunktes und des Ausmaßes der abgeleiteten Paläo-Umweltverhältnisse in der Regel zwischen den entsprechenden terrestrischen Datensätzen besser als zwischen den entsprechenden lakustrinen Datensätzen. Die derzeitige Uneinigkeit über stimmige zeitliche und räumliche Klimatrends auf dem Tibet-Plateau kann daher teilweise der Komplexität der verschieden Proxies und ihrer individuellen Empfindlichkeiten gegenüber Umweltveränderungen sowie der unterschiedlichen Reaktionsweise verschiedenartiger See-Systeme auf dem Plateau zugeschrieben werden. Meine Ergebnisse zeigen, dass ein „Multi-Proxy-Multi-Site-Ansatz“ für zuverlässige Paläoklimaableitungen für das Tibet-Plateau von zentraler Bedeutung ist.
KW  - Tibet Plateau
KW  - Holozän
KW  - Pollen
KW  - Diatomeen
KW  - Prokrustes Analyse
KW  - Tibetan Plateau
KW  - Holocene
KW  - Pollen
KW  - Diatoms
KW  - Procrustes rotation analysis
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52453
ER  - 
TY  - THES
A1  - Risse, Sarah
T1  - Processing in the perceptual span : investigations with the n+2-boundary paradigm
T1  - Verarbeitung in der Wahrnehmungsspanne : Untersuchungen mit dem n+2-Boundary Paradigm
N2  - Cognitive psychology is traditionally interested in the interaction of perception, cognition, and behavioral control. Investigating eye movements in reading constitutes a field of research in which the processes and interactions of these subsystems can be studied in a well-defined environment. Thereby, the following questions are pursued: How much information is visually perceived during a fixation, how is processing achieved and temporally coordinated from visual letter encoding to final sentence comprehension, and how do such processes reflect on behavior such as the control of the eyes’ movements during reading. Various theoretical models have been proposed to account for the specific eye-movement behavior in reading (for a review see Reichle, Rayner, & Pollatsek, 2003). Some models are based on the idea of shifting attention serially from one word to the next within the sentence whereas others propose distributed attention allocating processing resources to more than one word at a time. As attention is assumed to drive word recognition processes one major difference between these models is that word processing must either occur in strict serial order, or that word processing is achieved in parallel. In spite of this crucial difference in the time course of word processing, both model classes perform well on explaining many of the benchmark effects in reading. In fact, there seems to be not much empirical evidence that challenges the models to a point at which their basic assumptions could be falsified. One issue often perceived as being decisive in the debate on serial and parallel word processing is how not-yet-fixated words to the right of fixation affect eye movements. Specifically, evidence is discussed as to what spatial extent such parafoveal words are previewed and how this influences current and subsequent word processing. Four experiments investigated parafoveal processing close to the spatial limits of the perceptual span. The present work aims to go beyond mere existence proofs of previewing words at such spatial distances. Introducing a manipulation that dissociates the sources of long-range preview effects, benefits and costs of parafoveal processing can be investigated in a single analysis and the differing impact is tracked across a three-word target region. In addition, the same manipulation evaluates the role of oculomotor error as the cause of non-local distributed effects. In this respect, the results contribute to a better understanding of the time course of word processing inside the perceptual span and attention allocation during reading.
N2  - Die kognitive Psychologie beschäftigt sich traditionell mit dem Zusammenspiel von Wahrnehmung, Kognition und Verhaltenssteuerung. Die Untersuchung von Blickbewegungen beim Lesen bildet dabei ein Forschungsfeld, in dem die Prozesse und Interaktionen dieser Subsysteme in einem klar definierten Rahmen untersucht werden können. Dabei geht es speziell um die Frage, wie viel Information visuell wahrgenommen wird, wie die kognitive Weiterverarbeitung der visuellen Buchstabeninformation über lexikalische Wortverarbeitung hin zu einem inhaltlichen Satzverständnis zeitlich koordiniert ist, und wie sich diese Prozesse auf das Verhalten – die Steuerung der Blickbewegung – auswirken. Verschiedene Modelle zur Erklärung des spezifischen Blickbewegungsverhaltens beim Lesen wurden vorgeschlagen (für einen Überblick siehe Reichle, Rayner, & Pollatsek, 2003). Einige Modelle basieren auf der Annahme serieller Aufmerksamkeitsverschiebung von Wort zu Wort, wohingegen andere verteilte Aufmerksamkeit auf eine Region mehrerer Wörter im Satz gleichzeitig annehmen. Da Aufmerksamkeit eng mit der eigentlichen Wortverarbeitung assoziiert ist, besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen den Modellen darin, dass die eigentlichen Wortverarbeitungsprozesse entweder ebenfalls strikt seriell oder parallel erfolgen. Trotz solch entscheidender Unterschiede im zeitlichen Verlauf der Wortverarbeitung können beide Modellklassen viele der Benchmark-Effekte beim Lesen hinreichend erklären. Tatsächlich scheint es nicht viel empirische Evidenz zu geben, die die Grundannahmen der Modelle falsifizieren könnte. Die Frage, ob und wie noch nicht direkt angesehene Wörter rechts der Fixation die Blickbewegung beeinflussen, wird in der Debatte über serielle oder parallele Wortverarbeitung oft als entscheidend betrachtet. Insbesondere wird diskutiert, bis zu welcher Entfernung parafoveale Wörter vorverarbeitet werden und wie das die gegenwärtige und folgende Wortverarbeitung beeinflusst. In einer Serie von vier Leseexperimenten wurde die Vorverarbeitung von Wörtern an den Grenzen der Wahrnehmungsspanne untersucht. Die vorliegende Arbeit versucht zudem, über einen einfachen Existenzbeweis der Vorverarbeitung von Wörtern in solchen Distanzen hinaus zu gehen. Mit einer Manipulation, die verschiedene Quellen solcher weitreichenden Vorverarbeitungseffekte dissoziiert, können Nutzen und Kosten der parafovealen Vorschau in einer einzigen Analyse untersucht und über eine Zielregion von drei Wörtern hinweg verfolgt werden. Dieselbe Manipulation überprüft gleichzeitig die Rolle okulomotorischer Fehler als Ursache für nicht lokale, verteilte Effekte beim Lesen. Die Ergebnisse tragen zu einem differenzierteren Verständnis der Wortverarbeitung in der Wahrnehmungsspanne und der zeitlich-räumlichen Verteilung der Aufmerksamkeit beim Lesen bei.
KW  - Blickbewegungen
KW  - Lesen
KW  - parafoveale Wortverarbeitung
KW  - Aufmerksamkeit
KW  - Preview Benefit
KW  - eye movements
KW  - reading
KW  - parafoveal processing
KW  - attention
KW  - preview benefit
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60414
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gendt, Anja
T1  - Eye movements under the control of working memory : the challenge of a reading-span task
T1  - Blickbewegungen unter Arbeitsgedächtniskontrolle : Die Herausforderungen einer Lesespannenaufgabe
N2  - During reading oculomotor processes guide the eyes over the text. The visual information recorded is accessed, evaluated and processed. Only by retrieving the meaning of a word from the long-term memory, as well as through the connection and storage of the information about each individual word, is it possible to access the semantic meaning of a sentence. Therefore memory, and here in particular working memory, plays a pivotal role in the basic processes of reading. The following dissertation investigates to what extent different demands on memory and memory capacity have an effect on eye movement behavior while reading. The frequently used paradigm of the reading span task, in which test subjects read and evaluate individual sentences, was used for the experimental review of the research questions. The results speak for the fact that working memory processes have a direct effect on various eye movement measurements. Thus a high working memory load, for example, reduced the perceptual span while reading. The lower the individual working memory capacity of the reader was, the stronger was the influence of the working memory load on the processing of the sentence.
N2  - Beim Lesen steuern okulomotorische Prozesse die Blickbewegungen über den Text. Die aufgenommenen visuellen Informationen werden erschlossen, beurteilt und verarbeitet. Erst durch den Abruf der Wortbedeutung aus dem Langzeitgedächtnis, und die Verknüpfung sowie Speicherung der einzelnen Wortinformationen erschließt sich die semantische Bedeutung eines Satzes. Somit stellt das Gedächtnis und hier insbesondere das Arbeitsgedächtnis eines der grundlegenden Prozesse für das Lesen dar. Die vorliegende Dissertation untersucht inwieweit sich unterschiedliche Gedächtnisanforderungen und Gedächtniskapazitäten auf das Blickverhalten während des Lesens auswirken. Für die experimentelle Überprüfung der Forschungsfragen wurde das in der Arbeitsgedächtnisforschung sehr häufig genutzte Paradigma der Lesespannenaufgabe verwendet, bei dem Probanden einzelne Sätze lesen und beurteilen. Die Ergebnisse sprechen für einen direkten Einfluss von Arbeitsgedächtnisprozessen auf verschiedene Blickbewegungsmaße. So reduzierte eine hohe Arbeitsgedächtnisbelastung beispielsweise die perzeptuelle Spanne während des Lesens. Je geringer die individuelle Arbeitsgedächtniskapazität des Lesers war, desto stärker war der Einfluss der Arbeitsgedächtnisbelastung auf die Satzverarbeitung.
KW  - Blickbewegungen
KW  - Arbeitsgedächtnis
KW  - Lesen
KW  - Lesespanne
KW  - eye movements
KW  - working memory
KW  - reading
KW  - reading-span
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69224
ER  -