TY  - THES
A1  - Weidlich, Matthias
T1  - Behavioural profiles : a relational approach to behaviour consistency
T1  - Verhaltensprofile : ein relationaler Ansatz zur Verhaltenskonsistenz
N2  - Business Process Management (BPM) emerged as a means to control, analyse, and optimise business operations. Conceptual models are of central importance for BPM. Most prominently, process models define the behaviour that is performed to achieve a business value. In essence, a process model is a mapping of properties of the original business process to the model, created for a purpose. Different modelling purposes, therefore, result in different models of a business process. Against this background, the misalignment of process models often observed in the field of BPM is no surprise. Even if the same business scenario is considered, models created for strategic decision making differ in content significantly from models created for process automation. Despite their differences, process models that refer to the same business process should be consistent, i.e., free of contradictions. Apparently, there is a trade-off between strictness of a notion of consistency and appropriateness of process models serving different purposes. Existing work on consistency analysis builds upon behaviour equivalences and hierarchical refinements between process models. Hence, these approaches are computationally hard and do not offer the flexibility to gradually relax consistency requirements towards a certain setting. This thesis presents a framework for the analysis of behaviour consistency that takes a fundamentally different approach. As a first step, an alignment between corresponding elements of related process models is constructed. Then, this thesis conducts behavioural analysis grounded on a relational abstraction of the behaviour of a process model, its behavioural profile. Different variants of these profiles are proposed, along with efficient computation techniques for a broad class of process models. Using behavioural profiles, consistency of an alignment between process models is judged by different notions and measures. The consistency measures are also adjusted to assess conformance of process logs that capture the observed execution of a process. Further, this thesis proposes various complementary techniques to support consistency management. It elaborates on how to implement consistent change propagation between process models, addresses the exploration of behavioural commonalities and differences, and proposes a model synthesis for behavioural profiles.
N2  - Das Geschäftsprozessmanagement umfasst Methoden zur Steuerung, Analyse sowie Optimierung von Geschäftsprozessen. Es stützt sich auf konzeptionelle Modelle, Prozessmodelle, welche den Ablauf zur Erreichung eines Geschäftszieles beschreiben. Demnach ist ein Prozessmodell eine Abbildung eines Geschäftsprozesses, erstellt hinsichtlich eines Modellierungsziels. Unterschiedliche Modellierungsziele resultieren somit in unterschiedlichen Modellen desselben Prozesses. Beispielsweise unterscheiden sich zwei Modelle erheblich, sofern eines für die strategische Entscheidungsfindung und eines für die Automatisierung erstellt wurde. Trotz der in unterschiedlichen Modellierungszielen begründeten Unterschiede sollten die entsprechenden Modelle konsistent, d.h. frei von Widersprüchen sein. Die Striktheit des Konsistenzbegriffs steht hierbei in Konflikt mit der Eignung der Prozessmodelle für einen bestimmten Zweck. Existierende Ansätze zur Analyse von Verhaltenskonsistenz basieren auf Verhaltensäquivalenzen und nehmen an, dass Prozessmodelle in einer hierarchischen Verfeinerungsrelation stehen. Folglich weisen sie eine hohe Berechnungskomplexität auf und erlauben es nicht, den Konsistenzbegriff graduell für einen bestimmten Anwendungsfalls anzupassen. Die vorliegende Arbeit stellt einen Ansatz für die Analyse von Verhaltenskonsistenz vor, welcher sich fundamental von existierenden Arbeiten unterscheidet. Zunächst werden korrespondierende Elemente von Prozessmodellen, welche den gleichen Geschäftsprozess darstellen, identifiziert. Auf Basis dieser Korrespondenzen wird ein Ansatz zur Konsistenzanalyse vorgestellt. Jener basiert auf einer relationalen Verhaltensabstraktion, dem Verhaltensprofil eines Prozessmodells. Die Arbeit führt verschiedene Varianten dieses Profils ein und zeigt wie sie für bestimmte Modellklassen effizient berechnet werden. Mithilfe von Verhaltensprofilen werden Konsistenzbegriffe und Konsistenzmaße für die Beurteilung von Korrespondenzen zwischen Prozessmodellen definiert. Weiterhin werden die Konsistenzmaße auch für den Anwendungsfall der Konformität angepasst, welcher sich auf beobachtete Abläufe in Form von Ausführungsdaten bezieht. Darüber hinaus stellt die Arbeit eine Reihe von Methoden vor, welche die Analyse von Verhaltenskonsistenz ergänzen. So werden Lösungen für das konsistente Übertragen von Änderungen eines Modells auf ein anderes, die explorative Analyse von Verhaltensgemeinsamkeiten, sowie eine Modellsynthese für Verhaltensprofile vorgestellt.
KW  - Verhaltensanalyse
KW  - Prozessmodellierung
KW  - Modellkonsistenz
KW  - Behaviour Analysis
KW  - Process Modelling
KW  - Model Consistency
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-55590
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TY  - THES
A1  - Theuer, Hanna Katharina
T1  - Beherrschung komplexer Produktionsprozesse durch Autonomie
T1  - Mastering complex production processes by autonomy
N2  - Modern technologies enable the actors of a production process to autonomous decision-making, information-processing, and decision- execution. It devolves hierarchical controlled relationships and distributes decision-making among many actors. Positive consequences include using local competencies and fast on-site action without (time-)consuming cross-process planning run by a central control instance. Evaluating the decentralization of the process helps to compare different control strategies and thus contributes to the mastery of more complex production processes. Although the importance of the communication structure of these actors increases, no method uses this as a basis for operationalizing decentralization. 
	
This motivates the focus of this thesis. It develops a three-level evaluation model determining the decentralization of a production process based on two determinants: the communication and decision-making structure of the autonomous actors involved. Based on a definition of decentralization of production processes, it set requirements for a key value that determines the structural autonomy of the actors and selects a suitable social network analysis metric. The possibility of integrated decision-making and decision execution justifies the additional consideration of the decision structure. The differentiation of both factors forms the basis for the classification of actors; the multiplication of both values results in the characteristic value real autonomy describing the autonomy of an actor, which is the key figure of the model's first level. 
	
Homogeneous actor autonomy characterizes a high decentralization of the process step, which is the object of consideration of the second level of the model. 

Comparing the existing with the maximum possible decentralization of the process steps determines the Autonomy Index. This figure operationalizes the decentralization of the process at the third level of the model. 
	
A simulation study with two simulation experiments - a central and a decentral controlled process - at Zentrum Industrie 4.0 validates the evaluation model. The application of the model to an industrial production process underlines the practical applicability.
N2  - Moderne Technologien befähigen die beteiligten Akteure eines Produktionsprozesses die Informationsaufnahme, Entscheidungsfindung und -ausführung selbstständig auszuführen. Hierarchische Kontrollbeziehungen werden aufgelöst und die Entscheidungsfindung auf eine Vielzahl von Akteuren verteilt. Positive Folgen sind unter anderem die Nutzung lokaler Kompetenzen und ein schnelles Handeln vor Ort ohne (zeit-)aufwändige prozessübergreifende Planungsläufe durch eine zentrale Steuerungsinstanz. Die Bewertung der Dezentralität des Prozesses hilft beim Vergleich verschiedener Steuerungsstrategien und trägt so zur Beherrschung komplexerer Produktionsprozesse bei. 
	
Obwohl die Kommunikationsstruktur der an der Entscheidungsfindung beteiligten Akteure zunehmend an Bedeutung gewinnt, existiert keine Methode, welche diese als Grundlage für die Operationalisierung der Dezentralität verwendet. Hier setzt diese Arbeit an. Es wird ein dreistufiges Bewertungsmodell entwickelt, dass die Dezentralität eines Produktionsprozesses auf Basis der Kommunikations- und Entscheidungsstruktur der am Prozess beteiligten, autonomen Akteure ermittelt.
	
Aufbauend auf einer Definition von Dezentralität von Produktionsprozessen werden Anforderungen an eine Kennzahl erhoben und - auf Basis der Kommunikationsstruktur - eine die strukturelle Autonomie der Akteure bestimmenden Kenngröße der sozialen Netzwerkanalyse ermittelt. Die Notwendigkeit der zusätzlichen Berücksichtigung der Entscheidungsstruktur wird basierend auf der Möglichkeit der Integration von Entscheidungsfindung und -ausführung begründet.
	
Die Differenzierung beider Faktoren bildet die Grundlage für die Klassifikation der Akteure; die Multiplikation beider Werte resultiert in dem die Autonomie eines Akteurs beschreibenden Kennwert tatsächliche Autonomie, welcher das Ergebnis der ersten Stufe des Modells darstellt. Homogene Akteurswerte charakterisieren eine hohe Dezentralität des Prozessschrittes, welcher Betrachtungsobjekt der zweiten Stufe ist. Durch einen Vergleich der vorhandenen mit der maximal möglichen Dezentralität der Prozessschritte wird auf der dritten Stufe der Autonomie Index ermittelt, welcher die Dezentralität des Prozesses operationalisiert.
	
Das erstellte Bewertungsmodell wird anhand einer Simulationsstudie im Zentrum Industrie 4.0 validiert. Dafür wird das Modell auf zwei Simulationsexperimente - einmal mit einer zentralen und einmal mit einer dezentralen Steuerung - angewendet und die Ergebnisse verglichen. Zusätzlich wird es auf einen umfangreichen Produktionsprozess aus der Praxis angewendet.
KW  - Produktion
KW  - Autonomie
KW  - Prozessverbesserung
KW  - Dezentralität
KW  - Produktionssteuerung
KW  - autonomy
KW  - decentrality
KW  - production
KW  - production control
KW  - process improvement
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-541842
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TY  - THES
A1  - Hölterhoff, Dieter
T1  - Berufsbildende Schulen in den ostdeutschen Ländern am Neuanfang : eine Untersuchung zum Transformationsprozess am Beispiel der Oberstufenzentren im Land Brandenburg in den 1990er Jahren
T1  - Vocational education schools in the East German federal states as a new beginning : an impact analysis of the transformation process on the example of the"Oberstufenzentren" in the federal state of Brandenburg in the 1990s
N2  - Die Arbeit leistet einen Beitrag zum Transformationsprozess von der schulischen beruflichen Bildung der DDR hin zu den Oberstufenzentren im Land Brandenburg in den 1990er Jahren. Es wird die Triade der Faktoren Institutionentransfer, Personen- und Knowhow-Transfer und Finanztransfer analysiert. Die vollständige Umstrukturierung ist das berufsschulpädagogisch herausragende Ergebnis der Transformation. Es wird herausgearbeitet welche Folgerungen aus dem Transformationsprozess für berufsschulpolitische Reformprozesse zu ziehen sind. Dabei wird der Frage nachgegangen, ob die Übernahme des bundesrepublikanischen beruflichen Schulsystems zwangsläufig der Nutzung einer Blaupause gleichkam oder ob es auch abweichende Wege gegeben hat bzw. generell hätte geben können. Der Transformationsprozess wird nicht auf der Ebene der Einzelschulen, der curricularen und konkreten Ausgestaltung der verschiedenen Bildungsgänge und des Lehrkräfteeinsatzes untersucht, sondern auf der Ebene der Entwicklung der Rahmenbedingungen und der Strukturen der Oberstufenzentren, also auf der Metaebene der Policy als inhaltlicher Dimension von Politik. Damit liegt der Fokus auf dem System „Oberstufenzentrum“. Die Untersuchung dieses Systems klammert die Untersuchung der Handelnden aus: Die untere Schulaufsicht, die OSZ-Leitungen, die Lehrkräfte und nicht zuletzt die Schülerinnen und Schüler. Die Analyse dient dem Verständnis und der Interpretation dessen, was sich sowohl durch die bundesstaatlichen Vorgaben – Einigungsvertrag u.a. – als auch durch das berufsbildungs- und berufsschulpolitische Handeln beteiligter Akteure herausbilden konnte. Die inhaltliche Dimension des berufsbildungs- und berufsschulpolitischen Feldes innerhalb des politisch-administrativen Systems im engeren Sinn wird überwiegend bezogen auf die KMK untersucht; ebenso die externen Akteure und ihre Rolle. Es wird herausgearbeitet welche Folgerungen aus dem Transformationsprozess für berufsbildungs- und berufsschulpolitische Reformprozesse gezogen werden können. Gegenstand der Untersuchung sind ausgewählte Beiträge zu verschiedenen Aspekten der Entwicklung der Oberstufenzentren im Land Brandenburg. Gegenstand sind deshalb ausgewählte Rechtsgrundlagen, Fachaufsätze etc. sowie durch Arbeitspapiere dokumentierte Aspekte der berufsschul- und berufsbildungspolitischen Diskussion in der Wendezeit und nachfolgenden nach der Gründung des Landes Brandenburg. Anhand von Vergleichen der rechtlichen Ausgangslagen in den fünf ostdeutschen Ländern wird analysiert, ob es verfassungs- respektive schulrechtliche Besonderheiten gab, die zu unterschiedlichem ministeriellen Handeln führten bzw. führen mussten. Die wiedergegebenen Beiträge zur Entwicklung der Oberstufenzentren werden bezüglich der Relevanz von KMK-Beschlüssen bzw. -Rahmenvereinbarungen untersucht und kommentiert. Der Institutionentransfer besteht aus dem Beitritt der ostdeutschen Länder zur Geschäftsordnung der KMK, der daraus resultierenden Übernahme der Schulformen und Bildungsgänge einschließlich der rechtlichen Folgen durch Schaffung des Schulrechts in den Ländern. Der Personen- und Knowhow-Transfer fand auf der Ebene der entsandten Verwaltungsmitarbeiterinnen und -mitarbeiter der Kultusministerien und der Mittelbehörden statt. Für den Transformationsprozess während des hier interessierenden Untersuchungszeitraums werden Berufsschul- und berufsbildungspolitische Aspekte, bzw. im umfassenderen Sinne die der Berufsbildungswissenschaft erstmalig mit der vorliegenden Untersuchung reflektiert. Insofern kann diese als Beitrag zur historisch-berufsbildungswissenschaftlichen Forschung betrachtet werden.
N2  - This study is a contribution to the transformation process of the vocational education system in the GDR toward the Oberstufenzentren in the state of Brandenburg in the 1990s. A triad of factors will be analysed: transfer of institutions, of personnel and knowhow and of finance. The complete restructuring is the characteristic result of this transformation process in the sector of vocational education. It will be worked out, which consequences should be drawn from the transformation process for reformation processes of the vocational education system. Thereby the question as to whether the adoption of the West German system of vocational training schools was comparable to the use of a blueprint or whether divergent paths would have been possible, is to be discussed. The transformation process will not be analysed on the level of the single vocational education schools, the curriculum, the different school levels and the use of teaching personnel but on the level of the development of general conditions and structures of "Oberstufenzentren”, on the meta level of policy as a dimension of politics as regards content. Therefore the focus is on the system of (the so-callled) ”Oberstufenzentren". The exploration of these systems excludes the exploration of the acting persons: supervision of schools, school management, teachers and students. This analysis serves for a deeper understanding and interpretation of national standards – for instance the Unification Treaty – and also for an understanding of the action frame of reference of vocational education politics and vocational training school politics by the involved participants. The dimension of contents in the vocational education and vocational training school field inside the political-administrative systems will be analysed by the KMK – The Standing Conference of the Ministers of Education and Cultural Affairs of the Länder in the Federal Republic of Germany; likewise the external actors and their role. The consequences of the transformation process for vocational education politics and vocational training school politics will be worked out. Selected works of different aspects of the development of ”Oberstufenzentren” in the land Brandenburg are the subject matter of the survey. This includes the analyses of selected legal basis, scientific papers etc., in combination with documents of vocational education discussion and vocational training school discussion in the political turning point following the formation of the federal state of Brandenburg. On the basis of the different legal initial positions in the five East German Länder it will be analyzed, whether there were constitutional or rather school law characteristics which led to /had to lead to different ministerial actions The reproduced articles on the development of ”Oberstufenzentren" will be analysed and commented with respect to the relevanz of KMK-decisions /. KMK-master agreements. The transfer of institutions is the accession of the East German federal states to the internal regulations of the KMK, the resulti is the takeover of school forms including the legal consequences by creating the school law in these states. The transfer of personnel and knowhow took place on the level of delegated members of school ministries of the Western federal states. For the transformation process in the surveyed time aspects of vocational education and vocational training or rather – on a more comprehensive level, the science of vocational training are going to be reflected for the first time, Therefore, this can be seen as a contribution to the historical-vocational training research.
KW  - Transformationsprozess
KW  - Oberstufenzentren
KW  - Deutsche Einheit
KW  - Berufsbildungswissenschaften
KW  - transformation process
KW  - Oberstufenzentren
KW  - Unification Treaty
KW  - science of vocational training
KW  - vocational training and education research
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69574
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TY  - THES
A1  - Flotyńska, Anna
T1  - Besteuerung von Unternehmensgewinnen im Licht des Konzepts der konsumorientierten Einkommensteuer
T1  - Taxation of business profits in the light of the concept of consumption-oriented income tax
N2  - Die Dissertation widmet sich dem Problem der fiskalischen Konsequenzen der konsumorientierten Steuern, die die unternehmerischen Gewinne unabhängig von der Rechtsform belasten. Im empirischen Teil der Arbeit wird der Untersuchungsgegenstand auf die zinsbereinigte Gewinnsteuer (allowance for corporate equity) eingegrenzt. Die Untersuchung beruht auf theoretischen Überlegungen sowie einer eigenen Simulationsanalyse. Den Schwerpunkt bilden dabei zwei Kategorien, zwischen denen ein kausaler Zusammenhang vorliegt: die Gestaltung der Bemessungsgrundlage einerseits und die Erfüllung der Fiskalfunktion andererseits. Das Hauptziel der Arbeit ist es, die fiskalischen Konsequenzen einer nach dem Konzept der Konsumorientierung modifizierten Bemessungsgrundlage der Gewinnsteuern zu überprüfen. Die Abschätzung der fiskalischen Konsequenzen wird aufgrund der vier folgenden Bereiche vorgenommen: (1) theoretische Konzepte der konsumorientierten Einkommensteuer, (2) bisherige Umsetzungen der Konzepte der konsumorientierten Gewinnsteuer, (3) bisherige Untersuchungen der konsumorientierten Gewinnsteuer, (4) eine eigene Simulation der fiskalischen Konsequenzen der konsumorientierten Gewinnsteuer. Um das Hauptziel der Arbeit zu erreichen, werden acht in Form von Teilfragen ausformulierte Untersuchungsprobleme gelöst. Sie betreffen sowohl die theoretischen Ausführungen, als auch die empirische Untersuchung. Dabei entsprechen sie den einzelnen Untersuchungsschritten, die in den aufeinander folgenden Kapiteln der Arbeit durchgeführt werden. Anhand der Analyse der bisherigen wissenschaftlichen Erkenntnisse und der praktischen Umsetzungen des Konzepts der konsumorientierten Steuern wurde die folgende Haupthypothese aufgestellt: Der Ausfall des Steueraufkommens, der ein direkter Effekt der Gestaltung der Bemessungsgrundlage nach dem Konzept der Konsumorientierung ist, schließt die Fiskalfunktion der Gewinnsteuern nicht aus. Das Verfahren, das eine Verifizierung der Haupthypothese zum Ziel hat, erfolgt durch eine Untersuchung von drei Teilhypothesen: der Hypothese über die Nullsteuer, der Hypothese über den differenzierten Aufkommensausfall und der Hypothese über die Konzentration der Steuerschuld. In der Dissertation werden empirische Daten aus drei Quellen benutzt. Sie umfassen einen Teil der in Polen in den Jahren 2004-2008 tätigen Unternehmen und ermöglichen es, eine Simulationsanalyse des Aufkommensausfalls durchzuführen. Diese bedient sich der Methodik der Mikro- und Gruppensimulation, was in den bisherigen Untersuchungen zur Unternehmensbesteuerung ein eher selten anzutreffender Ansatz ist. Die gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass die Steuereinnahmen aus der Einkommensteuer und der Körperschaftsteuer durch die Modifizierung der Bemessungsgrundlage deutlich reduziert werden. Die relativ große fiskalische Bedeutung der beiden Steuern bleibt jedoch erhalten und der Ausfall des Steueraufkommens, der direkt nach der Einführung einer konsumorientierten Steuerreform eintreten würde, wäre der „Preis“ für eine bessere, weniger verzerrende Bemessungsgrundlage. Die Dissertation liefert Ergebnisse, die für die Gestaltung der Steuerpolitik in Polen wie auch in anderen Ländern relevant sind. Dies scheint insbesondere im Kontext des häufig diskutierten Umbaus des Systems der Einkommen- und Gewinnbesteuerung bedeutsam. Darüber hinaus bildet die Arbeit einen Ausgangspunkt für weitere, vertiefte Untersuchungen zu den möglichen Gestaltungsformen der Einkommen- und Gewinnsteuern wie auch zu deren Folgen. Die Methode der Steuersimulation kann weiterentwickelt werden und in anderen Analysen der potenziellen Konsequenzen von Steuerreformen Anwendung finden.
N2  - The dissertation looks into the problem of fiscal consequences of consumption-oriented business profit tax. The subject of this doctoral thesis is the consumption-oriented taxation of business profits regardless of the legal form of business activities. In its empirical part, the investigation was narrowed to the Allowance for Corporate Equity (ACE). The analysis, carried out on both theoretical and empirical ground, concentrates on two causally related areas: the structure of the tax base and its impact on the fiscal function of the tax on business profits. The main aim of the thesis is to investigate fiscal effects of changing the corporate tax base into one that reflects the concept of consumption-oriented income taxation. The effects are identified in the following four areas: (1) theoretical concepts of consumption-oriented income tax, (2) practical implementations to date of the concept of consumption-oriented business profit tax, (3) other research to date into consumption-oriented business profit tax, (4) author’s simulation of the fiscal effects of consumption-oriented business profit tax. To achieve the main goal, eight detailed research problems must first be solved. These problems are formulated as supporting research questions of both theoretical and empirical nature. The main research hypothesis was formulated based on the analysis of theoretical literature and practical implementations, and it is as follows: the tax revenue loss, which is a direct consequence of consumption-oriented tax base, does not rule out the fiscal function of business profit taxes. In order to verify the main hypothesis, three supporting hypotheses were verified, namely: zero-tax hypothesis; diverse revenue loss hypothesis; and tax liability concentration hypothesis. The investigation was based on empirical data from three sources, all concerned with businesses active in Poland during the period 2004-2008. The microsimulation and group simulation methods were applied, still a rather rare choice in the analysis of business taxation. The research has shown that modification of the tax base results in considerable revenue reduction. Still, profit taxes remain to be of great fiscal importance and the loss of revenue should be understood as the price to be paid for a more properly defined and non-distortionary tax base. The thesis offers conclusions of importance for development of tax policy in Poland and other countries, particularly in the context of the restructuring of the business income tax system. Moreover, the thesis constitutes a starting point for further research on possible methods for defining the income tax structure and on its effects. The simulation method applied in the empirical part of the analysis can be developed and implemented in other research into the effects of potential tax reforms.
KW  - Unternehmensbesteuerung
KW  - konsumorientierte Einkommensteuer
KW  - konsumorientierte Gewinnsteuer
KW  - Mikrosimulation
KW  - Gruppensimulation
KW  - Polen
KW  - business taxation
KW  - consumption-oriented income tax
KW  - consumption-oriented profit tax
KW  - microsimulation
KW  - group simulation
KW  - Poland
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52493
SN  - 978-3-86956-138-7
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
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TY  - THES
A1  - Streibel, Martin Albert Gerhard
T1  - Bestimmung  von Ozonabbauraten über der Arktis und Antarktis mittels Ozonsonden- und Satellitendaten
T1  - Determination of ozone loss rates over the Arctic and Antarctic using ozone sonde and satellite data
N2  - Diese Arbeit beschäftigt sich mit der chemischen Ozonzerstörung im arktischen und antarktischen stratosphärischen Polarwirbel. Diese wird durch Abbauprodukte von anthropogen emittierten Fluorchlorkohlenwasserstoffen und Halonen, Chlor- und Bromradikale, verursacht. Studien in denen der gemessene und modellierte Ozonabbau verglichen wird zeigen, dass die Prozeße bekannt sind, der quantitative Verlauf allerdings nicht vollständig verstanden ist.  Die Prozesse, die zur Ozonzerstörung führen sind in beiden Polarwirbeln ähnlich. Allerdings fällt als Konsequenz unterschiedlicher meteorologischer Bedingungen der chemische Ozonabbau im arktischen Polarwirbel weniger drastisch aus als über der Antarktis. Der arktische Polarwirbel ist im Mittel stärker dynamisch gestört als der antarktische und weist eine stärkere Jahr-zu-Jahr Variabilität auf. Das erschwert die Messung des chemischen Ozonabbaus. Zur Trennung des chemischen Ozonabbaus von der dynamischen Umverteilung des Ozons im arktischen Polarwirbel wurde die Matchmethode entwickelt. Bei dieser Methode werden Luftpakete innerhalb des Polarwirbels mehrfach beprobt, um den chemischen Anteil der Ozonänderung zu quantifizieren. Zur Identifizierung von doppelt beprobten Luftpaketen werden Trajektorien aus Windfeldern berechnet. Können zwei Messungen im Rahmen bestimmter Qualitätskriterien durch eine Trajektorie verbunden werden, kann die Ozondifferenz zwischen beiden Sondierungen berechnet und als chemischer Ozonabbau interpretiert werden. Eine solche Koinzidenz wird Match genannt. Der Matchmethode liegt ein statistischer Ansatz zugrunde, so dass eine Vielzahl solcher doppelt beprobter Luftmassen vorliegen muss, um gesicherte Aussagen über die Ozonzerstörung gewinnen zu können. So erhält man die Ozonzerstörung in einem bestimmten Zeitintervall, also Ozonabbauraten. Um die Anzahl an doppelt beprobten Luftpackten zu erhöhen wurde eine aktive Koordinierung der Ozonsondenaufstiege entwickelt.  Im Rahmen dieser Arbeit wurden Matchkampagnen während des arktischen Winters 2002/2003 und zum ersten Mal während eines antarktischen Winter (2003) durchgeführt. Aus den gewonnenen Daten wurden Ozonabbauraten in beiden Polarwirbeln bestimmt. Diese Abbauraten dienen zum einen der Evaluierung von Modellen, ermöglichen aber auch den direkten Vergleich von Ozonabbauraten in beiden Polarwirbeln.  Der Winter 2002/2003 war zu Beginn durch sehr tiefe Temperaturen in der mittleren und unteren Stratosphäre charakterisiert, so dass die Matchkampagne Ende November gestartet wurde. Ab Januar war der Polarwirbel zeitweise stark dynamisch gestört. Die Kampagne ging bis Mitte März. Für den Höhenbereich von 400 bis 550 K potentieller Temperatur (15-23 km) konnten Ozonabbauraten und der Verlust in der Gesamtsäule berechnet werden. Die Ozonabbauraten wurden in verschiedenen Tests auf ihre Stabilität überprüft.  Der antarktische Polarwirbel war vom Beginn des Winters bis Mitte Oktober 2003 sehr kalt und stellte Ende September kurzzeitig den Rekord für die größte bisher aufgetretene Ozonloch-Fläche ein. Es konnten für den Kampagnenzeitraum, Anfang Juni bis Anfang Oktober, Ozonabbauraten im Höhenbereich von 400 bis 550 K potentieller Temperatur ermittelt werden. Der zeitliche Verlauf des Ozonabbaus war dabei auf fast allen Höhenniveaus identisch. Die Zunahme des Sonnenlichtes im Polarwirbel mit der Zeit führt zu einem starken Anwachsen der Ozonabbauraten. Ab Mitte September gingen die Ozonabbauraten auf Null zurück, da bis zu diesem Zeitpunkt das gesamte Ozon zwischen ca. 14 und 21 km zerstört wurde.  Im letzten Teil der Arbeit wird ein neuer Algorithmus auf Basis der multivariaten Regression vorgestellt, mit dem Ozonabbauraten aus Ozonprofilen verschiedener Sensoren gleichzeitig berechnet werden können. Dabei können neben der Ozonabbaurate die systematischen Fehler zwischen den einzelnen Sensoren bestimmt werden. Dies wurde exemplarisch am antarktischen Winter 2003 für das 475 K potentielle Temperatur Niveau gezeigt. Neben den Ozonprofilen der Sonden wurden Daten von zwei Satellitenexperimenten verwendet. Die mit der multivariaten Matchtechnik berechneten Ozonabbauraten stimmen gut mit den Ozonabbauraten der Einzelsensor-Matchansätze überein.
N2  - The subject of this thesis is the destruction of ozone in the stratospheric polar vortex of the Arctic and Antarctic. It is caused by decomposition products of anthropogenic emitted Chlorofluorocarbons and Halons, radicals of chlorine and bromine. Studies which are dealing with the comparison of measured and modelled ozone loss show that the processes are known but that the quantitative development is not fully understood yet.  The processes that lead to ozone destruction are similar in both polar vortices. But as a consequence of different meteorological conditions the chemical ozone loss in the arctic polar vortex is less dramatic than over the Antarctic. On average the Arctic polar vortex is stronger perturbed and exhibit a stronger annual variability. In order to distinguish between chemical ozone loss and the dynamical redistribution of ozone in the Arctic vortex the Match method was developed. Air parcels in the polar vortex are probed several times in order to quantify the chemical change in ozone. To identify those air parcels trajectories are calculated using wind fields. When it is possible to connect two measurements by a trajectory within certain quality criteria the difference in ozone can be calculated and is interpreted as chemical ozone loss. Such a coincidence is called a Match. The Match method is a statistical approach which needs many of those doubly probed air parcels in order to draw significant conclusions about the destruction of ozone. So the ozone destruction can be calculated for a certain period in time which gives ozone loss rates. In order to enhance the number of doubly probed air masses an active coordination was established.  Within the scope of the thesis Match campaigns were performed during the Arctic winter 2002/2003 and for the first time during the Antarctic winter 2003. The achieved data was used in order to determine ozone loss rates in both polar vortices. The loss rates serve for the evaluation of numerical models but allow as well the direct comparison of ozone loss rates of both polar vortices.  The beginning of the winter 2002/2003 is characterized by very low temperatures in the middle and lower stratosphere. Hence, the Match campaign started at the end of November. From January on the polar vortex was strongly dynamically disturbed at certain times. For the height region of 400 to 500 K potential temperature (15-23 km) ozone loss rates and the column loss were determined. The robustness of the ozone loss rates was checked with a variety of different tests.  From beginning of the winter until October 2003 the Antarctic polar vortex was very cold and the expansion of the ozone hole area reached record values in late September. From the beginning of June until the beginning of October ozone loss has been calculated in a height region from 400 to 550 K potential temperature. The development of the ozone loss was almost identical on the different height levels. The increase in sunlight led to an increase in ozone loss rates. From mid September the ozone loss rates decreased rapidly and the ozone was completely destroyed between approx. 14 and 21 km.  In the last part of the thesis a new algorithm is presented which is based on a multivariate regression in order to calculate ozone loss rates from ozone profiles made by different sensors. At the same time the systematic error between different sensors has to be considered. As an example the approach is shown for the Antarctic Winter 2003 on the 475 K potential temperature level. Beside the ozone profiles from the sondes, data from two satellites experiments have been used. The agreement between the ozone loss rates calculated by the multivariate regression method and those calculated by the single match approach is very good.
KW  - Ozon
KW  - Polarforschung
KW  - Polartief
KW  - Atmosphäre
KW  - Ozonzabbau
KW  - ozone
KW  - polar research
KW  - polar vortex
KW  - atmosphere
KW  - ozone loss
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6570
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TY  - THES
A1  - May, Jana
T1  - Bewertung individueller Voraussetzungen zur Bewältigung wechselnder Arbeitsanforderungen anhand psychologischer und neuropsychologischer Parameter
T1  - Evaluation of individual conditions for the accomplishment of changing work requirements on the basis psychological and neurophysiological parameters
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war es, mittels des Aufgabenwechselparadigmas, kognitive Prozesse nicht nur anhand von traditionellen Leistungsparametern, sondern zusätzlich durch elektro-physiologische Parameter zu untersuchen. Parameter ereigniskorrelierter Hirnpotentiale (EKP) wurden ebenfalls zur Einschätzung von altersbedingten Änderungen bei der Ausführung von Reaktionszeitaufgaben herangezogen. Nach Rubinstein et al. (2001) setzt sich die Reaktionszeit aus der Dauer seriell angeordneter Verarbeitungsstufen zusammen. Im Stufenmodell der exekutiven Kontrolle von Rubinstein et al. (2001) sind Prozesse der ausführenden Kontrolle nur an Wechseltrials beteiligt und können getrennt von den Aufgabenprozessen ablaufen. Mittels der Informationen zu den Reaktionszeiten ist es jedoch nicht möglich zu klären, auf welche kognitiven Verarbeitungsprozesse Reaktionszeitunterschiede unter den jeweiligen experimentellen Bedingungen zurückzuführen sind. Zur Analyse der kognitiven Prozesse wurden in dieser Untersuchung die CNV und P300 herangezogen. Es wurden zwei Altersgruppen (20-30 Jährige und 49-61 Jährige) untersucht. Den Probanden wurden Ziffern präsentiert, die entweder nach dem numerischen Wert oder der Schriftgröße mit dem Hinweisreiz, der Zahl 5, verglichen werden sollten. Die Stimuli wurden nach dem Alternating-Runs-Paradigma dargeboten (Rogers und Monsell, 1995). Erwartungsgemäß gab es Reaktionszeitunterschiede zwischen alt und jung mit längeren Reaktionszeiten für die älteren Probanden. Altersunterschiede in den Fehlerraten ließen sich nicht nachweisen. Möglicherweise erfolgte die Reaktionsauswahl bei den Älteren überlegter aus als bei den Jüngeren. Dies spiegelte sich in längeren aber fehlerfreien Reaktionen wider. Vermutlich bereiteten jedoch alle Probanden in dem Intervall zwischen Cue und Stimulus das jeweilige Aufgabenset komplett vor. Das könnte auch erklären, warum es bei einem Aufgabenwechsel nicht zu einem Anstieg der Reaktionszeit und der Fehlerrate kam. Entgegen der Erwartung zeigten sich keine Wechselkosten. Teilweise wurden inverse Wechselkosten nachgewiesen. In Bezug auf die Wechselkosten konnte das Stufenmodell der exekutiven Kontrolle (Rubinstein et al., 2001) nicht bestätigt werden. Der explizite Hinweisreiz scheint allerdings Einfluss auf die Wechselkosten zu haben. Verschiedene Erklärungsansätze werden diskutiert. Die Contingent Negative Variation ist wie erwartet vor einem Aufgabenwechsel größer als vor einer Aufgabenwiederholung. Durch den Hinweisreiz ist eine erhöhte Kapazität vorhanden. Entsprechend den Ergebnissen der CNV kann davon ausgegangen werden, dass ältere Erwachsene stärker von der Vorinformation zu profitieren scheinen als jüngere Erwachsene. Die älteren Erwachsenen beginnen im Gegensatz zu den jüngeren Erwachsenen offenbar eher mit der Vorbereitung. Zeitdruck und Aufgabenwechsel lösen eine stärkere P300 aus. Demzufolge scheinen Zeitdruck und Aufgabenwechsel einen erhöhten Kapazitätsbedarf zu erfordern. Im Sinne des Stufenmodells der exekutiven Kontrolle von Rubinstein et al. (2001) führt die Zielverschiebung bei einem Aufgabenwechsel zu einer größeren P300. Die Resultate der hier dargestellten Untersuchungen verdeutlichen, dass ältere Erwachsene einen höheren zeitlichen Aufwand in den Stufen der einzelnen exekutiven Prozesse benötigen. Dies spricht für die Hypothese der selektiven Verlangsamung. Ältere kompensieren dies durch einen höheren Aufwand in der Vorbereitung, was auf elektrokortikaler Ebene nachweisbar ist, sind aber nicht in der Lage, dies in den Reaktionszeiten umzusetzen. Die Ergebnisse dieser Untersuchung unterstützen die vereinfachte Annahme von Rubinstein et al. (2001), nach dem die Teilprozesse der Reaktionszeit seriell verarbeitet werden können. Die Resultate lassen allerdings den Schluss zu, dass die Wechselkosten im Hinblick auf die Reaktionszeiten nicht der geeignete Parameter für die Messung der exekutiven Kontrolle sind. Die vorgeschlagene Modifikation des Modells von Rubinstein et al. (2001) in der Vorbereitung auf eine Aufgabe gilt es in weiteren Untersuchungen zu bestätigen und die Möglichkeit der Anwendung auf alle Aspekte der exekutiven Kontrollprozesse zu prüfen.
N2  - The aim of this study was it to examine cognitive processes not only on the basis achievement parameters by means of the alternating runs paradigm, but additionally by electricalphysiological parameters. Parameters of event-correlated brain potentials (EKP) were also used to estimate age-related changes in tasks of response time. According to Rubinstein et al. (2001) the response time consists of the duration of serially arranged processing levels. In Rubinstein's et al. (2001) stage model of the executive control processes of implementing control are involved only in switch trials and can run separately from the task processes. The information from response times do not aloud to define what cognitive processing processes are responsible for response time differences in respective to the experimental conditions. In this study the contingent negative variation (CNV) and P300 were used for the analysis of the cognitive processes. Two age groups (20 to 30, and 49 to 61 years old) were included in the study. Numbers were presented, which should be compared to the cue number 5 either to the numeric value or character size. The stimuli were represented after the alternating runs paradigm (Rogers & Monsell, 1995). As expected there were response time differences between old and young subjects with longer response times for the older ones. Age differences in the error rates could not be proven. It is possible that the reaction selection in older ones took place with more consideration than in the younger ones. This is reflected in longer but error free reactions. Probably all subjects prepared in the interval the respective task set between cue and stimulus completely. This could also explain, why with a task switching no rise of the response time and the error rate was noticed. Against expectation no switch costs showed up. Inverse switch costs were partly proven. Regarding the switch costs the stage model of the executive control (Rubinstein et al., 2001) could not be confirmed. The explicit cue however seems to have influence on the switch costs. Different explanations are discussed. The contingent negative variation is higher before a task switching than before a repetition of task. By the cue an increased capacity is presented. According to the results of the CNV it can be assumed that older adults seem to profit more strongly than younger adults from the advance information. Obviously the older adults begin earlier with the preparation than the younger ones. Time pressure and task switching release a stronger P300. Therefore time pressure and task switching seem to require an increased capacity need. According to the stage model of the executive control (Rubinstein et al., (2001) the goal shift with goes along with the task switching leads to a higher P300. The results of the study represented here clarify, that older adults need a more time in the stages of the individual executives of processes. This underlines the hypothesis of the selective slowing down. Older ones compensate this by more effort to preparation, which can be proven on the electrocortical level. The are not able to show this in the the response times, though. The results of this study support the simplified acceptance of Rubinstein et al. (2001), after which the subprocesses of the response time can be processed serially. The results permit the conclusion that the switch costs regarding the response times are not the adaquate parameter for the measurement of the executive control. The suggested modification of the model of Rubinstein et al. (2001) in the preparation for a task it applies to be confirmed in further investigations and the possibility of application to all aspects of the executives has to be tested.
KW  - Aufgabenwechsel
KW  - Physiologische Psychologie
KW  - Zeitdruck
KW  - Ereigniskorreliertes Potenzial
KW  - P300
KW  - CNV
KW  - exekutive Kontrollprozesse
KW  - task switching
KW  - executive control processes
KW  - P30 0
KW  - CNV
KW  - psychophysiology
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3965
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wojcik, Laurie Anne Myriam
T1  - Beyond a single diversity facet: implications for the links between biodiversity, environmental changes and ecosystem functioning
T1  - Mehr als eine einzelne Facette der Biodiversität: Auswirkungen auf die Verbindungen zwischen Biodiversität, Umweltveränderungen und der Funktionalität von Ökosystemen
N2  - Human activities modify nature worldwide via changes in the environment, biodiversity and the functioning of ecosystems, which in turn disrupt ecosystem services and feed back negatively on humans. A pressing challenge is thus to limit our impact on nature, and this requires detailed understanding of the interconnections between the environment, biodiversity and ecosystem functioning. These three components of ecosystems each include multiple dimensions, which interact with each other in different ways, but we lack a comprehensive picture of their interconnections and underlying mechanisms. Notably, diversity is often viewed as a single facet, namely species diversity, while many more facets exist at different levels of biological organisation (e.g. genetic, phenotypic, functional, multitrophic diversity), and multiple diversity facets together constitute the raw material for adaptation to environmental changes and shape ecosystem functioning. Consequently, investigating the multidimensionality of ecosystems, and in particular the links between multifaceted diversity, environmental changes and ecosystem functions, is crucial for ecological research, management and conservation. This thesis aims to explore several aspects of this question theoretically.

I investigate three broad topics in this thesis. First, I focus on how food webs with varying levels of functional diversity across three trophic levels buffer environmental changes, such as a sudden addition of nutrients or long-term changes (e.g. warming or eutrophication). I observed that functional diversity generally enhanced ecological stability (i.e. the buffering capacity of the food web) by increasing trophic coupling. More precisely, two aspects of ecological stability (resistance and resilience) increased even though a third aspect (the inverse of the time required for the system to reach its post-perturbation state) decreased with increasing functional diversity. Second, I explore how several diversity facets served as a raw material for different sources of adaptation and how these sources affected multiple ecosystem functions across two trophic levels. Considering several sources of adaptation enabled the interplay between ecological and evolutionary processes, which affected trophic coupling and thereby ecosystem functioning. Third, I reflect further on the multifaceted nature of diversity by developing an index K able to quantify the facet of functional diversity, which is itself multifaceted. K can provide a comprehensive picture of functional diversity and is a rather good predictor of ecosystem functioning. Finally I synthesise the interdependent mechanisms (complementarity and selection effects, trophic coupling and adaptation) underlying the relationships between multifaceted diversity, ecosystem functioning and the environment, and discuss the generalisation of my findings across ecosystems and further perspectives towards elaborating an operational biodiversity-ecosystem functioning framework for research and conservation.
N2  - Menschliche Aktivität verändert die Natur weltweit durch Einflussnahme auf die Umwelt, Biodiversität und Funktionsweise von Ökosystemen, die wiederum Ökosystemdienstleistungen stören und sich negativ auf den Menschen auswirken. Eine dringende Herausforderung besteht daher darin, unsere Wirkung auf die Natur zu begrenzen, was ein tiefgreifendes Verständnis der Zusammenhänge zwischen Umwelt, Biodiversität und dem Funktionalität von Ökosystemen voraussetzt. Diese drei Komponenten von Ökosystemen umfassen jedoch jeweils mehrere Dimensionen, die auf unterschiedliche Weise interagieren, und bisher haben wir kein umfassendes Bild von ihren Zusammenhängen und den zugrundeliegenden Mechanismen. Vor allem Diversität wird oft als eine einzige Facette betrachtet, nämlich als Artendiversität, während es auf verschiedenen biologischen Organisationsebenen viele weitere Facetten gibt, z. B. genetische, phänotypische, funktionelle, multitrophische Diversität, die zusammen mehrere Quellen für Rohmaterial zur die Anpassung an Umweltveränderungen bilden und die Funktionsweise von Ökosystemen beeinflussen. Folglich ist die Untersuchung der Multidimensionalität von Ökosystemen, insbesondere der Zusammenhänge zwischen multifacettierter Diversität, Umweltveränderungen und Ökosystemfunktionen, von entscheidender Bedeutung für Forschung, Management und Naturschutz. In dieser Arbeit sollen mehrere Aspekte dieser Frage theoretisch untersucht werden.

In dieser Arbeit untersuche ich drei große Themenbereiche. Erstens konzentriere ich mich auf die Frage, wie Nahrungsnetze mit unterschiedlichem Grad funktioneller Diversität auf drei trophischen Ebenen Umweltveränderungen abpuffern, wie etwa eine plötzliche Zugabe von Nährstoffen oder langfristige Veränderungen (z. B. Erwärmung oder Eutrophierung). Hier habe ich festgestellt, dass die funktionelle Diversität die ökologische Stabilität (d. h. die Pufferkapazität des Nahrungsnetzes) durch eine stärkere trophische Kopplung allgemein erhöht. Im Speziellen nahmen zwei Aspekte der ökologischen Stabilität (Resistenz und Resilienz) zu, obwohl ein dritter Aspekt, der Kehrwert der Zeit, die das System benötigt, um den Post-Störungszustand zu erreichen, mit zunehmender funktioneller Diversität abnahm. Zweitens untersuche ich, wie mehrere Facetten der Diversität als Basis für mehrere Anpassungsprozesse aus verschiedenen Quellen dienten und wie diese Quellen mehrere Ökosystemfunktionen auf zwei trophischen Ebenen beeinflussten. Die Berücksichtigung mehrerer Anpassungsquellen ermöglichte das Zusammenspiel zwischen ökologischen und evolutionären Prozessen, die sich auf die trophische Kopplung und damit auf die Funktionalität des Ökosystems auswirkten. Drittens reflektiere ich weiter über die Facetten der Diversität, indem ich einen Index K entwickle, der die Facette der funktionalen Diversität quantifizieren kann, welche wiederum selbst vielschichtig ist. K kann ein umfassendes Bild der funktionellen Diversität vermitteln und ist ein recht guter Prädiktor für das Funktionieren von Ökosystemen. Schließlich fasse ich die voneinander abhängigen Mechanismen (Komplementarität und Selektionseffekte, trophische Kopplung und Anpassung) zusammen, die den Beziehungen zwischen multi-facettierter Diversität, dem Funktionieren von Ökosystemen und der Umwelt zugrunde liegen, und erörtere die Möglichkeiten zur Verallgemeinerung meiner Ergebnisse über Ökosysteme hinweg sowie Perspektiven für die Ausarbeitung eines operativen Rahmens für der Biodiversität-Ökosystem- Funktionalität für Forscher und Anwender.
KW  - multifaceted diversity
KW  - multi-facettierter Diversität
KW  - perturbation
KW  - Störung
KW  - trait-based approaches
KW  - merkmalsbasierte Ansätze
KW  - food web models
KW  - Modelle der Nahrungsnetze
KW  - ecological stability
KW  - ökologische Stabilität
KW  - trait adaptation
KW  - Anpassung
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-646925
ER  - 
TY  - THES
A1  - Müller, Melanie J. I.
T1  - Bidirectional transport by molecular motors
T1  - Bidirektionaler Transport durch molekulare Motoren
N2  - In biological cells, the long-range intracellular traffic is powered by molecular motors which transport various cargos along microtubule filaments. The microtubules possess an intrinsic direction, having a 'plus' and a 'minus' end. Some molecular motors such as cytoplasmic dynein walk to the minus end, while others such as conventional kinesin walk to the plus end. Cells typically have an isopolar microtubule network. This is most pronounced in neuronal axons or fungal hyphae. In these long and thin tubular protrusions, the microtubules are arranged parallel to the tube axis with the minus ends pointing to the cell body and the plus ends pointing to the tip. In such a tubular compartment, transport by only one motor type leads to 'motor traffic jams'. Kinesin-driven cargos accumulate at the tip, while dynein-driven cargos accumulate near the cell body. We identify the relevant length scales and characterize the jamming behaviour in these tube geometries by using both Monte Carlo simulations and analytical calculations. A possible solution to this jamming problem is to transport cargos with a team of plus and a team of minus motors simultaneously, so that they can travel bidirectionally, as observed in cells. The presumably simplest mechanism for such bidirectional transport is provided by a 'tug-of-war' between the two motor teams which is governed by mechanical motor interactions only. We develop a stochastic tug-of-war model and study it with numerical and analytical calculations. We find a surprisingly complex cooperative motility behaviour. We compare our results to the available experimental data, which we reproduce qualitatively and quantitatively.
N2  - In biologischen Zellen transportieren molekulare Motoren verschiedenste Frachtteilchen entlang von Mikrotubuli-Filamenten. Die Mikrotubuli-Filamente besitzen eine intrinsische Richtung: sie haben ein "Plus-" und ein "Minus-"Ende. Einige molekulare Motoren wie Dynein laufen zum Minus-Ende, während andere wie Kinesin zum Plus-Ende laufen. Zellen haben typischerweise ein isopolares Mikrotubuli-Netzwerk. Dies ist besonders ausgeprägt in neuronalen Axonen oder Pilz-Hyphen. In diesen langen röhrenförmigen Ausstülpungen liegen die Mikrotubuli parallel zur Achse mit dem Minus-Ende zum Zellkörper und dem Plus-Ende zur Zellspitze gerichtet. In einer solchen Röhre führt Transport durch nur einen Motor-Typ zu "Motor-Staus". Kinesin-getriebene Frachten akkumulieren an der Spitze, während Dynein-getriebene Frachten am Zellkörper akkumulieren. Wir identifizieren die relevanten Längenskalen und charakterisieren das Stauverhalten in diesen Röhrengeometrien mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen und analytischen Rechnungen. Eine mögliche Lösung für das Stauproblem ist der Transport mit einem Team von Plus- und einem Team von Minus-Motoren gleichzeitig, so dass die Fracht sich in beide Richtungen bewegen kann. Dies wird in Zellen tatsächlich beobachtet. Der einfachste Mechanismus für solchen bidirektionalen Transport ist ein "Tauziehen" zwischen den beiden Motor-Teams, das nur mit mechanischer Interaktion funktioniert. Wir entwickeln ein stochastisches Tauzieh-Modell, das wir mit numerischen und analytischen Rechnungen untersuchen. Es ergibt sich ein erstaunlich komplexes Motilitätsverhalten. Wir vergleichen unsere Resultate mit den vorhandenen experimentellen Daten, die wir qualitativ und quantitativ reproduzieren.
KW  - molekulare Motoren
KW  - bidirektionaler intrazellulärer Transport
KW  - Tauziehen
KW  - stochastische Prozesse
KW  - kooperative Phänomene
KW  - molecular motors
KW  - bidirectional intracellular transport
KW  - tug-of-war
KW  - stochastic processes
KW  - cooperative phenomena
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-18715
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klimczak, Franziska
T1  - Bildlichkeit und Metaphorik in spätmittelalterlichen Fastnachtspielen des 15. Jahrhunderts
T1  - Imagery and metaphoricity in late medieval shrovetide plays of the 15th century
BT  - Wie Sexualität von sich reden macht
BT  - How does sexuality make a noise in the world?
N2  - Die Dissertation untersucht die Sexualmetaphorik im Nürnberger Fastnachtspiel des 15. Jahrhunderts und wählt als Textgrundlage die Ausgabe der Nürnberger Fastnachtspiele von Adelbert von Keller als einzig vollständige Sammlung. Anliegen der Dissertation ist es, die Einzigartigkeit des Wortschatzes des Fastnachtspiels herauszuarbeiten, indem mit Fokus auf die Bildhaftigkeit und die Metaphorik der obszönen Redeweise über deren Aussage- und Wirkkraft im historischen Fastnachtspielkontext reflektiert wird. Wie die Metapher gezielt tabuisierte, intime Inhalte zum Zwecke der Komik legitimiert, wird erst theoretisch ergründet und dann in einer Interpretation der sprachlichen Gestaltung von Sexualität und Obszönität mit Blick auf den soziokulturellen Hintergrund des Nürnberger Fastnachtspiels kritisch reflektiert. 
In einer interdisziplinären Annäherung werden zunächst sowohl Erkenntnisse und Theorien aus der Fastnachtspiel- und Mittelalterforschung als auch theoretische Ansätze aus der Metaphorologie und der Komikforschung zusammengetragen und diskutiert. Im Rahmen des breitgefächerten, wissenschaftlichen Diskurses zu den Fastnachtspielen wird das Nürnberger Fastnachtspiel aus inhaltlicher, funktionaler, genderbezogener, kulturgeschichtlicher und sprachlicher Perspektive beleuchtet, um ein besseres Verständnis der Sprache des Fastnachtspiels zu erlangen. Im nächsten Schritt werden das mittelalterliche Ehe- und Familienleben und die soziale und rechtliche Stellung von Mann und Frau analysiert, indem theologisch-normativer und literarischer Ehediskurs einander gegenübergestellt und gattungsspezifisch untersucht werden. So können Logiken und Verfahrensweisen in der mittelalterlichen Alltags-, Glaubens- und Rechtspraxis aufgedeckt werden. Dadurch ist es möglich, die Inszenierungen des Körpers im Fastnachtspiel einzuschätzen, die die mittelalterliche Sexualmoral verhandeln und so mannigfaltige Bilder und Vorstellungen von Mann und Frau entwerfen. Anschließend wird in der Diskussion relevanter Metapherntheorien ergründet, wie die metaphorische Sprache dabei den obszönen Inhalten gleichzeitig die Tür öffnet und sie auf Distanz hält. Bei der Betrachtung poststrukturalistischer, erkenntnistheoretischer, kognitiver, semantischer und philosophischer Theorien zur Beschreibung der Arbeits- und Wirkweise der Metapher erweisen sich insbesondere analogieorientierte und funktionale Ansätze als gewinnbringend, weil sie die Kontextualisierung der Metapher als bindend voraussetzen und sie als komplexes, metakognitives Phänomen diskutieren, das auf Interaktions- und Übertragungsprozessen beruht. Sodann werden die vielfältigen Anlässe, sozialen Formen und Funktionen des Lachens in der mittelalterlichen Gesellschaft näher in den Blick genommen, um den komisch-derbsinnlichen Duktus der Fastnachtspiele nachvollziehen zu können. Mit der Bewusstmachung wiederkehrender Elemente und Muster des Komischen kann der Unterhaltungswert der Fastnachtspielsprache exemplarisch verdeutlicht werden.  
Die sich anschließende umfassende Interpretation der Fastnachtspiele wird methodisch angeleitet durch die Theorie der bildlichen Rede von Hans Georg Coenen. Er bleibt mit seinen Analogiedefinitionen der klassischen Rhetorik verpflichtet und unterscheidet unter anderem „kreative“, „konventionalisierte“ und „lexikalisierte“ Metaphern. Bei der  außerordentlichen Vielfalt sexualmetaphorischer Ausdrucksweisen liegt der Fokus auf den Darstellungen der Geschlechtsorgane von Mann und Frau und dem Koitus. 
Die Verfasserin gelangt zu folgenden Ergebnissen: Die Metapher sorgt durch ihre bildgestaltende Vermittlung jeweils dafür, dass der sexuelle Inhalt darstellbar wird, ohne jedoch in unmissverständlicher Direktheit auf den Betrachter zu treffen. Ob sie mit ihren alltäglichen, meist bäuerlichen Bildmotiven für die Schamsphäre über- oder untertreibt, abwertet oder aufwertet, verhüllt oder entlarvt - in jedweder Form und Gestalt kann die Metapher den sexuellen Inhalt ästhetisieren. Weil sie ihn unter neuer oder anderer Perspektive betrachtet, entrückt sie ihn formal. Damit erscheint das Sprechen über Sexualität in der metaphorischen Rede wie auf Abstand gerechtfertigt und das Ausmaß bzw. Übermaß der Inszenierung von Sexualität im Fastnachtspiel überhaupt erst möglich. Häufig werden Bilder vom Penis als Esel, von der Vagina als Wiese und vom Koitus als Speerkampf entworfen. Die Metapher stellt damit gewohnte Vorstellungen von Mann und Frau mitsamt den normativ gesetzten Erwartungen und Strukturen im Eheleben auf den Kopf. Das kann als obszön und unanständig, aber auch als amüsant empfunden worden sein und heute noch empfunden werden. Immer bleibt die Metapher dabei ambigue. In ihrer mehrkanaligen Wirkweise, ihrer innovativen Kraft und auch in ihrer Widersprüchlichkeit liegen ihre dichterische Begabung und ihre Qualität zur Komisierung. Damit stellt sich die kunstfertige Sprache des Fastnachtspiels der Körperlichkeit der Spielinhalte entgegen. 
Die Dissertation demonstriert das innovative, normkritische Potenzial der Fastnachtspielsprache, die sie als eine Poetik der Ambiguität lesbar und als einen Schatz an vielfältigen und differenzierten Ausdrucksweisen für die Schamsphäre wertschätzbar macht. Damit leistet die Arbeit einen wichtigen Beitrag zur sprach- und literaturwissenschaftlichen Analyse des Nürnberger Fastnachtsspiels und zu einem differenzierteren Verständnis von dessen kulturgeschichtlicher Bedeutung.
N2  - The thesis examines sexual metaphoricity in the Nuremberg Shrovetide play of the 15th century. Textual basis is the edition of Adelbert von Keller, the only existing complete Collection of the Nuremberg Shrovetide play.¹ The objective of the thesis is to showcase the unique vocabulary of the Nuremberg Shrovetide play by concentrating on the imagery and metaphoricity of obscene sexual language and reflecting on its meaning and effect in the sociohistorical context. The thesis explores how the metaphor deliberately legitimates tabooed, intimate topics for the purpose of comical effect by discussing relevant theoretical discourses and critically reflecting upon it in the analysis of the text.
In an interdisciplinary approach the thesis discusses concepts and theories in different research areas such as Shrovetide plays, the Middle Ages, the metaphor and the comedy. Within the diversified scholarly discourse on Shrovetide plays the Nuremberg Shrovetide play is examined from the perspective to its topics, functions, gender constructions, and linguistics in order to gain a better understanding of its language. By contrasting genre-specific, theological-normative and literary discourses, the thesis analyses the medieval married and family life as well as the social and legal status of men and women. Thereby the logics and procedures in medieval everyday, religious, and legal practice can be revealed. This allows an evaluation of figurative representations of the human body in the Nuremberg Shrovetide play. These representations negotiate the medieval sexual morals and display the manifold imagery and ideas of men and women. After a discussion of relevant theories on the metaphor the thesis explores how metaphorical language opens the door to obscene topics and at the same time keeps them at bay. In order to describe the metaphorical mode of action and effect poststructural, epistemological, cognitive, semantic, and philosophical theories are considered. Here, analogy-based and function-oriented approaches prove the most productive, as they regard the contextuality of the metaphor as effectual and discuss metaphors as complex metacognitive phenomena based on interaction and processes of transfer. Thereafter, laughter in medieval society is discussed taking account of its reasons, social forms and functions. In this way, the comical, rough-and-sensual style of the Shrovetide play becomes transparent. The entertainment quality of the language of the Shrovetide play can be illustrated by raising the awareness of recurring comical elements and patterns. Subsequently, a comprehensive analysis of the Nuremberg Shrovetide play is guided by Hans Georg Coenen’s theory of figurative language.² His definition of analogy, which can be viewed in line with classical rhetorics, differentiates between creative, conventional and lexicalised metaphors. Due to the extraordinary variety of sexual metaphors in the Shrovetide plays, the analysis concentrates on the representations of male and female sexual organs and the coitus.
The author of this thesis draws the following conclusions: By using figurative metaphors, the Nuremberg Shrovetide play renders sexuality representable, as it does not strike the reader with immediate directness. The many images of peasant, everyday life aestheticise sexual motifs – whether they exaggerate or understate, depreciate or valorize, cover or expose. As the metaphor shows sexuality from an unfamiliar perspective, it appears at a distance. This alone allows and justifies the excessive talk of sexuality in the Nuremberg Shrovetide play. Sexual metaphors frequently show the penis as a donkey, the vagina as a meadow and coitus as a spear fight. By this, familiar ideas of men and women along with normative expectations and hierarchies of married life are turned upside down. This could and still can be perceived today as obscene and indecent, but also as amusing and entertaining. The metaphor always remains ambiguous in this language game. The poetic talent and comical quality of the Nuremberg Shrovetide play arise from its multi-channel mode of action, innovative power of language and contradictory nature. The skilful, metaphorical language of the Nuremberg Shrovetide play is contrasted with the physicality demonstrated in the plays.
The thesis illustrates the innovative, critical potential of language of the Nuremberg Shrovetide play. In consequence, its language can be viewed as a poetics of ambiguity and thus valued for its wealth of expressions for the human sexual sphere. The thesis makes a significant contribution to the linguistic and literary analysis of the Nuremberg Shrovetide play and contributes to a differentiated understanding of its cultural-historical meaning and significance.

1 Keller, Adelbert von: Fastnachtspiele aus dem 15. Jahrhundert. 4 Bde., 1853-1858
2 Coenen, Hans Georg: Analogie und Metapher: Grundlegung einer Theorie der bildlichen Rede. Walter de Gruyter, Berlin: 2002, 85ff.
KW  - Fastnachtspiele
KW  - Metapher
KW  - Sexualität
KW  - Bildlichkeit
KW  - Komik
KW  - shrovetide plays
KW  - metaphor
KW  - comedy
KW  - imagery
KW  - sexuality
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-397320
SN  - 978-3-86956-408-1
ER  - 
TY  - THES
A1  - Meyer, Ljuba
T1  - Bildungsort Familie
T1  - Family as a place of education
BT  - eine qualitative Studie über den Bildungstransfer innerhalb russischer Dreigenerationenfamilien in Berlin
BT  - a qualitative-focused study on the transfer of education within Russian-speaking three-generational families in Berlin
N2  - In der Bildungs- und Familienforschung wird die intergenerationale Weitergabe von Bildung innerhalb der Familie hauptsächlich unter dem Blickwinkel des schulischen Erfolges der nachwachsenden Generation thematisiert. „Wie“ aber bildungsbezogene Transferprozesse innerhalb der Familie konkret ablaufen, bleibt jedoch in der deutschen Forschungslandschaft weitestgehend unbearbeitet. An dieser Stelle setzt diese qualitativ angelegte Arbeit an. Ziel dieser Arbeit ist, bildungsbezogene Transferprozesse innerhalb von russischen Dreigenerationenfamilien, die aus der ehemaligen Sowjetunion nach Berlin seit 1989 ausgewandert sind und zwischen der Großeltern-, Elterngeneration und der Enkelgeneration ablaufen, zu untersuchen. Hinter diesen Transferprozessen verbergen sich im Sinne Bourdieus bewusste und unbewusste Bildungsstrategien der interviewten Familienmitglieder. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Spätaussiedlerfamilien – zu diesen zählen Familie Hoffmann und Familie Popow, sowie zwei russisch-jüdische Familien – zu diesen zählen Familie Rosenthal und Familie Buchbinder, interviewt. Es wurden mit den einzelnen Mitgliedern der vier untersuchten Dreigenerationenfamilien Gruppendiskussionen sowie mit je einem Vertreter einer Generation leitfadengestützte Einzelinterviews geführt. Die Erhebungsphase fand in Berlin im Zeitraum von 2010 bis 2012 statt. Das auf diese Weise gewonnene empirische Material wurde mithilfe der dokumentarischen Methode nach Bohnsack ausgewertet. Hierdurch wurde es möglich die implizite Selbstverständlichkeit, mit der sich Bildung in Familien nach Bourdieu habituell vollzieht, einzufangen und rekonstruierbar zu machen. In der Arbeit wurden eine habitustheoretische Interpretation der russischen Dreigenerationenfamilien und die entsprechende Feldanalyse nach Bourdieu vorgenommen. In diesem Zusammenhang wurde der soziale Raum der untersuchten Familien in der Ankunftsgesellschaft bezüglich ihres Vergleichshorizontes der Herkunftsgesellschaft rekonstruiert. Weiter wurde der Bildungstransfer vor dem jeweiligen Erlebnishintergrund der einzelnen Familien untersucht und diesbezüglich eine Typisierung vorgenommen. 

Im Rahmen dieser Untersuchung konnten neue Erkenntnisse zum bisher unerforschten Feld des Bildungstransfers russischer Dreigenerationenfamilien in Berlin gewonnen werden. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist, dass die Anwendung von Bourdieus Klassentheorie auch auf Gruppen, die in einer sozialistischen Gesellschaft sozialisiert wurden und in eine kapitalistisch orientierte Gesellschaft ausgewandert sind, produktiv sein kann. Ein weiteres zentrales Ergebnis der Studie ist, dass bei zwei der vier untersuchten Familien die Migration den intergenerationalen Bildungstransfer beeinflusste. In diesem Zusammenhang weist Familie Rosenthal durch die Migration einen „gespaltenen“ Habitus auf. Dieser ist darauf zurückzuführen, dass diese Familie bei der Planung des Berufes für die Enkelin in Berlin sich am Praktischen und Notwendigen orientierte. Während die bewusste Bildungsstrategie der Großeltern- und Elterngeneration für die Enkelgeneration im Ankunftsland dem Habitus der Notwendigkeit, den Bourdieu der Arbeiterklasse zuschreibt, zugeordnet werden kann, lässt sich hingegen das Freizeitverhalten der Familie Rosenthal dem Habitus der Distinktion zuordnen, der typisch für die herrschende Klasse ist. Ein weiterer Befund dieser Untersuchung ist, dass im Vergleich zur Enkelin Rosenthal bei der Enkelin Popow eine sogenannte Sphärendiskrepanz rekonstruiert wurde. So ist die Enkelin Popow in der äußeren Sphäre der Schule auf sich gestellt, da die Großeltern- und Elterngeneration zum deutschen Schulsystem nur über einen geringen Informationsstand verfügen. Die Enkelin grenzt sich einerseits von ihrer Familie (innere Sphäre) und deutschen Schulabbrechern (äußere Sphäre) ab, orientiert sich aber andererseits beim Versuch sozial aufzusteigen an russischsprachigen Peers, die die gymnasiale Oberstufe besuchen (dritte Sphäre). Bei Enkelin Popow fungiert demzufolge die Peergruppe und nicht die Familie als zentraler Bildungsort. An dieser Stelle sei angemerkt, dass sowohl bei einer russisch-jüdischen Familie als auch bei einer Spätaussiedlerfamilie der intergenerationale Bildungstransfer durch die Migration beeinflusst wurde. Während Familie Rosenthal in der Herkunftsgesellschaft der Intelligenzija zuzuordnen ist, gehört Familie Popow der Arbeiterschaft an. Daraus folgt, dass der intergenerationale Bildungstransfer der untersuchten Familien sowohl unabhängig vom Spätaussiedler- und Kontingentflüchtlingsstatus als auch vom herkunftsortspezifischen sozialen Status abläuft. Demnach kann geschlussfolgert werden, dass im Rahmen dieser Studie die Migration ein zentraler Faktor für den intergenerationalen Bildungstransfer ist.
N2  - In education and family research, the intergenerational transfer of education within the family is mainly addressed from the perspective of the success of the younger generation in school. However, “how” education-related transfer processes within the family actually take place, remains largely unadressed in the German research landscape. At this junction this qualitative-focused study starts. The main aim of the study is to investigate education-related transfer processes within Russian-speaking three-generational families that have emigrated to Berlin from the former Soviet Union since 1989 and that run between the grandparents and parents on one side through to their respective grandchildren. In Bourdieu's sense, these transfer processes hide conscious and unconscious educational strategies of the family members interviewed. In the course of this study, two late repatriate families - these are the families Hoffmann and Popow, and two Russian-Jewish families - these are the families Rosenthal and Buchbinder. Group discussions were held with individual members of the four examined three-generational families. In addition, guideline-based individual interviews with one representative from each generation were conducted. The survey phase took place in Berlin between 2010 and 2012. The empirical material obtained was evaluated using the documentary method by Bohnsack. This made it possible to capture the implicit self-evidence with which education in families according to Bourdieu occurs habitually and to make it reconstructable. In the study, a habitually and theoretically oriented interpretation of the Russian-speaking three-generational families and the corresponding field analysis according to Bourdieu were carried out. In this context, the social space of the families in the arrival society was reconstructed and compared with regard to their social space in their society of origin. Furthermore, the transfer of education was examined against the background of each family's experiences and a non-exhaustive typecast was carried out in this regard.

In the course of this study, new insights into the previously unexplored field of educational transfer processes of three-generational Russian-speaking families in Berlin were gained. A key result of this study is that the application of Bourdieu's class theory can also be productive to groups that have been socialized in a socialist society and have emigrated to a capitalist-oriented society. Another key finding of the study is that in two of the four families examined, migration influenced the intergenerational educational transfer. In this context, family Rosenthal has a “split” habit due to migration. This is due to the fact that this family was oriented towards the practical and necessary when planning the job for their granddaughter in Berlin. While the conscious educational strategy of the grandparents and parents for their grandchildren in the country of arrival can be assigned to the habit of the necessity that Bourdieu attributes to the working class, the leisure behavior of family Rosenthal can be assigned to the habit of distinction, which is typical for the ruling class. Another key finding is the so-called spherical discrepancy that could be reconstructed for the granddaughter Popow. The granddaughter is on her own in the outer sphere of the school, since the grandparents and parents have little information about the German school system. The granddaughter, on the one hand, differentiates herself from her family (inner sphere) and early school leavers (outer sphere), but, on the other hand, is oriented towards Russian-speaking peers, who attend high school (third sphere) when trying to rise socially. For granddaughter Popow, the peer group and not the family is the central place of education. At this point it should be noted that both a Russian-Jewish family and a late repatriated family were affected by the intergenerational transfer of education through migration. While the Rosenthal family can be assigned to the intelligentsia in the society of origin, the Popow family belongs to the workforce. It follows that the intergenerational education transfer of the examined families takes place independently of the late repatriates and contingent refugee status as well as of the social status specific to the country of origin. It can therefore be concluded that migration is a key factor for intergenerational education transfer in the context of this study.
KW  - Bildung
KW  - Transferprozesse
KW  - Bourdieu
KW  - Dreigenerationenfamilien
KW  - Migration
KW  - qualitative Studie
KW  - education
KW  - transfer processes
KW  - Bourdieu
KW  - three-generational families
KW  - migration
KW  - qualitative-focused study
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-444319
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reilich, Julia
T1  - Bildungsrenditen in Deutschland
T1  - Returns to education in Germany
BT  - eine nationale und regionale Analyse
BT  - a national and regional Analysis
T2  - Potsdamer Schriften zur Raumwirtschaft
N2  - Der Einfluss von Bildung gewinnt gesellschaftlich und politisch an Bedeutung. Auch im wissenschaftlichen Bereich zeigt sich dies über eine vielseitige Diskussion zum Einfluss von Bildung auf das Einkommen. In dieser Arbeit werden nationale und regionale Disparitäten in der monetären Wertschätzung von allgemeinem Humankapital aufgedeckt und diskutiert. Dafür werden verschiedene Verfahren diskutiert und basierend darauf Intervalle für die mittleren Bildungsrenditen bestimmt. Im ersten Abschnitt wird die Thematik theoretisch über zwei verschiedene Modellansätze fundiert und kritisch diskutiert. Anschließend folgt die Darstellung des aktuellen empirischen Forschungsbestands. Der Hauptteil der Arbeit beginnt mit der Darstellung des verwendeten Datensatzes und seiner kritischen Repräsentativitätsprüfung. Eine nähere Variablenbeschreibung mit deskriptiver Analyse dient zur Erklärung der verwendeten Größen. Darauffolgend werden bestehende Verfahren zur Schätzung von Bildungsrenditen diskutiert. Unter ausschließlicher Berücksichtigung der Erwerbstätigen zeigt das 3SLS-Verfahren die besten Eigenschaften. Bezieht man jedoch alle Erwerbspersonen in die Analyse mit ein, so erweist sich das Heckman-Verfahren als sehr geeignet. Die Analyse - zunächst auf nationaler Ebene - bestätigt weitestgehend die bestehenden Erkenntnisse der Literatur. Eine Separierung des Datensatzes auf verschiedene Alterscluster, Voll- und Teilerwerbstätige sowie Erwerbstätige in der Privatwirtschaft und im öffentlichen Dienst zeigen keine signifikanten Unterschiede in der Höhe der gezahlten durchschnittlichen Bildungsrenditen. Anders verhält es sich bei der regionalen Analyse. Zunächst werden Ost- und Westdeutschland separat betrachtet. Für diese erste Analyse lassen sich über 95 %-Konfidenzintervalle deutliche Unterschiede in der Höhe der Bildungsrenditen ermitteln. Aufbauend auf diese Ergebnisse wird die Analyse vertieft. Eine Separierung auf Bundesländerebene und ein weiterer Vergleich der Konfidenzintervalle folgen. Zur besseren statistischen Vergleichbarkeit der Ergebnisse wird neben dem 3SLS-Verfahren, angewendet auf die separierten Datensätze, auch ein Modell ohne die Notwendigkeit der Separierung gewählt. Hierbei ist die Variation der Regionen über Interaktionsterme berücksichtigt. Dieses Regressionsmodell wird auf das OLS- und das Heckman-Verfahren angewendet. Der Vorteil hierbei ist, dass die Koeffizienten auf Gleichheit getestet werden können. Dabei kristallisieren sich deutlich unterschiedliche Bildungsrenditen für Mecklenburg-Vorpommern, aber auch für Sachsen-Anhalt und Thüringen im Vergleich zu den restlichen Bundesländern Deutschlands heraus. Diese Länder zeichnen sich durch eine besonders hohe jährliche Verzinsung von allgemeinem Humankapital aus. Es folgt eine Diskussion über mögliche Ursachen für die regional verschiedenen Bildungsrenditen. Dabei zeigt sich, dass in den Bundesländern mit hoher Rendite das mittlere Einkommensniveau und auch das durchschnittliche Preisniveau tendenziell geringer sind. Weiterhin wird deutlich, dass bei höheren relativen Abweichungen der durchschnittlichen Einkommen höhere Renditen zu verzeichnen sind. Auch die Wanderungsbewegungen je nach Qualifikation unterscheiden sich. Unter zusätzlicher Berücksichtigung der Arbeitslosenquoten zeigt sich in den Ländern mit hoher Rendite eine tendenziell höhere Arbeitslosigkeit. Im zusammenfassenden Fazit der Arbeit werden abschließend die Erkenntnisse gewürdigt. Dabei ist zu bemerken, dass der Beitrag einen Start in die bundesländerweite Analyse liefert, die eine Fortführung auf beispielsweise eine mehrperiodische Betrachtung anregt.
N2  - The impact of education becomes politically and for the society more important. In research area the higher relevance is indicated by a distinctive discussion about, for example, the influence from education to earnings. This thesis shows national and regional disparities with respect to the monetary appreciation to general human capital. Therefore different econometric methods are discussed and based on that, intervals for the returns to education are estimated. The first chapter presents the theoretical fundament using two different models, which are critically discussed in the text. Afterwards the existing empirical literature is shown. The main part starts with a description of the dataset and a discussion about its representativeness. A closer examination to the variables follows using descriptive statistics and verbal explanations. The estimation part starts with a discussion about common methods to measure returns to education. Looking at employees exclusively, 3SLS gives best performance. However, by extension the analysis to the overall manpower Heckman-method is best. The national analysis confirms the results from the existing literature. Within the next step the dataset is separated to have a closer look at different cohorts, full- and part-time worker, as well as public- and private-sector worker. Comparing these groups with each other the estimated returns to education are not statistically different. However, results change by estimating regional returns to education for Germany. First the dataset is splitted into two regions, the eastern- and the western-region. Comparing the estimated 95 %-confidence intervals, differences are significant between both regions in Germany. Hence, it is worth to intensify the regional analysis. The next step is a further separation of the dataset to a federal-state-analysis. Again, the comparisons of the resulting confidence intervals show partially no overlapping confidence intervals. Separating the dataset gives no possibility to compare the coefficients with statistic tests. Because of that a new regression model without the necessity of separation is introduced. For this purpose the variation of the regions are included by interaction terms. This model can be estimated using OLS- and Heckman-method. The advantage of this procedure is that the schooling-coefficients can be tested on statistical equality. Irrespective which method is used, differences in the return to education can be estimated for Mecklenburg-West Pomerania especially and for Saxony-Anhalt and Thuringia. These three states tend to a higher monetary return to general human capital compared to the other federal states. Thereafter a discussion follows about possible causes for the estimated regional heterogeneous returns to education. It is shown that federal states with a high return to education lean towards a lower middle level of income and a lower price level on average. In addition to that, there is a relation between a higher relative deviation from average income and higher returns to education. Looking at migration movements between federal states, it is shown that there are differences in the qualification levels. Moreover, regions with a higher unemployment rate tend to result in higher returns as well. The summarizing conclusion appreciates the scientific findings. For that it has to be said, that this work gives a start for an analysis which should have a closer look to different parts of Germany. It gives an incentive to pursue with, for example, an analysis for more than one year.
T3  - Potsdamer Schriften zur Raumwirtschaft - 5 
KW  - Bildungsrenditen
KW  - Humankapital
KW  - regionale Arbeitsmärkte
KW  - returns to education
KW  - human capital
KW  - regional labor market
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-62658
SN  - 978-3-86956-219-3
SN  - 2190-8702
SN  - 2190-8710
IS  - 5
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lüdecke, Nils
T1  - Bio-sourced adsorbing poly(2-oxazoline)s mimicking mussel glue proteins  for antifouling applications
T1  - Biobasierende, adsorbeirende, Muschelklebeproteine nachahmende Poly(2-oxazoline) für Antifouling-Anwendungen
N2  - Nature developed countless systems for many applications. In maritime environments, several organisms established extra-ordinary mechanisms to attach to surfaces. Over the past years, the scientific interest to employ those mechanisms for coatings and long-lasting adhering materials gained significant attention. 
This work describes the synthesis of bio-inspired adsorbing copoly(2-oxazoline)s for surface coatings with protein repelling effects, mimicking mussel glue proteins. From a set of methoxy substituted phenyl, benzyl, and cinnamyl acids, 2-oxazoline monomers were synthesized. All synthesized 2-oxazolines were analyzed by FT-IR spectroscopy, NMR spectroscopy, and EI mass spectrometry. With those newly synthesized 2-oxazoline monomers and 2-ethyl-2-oxazoline, kinetic studies concerning homo- and copolymerization in a microwave reactor were conducted. The success of the polymerization reactions was demonstrated by FT-IR spectroscopy, NMR spectroscopy, MALDI-TOF mass spectrometry, and size exclusion chromatography (SEC). The copolymerization of 2-ethyl-2-oxazoline with a selection of methoxy-substituted 2-oxazolines resulted in water-soluble copolymers. To release the adsorbing catechol and cationic units, the copoly(2-oxazoline)s were modified. The catechol units were (partially) released by a methyl aryl ether cleavage reaction. A subsequent partial acidic hydrolysis of the ethyl unit resulted in mussel glue protein-inspired catechol and cation-containing copolymers. The modified copolymers were analyzed by NMR spectroscopy, UV-VIS spectroscopy, and SEC. The catechol- and cation-containing copolymers and their precursors were examined by a Quartz Crystal Microbalance with Dissipation (QCM-D), so study the adsorption performance on gold, borosilicate, iron, and polystyrene surfaces. An exemplary study revealed that a catechol and cation-containing copoly(2-oxazoline)-coated gold surface exhibits strong protein repelling properties.
N2  - In der Natur entwickelten sich unzählige Anpassungen für ebenso viele Lebensbereiche. In maritimen Umgebungen haben sich beispiels-weise bei verschiedenen Organis-men außergewöhnliche Strategien entwickelt, um sich an Oberflächen an-zuheften. In den letzten Jahren hat das wissenschaftliche Interesse an der Nutzung dieser Mechanismen für an Oberflächen haftende Materialien stark zugenommen. 
Diese Arbeit beschreibt die Synthese von Muschelklebeprotein nachahmenden, bioinspirierten Copoly(2-oxazolinen) für Oberflächen-beschichtungen mit protein-abweisender Wirkung. Aus einer Gruppe von methoxysubstituierten Phenyl-, Benzyl , und Zimtsäuren wurden 2-Oxazolin-Monomere synthetisiert. Alle synthetisierten 2-Oxazoline wurden mittels FT-IR-Spektroskopie, NMR Spektroskopie und EI-Massenspektrometrie analysiert. Mit diesen neu synthetisierten 2-Oxazolin-Monomeren und 2-Ethyl-2-oxazolin (wasserlösliche Komponente) wurden kinetische Studien zur Homo- und Copolymerisation in einem Mikrowellenreaktor durchgeführt. Der Nachweis der Polymerisationsreaktionen erfolgte durch FT-IR Spektroskopie, NMR Spektroskopie, MALDI-TOF Massenspektrometrie und Gel-Permeations-Chromatographie (GPC). Die Copolymerisation von 2-Ethyl-2-Oxazolin mit Methoxyaryl-substituierten 2-Oxazolinen führte zu wasserlöslichen Copolymeren. Um die adsorbierenden Catechol- und kationischen-Einheiten freizusetzen, wurden die Copolymere modifiziert. Die Catechol-Einheiten wurden durch eine (partielle) Methylaryletherspaltung freigesetzt. Eine anschließende partielle saure Hydrolyse der Ethyleinheit führte zu, von Muschelklebeproteinen inspirierten, catechol- und kationen-haltigen Copolymeren. Die modifizierten Copolymere wurde mittels NMR Spektroskopie, UV-VIS Spektroskopie und SEC analysiert. Die catechol- und kationenhaltigen Copolymere und deren Vorläufercopolymere wurden mittels einer Quarzkristallmikrowaage mit Dissipation (QCM-D) hinsichtlich ihrer Adsorptionsfähigkeit an den Oberflächen Gold, Borosilicat, Eisen und Polystyrol untersucht. Exemplarisch wurde gezeigt, dass eine mit catechol und kationenhaltigem Copoly(2-oxazoline) beschichtete Goldoberfläche, stark proteinabweisende Eigenschaften aufweist.
KW  - poly(2-oxazoline)s
KW  - adhesive
KW  - anti-fouling
KW  - mussel-mimicking
KW  - klebend
KW  - Antifouling
KW  - Muschelnachahmend
KW  - Poly(2-oxazoline)
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-549836
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frasca, Stefano
T1  - Biocatalysis on nanostructured surfaces : investigation and application of redox proteins using spectro-electrochemical methods
T1  - Biokatalyse auf nanostrukturierten Oberflächen : Untersuchung und Anwendung von Redox-Proteinen unter Verwendung von Spektro-Elektrochemischen Verfahren
N2  - In this thesis, different aspects within the research field of protein spectro- and electro-chemistry on nanostructured materials are addressed. On the one hand, this work is related to the investigation of nanostructured transparent and conductive metal oxides as platform for the immobilization of electroactive enzymes. On the other hand the second part of this work is related to the immobilization of sulfite oxidase on gold nanoparticles modified electrode. Finally direct and mediated spectroelectrochemistry protein with high structure complexity such as the xanthine dehydrogenase from Rhodobacter capsulatus and its high homologues the mouse aldehyde oxidase homolog 1. Stable immobilization and reversible electrochemistry of cytochrome c in a transparent and conductive tin-doped and tin-rich indium oxide film with a well-defined mesoporosity is reported. The transparency and good conductivity, in combination with the large surface area of these materials, allow the incorporation of a high amount of electroactive biomolecules (between 250 and 2500 pmol cm-2) and their electrochemical and spectroscopic investigation. Both, the electrochemical behavior and the immobilization of proteins are influenced by the geometric parameters of the porous material, such as the structure and pore shape, the surface chemistry, as well as the protein size and charge. UV-Vis and resonance Raman spectroscopy, in combination with direct protein voltammetry, are employed for the characterization of cytochrome c immobilized in the mesoporous indium tin oxide and reveal no perturbation of the structural integrity of the redox protein. A long term protein immobilization is reached using these unmodified mesoporous indium oxide based materials, i.e. more than two weeks even at high ionic strength. The potential of this modified material as an amperometric biosensor for the detection of superoxide anions is demonstrated. A sensitivity of about 100 A M-1 m-2, in a linear measuring range of the superoxide concentration between 0.13 and 0.67 μM, is estimated. In addition an electrochemical switchable protein-based optical device is designed with the core part composed of cytochrome c immobilized on a mesoporous indium tin oxide film. A color developing redox sensitive dye is used as switchable component of the system. The cytochrome c-catalyzed oxidation of the dye by hydrogen peroxide is spectroscopically investigated. When the dye is co-immobilized with the protein, its redox state is easily controlled by application of an electrical potential at the supporting material. This enables to electrochemical reset the system to the initial state and repetitive signal generation. The case of negative charged proteins, which does not have a good interaction with the negative charged indium oxide based films, is also explored. The modification of an indium tin oxide film with a positive charged polymer and the employment of a antimony doped tin oxide film were investigated in this work in order to overcome the repulsion induced by similar charges of the protein and electrode. Human sulfite oxidase and its separated heme-containing domain are able to direct exchange electrons with the supporting material. A study of a new approach for sulfite biosensing, based on enhanced direct electron transfer of a human sulfite oxidase immobilized on a gold nanoparticles modified electrode is reported. The spherical gold nanoparticles were prepared via a novel method by reduction of HAuCl4 with branched poly(ethyleneimine) in an ionic liquid resulting in particles of about 10 nm in hydrodynamic diameter. These nanoparticles were covalently attached to a mercaptoundecanoic acid modified Au-electrode and act as platform where human sulfite oxidase is adsorbed. An enhanced interfacial electron transfer and electrocatalysis is therefore achieved. UV-Vis and resonance Raman spectroscopy, in combination with direct protein voltammetry, were employed for the characterization of the system and reveal no perturbation of the structural integrity of the redox protein. The proposed biosensor exhibited a quick steady-state current response, within 2 s and a linear detection range between 0.5 and 5.4 μM with high sensitivity (1.85 nA μM-1). The investigated system provides remarkable advantages, since it works at low applied potential and at very high ionic strength. Therefore these properties could make the proposed system useful in the development of bioelectronic devices and its application in real samples. Finally protein with high structure complexity such as the xanthine dehydrogenase from Rhodobacter capsulatus and the mouse aldehyde oxidase homolog 1 were spectroelectrochemically studied. It could be demonstrated that different cofactors present in the protein structure, like the FAD and the molybdenum cofactor, are able to directly exchange electrons with an electrode and are displayed as a single peak in a square wave voltammogram. Protein mutants bearing a serine substituted to the cysteines, bounding to the most exposed iron sulfur cluster additionally showed direct electron transfer which can be attributable to this cluster. On the other hand a mediated spectroelectrochemical titration of the protein bound FAD cofactor was performed in presence of transparent iron and cobalt complex mediators. The results showed the formation of the stable semiquinone and the fully reduced flavin. Two formal potentials for each single electron exchange step were then determined.
N2  - In dieser Arbeit werden verschiedenen Aspekte im Forschungsfeld der Protein-Spekro- und Elektro-Chemie an nanostrukturierte Materialien behandelt. Zum einen werden in dieser Arbeit nanostrukturierte, transparente und leitfähige Metalloxide als Basis für die Immobilisierung von elektroaktiven Enzym untersucht. Des Weiteren behandelt diese Arbeit die Immobilisierung von humaner Sulfitoxidase auf einer Gold-Nanopartikel-modifizierten Elektrode. Schließlich wird die direkte und die vermittelte Elektrochemie von Xanthindehydrogenase aus Rhodobacter capsulatus und Aldehydoxidase Homolog 1, aus Mause, vorgestellt. Im ersten Teil der Arbeit wird über die stabile Immobilisierung und reversible Elektrochemie von Cytochrom c in einem transparenten und leitfähigen Zinn-dotierten und Zinn-reichen Indiumoxid Film mit einer gut definierten Mesoporosität berichtet. Die Transparenz und gute Leitfähigkeit in Kombination mit der großen Oberfläche dieser Materialien erlauben die Inkorporation einer große Menge elektroaktiver Biomoleküle (zwischen 250 und 2500 pmol cm-2) und deren elektrochemische und spektroskopische Untersuchung. Das elektrochemische Verhalten und die Proteinimmobilisierung sind durch die geometrischen Parameter des porösen Materials, wie die Struktur und Porenform, die Oberflächenchemie, sowie die Größe und Ladung des Proteins beeinflusst. UV-Vis und Resonanz-Raman-Spektroskopie in Kombination mit direkter Protein-Voltammetrie werden für die Charakterisierung von Cytochrom c eingesetzt und zeigen keine Störung der strukturellen Integrität des Redox-Proteins durch die Immobilisierung. Eine langfristige Immobilisierung des Proteins von mehr als zwei Wochen auch bei hoher Ionenstärke wurde unter Verwendung dieser unmodifizierten mesoporösen Indiumoxid-basierten Materialien erreicht. Das Potential dieses modifizierten Materials für die Verwendung in einem amperometrischen Biosensor zum Nachweis von Superoxid-Anionen wurde aufgezeigt. Es wurde eine Empfindlichkeit von etwa 100 A M-1 m-2, in einem linearen Messbereich der Superoxidkonzentration zwischen 0,13 und 0,67 µM, erreicht. Außerdem wurde ein elektrochemisch umschaltbares Protein-basiertes optisches Gerät konzipiert mit Cytochrom c und der mesoporösen Indiumzinnoxidschicht. Ein redox-sensitiver Farbstoff wurde als schaltbare Komponente des Systems verwendet. Die Cytochrom c Oxidation des Farbstoffs durch Wasserstoffperoxid wurde spektroskopisch untersucht. Der Redox-Zustand des Farbstoffs, co-immobilisiert mit dem Protein, ist leicht durch das Anlegen eines elektrischen Potentials an das Trägermaterial kontrollierbar. Dadurch wird die elektrochemische Zurücksetzung des Systems auf den Anfangszustand und eine repetitive Signalerzeugung ermöglicht. Für negativ geladene Proteine, die keine gute Interaktion mit dem negativ geladenen Indiumoxid-basierten Film zeigen wurden die Modifikation der Indiumzinnoxidschicht mit einem positiv geladenen Polymer sowie die Verwendung eines Antimon-dotierten Zinnoxid Films vorgeschlagen. Dadurch konnte die Abstoßung induziert durch die ähnliche Ladung des Proteins und der Elektrode überwunden werden. Es gelang für die humane Sulfit-Oxidase und die separate Häm-haltige Domäne der Austausch von Elektronen mit dem Trägermaterial. Im zweiten Teil der Arbeit wird über eine neue Methode für die Biosensorik von Sulfit berichtet, bei der direkte Elektronentransfer von humaner Sulfitoxidase immobilisierten auf einer mit Gold-Nanopartikeln modifizierten Elektrode verstärkt wurde. Die sphärischen Gold-Nanopartikeln, von etwa 10 nm im Durchmesser, wurden über eine neue Methode durch Reduktion von HAuCl4 mit verzweigtem Polyethylenimin in einer ionischen Flüssigkeit synthetisiert. Diese Nanopartikel wurden kovalent an eine mit Mercaptoundecansäure modifizierten Gold-Elektrode immobilisiert und dienen als Basis für die Adsorption von Sulfitoxidase adsorbiert wurde. Dadurch wurde ein schneller heterogener Elektronen-Transfer und verbesserte Elektrokatalyse erreicht. Für die Charakterisierung des verwendeten Systems eingesetzt wurden UV-Vis und Resonanz-Raman-Spektroskopie in Kombination mit direkter Protein-Voltammetrie. Es wurde keine Störung der strukturellen Integrität des Redox-Proteins beobachtet. Der vorgeschlagene Biosensor zeigte eine schnelle steady-state Stromantwort innerhalb von 2 s, eine lineare Detektion im Bereich zwischen 0,5 und 5,4 µM Sulfit mit einer hohen Empfindlichkeit (1,85 nA µM-1). Das untersuchte System bietet bemerkenswerte Vorteile da es ermöglicht bei niedriger angelegter Spannung und bei sehr hoher Ionenstärke zu arbeiten. Aufgrund dieser Eigenschaften hat das vorgeschlagene System großes Potential für die Entwicklung von bioelektronischen Geräten und der Anwendung in realen Proben. Schließlich werden im letzten Teil der Arbeit die komplexeren Enzymen Xanthindehydrogenase aus Rhodobacter capsulatus und Maus Aldehydoxidase Homolog 1 spektro- und elektrochemisch untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass verschiedene Kofaktoren in der Proteinstruktur, wie FAD und der Molybdän Kofaktor direkt Elektronen mit einer Elektrode austauschen können, was durch einzelne Peaks im Square Wave Voltammogramm angezeigt wird. Es konnte eine zusätzliche redoxaktive Gruppe mit direktem Elektronen-Transfer nach Austausch eines Cysteins durch Serin am exponierten Eisen-Schwefel-Cluster gezeigt werden. Außerdem wurde eine vermittelte spektroelektrochemische Titration des FAD-Kofaktors in Anwesenheit von Mediatoren der Klasse der Eisen und Kobalt-Komplexe durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass FAD in R. capsulatus XDH zu einem stabilen Semichinone reduziert werden kann. Es gelang die formalen Potentiale für die zwei einzigen Elektrontransferprozesse zu bestimmen.
KW  - Protein Spektroelektrochemie
KW  - nanostrukturierte Materialien
KW  - Sulfitoxidase
KW  - Xanthindehydrogenase
KW  - Biosensor
KW  - Protein spectroelectrochemistry
KW  - nanostructured materials
KW  - sulfite oxidase
KW  - xanthine dehydrogenase
KW  - biosensor
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-58131
ER  - 
TY  - THES
A1  - Arana-Ceballos, Fernando Alberto
T1  - Biochemical and physiological studies of Arabidopsis thaliana Diacylglycerol Kinase 7 (AtDGK7)
T1  - Biochemische physiologische Studien an der Arabidopsis thaliana Diazylglyzerol Kinase 7 (AtDGK7)
N2  - A family of diacylglycerol kinases (DGK) phosphorylates the substrate diacylglycerol (DAG) to generate phosphatidic acid (PA) . Both molecules, DAG and PA, are involved in signal transduction pathways. In the model plant Arabidopsis thaliana, seven candidate genes (named AtDGK1 to AtDGK7) code for putative DGK isoforms. Here I report the molecular cloning and characterization of AtDGK7. Biochemical, molecular and physiological experiments of AtDGK7 and their corresponding enzyme are analyzed. Information from Genevestigator says that AtDGK7 gene is expressed in seedlings and adult Arabidopsis plants, especially in flowers. The AtDGK7 gene encodes the smallest functional DGK predicted in higher plants; but also, has an alternative coding sequence containing an extended AtDGK7 open reading frame, confirmed by PCR and submitted to the GenBank database (under the accession number DQ350135). The new cDNA has an extension of 439 nucleotides coding for 118 additional amino acids The former AtDGK7 enzyme has a predicted molecular mass of ~41 kDa and its activity is affected by pH and detergents. The DGK inhibitor R59022 also affects AtDGK7 activity, although at higher concentrations (i.e. IC50 ~380 µM). The AtDGK7 enzyme also shows a Michaelis-Menten type saturation curve for 1,2-DOG. Calculated Km and Vmax were 36 µM 1,2-DOG and 0.18 pmol PA min-1 mg of protein-1, respectively, under the assay conditions. Former protein AtDGK7 are able to phosphorylate different DAG analogs that are typically found in plants. The new deduced AtDGK7 protein harbors the catalytic DGKc and accessory domains DGKa, instead the truncated one as the former AtDGK7 protein (Gomez-Merino et al., 2005).
N2  - Wachstum und Entwicklung sind die Kennzeichen lebender Systeme. Diese Prozesse unterliegen einer strengen Regulation im Organismus. Diacylglycerol (DAG) und Phosphatidsäure (PA) sind wesentliche Elemente in der Signalübertragung in Organismen. In Säugetieren kann DAG auf drei verschiedenen Wegen metabolisiert werden, die Entstehung von PA durch Phosphorylierung der freien Hydroxyl-Gruppe von DAG ist jedoch der am häufigsten vorkommende Stoffwechselweg. Die enzymatische Umsetzung dieser Reaktion wird von der Familie der Diacylglycerol-Kinasen (DGKs) katalysiert. Molekulare und biochemische Untersuchungen konnten die Anwesenheit von DGKs in Drosophila melanogaster, Arabidopsis thaliana und jüngst auch in Dictyostelium discoideum zeigen. In der vorliegenden Arbeit wird die Klonierung und Charakterisierung von AtDGK7 aus Arabidopsis thaliana präsentiert, einem Vertreter des pflanzlichen DGK-Clusters II. Das Transkript von AtDGK7 findet sich in der gesamten Pflanze, jedoch sind die Transkriptmengen in Blüten und jungem Gewebe stark erhöht. Rekombinant hergestelltes AtDGK7 ist katalytisch aktiv und akzeptiert DAG-ähnliche Moleküle mit mindestens einer ungesättigten Fettsäure als bevorzugtes Substrat. AtDGK2, ein weiteres Mitglied der DGK-Familie, und AtDGK7 metabolisieren Substrate, welche in Pflanzen physiologisch relevant sind. Das als DGK-Inhibitor beschriebene Molekül 6-{2-{4-[(4-fluorophenyl)phenylmethylene]-1-piperidinyl}ethyl}-7-methyl-5H-thiazolo(3,2-a)pyrimidine-5-one (R59022) inhibiert bei Konzentrationen von 50-100 µM rekombinant hergestelltes AtDGK2 in vitro. In ähnlichen Konzentrationen eingesetzt modifiziert R59022 das Wurzelwachstum. Dies weist darauf hin, dass DGKs in Entwicklungsprozessen eine Rolle spielen. In in vitro Experimenten wurde AtDGK7 von R59022 allerdings erst in Konzentrationen über 100 µM inhibiert. Ferner wird in der vorliegenden Arbeit die erfolgreiche Klonierung einer cDNA beschrieben, die für AtDGK7 aus A. thaliana kodiert und welche im Vergleich zu der bereits bekannten cDNA um 439 bp länger ist. Expressionsanalysen mit Hilfe eines Promotor-ß-glucuronidase (GUS) Fusions-Produktes zeigten die Aktivität von AtDGK7 in vielen Geweben, vor allem aber in Schließzellen, im Konnektiv-Gewebe der Antheren, sowie besonders in den Spitzen der Seitenwurzeln. Physiologische Untersuchungen unter abiotischem Stress (Verwendung verschiedener Konzentrationen von Stickstoff, Saccharose, Auxin und Inhibitoren von Auxin-Transportern) wurden mit AtDGK7 T-DNA-Insertionslinien sowie mit den Promotor-GUS-Linien durchgeführt. AtDGK7 T-DNA-Insertionslinien zeigten eine starke Inhibierung des Seitenwurzel-Wachstums unter limitierenden Stickstoff- und/oder Saccharose-Konzentrationen. In einigen der T-DNA-Insertionslinien inhibierte die Zugabe eines Inhibitors für Auxin-Transport (TIBA; 2,3,5-triiodobenzoic acid) die Bildung von Haupt- und Seitenwurzeln fast vollständig. Die Inhibition des Wurzelwachstums in den T-DNA-Insertionslinien konnte teilweise durch die Zugabe von 50nM NAA (α-naphtalene acetic acid) revertiert werden. Aus den vorliegenden Ergebnissen wird die Hypothese abgeleitet, dass AtDGK7 im Zusammenspiel mit Auxin in Signaltransduktionsprozessen eine Rolle spielt, welche das Wachstum und die Entwicklung in Pflanzen regulieren.
KW  - AtDGK gene
KW  - Diacylglycerol
KW  - Phosphatidsäure
KW  - Diacylglycerol-Kinasen
KW  - Signaltransduktionsprozesse
KW  - AtDGK genes
KW  - auxin
KW  - diacylglycerol
KW  - phosphatidic acid
KW  - signaling
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13729
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TY  - THES
A1  - AL-Rawi, Shadha
T1  - Biochemical studies to determine the role of Early Starvation 1 (ESV1) protein and its homologue Like-Early Starvation 1 (LESV) during starch degradation
N2  - Depending on the biochemical and biotechnical approach, the aim of this work was to understand the mechanism of protein-glucan interactions in regulation and control of starch degradation. Although starch degradation starts with the phosphorylation process, the mechanisms by which this process is controlling and adjusting starch degradation are not yet fully understood. Phosphorylation is a major process performed by the two dikinases enzymes α-glucan, water dikinase (GWD) and phosphoglucan water dikinase (PWD). GWD and PWD enzymes phosphorylate the starch granule surface; thereby stimulate starch degradation by hydrolytic enzymes. Despite these important roles for GWD and PWD, so far the biochemical processes by which these enzymes are able to regulate and adjust the rate of phosphate incorporation into starch during the degradation process haven‘t been understood. Recently, some proteins were found associated with the starch granule. Two of these proteins are named Early Starvation Protein 1 (ESV1) and its homologue Like-Early Starvation Protein 1 (LESV). It was supposed that both are involved in the control of starch degradation, but their function has not been clearly known until now. To understand how ESV1 and LESV-glucan interactions are regulated and affect the starch breakdown, it was analyzed the influence of ESV1 and LESV proteins on the phosphorylating enzyme GWD and PWD and hydrolysing enzymes ISA, BAM, and AMY. However, the analysis determined the location of LESV and ESV1 in the chloroplast stroma of Arabidopsis. Mass spectrometry data predicted ESV1and LESV proteins as a product of the At1g42430 and At3g55760 genes with a predicted mass of ~50 kDa and ~66 kDa, respectively. The ChloroP program predicted that ESV1 lacks the chloroplast transit peptide, but it predicted the first 56 amino acids N-terminal region as a chloroplast transit peptide for LESV. Usually, the transit peptide is processed during transport of the proteins into plastids. Given that this processing is critical, two forms of each ESV1 and LESV were generated and purified, a full-length form and a truncated form that lacks the transit peptide, namely, (ESV1and tESV1) and (LESV and tLESV), respectively. Both protein forms were included in the analysis assays, but only slight differences in glucan binding and protein action between ESV1 and tESV1 were observed, while no differences in the glucan binding and effect on the GWD and PWD action were observed between LESV and tLESV. The results revealed that the presence of the N-terminal is not massively altering the action of ESV1 or LESV. Therefore, it was only used the ESV1 and tLESV forms data to explain the function of both proteins.

However, the analysis of the results revealed that LESV and ESV1 proteins bind strongly at the starch granule surface. Furthermore, not all of both proteins were released after their incubation with starches after washing the granules with 2% [w/v] SDS indicates to their binding to the deeper layers of the granule surface. Supporting of this finding comes after the binding of both proteins to starches after removing the free glucans chains from the surface by the action of ISA and BAM. Although both proteins are capable of binding to the starch structure, only LESV showed binding to amylose, while in ESV1, binding was not observed. The alteration of glucan structures at the starch granule surface is essential for the incorporation of phosphate into starch granule while the phosphorylation of starch by GWD and PWD increased after removing the free glucan chains by ISA. Furthermore, PWD showed the possibility of starch phosphorylation without prephosphorylation by GWD.

Biochemical studies on protein-glucan interactions between LESV or ESV1 with different types of starch showed a potentially important mechanism of regulating and adjusting the phosphorylation process while the binding of LESV and ESV1 leads to altering the glucan structures of starches, hence, render the effect of the action of dikinases enzymes (GWD and PWD) more able to control the rate of starch degradation. Despite the presence of ESV1 which revealed an antagonistic effect on the PWD action as the PWD action was decreased without prephosphorylation by GWD and increased after prephosphorylation by GWD (Chapter 4), PWD showed a significant reduction in its action with or without prephosphorylation by GWD in the presence of ESV1 whether separately or together with LESV (Chapter 5). However, the presence of LESV and ESV1 together revealed the same effect compared to the effect of each one alone on the phosphorylation process, therefore it is difficult to distinguish the specific function between them. However, non-interactions were detected between LESV and ESV1 or between each of them with GWD and PWD or between GWD and PWD indicating the independent work for these proteins. It was also observed that the alteration of the starch structure by LESV and ESV1 plays a role in adjusting starch degradation rates not only by affecting the dikinases but also by affecting some of the hydrolysing enzymes since it was found that the presence of LESV and ESV1leads to the reduction of the action of BAM, but does not abolish it.
N2  - Ziel dieser Arbeit war es, den Mechanismus der Protein-Glucan-Wechselwirkungen bei der Regulation und Kontrolle des Stärkeabbaus zu verstehen. Der Stärkeabbau beginnt mit dem Phosphorylierungsprozess, der von den beiden Dikinasen, der a-Glucan, Wasserdikinase (GWD) und der Phosphoglucanwasserdikinase (PWD) durchgeführt wird. Kürzlich wurden einige Proteine gefunden, die mit dem Stärkegranulum assoziiert sind. Zwei dieser Proteine heißen Early Starvation 1 (ESV1) und das Homolog Like-Early Starvation (LESV), Es wurde vorgeschlagen, dass beide an der Kontrolle des Stärkeabbaus beteiligt sind, aber ihre Funktion ist bisher nicht bekannt.

Um zu verstehen, wie ESV1- und LESV-Glucan-Wechselwirkungen reguliert werden und den Stärkeabbau beeinflussen, wurde der Einfluss der beiden Proteine auf die Phosphorylierungsenzyme GWD und PWD, sowie die Hydrolasen isoamylase, betaamylase, und alpha-amylase ntersucht. Dabei ergab die Analyse, dass LESV und ESV1
nicht nur stark an der Oberfläche, sondern auch in den tieferen Schichten der Stärkegranula binden. Obwohl beide Proteine in der Lage sind, an die Stärkestruktur zu binden, zeigte nur LESV eine Bindung an Amylose, während für ESV1 keine Bindung beobachtet werden konnte.

Die Veränderung der Glucanstrukturen an der Oberfläche der Stärkekörner ist für den Einbau von Phosphat wesentlich, so nahm beispielsweise die Phosphorylierung der Stärke durch GWD und PWD nach Entfernung der freien Glucanketten mittels ISA zu. Darüber hinaus konnte ebenso gezeigt werden, dass PWD auch ohne eine
Präphosphorylierung durch GWD die Glucosyleinheiten innerhalb der Stärke phosphorylieren kann. Die Bindung von LESV und ESV1 führt zu einer Veränderung der Glucanstrukturen von Stärken, wodurch die Aktivität der Dikinasen (GWD und PWD) und somit die Geschwindigkeit des Stärkeabbaus wahrscheinlich besser gesteuert werden kann. Es wurden keine Wechselwirkungen zwischen LESV und ESV1 oder zwischen jedem von ihnen mit GWD und PWD oder zwischen GWD und PWD festgestellt, was auf die unabhängige Arbeit von diesen Proteinen hinweist. Es wurde auch beobachtet, dass die Modifikation der Stärkestruktur durch LESV und ESV1 eine Rolle bei der Anpassung der Stärkeabbauraten spielt, nicht nur durch Beeinflussung der Dikinasen, sondern auch durch die Beeinflussung einiger hydrolysierender Enzyme wie BAM. Den so zeigte die Amylase eine eindeutige Reduktion ihrer katalytischen Wirkung in Präsenz von LESV und ESV1.

Daraus resumierend kann davon ausgegangen werden, dass die beiden Proteine ESV1 und LESV für die Feinregulation des Stärkeabbaus von höchster Relevanz sind.
T2  - Biochemische Studien zur Bestimmung der Rolle des ESV1-Proteins
(Early Starvation 1) und seines Homologen Like-Early Starvation 1 (LESV) während des Stärkeabbaus
KW  - Early starvation protein
KW  - Like-Early starvation protein
KW  - Glucan water dikinase
KW  - Phosphoglucan water dikinase
KW  - Phosphorylation process
KW  - Starch metabolism
KW  - Early Starvation 1
KW  - Glucan-Wasser-Dikinase
KW  - Like-Early Starvation 1
KW  - Phosphoglucan-Wasser-Dikinase
KW  - Phosphorylierungsprozess
KW  - Stärkestoffwechsel
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-483956
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TY  - THES
A1  - Courtin, Jérémy
T1  - Biodiversity changes in Siberia between quaternary glacial and interglacial stages
T1  - Veränderungen der Biodiversität in Sibirien zwischen Quartären Glazial- und Interglazialphasen
BT  - exploring the potential of sedaDNA
BT  - das Potenzial von sedaDNA erforschen
N2  - Der vom Menschen verursachte Klimawandel wirkt sich auf die biologische Vielfalt der Erde und damit auf die Ökosysteme und ihre Leistungen aus. Die Ökosysteme in den hohen Breitengraden sind aufgrund der verstärkten Erwärmung an den Polen noch stärker betroffen als der Rest der nördlichen Hemisphäre. Dennoch ist es schwierig, die Dynamik von Ökosystemen in den hohen Breitengraden vorherzusagen, da die Wechselwirkungen zwischen abiotischen und biotischen Komponenten sehr komplex sind. Da die Vergangenheit der Schlüssel zur Zukunft ist, ist die Interpretation vergangener ökologischer Veränderungen möglich, um laufende Prozesse besser zu verstehen. Im Quartär durchlief das Pleistozän mehrere glaziale und interglaziale Phasen, welche die Ökosysteme der Vergangenheit beeinflussten. Während des letzten Glazials bedeckte die pleistozäne Steppentundra den größten Teil der unvergletscherten nördlichen Hemisphäre und verschwand parallel zum Aussterben der Megafauna am Übergang zum Holozän (vor etwa 11 700 Jahren). Der Ursprung des Rückgangs der Steppentundra ist nicht gut erforscht, und die Kenntnis über die Mechanismen, die zu den Veränderungen in den vergangenen Lebensgemeinschaften und Ökosystemen geführt haben, ist von hoher Priorität, da sie wahrscheinlich mit denen vergleichbar sind, die sich auf moderne Ökosysteme auswirken. Durch die Entnahme von See- oder Permafrostkernsedimenten kann die vergangene Artenvielfalt an den Übergängen zwischen Eis- und Zwischeneiszeiten untersucht werden. Sibirien und Beringia waren der Ursprung der Ausbreitung der Steppentundra, weshalb die Untersuchung dieses Gebiets hohe Priorität hat. Bis vor kurzem waren Makrofossilien und Pollen die gängigsten Methoden. Sie dienen der Rekonstruktion vergangener Veränderungen in der Zusammensetzung der Bevölkerung, haben aber ihre Grenzen und Schwächen. Seit Ende des 20. Jahrhunderts kann auch sedimentäre alte DNA (sedaDNA) untersucht werden. Mein Hauptziel war es, durch den Einsatz von sedaDNA-Ansätzen wissenschaftliche Beweise für Veränderungen in der Zusammensetzung und Vielfalt der Ökosysteme der nördlichen Hemisphäre am Übergang zwischen den quartären Eiszeiten und Zwischeneiszeiten zu liefern.
In dieser Arbeit liefere ich Momentaufnahmen ganzer alter Ökosysteme und beschreibe die Veränderungen in der Zusammensetzung zwischen Quartärglazialen und Interglazialen und bestätige die Vegetationszusammensetzung sowie die räumlichen und zeitlichen Grenzen der pleistozänen Steppentundra. Ich stelle einen allgemeinen Verlust der Pflanzenvielfalt fest, wobei das Aussterben der Pflanzen parallel zum Aussterben der Megafauna verlief. Ich zeige auf, wie der Verlust der biotischen Widerstandsfähigkeit zum Zusammenbruch eines zuvor gut etablierten Systems führte, und diskutiere meine Ergebnisse im Hinblick auf den laufenden Klimawandel. Mit weiteren Arbeiten zur Eingrenzung von Verzerrungen und Grenzen kann sedaDNA parallel zu den etablierteren Makrofossilien- und Pollenansätzen verwendet werden oder diese sogar ersetzen, da meine Ergebnisse die Robustheit und das Potenzial von sedaDNA zur Beantwortung neuer paläoökologischer Fragen wie Veränderungen der Pflanzenvielfalt und -verluste belegen und Momentaufnahmen ganzer alter Biota liefern.
N2  - Climate change of anthropogenic origin is affecting Earth’s biodiversity and therefore ecosystems and their services. High latitude ecosystems are even more impacted than the rest of Northern Hemisphere because of the amplified polar warming. Still, it is challenging to predict the dynamics of high latitude ecosystems because of complex interaction between abiotic and biotic components. As the past is the key to the future, the interpretation of past ecological changes to better understand ongoing processes is possible. In the Quaternary, the Pleistocene experienced several glacial and interglacial stages that affected past ecosystems. During the last Glacial, the Pleistocene steppe-tundra was covering most of unglaciated northern hemisphere and disappeared in parallel to the megafauna’s extinction at the transition to the Holocene (~11,700 years ago). The origin of the steppe-tundra decline is not well understood and knowledge on the mechanisms, which caused shifts in past communities and ecosystems, is of high priority as they are likely comparable to those affecting modern ecosystems. Lake or permafrost core sediments can be retrieved to investigate past biodiversity at transitions between glacial and interglacial stages. Siberia and Beringia were the origin of dispersal of the steppe-tundra, which make investigation this area of high priority. Until recently, macrofossils and pollen were the most common approaches. They are designed to reconstruct past composition changes but have limit and biases. Since the end of the 20th century, sedimentary ancient DNA (sedaDNA) can also be investigated. My main objectives were, by using sedaDNA approaches to provide scientific evidence of compositional and diversity changes in the Northern Hemisphere ecosystems at the transition between Quaternary glacial and interglacial stages.
In this thesis, I provide snapshots of entire ancient ecosystems and describe compositional changes between Quaternary glacial and interglacial stages, and confirm the vegetation composition and the spatial and temporal boundaries of the Pleistocene steppe-tundra. I identify a general loss of plant diversity with extinction events happening in parallel of megafauna’ extinction. I demonstrate how loss of biotic resilience led to the collapse of a previously well-established system and discuss my results in regards to the ongoing climate change. With further work to constrain biases and limits, sedaDNA can be used in parallel or even replace the more established macrofossils and pollen approaches as my results support the robustness and potential of sedaDNA to answer new palaeoecological questions such as plant diversity changes, loss and provide snapshots of entire ancient biota.
KW  - sedaDNA
KW  - pleistocene
KW  - paleoecology
KW  - climate change
KW  - holocene
KW  - Siberia
KW  - sedaDNA
KW  - Pleistozän
KW  - Paläoökologie
KW  - Holozän
KW  - Klimawandel
KW  - Sibirien
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-595847
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TY  - THES
A1  - Schmidtke, Andrea
T1  - Biodiversity effects on the performance of terrestrial plant and phytoplankton communities
T1  - Der Effekt der Biodiversität auf die Performance von terrestrischen Pflanzen und Phytoplankton-Gemeinschaften
N2  - Die Ökosysteme unserer Erde sind durch das rasante Artensterben infolge von Umweltveränderungen durch den Menschen und des globalen Klimawandels stark betroffen. Mit den Auswirkungen dieses Artenverlustes und der damit einhergehenden Veränderung der Diversität beschäftigt sich die heutige Biodiversitätsforschung. Spezieller wird der Effekt der Diversität auf Ökosystemprozesse wie beispielsweise den Biomasseaufbau von Primärproduzenten oder der Resistenz einer Gemeinschaft gegen die Einwanderung neuer Arten untersucht. Die Quantifizierung des Einflusses der Diversität auf die Primärproduktion und das Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen ist von besonderer Wichtigkeit. In terrestrischen Pflanzengemeinschaften wurde bereits ein positiver Diversitätseffekt auf die Gemeinschaftsbiomasse beobachtet. Dies wird hauptsächlich durch den Komplementaritäts- und/oder den Dominanzeffekt erklärt. Die Komplementarität zwischen Arten ist beispielsweise bei Unterschieden in der Ressourcenausnutzung gegeben (z.B. unterschiedliche Wurzeltiefen). Diese kann zu einer besseren Nährstoffausnutzung in diverseren Gemeinschaften führen, die letztlich deren höhere Biomassen erklärt. Der Dominanzeffekt hingegen beruht auf der in diverseren Gemeinschaften höheren Wahrscheinlichkeit, eine hochproduktive Art anzutreffen, was letztlich die höhere Biomasse der Gemeinschaft verursacht. Diversitätseffekte auf Ökosystemprozesse wurden bisher hauptsächlich auf der Gemeinschaftsebene untersucht. Analysen über die Reaktionen, die alle Arten einer Gemeinschaft einschließen, fehlen bisher. Daher wurde der Einfluss der Diversität auf die individuelle Performance von Pflanzenarten innerhalb des Biodiversitätsprojektes „Das Jena Experiment“ untersucht. Dieses Experiment umfasst 60 Arten, die charakteristisch für Mitteleuropäische Graslandschaften sind. Die Arten wurden in die 4 funktionellen Gruppen Gräser, kleine Kräuter, große Kräuter und Leguminosen eingeteilt. Im Freilandversuch zeigte sich, dass mit steigender Artenzahl die individuelle Pflanzenhöhe zunahm, während die individuelle oberirdische Biomasse sank. Der positive Diversitätseffekt auf die pflanzliche Gemeinschaftsbiomasse kann folglich nicht auf der individuellen oberirdischen Biomassezunahme beruhen. Überdies reagierten die einzelnen funktionellen Gruppen und sogar die einzelnen Arten innerhalb einer funktionellen Gruppe unterschiedlich auf Diversitätsveränderungen. Folglich ist zu vermuten, dass einige Ökosystemprozesse auf Gemeinschaftsebene durch die Reaktionen von bestimmten funktionellen Gruppen bzw. Arten hervorgerufen werden. Diversitätseffekte auf Gemeinschaftsbiomassen wurden bislang hauptsächlich mit terrestrischen Pflanzen und weniger mit frei-schwebenden Algenarten (Phytoplankton) erforscht. Demzufolge wurde der Einfluss der Diversität auf die Biomasse von Phytoplankton-Gemeinschaften experimentell untersucht, wobei es sowohl zu negativen als auch positiven Diversitätseffekten kam. Eine negative Beziehung zwischen Diversität und Gemeinschaftsbiomasse zeigte sich, wenn schnell-wüchsige Algenarten nur geringe Biomassen in Mono- und Mischkultur aufbauten. Die vorhandenen Nährstoffe in der Mischkultur wurden von den schnell-wüchsigen Arten monopolisiert und folglich standen sie den langsam-wüchsigen Algenarten, welche viel Biomasse in Monokultur aufbauten, nicht mehr zur Verfügung. Zu einem positiven Diversitätseffekt auf die Gemeinschaftsbiomasse kam es, wenn die Artengemeinschaft eine positive Beziehung zwischen Wachstumsrate und Biomasse in Monokultur zeigte, sodass die schnell-wüchsige Algenarten viel Biomasse aufbauten. Da diese schnell-wüchsigen Algen in der Mischkultur dominant wurden, bestand die Gemeinschaft letztlich aus hoch-produktiven Algenarten, was zu einer erhöhten Gesamtbiomasse führte. Diese beiden Versuchsansätze verdeutlichen Mechanismen für die unterschiedlichen Reaktionen der Gemeinschaften auf Diversitätsveränderungen, welche auch für terrestrische Pflanzengemeinschaften gefunden wurden. Ein anderer wichtiger Ökosystemprozess, der von der Diversität beeinflusst wird, ist die Anfälligkeit von Gemeinschaften gegenüber invasiven Arten (Invasibilität). Die Invasibilität wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst und demzufolge wurde der Effekt der Diversität und der Produktivität (Nährstoffgehalt) auf die Invasibilität von Phytoplankton-Gemeinschaften in An- und Abwesenheit eines Herbivoren untersucht. Die zwei funktionell unterschiedlichen invasiven Arten waren die Blaualge Cylindrospermopsis raciborskii (schlecht fressbar) und der Phytoflagellat Cryptomonas sp. (gut fressbar). Es zeigte sich, dass der Fraßdruck, welcher selber durch die Produktivität beeinflusst wurde, einen bedeutenden Effekt auf die Invasibilität von Phytoplankton-Gemeinschaften hat. Die funktionellen Eigenschaften der invasiven und residenten Arten waren zudem bedeutender als die Artenzahl.
N2  - To date, positive relationships between diversity and community biomass have been mainly found, especially in terrestrial ecosystems due to the complementarity and/or dominance effect. In this thesis, the effect of diversity on the performance of terrestrial plant and phytoplankton communities was investigated to get a better understanding of the underlying mechanisms in the biodiversity-ecosystem functioning context. In a large grassland biodiversity experiment, the Jena Experiment, the effect of community diversity on the individual plant performance was investigated for all species. The species pool consisted of 60 plant species belonging to 4 functional groups (grasses, small herbs, tall herbs, legumes). The experiment included 82 large plots which differed in species richness (1-60), functional richness (1-4), and community composition. Individual plant height increased with increasing species richness suggesting stronger competition for light in more diverse communities. The aboveground biomass of the individual plants decreased with increasing species richness indicating stronger competition in more species-rich communities. Moreover, in more species-rich communities plant individuals were less likely to flower out and had fewer inflorescences which may be resulting from a trade-off between resource allocation to vegetative height growth and to reproduction. Responses to changing species richness differed strongly between functional groups and between species of similar functional groups. To conclude, individual plant performance can largely depend on the diversity of the surrounding community. Positive diversity effects on biomass have been mainly found for substrate-bound plant communities. Therefore, the effect of diversity on the community biomass of phytoplankton was studied using microcosms. The communities consisted of 8 algal species belonging to 4 functional groups (green algae, diatoms, cyanobacteria, phytoflagellates) and were grown at different functional richness levels (1-4). Functional richness and community biomass were negatively correlated and all community biomasses were lower than their average monoculture biomasses of the component species, revealing community underyielding. This was mainly caused by the dominance of a fast-growing species which built up low biomasses in monoculture and mixture. A trade-off between biomass and growth rate in monoculture was found for all species, and thus fast-growing species built up low biomasses and slow-growing species reached high biomasses in monoculture. As the fast-growing, low-productive species monopolised nutrients in the mixtures, they became the dominant species resulting in the observed community underyielding. These findings suggest community overyielding when biomasses of the component species are positively correlated with their growth rates in monocultures. Aquatic microcosm experiments with an extensive design were performed to get a broad range of community responses. The phytoplankton communities differed in species diversity (1, 2, 4, 8, and 12), functional diversity (1, 2, 3, and 4) and community composition. The species/functional diversity positively affected community biomass, revealing overyielding in most of the communities. This was mainly caused by a positive complementarity effect which can be attributed to resource use complementarity and/or facilitative interaction among the species. Overyielding of more diverse communities occurred when the biomass of the component species was correlated positively with their growth rates in monoculture and thus, fast-growing and high-productive species were dominant in mixtures. This and the study mentioned above generated an emergent pattern for community overyielding and underyielding from the relationship between biomass and growth rate in monoculture as long as the initial community structure prevailed. Invasive species can largely affect ecosystem processes, whereas invasion is also influenced by diversity. To date, studies revealed negative and positive diversity effects on the invasibility (susceptibility of a community to the invasion by new species). The effect of productivity (nutrient concentration ranging from 10 to 640 µg P L-1), herbivory (presence/absence of the generalist feeder) and diversity (3, 4, 6 species were randomly chosen from the resident species pool) on the invasibility of phytoplankton communities consisting of 10 resident species was investigated using semi-continuous microcosms. Two functionally diverse invaders were chosen: the filamentous and less-edible cynaobacterium C. raciborskii and the unicellular and well-edible phytoflagellate Cryptomonas sp. The phytoflagellate indirectly benefited from grazing pressure of herbivores whereas C. raciborskii suffered more from it. Diversity did not affect the invasibility of the phytoplankton communities. Rather, it was strongly influenced by the functional traits of the resident and invasive species.
KW  - Artenzahl
KW  - funktionelle Diversität
KW  - Ökosystemfunktion
KW  - Performance
KW  - Primärproduzenten
KW  - Species number
KW  - functional diversity
KW  - ecosystem functioning
KW  - performance
KW  - primary producer
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-38936
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TY  - THES
A1  - Tang, Jo Sing Julia
T1  - Biofunctional polymers for medical applications
T1  - Biofunktionale Polymere für medizinische Anwendungen
N2  - Carbohydrates are found in every living organism, where they are responsible for numerous, essential biological functions and processes. Synthetic polymers with pendant saccharides, called glycopolymers, mimic natural glycoconjugates in their special properties and functions. Employing such biomimetics furthers the understanding and controlling of biological processes. Hence, glycopolymers are valuable and interesting for applications in the medical and biological field. However, the synthesis of carbohydrate-based materials can be very challenging. In this thesis, the synthesis of biofunctional glycopolymers is presented, with the focus on aqueous-based, protecting group free and short synthesis routes to further advance in the field of glycopolymer synthesis. 
A practical and versatile precursor for glycopolymers are glycosylamines. To maintain biofunctionality of the saccharides after their amination, regioselective functionalization was performed. This frequently performed synthesis was optimized for different sugars. The optimization was facilitated using a design of experiment (DoE) approach to enable a reduced number of necessary experiments and efficient procedure. Here, the utility of using DoE for optimizing the synthesis of glycosylamines is discussed. 
The glycosylamines were converted to glycomonomers which were then polymerized to yield biofunctional glycopolymers. Here, the glycopolymers were aimed to be applicable as layer-by-layer (LbL) thin film coatings for drug delivery systems. To enable the LbL technique, complimentary glycopolymer electrolytes were synthesized by polymerization of the glycomonomers and subsequent modification or by post-polymerization modification. For drug delivery, liposomes were embedded into the glycopolymer coating as potential cargo carriers. The stability as well as the integrity of the glycopolymer layers and liposomes were investigated at physiological pH range. 
Different glycopolymers were also synthesized to be applicable as anti-adhesion therapeutics by providing advanced architectures with multivalent presentations of saccharides, which can inhibit the binding of pathogene lectins. Here, the synthesis of glycopolymer hydrogel particles based on biocompatible poly(N-isopropylacrylamide) (NiPAm) was established using the free-radical precipitation polymerization technique. The influence of synthesis parameters on the sugar content in the gels and on the hydrogel morphology is discussed. The accessibility of the saccharides to model lectins and their enhanced, multivalent interaction were investigated.  
At the end of this work, the synthesis strategies for the glycopolymers are generally discussed as well as their potential application in medicine.
N2  - Kohlenhydrate sind in jedem Lebewesen zu finden, wo sie für zahlreiche, essenzielle biologische Funktionen und Prozesse verantwortlich sind. Synthetische Polymere, die Saccharide tragen, werden Glykopolymere genannt und können natürliche Glykokonjugate in ihren besonderen Eigenschaften und Funktionen nachahmen. Der Einsatz solcher Biomimetika fördert das Verständnis und die Kontrolle biologischer Prozesse. Daher sind Glykopolymere besonders interessant für Anwendungen im medizinischen und biologischen Bereich. Die Synthese von Materialien auf Kohlenhydratbasis kann jedoch eine große Herausforderung darstellen. In dieser Arbeit wird die Synthese biofunktioneller Glykopolymere vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf wässrigen, schutzgruppenfreien und kurzen Synthesewegen liegt, um weitere Fortschritte auf dem Gebiet der Glykopolymersynthese zu erzielen. 
Ein praktisches und vielseitiges Ausgangsmaterial für Glykopolymere sind Glykosylamine. Um die Biofunktionalität der Saccharide nach deren Aminierung zu erhalten, wurde eine regioselektive Funktionalisierung durchgeführt. Diese häufig durchgeführte Synthese wurde für verschiedene Zucker optimiert. Die Optimierung wurde durch die Anwendung von statistischer Versuchsplanung (Design of Experiments, DoE) vereinfacht, um die Anzahl der erforderlichen Experimente zu reduzieren und ein effizientes Verfahren zu ermöglichen. Hier wird der Nutzen des DoE-Ansatzes für die Optimierung der Synthese von Glykosylaminen diskutiert. 
Die Glykosylamine wurden in Glykomonomere umgewandelt, die daraufhin polymerisiert wurden, um biofunktionelle Glykopolymere zu erhalten. Die Glykopolymere sollten als Layer-by-Layer (LbL)-Beschichtungen für Drug-Delivery-Systeme anwendbar sein. Um die LbL-Technik zu ermöglichen, wurden komplementäre Glykopolymerelektrolyte durch Polymerisation der Glykomonomere mit anschließender Modifkation oder durch Postpolymerisationsglykosylierung hergestellt. Für die Verabreichung von Arzneimitteln wurden Liposomen als potenzielle Wirkstoffcarrier in die Glykopolymerbeschichtung eingebettet. Die Stabilität sowie die Unversehrtheit der Glykopolymerschichten und Liposomen wurden im physiologischen pH-Bereich nachgewiesen. 
Abschließend wurden verschiedene Glykopolymere synthetisiert, die als Anti-Adhäsions-Therapeutika anwendbar sein könnten, indem sie komplexe Architekturen mit multivalenter Präsentation von Sacchariden bereitstellen, welche die Bindung von Pathogenenlektinen hemmen können. Hier wurde die Synthese von Glykopolymer-Hydrogelpartikeln auf der Basis von biokompatiblem Poly(N-isopropylacrylamid) (NiPAm) mit Hilfe einer radikalischen Fällungspolymerisation etabliert. Der Einfluss der Syntheseparameter auf den Zuckergehalt in den Gelen und auf die Hydrogelmorphologie wurde diskutiert. Die Zugänglichkeit der Saccharide für Modell-Lektine und ihre verstärkte, multivalente Interaktion wurden untersucht.  
Zum Abschluss dieser Arbeit werden die Synthesestrategien für die Glykopolymere sowie deren mögliche Anwendung in der Medizin allgemein diskutiert.
KW  - glycopolymers
KW  - Glykopolymere
KW  - glycoconjugates
KW  - Glykokonjugate
KW  - glycogels
KW  - Glykogele
KW  - layer-by-layer glycopolymer coating
KW  - Layer-by-Layer Glykopolymerbeschichtung
KW  - design of experiments
KW  - statistische Versuchsplanung (Design of Experiments)
KW  - glycopolymer electrolytes
KW  - Glykopolymer-Elektrolyt
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-563639
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TY  - THES
A1  - Reim, Tina
T1  - Biogene Aminrezeptoren bei der Honigbiene Apis mellifera
T1  - Biogenic amine receptors in the honey bee Apis mellifera
BT  - Charakterisierung des Tyramin 2-Rezeptors und die Beteiligung der Octopamin- und Tyraminrezeptoren an der Steuerung der altersabhängigen Arbeitsteilung
N2  - Die Honigbiene Apis mellifera zeigt innerhalb einer Kolonie eine an das Alter gekoppelte Arbeitsteilung. Junge Honigbienen versorgen die Brut (Ammenbienen), während ältere Honigbienen (Sammlerinnen) außerhalb des Stocks Pollen und Nektar eintragen. Die biogenen Amine Octopamin und Tyramin sind an der Steuerung der Arbeitsteilung maßgeblich beteiligt. Sie interagieren mit Zielzellen über die Bindung an G Protein gekoppelte Rezeptoren. A. mellifera besitzt fünf charakterisierte Octopaminrezeptoren (AmOctαR1, AmOctβR1-4), einen charakterisierten Tyraminrezeptor (AmTyr1) sowie einen weiteren putativen Tyraminrezeptor.
In der vorliegenden Arbeit wurde dieser putative Aminrezeptor als zweiter Tyraminrezeptor (AmTyr2) identifiziert, lokalisiert und pharmakologisch charakterisiert.
Die von der cDNA abgeleitete Aminosäuresequenz weist strukturelle Eigenschaften und konservierte Motive von G Protein gekoppelten Rezeptoren auf. Phylogenetisch ordnet sich der AmTyr2 Rezeptor bei den Tyramin 2 Rezeptoren anderer Insekten ein. Die funktionelle und pharmakologische Charakterisierung des putativen Tyraminrezeptors erfolgte in modifizierten HEK293 Zellen, die mit der Rezeptor cDNA transfiziert wurden. Die Applikation von Tyramin aktiviert Adenylylcyclasen in diesen Zellen und resultiert in einem Anstieg des intrazellulären cAMP Gehalts. Der AmTyr2 Rezeptor kann durch Tyramin in nanomolaren Konzentrationen halbmaximal aktiviert werden. Während es sich bei Octopamin um einen wirkungsvollen Agonisten des Rezeptors handelt, sind Mianserin und Yohimbin effektive Antagonisten. Für die Lokalisierung des Rezeptorproteins wurde ein polyklonaler Antikörper generiert. Eine AmTyr2-ähnliche Immunreaktivität zeigt sich im Gehirn in den optischen Loben, den Antennalloben, dem Zentralkomplex und in den Kenyon Zellen der Pilzkörper.
Des Weiteren wurde die Rolle der Octopamin- und Tyraminrezeptoren bei der Steuerung der altersabhängigen Arbeitsteilung analysiert.
Die Genexpression des AmOctαR1 in verschiedenen Gehirnteilen korreliert unabhängig vom Alter mit der sozialen Rolle, während sich die Genexpression von AmOctβR3/4 und den Tyraminrezeptoren AmTyr1 und AmTyr2 maximal mit dem Alter aber nicht der sozialen Rolle ändert. Sammlerinnen weisen einen höheren Octopamingehalt im Gesamtgehirn auf als Ammenbienen; bei Tyramin zeigen sich keine Unterschiede. Während Tyramin offensichtlich keine direkte Rolle spielt, werden durch Octopamin gesteuerte Prozesse der altersabhängigen Arbeitsteilung bei der Honigbiene vermutlich über den AmOctαR1 vermittelt.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen die wichtige Rolle von biogenen Aminen, insbesondere Octopamin bei der sozialen Organisation von Insektenstaaten.
N2  - The honey bee Apis mellifera exhibits an age-dependent division of labour. Young bees take care of the brood (nurse bees), while older honey bees (foragers) leave the hive to provide the colony with pollen and nectar. The biogenic amines octopamine and tyramine are significantly involved in regulating the division of labour. They interact with target cells via binding to G protein-coupled receptors. A. mellifera has five characterised octopamine receptors (AmOctαR1, AmOctβR1-4), one characterised tyramine receptor (AmTyr1) and an additional putative tyramine receptor.
In the present study, the putative amine receptor was identified as a second tyramine receptor (AmTyr2), was localized and characterised pharmacologically.
The deduced amino acid sequence shows structural properties and conserved motifs of G protein-coupled receptors. Phylogenetically the AmTyr2 receptor clusters with tyramine 2 receptors from other insect species. Functional and pharmacological characterisation of the putative tyramine receptor was carried out using modified HEK293 cells trans¬fected with the receptor cDNA. Application of tyramine activates adenylyl cyclases in these cells, which leads to an elevated intracellular cAMP level. Half maximal activation can be achieved by applying tyramine with concentrations in the nanomolar range. While octopa¬mine is an effective agonist of the receptor, mianserin and yohimbine are the most effective antagonists. A polyclonal antibody was generated for the localisation of the receptor protein. AmTyr2 like immunoreactivity can be observed in the optic lobes, the Kenyon cells of the mushroom bodies, the antennal lobes and the central complex of the brain.
Furthermore, the role of the octopamine and tyramine receptors in regulating the age-dependent division of labour was analysed.
The gene expression of the AmOctαR1 in different brain neuropiles correlates with the social role of the honey bee, while the gene expression of AmOctβR3/4, AmTyr1 and AmTyr2 mostly changes with age but not social role. Additionally, foragers have higher octopamine brain titres than nurse bees. No differences can be observed for the titre of tyramine. Octopamine-regulated processes in age-dependent division of labour are probably mediated via the AmOctαR1. Tyramine has obviously no direct impact on the age-dependent division of labour.
The present study shows the important role of biogenic amines, particularly octopamine in the social organisation of insect societies.
KW  - Apis mellifera
KW  - honey bee
KW  - Honigbiene
KW  - biogene Amine
KW  - biogenic amines
KW  - Octopamin
KW  - octopamine
KW  - Tyramin
KW  - tyramine
KW  - Arbeitsteilung
KW  - division of labor
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-80982
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TY  - THES
A1  - Krach, Christian
T1  - Biogene Aminrezeptoren der Schabe Periplaneta americana : Identifizierung, Charakterisierung und Lokalisierung von PeaTYR1 und PeaDOP2
T1  - Biogenic amine receptors of Periplaneta americana : identification, characterization and localization of PeaTYR1 and PeaDOP2
N2  - Biogene Amine sind eine Substanzklasse, die bei Vertebraten und Invertebraten eine wichtige Komponente des endokrinen Systems darstellen. Sie binden an spezifische Rezeptoren der Gruppe der G-Protein gekoppelten Rezeptoren. In dieser Arbeit wurden zwei neue Rezeptoren aus der Schabe Periplaneta americana kloniert. Durch verschiedene Ansätze konnten zwei vollständige cDNA-Sequenzen isoliert werden. Die Aminosäuresequenzen weisen die größte Ähnlichkeit zu bereits bekannten Tyraminrezeptoren aus Locusta/Bombyx bzw. zu Dopaminrezeptoren aus Apis/Drosophila auf. Entsprechend wurden diese Rezeptoren Pea (P. americana) TYR1 und PeaDOP2 genannt. Deutliche Hinweise auf ihre Funktion lassen sich an den abgeleiteten Aminosäuresequenzen ablesen. Aminosäuren, die wichtig bei der Bildung der Bindungstasche, der Rezeptoraktivierung und der Kopplung eines G-Proteins sind, treten bei beiden Rezeptoren auf. Sequenzalignments stellen die Rezeptoren in die Gruppe anderer Tyraminrezeptoren bzw. der Invertebraten-Typ Dopaminrezeptoren. Das Transkript der beiden Rezeptoren konnte durch RT-PCR in verschiedenen Geweben nachgewiesen werden. Ein Ziel der Arbeit war die Gewinnung eines polyklonalen Antiserums gegen PeaTYR1. Dieses Serum detektiert im Homogenat von Gehirnen mehrere Banden, darunter auch eine mit der kalkulierten Masse von PeaTYR1. Präabsorption des Serums mit dem Peptid, welches zur Reinigung verwendet wurde, zeigt dessen Spezifität. An Gehirnschnitten markiert das Serum große Teile des Protocerebrums aber auch feinere Strukturen der Antennalloben, der optischen Loben und des Zentralkomplexes. Ein weiteres Serum gegen Tyramin führte zu einer Markierung von mehreren Neuronengruppen, welche sich in die optischen Loben und den Zentralkomplex verzweigen. Der αPeaTYR1-CPL3 Antikörper markierte die Plasmamembran von transfizierten HEK293-Zellen. Die Lokalisierung von Rezeptor und Ligand deuten darauf hin, dass Tyramin die optische und olfaktorische Wahrnehmung beeinflussen könnte.
N2  - Biogenic amines form a group of substances which play an important role in the endocrine system of invertebrates and vertebrates. They bind to specific receptors of the G-protein coupled type. In this work two new receptors from Periplaneta americana were cloned. By several approaches two full-length cDNA sequences were obtained. The amino acid sequence is very similar to known tyramine receptors of Locusta/Bombyx or dopamine receptors from Apis/Drosophila, respectively. Therefore they were named PeaTYR1 and PeaDOP2. Residues which are important for forming the binding pocket, activation of the receptor or G-protein coupling could be identified in both receptors. Sequence alignments group them together with other tyramine receptors or insect-type dopamine receptors. The corresponding mRNA can be detected in different tissues by RT-PCR. One aim of this work was the preparation of a polyclonal antiserum against PeaTYR1. This serum detects several bands in a brain homogenate; one has the calculated mass of PeaTYR1. Its specificity was proven by praeabsorption. On brain slices the serum labels large regions in the protocerebrum, but also fine structures in the antennal lobes, the optic lobes or the central complex. Another serum against tyramine labels several cell clusters, which ramify within the optic lobes and the central complex. On transfected HEK293 cells the receptor can be detected on the plasma membrane. The localization of receptor and ligand may indicate a role of tyramine in optical/olfactory perception.
KW  - Rezeptor
KW  - Tyramin
KW  - Dopamin
KW  - Periplaneta americana
KW  - receptor
KW  - tyramine
KW  - dopamine
KW  - Periplaneta americana
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15561
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TY  - THES
A1  - Nomosatryo, Sulung
T1  - Biogeochemical characteristics of a tropical lake
T1  - Biogeochemische Merkmale eines tropischen Sees
BT  - a study case from Lake Sentani, Papua, Indonesia
BT  - eine Fallstudie des Sentani-Sees, Papua, Indonesien
N2  - Biogeochemical analyses of lacustrine environments are well-established methods that allow exploring and understanding complex systems in the lake ecosystem. However, most were conducted in temperate lakes controlled by entirely different physical conditions than in tropical climates. The most important difference between the temperate and tropical lakes is lacking seasonal temperature fluctuations in the latter, which leads to a stable temperature gradient in the water column. Thus, the water column in tropical latitudes generally is void of perturbations that can be seen in their temperate counterparts. Permanent stratification in the water column provides optimal conditions for intact sedimentation. The geochemical processes in the water column and the weathering process in the distinct lithology in the catchment leads to the different biogeochemical characteristic in the sediment. Conducting a biogeochemical study in this lake sediment, especially in the Sediment Water Interface (SWI) helps reveal the sedimentation and diagenetic process records influenced by the internal or external loading. Lake Sentani, the study area, is one of the thousands of lakes in Indonesia and located in the Papua province. This tropical lake has a unique feature, as it consists of four interconnected sub-basins with different water depths. More importantly, its catchment is comprised of various different lithologies. Hence, its lithological characteristics are highly diverse, and range from mafic and ultramafic rocks to clastic sediment and carbonates. Each sub-basin receives a distinct sediment input. Equally important, besides the natural loading, Lake Sentani is also influenced by anthropogenic input. Previous studies have elaborated that there is an increase in population growth rate around the lake which has direct consequences on eutrophication. Considering these factors, the government of The Republic of Indonesia put Lake Sentani on the list of national priority lakes for restoration. This thesis aims to develop a fundamental understanding of Lake Sentani's sedimentary geochemistry and geomicrobiology with a special focus on the effects of different lithologies and anthropogenic pressures in the catchment area. We conducted geochemical and geomicrobiology research on Lake Sentani to meet this objective. We investigated geochemical characteristics in the water column, porewater, and sediment core of the four sub-basins. Additional to direct investigations of the lake itself, we also studied the sediments in the tributary rivers, of which some are ephemeral, as well as the river mouths, as connections between riverine and the lacustrine habitat. The thesis is composed of three main publications about Lake Sentani and supported by several publications that focus on other tropical lakes in Indonesia. The first main publication investigates the geochemical characterization of the water column, porewater, and surface sediment (upper 40-50 cm) from the center of the four sub-basins. It reveals that besides catchment lithology, the water column heavily influences the geochemical characteristics in the lake sediments and their porewater. The findings indicate that water column stratification has a strong influence on overall chemistry. The four sub-basins are very different with regard to their water column chemistry. Based on the physicochemical profiles, especially dissolved oxygen, one sub-basin is oxygenated, one intermediate i.e. just reaches oxygen depletion at the sediment-water interface, and two sub-basins are fully meromictic. However, all four sub-basins share the same surface water chemistry. The structure of the water column creates differences on the patterns of anions and cations in the porewater. Likewise, the distinct differences in geochemical composition between the sub-basins show that the lithology in the catchment affects the geochemical characteristic in the sediment. Overall, water column stratification and particularly bottom water oxygenation strongly influence the overall elemental composition of the sediment and porewater composition. The second publication reveals differences in surface sediment composition between habitats, influenced by lithological variations in the catchment area. The macro-element distribution shows that the geochemical characteristics between habitats are different. Furthermore, the geochemical composition also indicates a distinct distribution between the sub-basins. The geochemical composition of the eastern sub-basin suggests that lithogenic elements are more dominant than authigenic elements. This is also supported by sulfide speciation, particle distribution, and smear slide data. The third publication is a geomicrobiological study of the surface sediment. We compare the geochemical composition of the surface sediment and its microbiological composition and compare the different signals. Next Generation Sequencing (NGS) of the 16S rRNA gene was applied to determine the microbial community composition of the surface sediment from a great number of locations. We use a large number of sampling sites in all four sub-basins as well as in the rivers and river mouths to illustrate the links between the river, the river mouth, and the lake. Rigorous assessment of microbial communities across the diverse Lake Sentani habitats allowed us to study some of these links and report novel findings on microbial patterns in such ecosystems. The main result of the Principal Coordinates Analysis (PCoA) based on microbial community composition highlighted some commonalities but also differences between the microbial community analysis and the geochemical data. The microbial community in rivers, river mouths and sub-basins is strongly influenced by anthropogenic input from the catchment area. Generally, Bacteroidetes and Firmicutes could be an indicator for river sediments. The microbial community in the river is directly influenced by anthropogenic pressure and is markedly different from the lake sediment. Meanwhile, the microbial community in the lake sediment reflects the anoxic environment, which is prevalent across the lake in all sediments below a few mm burial depth. The lake sediments harbour abundant sulfate reducers and methanogens. The microbial communities in sediments from river mouths are influenced by both rivers and lake ecosystems. This study provides valuable information to understand the basic processes that control biogeochemical cycling in Lake Sentani. Our findings are critical for lake managers to accurately assess the uncertainties of the changing environmental conditions related to the anthropogenic pressure in the catchment area. Lake Sentani is a unique study site directly influenced by the different geology across the watershed and morphometry of the four studied basins. As a result of these factors, there are distinct geochemical differences between the habitats (river, river mouth, lake) and the four sub-basins. In addition to geochemistry, microbial community composition also shows differences between habitats, although there are no obvious differences between the four sub-basins. However, unlike sediment geochemistry, microbial community composition is impacted by human activities. Therefore, this thesis will provide crucial baseline data for future lake management.
N2  - Biogeochemische Studien werden schon seit langer Zeit durchgeführt. Die meisten Studien wurden jedoch in Seen der gemäßigten Zonen durchgeführt, in denen ganz andere physikalische Bedingungen herrschen als in Seen mit tropischem Klima. Der wichtigste Unterschied zwischen gemäßigten und tropischen Seen ist das Fehlen saisonaler Temperaturschwankungen in letzteren, was zu einem stabilen Temperaturgefälle in der Wassersäule führt. Die Wassersäule wird daher nicht durch wechselnde Oberflächentemperaturen gestört. Die permanente Schichtung in der Wassersäule bietet optimale Bedingungen für eine intakte Sedimentation. Geochemischen Prozesse in der Wassersäule und Verwitterungsprozesse in den unterschiedlichen Lithologien im Einzugsgebiet führen zu unterschiedlichen biogeochemischen Eigenschaften im Sediment. Die Durchführung einer biogeochemischen Studie in diesem Seesediment, insbesondere an der Sediment-Wasser-Grenzfläche (SWI), hilft dabei, die Sedimentations- und diagenetischen Prozessaufzeichnungen aufzuzeigen, die durch interne oder externe Belastung beeinflusst werden. Der See Sentani, das Untersuchungsgebiet, ist einer von tausenden Seen in Indonesien, der in der Provinz Papua liegt. Der See wurde ausgewählt, weil er die Einzigartigkeit der tropischen Seen repräsentiert, und mit vier Unterbecken verbunden ist, welche in unterschiedlichen Wassertiefen liegen. Des Weiteren, weist sein Einzugsgebiet unterschiedliche Lithologien auf. Die Lithologie ist sehr vielfältig und reicht von mafischem und ultramafischem Gestein bis hin zu klastischen Sedimenten und Karbonaten. Somit erhält jedes Teileinzugsgebiet einen anderen Sedimenteintrag. Ebenso wichtig ist, dass dieser See neben der natürlichen Belastung auch von anthropogenen Einträgen aus seinem Einzugsgebiet beeinflusst wird. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Zunahme des Bevölkerungswachstums eine Eutrophierung zur Folge hat. In Anbetracht dieser Faktoren wurde der See von der Regierung der Republik Indonesien zu einem der vorrangig zu restaurierenden nationalen Seen erklärt. Ziel dieser Arbeit ist es ein grundlegendes Verständnis der Sedimentgeochemie und Geomikrobiologie des Sentani-Sees zu entwickeln, mit besonderem Augenmerk auf die Auswirkungen verschiedener Lithologien und anthropogener Einflüsse im Einzugsgebiet. Um dieses Ziel zu erreichen, führten wir geochemische und geomikrobiologische Untersuchungen am Sentani-See durch. Wir untersuchten die geochemischen Merkmale in der Wassersäule, im Porenwasser und im Sedimentkern der vier Teileinzugsgebiete. Wir untersuchten nicht nur den See selbst, sondern auch die Sedimente in den Nebenflüssen, von denen einige nur saisonal Wasser führen, sowie die Flussmündungen, welche die Verbindung zwischen dem fluvialen und dem lakustrinen Lebensraum darstellen. Die Arbeit ist eine Synthese aus drei Publikationen über den Sentani-See und wird durch mehrere Veröffentlichungen über andere tropische Seen in Indonesien ergänzt. Die erste Publikation untersucht die geochemischen Bedingungen in der Wassersäule, des Porenwassers und des Oberflächensediments (obere 40-50 cm) in den Zentren der vier Becken des Sees. Sie zeigt, dass neben der Lithologie des Einzugsgebiets auch die Wassersäule die geochemischen Eigenschaften der Seesedimente und ihres Porenwassers beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schichtung der Wassersäule einen starken Einfluss auf die Gesamtchemie hat. Die vier Teilbecken unterscheiden sich jedoch sehr stark in ihrer Wassersäulenchemie. Ausgehend von den physikalisch-chemischen Profilen, insbesondere dem gelösten Sauerstoff, ist ein Teilbecken sauerstoffreich, in einem weiteren erreicht die Sauerstoffkonzentration Werte um Null an der Sediment-Wasser-Grenzfläche, und zwei Teilbecken sind vollständig meromiktisch. Alle vier Teilbecken weisen jedoch die gleiche Oberflächenwasserchemie auf. Die Struktur der Wassersäule führt zu Unterschieden in den Profilen der Anionen und Kationen im Porenwasser. Ebenso zeigen die deutlichen Unterschiede in der geochemischen Zusammensetzung zwischen den Teilbecken, dass die Lithologie im Einzugsgebiet die geochemischen Merkmale im Sediment beeinflusst. Insgesamt haben die Schichtung der Wassersäule und insbesondere die Sauerstoffanreicherung des Bodenwassers einen starken Einfluss auf die elementare Gesamtzusammensetzung des Sediments und die Zusammensetzung des Porenwassers. Die zweite Veröffentlichung zeigt, dass die Zusammensetzung des Oberflächensediments zwischen den Lebensräumen durch die lithologischen Unterschiede im Einzugsgebiet beeinflusst wird. Die Makroelementverteilung zeigt, dass die geochemischen Merkmale zwischen den Lebensräumen unterschiedlich sind. Darüber hinaus weist die unterschiedliche geochemische Zusammensetzung auch auf eine unterschiedliche Verteilung zwischen den Teilbecken hin. Die geochemische Zusammensetzung des östlichen Teilbeckens deutet darauf hin, dass lithogene Elemente dominanter sind als authigene Elemente. Dies wird auch durch die Sulfid-Speziation, die Partikelverteilung und die Daten der Smear-Slide Analyse bestätigt. Bei der dritten Veröffentlichung handelt es sich um eine geomikrobiologische Studie des Oberflächensediments. Wir stellen die geochemische Zusammensetzung des Oberflächensediments und seine mikrobiologische Zusammensetzung gegenüber und vergleichen die verschiedenen Signale. Next Generation Sequencing (NGS) des 16S rRNA-Gens wurde angewandt, um die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft des Oberflächensediments an einer großen Anzahl von Standorten zu bestimmen. Wir verwenden eine große Anzahl von Probenahmestellen in allen vier Teilbecken sowie in den Flüssen und Flussmündungen, um die Verbindungen zwischen den Flüssen, den Flussmündungen und dem See aufzuzeigen. Eine statistische Analyse der mikrobiellen Gemeinschaften in den verschiedenen Lebensräumen des Sentani-Sees ermöglichte es uns, einige dieser Verbindungen zu untersuchen und einige neue Erkenntnisse über mikrobielle Muster in solchen Ökosystemen zu gewinnen. Das Hauptergebnis der Hauptkoordinatenanalyse (PCoA) auf der Grundlage der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften zeigte einige Gemeinsamkeiten, aber auch Unterschiede zwischen der Analyse der mikrobiellen Gemeinschaften und den geochemischen Daten auf. Die mikrobielle Gemeinschaft in Flüssen, Flussmündungen und in den vier Teilbecken wird stark von anthropogenen Einträgen aus dem Einzugsgebiet beeinflusst. Im Allgemeinen könnten Bacteroidetes und Firmicutes ein Indikator für Flusssedimente sein. Die mikrobielle Gemeinschaft im Fluss wird direkt durch den anthropogenen Druck beeinflusst und unterscheidet sich deutlich von den Seesedimenten. Die mikrobielle Gemeinschaft in den Seesedimenten spiegelt das anoxische Milieu wider, das im gesamten See in allen Sedimenten unterhalb einiger mm Tiefe vorherrscht. Die Seesedimente beherbergen eine Vielzahl von Sulfatreduzierern und Methanogenen. Die mikrobiellen Gemeinschaften in den Sedimenten von Flussmündungen werden sowohl von den Ökosystemen der Flüsse als auch der Seen beeinflusst. Diese Studie liefert wertvolle Informationen zum Verständnis der grundlegenden Prozesse, die den biogeochemischen Kreislauf im Sentani-See steuern. Die Studie bietet den Verantwortlichen Managern des Sees wertvolle Informationen, um die Unsicherheiten der sich ändernden Umweltbedingungen im Zusammenhang mit dem anthropogenen Druck im Einzugsgebiet zu erfassen. Der Sentani-See wird direkt von der unterschiedlichen Geologie im Wassereinzugsgebiet und der Morphometrie der vier untersuchten Teilbecken und deren Einzugsgebieten beeinflusst, was ihn zu einem einzigartigen Untersuchungsgebiet macht. Dies bietet eine außergewöhnliche Gelegenheit, den Einfluss verschiedener Umweltfaktoren auf die Sedimentzusammensetzung unter identischen klimatischen und hydrologischen Bedingungen zu untersuchen. Der Sentani-See ist ein einzigartiges Untersuchungsgebiet, das direkt von der unterschiedlichen Geologie im Wassereinzugsgebiet und der Morphometrie der vier untersuchten Einzugsgebiete beeinflusst wird. Als Ergebnis dieser Faktoren gibt es deutliche geochemische Unterschiede zwischen den Lebensräumen (Fluss, Flussmündung, See) und den vier Teileinzugsgebieten. Neben der Geochemie weist auch die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften Unterschiede zwischen den Lebensräumen auf, obwohl es keine offensichtlichen Unterschiede zwischen den vier Teileinzugsgebieten gibt. Im Gegensatz zur Geochemie der Sedimente wird die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften jedoch durch menschliche Aktivitäten beeinflusst. Daher wird diese Arbeit wichtige Grundlagendaten für die künftige Bewirtschaftung der Seen liefern.
KW  - tropical lake
KW  - limnology
KW  - lacustrine sediment
KW  - surface sediment
KW  - sediment geochemistry
KW  - XRF analysis
KW  - microbial communities
KW  - XRF-Analyse
KW  - limnische Sedimente (Seesedimente)
KW  - Limnologie (Seenkunde)
KW  - mikrobielle Gemeinschaften
KW  - Sedimentgeochemie
KW  - Oberflächensediment
KW  - tropischer See
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-594006
ER  - 
TY  - THES
A1  - Leiser, Rico
T1  - Biogeochemical processes governing microplastic transport in freshwater reservoirs
N2  - The presented study investigated the influence of microbial and biogeochemical processes on the physical transport related properties and the fate of microplastics in freshwater reservoirs. The overarching goal was to elucidate the mechanisms leading to sedimentation and deposition of microplastics in such environments. This is of importance, as large amounts of initially buoyant microplastics are found in reservoir sediments worldwide. However, the transport processes which lead to microplastics accumulation in sediments, were up to now understudied.
The impact of biofilm formation on the density and subsequent sedimentation of microplastics was investigated in the eutrophic Bautzen reservoirs (Chapter 2). Biofilms are complex microbial communities fixed to submerged surfaces through a slimy organic film. The mineral calcite was detected in the biofilms, which led to the
sinking of the overgrown microplastic particles. The calcite was of biogenic origin, most likely precipitated by sessile cyanobacteria within the biofilms.
Biofilm formation was also studied in the mesotrophic Malter reservoir. Unlike in Bautzen reservoir, biofilm formation did not govern the sedimentation of different microplastics in Malter reservoir (Chapter 3). Instead autumnal lake mixing led to
the formation of sinking aggregates of microplastics and iron colloids. Such colloids form when anoxic, iron-rich water from the hypolimnion mixes with the oxygenated epilimnetic waters. The colloids bind organic material from the lake water, which leads to the formation of large and sinking iron-organo flocs.
Hence, iron-organo floc formation and their influence on the buoyancy or burial of microplastics into sediments of Bautzen reservoir was studied in laboratory experiments (Chapter 4). Microplastics of different shapes (fiber, fragment, sphere) and sizes were readily incorporated into sinking iron-organo flocs. By this initially buoyant polyethylene microplastics were transported on top of sediments from Bautzen reservoir. Shortly after deposition, the microplastic bearing flocs started to subside and transported the pollutants into deeper sediment layers. The microplastics were not released from the sediments within two months of laboratory incubation.
The stability of floc microplastic deposition was further investigated employing experiments with the iron reducing model organism Shewanella oneidensis (Chapter 5). It was shown, that reduction or re-mineralization of the iron minerals did not affect the integrity of the iron-organo flocs. The organic matrix was stable under iron reducing conditions. Hence, no incorporated microplastics were released from the flocs. As similar processes are likely to take place in natural sediments, this might explain the previous described low microplastic release from the sediments.
This thesis introduced different mechanisms leading to the sedimentation of initially buoyant microplastics and to their subsequent deposition in freshwater reservoirs. Novel processes such as the aggregation with iron-organo flocs were identified and the understudied issue of biofilm densification through biogenic mineral formation was further investigated. The findings might have implications for the fate of microplastics within the river-reservoir system and outline the role of freshwater reservoirs as important accumulation zone for microplastics. Microplastics deposited in the sediments of reservoirs might not be transported further by through flowing river. Hence the study might contribute to better risk assessment and transport balances of these anthropogenic contaminants.
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einfluss mikrobiologischer und biogeochemischer Prozesse auf die physikalischen Transporteigenschaften und den Verbleib von Mikroplastik in Stauseen. Ein Schwerpunkt lag auf der Untersuchung von Mechanismen, welche die Sedimentation von Mikroplastik einleiten. Dies ist von hoher Relevanz, da große Mengen eigentlich schwimmfähigen Mikroplastiks in Stauseesedimenten gefunden werden, aber die Transportprozesse vom Wasser in das Sediment bislang unbekannt waren.
In der eutrophen Talsperre Bautzen wurde der Einfluss der Biofilmbildung auf die Dichte und Sedimentation von Mikroplastik untersucht (Kapitel 2). Biofilme sind komplexe mikrobielle Lebensgemeinschaften, welche sich in Form schleimiger Filme
auf im Wasser befindlichen Oberflächen bilden. Es konnte ein Zusammenhang zwischen der starken Dichtezunahme beziehungsweise dem Absinken der bewachsenen Partikel und dem Vorhandensein des Minerals Calcit innerhalb des aufwachsenden Biofilms festgestellt werden. Das Calcit war biogenen Ursprungs und wurde infolge der Photosynthese sessiler Cyanobakterien gebildet.
In der mesotrophen Talsperre Malter wurde ebenfalls die Biofilmbildung auf Mikroplastik untersucht (Kapitel 3). Dort veränderte die Bildung von mikrobiellen Biofilmen das Sedimentationsverhalten von verschiedenen Mikroplastik-Polymeren nicht. Stattdessen wurde beobachtet, dass die Herbstzirkulation des Sees zur Bildung von Aggregaten aus Mikroplastik und mineralischen Eisenkolloiden führte. Diese Eisenkolloide bilden sich durch die Mischung von eisenreichen, sauerstofffreien Tiefenwasser mit sauerstoffhaltigem Oberflächenwasser. Die Kolloide verbinden sich mit organischem Material aus dem See und formen dadurch größere Flocken.
Da die Bildung von eisenhaltigen Flocken ein für geschichtete Stauseen wichtiger Prozess ist, wurde ihr Einfluss auf die Schwimmfähigkeit von Mikroplastik und den darauffolgenden Einbau in die Sedimente untersucht (Kapitel 4). In Laborversuchen konnten verschiedene Formen (Fasern, Fragmente, Kugeln) und Größenklassen von Mikroplastik in die Flocken eingebaut werden. Da die Flocken im Wasser absinken, können sie zuvor schwimmfähiges Polyethylen-Mikroplastik zur Sedimentoberfläche transportieren. Dort angekommen, beginnen die Flocken zusammen mit dem Mikroplastik langsam in das Sediment einzusinken und transportieren es dadurch in tiefere Sedimentschichten. Im Labor konnte innerhalb von zwei Monaten
keine signifikante Freisetzung des so transportierten Mikroplastiks aus den Sedimenten beobachtet werden.
Die Transformation der Flocken und welchen Einfluss dies auf die Freisetzung von Mikroplastik hat, wurde in Versuchen mit dem eisenreduzierenden Modelorganismus Shewanella oneidensis untersucht (Kapitel 5). Hierbei zeigte sich, dass die Auflösung oder Umwandlung des Eisens beziehungsweise der Eisenminerale innerhalb der Flocken, nicht zur Zerstörung der Flocken führte. Die organische Matrix
der Flocken blieb unverändert stabil und umschloss auch weiterhin das eingebaute Mikroplastik. Da im Sediment ähnliche Abbauprozesse ablaufen, gibt dies einen möglichen Hinweis darauf, warum abgelagertes Mikroplastik nicht mehr aus Sedimenten freigesetzt wird.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass in Talsperren unterschiedliche Prozesse zum Absinken und zur Deposition von Mikroplastik führen. Es wurden neuartige Prozesse wie die Aggregation mit eisenhaltigen Flocken identifiziert und ungewöhnliche Aspekte wie die biogene Mineralbildung näher beleuchtet. Dadurch können wichtige Implikationen hinsichtlich des Transports von Mikroplastik in Fluss-
Stausee-Systemen abgeleitet werden. Aufgrund der beschriebenen Sedimentationsprozesse sind Stauseen wichtige Akkumulationszonen für Mikroplastik. Im Stausee sedimentierendes Mikroplastik wird potentiell nicht vom aufgestauten Fluss weitertransportiert. Daher könnten die hier beschriebenen Prozesse zu einer Verbesserung von Risikoabschätzungen und Transportbilanzen dieser anthropogenen Belastung führen.
KW  - microplastics
KW  - reservoirs
KW  - calcite
KW  - iron
KW  - biofouling
KW  - sedimentation
KW  - polyethylene
KW  - biofilms
KW  - Mikroplastik
KW  - Stauhaltungen
KW  - Kalzit
KW  - Eisen
KW  - Sedimentation
KW  - Polyethylen
KW  - Biofilme
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-520240
ER  - 
TY  - THES
A1  - Friese, André
T1  - Biogeochemistry of ferruginous sediments of Lake Towuti, Sulawesi, Indonesia
N2  - Ferruginous conditions were a prominent feature of the oceans throughout the Precambrian Eons and thus throughout much of Earth’s history. Organic matter mineralization and diagenesis within the ferruginous sediments that deposited from Earth’s early oceans likely played a key role in global biogeochemical cycling. Knowledge of organic matter mineralization in ferruginous sediments, however, remains almost entirely conceptual, as modern analogue environments are extremely rare and largely unstudied, to date. Lake Towuti on the island of Sulawesi, Indonesia is such an analogue environment and the purpose of this PhD project was to investigate the rates and pathways of organic matter mineralization in its ferruginous sediments.
Lake Towuti is the largest tectonic lake in Southeast Asia and is hosted in the mafic and ultramafic rocks of the East Sulawesi Ophiolite. It has a maximum water depth of 203 m and is weakly thermally stratified. A well-oygenated surface layer extends to 70 m depth, while waters below 130 m are persistently anoxic. Intensive weathering of the ultramafic catchment feeds the lake with large amounts of iron(oxy)hydroxides while the runoff contains only little sulfate, leading to sulfate-poor (< 20 µM) lake water and anoxic ferruginous conditions below 130 m. Such conditions are analogous to the ferruginous water columns that persisted throughout much of the Archean and Proterozoic eons. Short (< 35 cm) sediment cores were collected from different water depths corresponding to different bottom water redox conditions. Also, a drilling campaign of the International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) retrieved a 114 m long sediment core dedicated for geomicrobiological investigations from a water depth of 153 m, well below the depth of oxygen penetration at the time of sampling. Samples collected from these sediment cores form the fundament of this thesis and were used to perform a suite of biogeochemical and microbiological analyses. 
Geomirobiological investigations depend on uncontaminated samples. However, exploration of subsurface environments relies on drilling, which requires the use of a drilling fluid. Drilling fluid infiltration during drilling can not be avoided. Thus, in order to trace contamination of the sediment core and to identify uncontaminated samples for further analyses a simple and inexpensive technique for assessing contamination during drilling operations was developed and applied during the ICDP drilling campaign. This approach uses an aqeous fluorescent pigment dispersion commonly used in the paint industry as a particulate tracer. It has the same physical properties as conventionally used particulate tracers. However, the price is nearly four orders of magnitude lower solving the main problem of particulate tracer approaches.  The approach requires only a minimum of equipment and allows for a rapid contamination assessment potentially even directly on site, while the senstitivity is in the range of already established approaches. Contaminated samples in the drill core were identified and not included for further geomicrobiological investigations.
Biogeochemical analyses of short sediment cores showed that Lake Towutis sediments are strongly depleted in electron acceptors commonly used in microbial organic matter mineralization (i.e. oxygen, nitrate, sulfate). Still, the sediments harbor high microbial cell densities, which are a function of redox conditions of Lake Towuti’s bottom water. In shallow water depths bottom water oxygenation leads to a higher input of labile organic matter and electron acceptors like sulfate and iron, which promotes a higher microbial abundance. Microbial analyses showed that a versatile microbial community with a potential to perform metabolisms related to iron and sulfate reduction, fermentation as well as methanogenesis inhabits Lake Towuti’s surface sediments. 
Biogeochemical investigations of the upper 12 m of the 114 m sediment core showed that Lake Towuti’s sediment is extremely rich in iron with total concentrations up to 2500 µmol cm-3 (20 wt. %), which makes it the natural sedimentary environment with the highest total iron concentrations studied to date. In the complete or near absence of oxygen, nitrate and sulfate, organic matter mineralization in ferruginous sediments would be expected to proceed anaerobically via the energetically most favorable terminal electron acceptors available - in this case ferric iron. Astonishingly, however, methanogenesis is the dominant (>85 %) organic matter mineralization process in Lake Towuti’s sediment. Reactive ferric iron known to be available for microbial iron reduction is highly abundant throughout the upper 12 m and thus remained stable for at least 60.000 years. The produced methane is not oxidized anaerobically and diffuses out of the sediment into the water column. The proclivity towards methanogenesis, in these very iron-rich modern sediments, implies that methanogenesis may have played a more important role in organic matter mineralization thoughout the Precambrian than previously thought and thus could have been a key contributor to Earth’s early climate dynamics. 
Over the whole sequence of the 114 m long sediment core siderites were identified and characterized using high-resolution microscopic and spectroscopic imaging together with microchemical and geochemical analyses. The data show early diagenetic growth of siderite crystals as a response to sedimentary organic matter mineralization. Microchemical zoning was identified in all siderite crystals. Siderite thus likely forms during diagenesis through growth on primary existing phases and the mineralogical and chemical features of these siderites are a function of changes in redox conditions of the pore water and sediment over time. Identification of microchemical zoning in ancient siderites deposited in the Precambrian may thus also be used to infer siderite growth histories in ancient sedimentary rocks including sedimentary iron formations.
N2  - Während des Präkambriums und damit während des Großteils der Erdgeschichte, zeichneten sich die Ozeane durch ihren hohen Eisengehalt aus. Sowohl die Remineralisierung von organischem Material, als auch die Diagenese in den Sedimenten, die in den frühen Ozeanen der Erde abgelagert wurden, hatte höchstwahrscheinlich bedeutende Auswirkungen auf die globalen biogeochemischen Stoffkreisläufe. Unser Verständnis des Abbaus von organischem Material in eisenhaltigen Sedimenten ist jedoch sehr begrenzt, da moderne Analogsysteme extrem selten sind und bis heute nicht erforscht wurden. Der Towutisee auf der Insel Sulawesi in Indonesien ist ein solches modernes Analogsystem und Ziel dieser Doktorarbeit war es, die Raten und Pfade des Abbaus von organischem Material in den modernen eisenhaltigen Sedimenten des Towutisees zu erforschen.
Der Towutisee ist der größte tektonische See in Südostasien und ist von mafischen und ultramafischen Gesteinen des Ost-Sulawesi-Ophioliten umgeben. Er hat eine maximale Wassertiefe von 203 m und ist schwach thermisch stratifiziert. Bis zu einer Tiefe von 70 m herrschen oxische Bedingungen, während die Wassersäule unterhalb von 130 m permanent anoxisch ist. Intensive Verwitterungsprozesse des ultramafischen Einzugsgebietes führen zu einem hohen Eintrag von Eisen(oxy)hydroxiden, während der Oberflächenabfluss nur wenig Sulfat enthält. Die Konzentrationen von Sulfat in der Wassersäule sind daher außergewöhnlich gering (< 20µM). Diese physikochemischen Verhältnisse sind analog zu denen der Ozeane des Archaikums und des Proterozoikums. Kurze (< 35 cm) Sedimentkerne wurden von verschiedenen Wassertiefen und unterschiedlichen Redox-Bedingungen des Bodenwassers entnommen. Darüber hinaus, wurde, im Zuge einer Bohrkampagne des International Continental Scientific Drilling Programs (ICDP) am Towutisee, ein 114 m langer Sedimentkern aus einer Wassertiefe von 153m, also deutlich unterhalb des Sauerstoffgradienten, erbohrt. Dieser war ausschließlich für geomikrobiologische Probenahmen und Untersuchungen vorgesehen. Die Proben, die aus diesen Sedimentkernen entnommen wurden, bilden das Fundament dieser Doktorarbeit und wurden für biogeochemische und mikrobiologische Untersuchungen verwendet. 
Unkontaminierte Proben sind für geomikrobiologische Untersuchungen unabdingbar. Das Erforschen von Gebieten unterhalb der Oberfläche ist jedoch auf Bohrungen angewiesen, welche wiederum den Einsatz einer Bohrspülung erfordern. Leider ist es unvermeidlich, dass diese im Zuge des Bohrprozesses in den erbohrten Sedimentkern eindringen. Die einzige Möglichkeit unkontaminierte Proben zu gewinnen ist es daher, den Grad der Kontamination des Bohrkerns nachzuverfolgen und unkontaminierte Proben für weitere Analysen zu identifizieren. Dazu wurde im Zuge dieser Doktorarbeit eine einfache und kostengünstige Methode zur Kontaminationskontrolle während Bohroperationen entwickelt  und während der ICDP Bohrkampagne auf dem Towutisee angewandt. Als Tracer kam eine Farbe zum Einsatz, deren physikalische Eigenschaften denen von partikulären Tracern ähnelt. Der Preis dieser Farbe ist im Vergleich zu bisher verwendeten partikulären Tracern, jedoch vier Größenordnungen geringer und löst damit das Hauptproblem dieser Tracer. Die Methode benötigt nur ein Mindestmaß an Equipment und ermöglicht eine schnelle Identifizierung von Kontaminationen, möglicherweise sogar vor Ort. Die Sensitivität der Methode ist im Bereich von etablierten Kontaminationskontrollen. Kontaminierte Proben des erbohrten Sedimentkerns wurden mit dieser Methode identifiziert und nicht für weitere geomikrobiologische Untersuchungen verwendet.
Biogeochemische Analysen der Kurzkerne zeigen, dass die Sedimente des Towutisees sehr arm an Elektronenakzeptoren sind, die für den mikrobiellen Abbau von organischem Material verwendet werden (d.h. Sauerstoff, Nitrat und Sulfat). Nichtsdestotrotz zeichnen sich die Sedimente des Towutisees durch hohe Zellzahlen aus, die von den Redox-Bedingungen des Bodenwassers abhängig sind. In niedrigen Wassertiefen führt oxygeniertes Bodenwasser zu einem erhöhten Eintrag von labilem organischen Material sowie Elektronenakzeptoren wie Eisen und Sulfat, wodurch hohe Zellzahlen resultieren. Mikrobiologische Analysen zeigen, dass die Sedimente des Towutisees durch eine vielseitige, mikrobielle Gemeinschaft bevölkert werden, die in der Lage ist, Stoffwechsel, wie Eisenreduktion, Sulfatreduktion, Fermentation sowie Methanogenese auszuführen.
Biogeochemische Untersuchungen der oberen 12 m des 114 m langen Sedimentkerns zeigen, dass die Sedimente des Towutisees mit 2500 µM cm-3 extrem hohe Eisengehalte (20 Gew. %) aufweisen und damit das eisenreichste natürliche sedimentäre System sind, welches bisher erforscht wurde. Nach unserem bisherigen Verständnis über biogeochemische Stoffkreisläufe sollte, in Abwesenheit von Sauerstoff, Nitrat oder Sulfat, organisches Material über den energetisch günstigsten verfügbaren Elektronenakzeptoren abgebaut werden – in dem Fall Eisen (III). Erstaunlicherweise jedoch, ist Methanogenese der dominante (> 85 %) Remineralisierungsprozess in den Sedimenten des Towutisees. Mikrobiell theoretisch verfügbares reaktives Eisen (III) hingegen bleibt stabil über die oberen 12 m des Sedimentkerns und damit über mehr als 60.000 Jahre. Produziertes Methan wird nicht anaerob oxidiert und diffundiert aus dem Sediment in die Wassersäule. Die Dominanz von Methanogenese in diesen eisenreichen Sedimenten impliziert, dass dieser Prozess im Präkambrium vermutlich eine viel bedeutendere Rolle in der Remineralisierung von organischem Material eingenommen hat, als bisher angenommen. Methan, als bedeutendes Treibhausgas, war demnach möglicherweise ein wichtiger Regulator des Klimas in der frühen Erdgeschichte.
T2  - Biogeochemie eisenreicher Sedimente des Lake Towuti, Sulawesi, Indonesien
KW  - Geomicrobiology
KW  - Biogeochemistry
KW  - Organic matter mineralization
KW  - Early Earth
KW  - Contamination Control
KW  - Biogeochemie
KW  - Kontaminationskontrolle
KW  - Frühe Erdgeschichte
KW  - Geomikrobiologie
KW  - Mikrobieller Abbau von organischen Material
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-475355
ER  - 
TY  - THES
A1  - Childs, Liam H.
T1  - Bioinformatics approaches to analysing RNA mediated regulation of gene expression
T1  - Bioinformatische Methoden zur Analyse von RNA vermittelter Regulation der Gen Expression
N2  - The genome can be considered the blueprint for an organism. Composed of DNA, it harbours all organism-specific instructions for the synthesis of all structural components and their associated functions. The role of carriers of actual molecular structure and functions was believed to be exclusively assumed by proteins encoded in particular segments of the genome, the genes. In the process of converting the information stored genes into functional proteins, RNA – a third major molecule class – was discovered early on to act a messenger by copying the genomic information and relaying it to the protein-synthesizing machinery. Furthermore, RNA molecules were identified to assist in the assembly of amino acids into native proteins. For a long time, these - rather passive - roles were thought to be the sole purpose of RNA. However, in recent years, new discoveries have led to a radical revision of this view. First, RNA molecules with catalytic functions - thought to be the exclusive domain of proteins - were discovered. Then, scientists realized that much more of the genomic sequence is transcribed into RNA molecules than there are proteins in cells begging the question what the function of all these molecules are. Furthermore, very short and altogether new types of RNA molecules seemingly playing a critical role in orchestrating cellular processes were discovered. Thus, RNA has become a central research topic in molecular biology, even to the extent that some researcher dub cells as “RNA machines”. This thesis aims to contribute towards our understanding of RNA-related phenomena by applying Bioinformatics means. First, we performed a genome-wide screen to identify sites at which the chemical composition of DNA (the genotype) critically influences phenotypic traits (the phenotype) of the model plant Arabidopsis thaliana. Whole genome hybridisation arrays were used and an informatics strategy developed, to identify polymorphic sites from hybridisation to genomic DNA. Following this approach, not only were genotype-phenotype associations discovered across the entire Arabidopsis genome, but also regions not currently known to encode proteins, thus representing candidate sites for novel RNA functional molecules. By statistically associating them with phenotypic traits, clues as to their particular functions were obtained. Furthermore, these candidate regions were subjected to a novel RNA-function classification prediction method developed as part of this thesis. While determining the chemical structure (the sequence) of candidate RNA molecules is relatively straightforward, the elucidation of its structure-function relationship is much more challenging. Towards this end, we devised and implemented a novel algorithmic approach to predict the structural and, thereby, functional class of RNA molecules. In this algorithm, the concept of treating RNA molecule structures as graphs was introduced. We demonstrate that this abstraction of the actual structure leads to meaningful results that may greatly assist in the characterization of novel RNA molecules. Furthermore, by using graph-theoretic properties as descriptors of structure, we indentified particular structural features of RNA molecules that may determine their function, thus providing new insights into the structure-function relationships of RNA. The method (termed Grapple) has been made available to the scientific community as a web-based service. RNA has taken centre stage in molecular biology research and novel discoveries can be expected to further solidify the central role of RNA in the origin and support of life on earth. As illustrated by this thesis, Bioinformatics methods will continue to play an essential role in these discoveries.
N2  - Das Genom eines Organismus enthält alle Informationen für die Synthese aller strukturellen Komponenten und deren jeweiligen Funktionen. Lange Zeit wurde angenommen, dass Proteine, die auf definierten Abschnitten auf dem Genom – den Genen – kodiert werden, die alleinigen Träger der molekularen - und vor allem katalytischen - Funktionen sind. Im Prozess der Umsetzung der genetischen Information von Genen in die Funktion von Proteinen wurden RNA Moleküle als weitere zentrale Molekülklasse identifiziert. Sie fungieren dabei als Botenmoleküle (mRNA) und unterstützen als Trägermoleküle (in Form von tRNA) die Zusammenfügung der einzelnen Aminosäurebausteine zu nativen Proteine. Diese eher passiven Funktionen wurden lange als die einzigen Funktionen von RNA Molekülen angenommen. Jedoch führten neue Entdeckungen zu einer radikalen Neubewertung der Rolle von RNA. So wurden RNA-Moleküle mit katalytischen Eigenschaften entdeckt, sogenannte Ribozyme. Weiterhin wurde festgestellt, dass über proteinkodierende Abschnitte hinaus, weit mehr genomische Sequenzbereiche abgelesen und in RNA Moleküle transkribiert werden als angenommen. Darüber hinaus wurden sehr kleine und neuartige RNA Moleküle identifiziert, die entscheidend bei der Koordinierung der Genexpression beteiligt sind. Diese Entdeckungen rückten RNA als Molekülklasse in den Mittelpunkt moderner molekularbiologischen Forschung und führten zu einer Neubewertung ihrer funktionellen Rolle. Die vorliegende Promotionsarbeit versucht mit Hilfe bioinformatorischer Methoden einen Beitrag zum Verständnis RNA-bezogener Phänomene zu leisten. Zunächst wurde eine genomweite Suche nach Abschnitten im Genom der Modellpflanze Arabidopsis thaliana vorgenommen, deren veränderte chemische Struktur (dem Genotyp) die Ausprägung ausgewählter Merkmale (dem Phänotyp) entscheidend beeinflusst. Dabei wurden sogenannte Ganz-Genom Hybridisierungschips eingesetzt und eine bioinformatische Strategie entwickelt, Veränderungen der chemischen Struktur (Polymorphismen) anhand der veränderten Bindung von genomischer DNA aus verschiedenen Arabidopsis Kultivaren an definierte Proben auf dem Chip zu detektieren. In dieser Suche wurden nicht nur systematisch Genotyp-Phänotyp Assoziationen entdeckt, sondern dabei auch Bereiche identifiziert, die bisher nicht als proteinkodierende Abschnitte annotiert sind, aber dennoch die Ausprägung eines konkreten Merkmals zu bestimmen scheinen. Diese Bereiche wurden desweiteren auf mögliche neue RNA Moleküle untersucht, die in diesen Abschnitten kodiert sein könnten. Hierbei wurde ein neuer Algorithmus eingesetzt, der ebenfalls als Teil der vorliegenden Arbeit entwickelt wurde. Während es zum Standardrepertoire der Molekularbiologen gehört, die chemische Struktur (die Sequenz) eines RNA Moleküls zu bestimmen, ist die Aufklärung sowohl der Struktur als auch der konkreten Funktion des Moleküls weitaus schwieriger. Zu diesem Zweck wurde in dieser Arbeit ein neuer algorithmischer Ansatz entwickelt, der mittels Computermethoden eine Zuordnung von RNA Molekülen zu bestimmten Funktionsklassen gestattet. Hierbei wurde das Konzept der Beschreibung von RNA-Sekundärstrukturen als Graphen genutzt. Es konnte gezeigt werden, dass diese Abstraktion von der konkreten Struktur zu nützlichen Aussagen zur Funktion führt. Des weiteren konnte demonstriert werden, dass graphen-theoretisch abgeleitete Merkmale von RNA-Molekülen einen neuen Zugang zum Verständnis der Struktur-Funktionsbeziehungen ermöglichen. Die entwickelte Methode (Grapple) wurde als web-basierte Anwendung der wissenschaftlichen Welt zur Verfügung gestellt. RNA hat sich als ein zentraler Forschungsgegenstand der Molekularbiologie etabliert und neue Entdeckungen können erwartet werden, die die zentrale Rolle von RNA bei der Entstehung und Aufrechterhaltung des Lebens auf der Erde weiter untermauern. Bioinformatische Methoden werden dabei weiterhin eine essentielle Rolle spielen.
KW  - de novo ncRNA Vorhersage
KW  - Vereinigungs-Mapping
KW  - Support-Vektor-Maschine
KW  - RNA
KW  - Genotypisierung
KW  - de novo ncRNA prediction
KW  - association mapping
KW  - support vector machine
KW  - RNA
KW  - genotyping
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41284
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frahnow, Turid
T1  - Bioinformatische Analyse der NUGAT-Studie (NUtriGenomic Analysis in Twins)
T1  - Bioinformatic analysis of the  NUGAT study (NUtriGenomic 
Analysis in Twins)
BT  - Verfahren zur Integration lipidomischer, transkriptomischer und metabolischer Daten
BT  - methods for the integration of lipidomic, transcriptomic and metabolic data
N2  - Durch die Zunahme metabolischer Stoffwechselstörungen und Erkrankungen in der Weltbevölkerung wird in der Medizin und den Lebenswissenschaften vermehrt nach Präventionsstrategien und Ansatzpunkten gesucht, die die Gesundheit fördern, Erkrankungen verhindern helfen und damit auch die Gesamtlast auf die Gesundheitssysteme erleichtern. Ein Ansatzpunkt wird dabei in der Ernährung gesehen, da insbesondere der Konsum von gesättigten Fetten die Gesundheit nachträglich zu beeinflussen scheint. Dabei wird übersehen, dass in vielen Studien Hochfettdiäten nicht ausreichend von den Einflüssen einer zum Bedarf hyperkalorischen Energiezufuhr  getrennt werden, sodass die Datenlage zu dem Einfluss von (gesättigten) Fetten auf den Metabolismus bei gleichbleibender Energieaufnahme noch immer unzureichend ist.
In der NUtriGenomic Analysis in Twins-Studie wurden 46 Zwillingspaare (34 monozygot, 12 dizygot) über einen Zeitraum von sechs Wochen mittels einer  kohlenhydratreichen, fettarmen Diät nach Richtlinien der Deutschen Gesellschaft für Ernährung für ihr Ernährungsverhalten standardisiert, ehe sie zu einer  kohlenhydratarmen, fettreichen Diät, die insbesondere gesättigte Fette enthielt, für weitere sechs Wochen wechselten. Beide Diäten waren dem individuellen Energiebedarf der Probanden angepasst, um so sowohl akut nach einerWoche als auch längerfristig nach sechs Wochen Änderungen des Metabolismus beobachten zu können, die sich in der vermehrten Aufnahme von (gesättigten) Fetten begründeten.
Die über die detaillierte Charakterisierung der Probanden an den klinischen  Untersuchungstagen generierten Datensätze wurden mit statistischen und  mathematischen Methoden (z.B. lineare gemischte Modellierung) analysiert, die der Größe der Datensätze und damit ihrem Informationsvolumen angepasst waren.
Es konnte gezeigt werden, dass die metabolisch gesunden und relativ jungen Probanden, die eine gute Compliance zeigten, im Hinblick auf ihren Glukosestoffwechsel adaptieren konnten, indem die Akutantwort nach einer Woche im Nüchterninsulin und dem Index für Insulinresistenz in den weiteren fünf Wochen ausgeglichen wurde. 
Der Lipidstoffwechsel in Form der klassischen Marker wie Gesamtcholesterin, LDL und HDL war dagegen stärker beeinflusst und auch nach insgesamt sechs Wochen deutlich erhöht.
Letzteres unterstützt die Beobachtung im Transkriptom des weißen, subkutanen  Fettgewebes, bei der eine Aktivierung der über die Toll-like receptors und das  Inflammasom vermittelten subklinischen Inflammation beobachtet werden konnte.
Die auftretenden Veränderungen in Konzentration und Komposition des Plasmalipidoms zeigte ebenfalls nur eine teilweise und auf bestimmte Spezies begrenzte Gegenregulation.
Diesbezüglich kann also geschlussfolgert werden, dass auch die isokalorische Aufnahme von (gesättigten) Fetten zu Veränderungen im Metabolismus führt, wobei die Auswirkungen in weiteren (Langzeit-)Studien und Experimenten noch genauer  untersucht werden müssen. Insbesondere wäre dabei ein längerer Zeitraum unter isokalorischen Bedingungen von Interesse und die Untersuchung von Probanden mit metabolischer Vorbelastung (z.B. Insulinresistenz).
Darüber hinaus konnte in NUGAT aber ebenfalls gezeigt werden, dass die Nutrigenetik und Nutrigenomik zwei nicht zu vernachlässigende Faktoren darstellen. So zeigten unter anderem die Konzentrationen einiger Lipidspezies eine starke Erblichkeit und Abhängigkeit der Diät.
Zudem legen die Ergebnisse nahe, dass laufende wie geplante Präventionsstrategien und medizinische Behandlungen deutlich stärker den Patienten als Individuum mit einbeziehen müssen, da die Datenanalyse interindividuelle Unterschiede identifizierte und Hinweise lieferte, dass einige Probanden die nachteiligen, metabolischen Auswirkungen einer Hochfettdiät besser ausgleichen konnten als andere.
N2  - Based on the increasing incidence of metabolic disorders and diseases in the world population, medicine and life sciences aim for (new) prevention strategies and targets to promote health, prevent diseases and thereby ease the overall financial burden on health systems. One approach is seen in diet and nutrition. According to recent studies and nutritional guide lines, especially the consumption of saturated fats affects health negatively. Nevertheless, in many studies high fat diets are not separated from the influences of a hypercaloric energy intake. In conclusion the available data for the isolated effects of (saturated) fats on metabolism are still insufficient.
In the NUtriGenomic Analysis in Twins study, 46 healthy twin pairs (34 monozygotic, 12 dizygotic) were standardized for their nutritional behavior over a period of six weeks on a high-carbohydrate, low-fat diet according to the DGE guidelines. This standardization was followed by an interventional low-carbohydrate, high-fat diet for another six weeks. Both diets were isocaloric to the individuals' requirements in order to evaluate rapid after 1 week) and long-term (after 6 weeks) effects on metabolism, which were based on the higher intake of (saturated) fatty acids.
The data sets, which were generated by a detailed characterization of the subjects at the clinical investigation days, were analyzed with statistical and mathematical methods (e.g. linear mixed modeling), which aimed to cover the size of the data sets and thereby the whole amount of information within the data sets. 
We could show that the metabolically healthy and relatively young subjects, who showed good compliance, were able to adapt in terms of their glucose metabolism, since the acute increase after one week in fasting insulin and the loss of insulin sensitivity was balanced after additional five weeks. In contrast, lipid metabolism, represented by the classical marker total cholesterol as well as LDL and HDL, was more strongly influenced and still increased after six weeks on high-fat diet.
The latter supports the observations in the transcriptome of white, subcutaneous adipose tissue, where Toll-like receptors and inflammasome seemed to mediate the activation of a low-grade inflammation.
The changes occurring in the concentration and composition of the plasma lipidome also showed a partial counterregulation limited to certain lipid species.
In this regard, we conclude that independent of the energy intake, the consumption of (saturated) fatty acids leads to changes in metabolism, although further studies and experiments are needed to investigate the isolated effects further. Especially studies of extended periods under isocaloric conditions and studies in patients with pathological conditions (e.g. insulin resistance) would be of interest.
Nevertheless, the results in NUGAT emphasize the importance of nutrigenetics and nutrigenomics, since the concentrations of some lipid species seemed to be highly heritable and diet-dependent.
Moreover, our results suggest that ongoing and planned prevention strategies and medical treatments have to treat patients much more as individuals. Our analysis identified interindividual differences and indicated that some participants were able to compensate the adverse and unfavorable metabolic effects of a high fat diet better than others.
KW  - Hochfettdiät
KW  - Zwillingsstudie
KW  - Lipidomics
KW  - Heritabilität
KW  - linear gemischte Modelle
KW  - twin study
KW  - high fat diet
KW  - lipidomics
KW  - heritability
KW  - linear mixed models
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-394902
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dambowsky, Ina
T1  - Bioinspirierte Komposite - Strukturbildung durch Verkleben von Nano- oder Mesokristallen mit funktionalisierten Poly(2-oxazolin)en
T1  - Bioinspired composites - structure formation by gluing of nano- or mesocrystals with functionalized poly(2-oxazoline)s
N2  - Die herausragenden mechanischen Eigenschaften natürlicher anorganisch-organischer Kompositmaterialien wie Knochen oder Muschelschalen entspringen ihrer hierarchischen Struktur, die von der nano- bis hinauf zur makroskopischen Ebene reicht, und einer kontrollierten Verbindung entlang der Grenzflächen der anorganischen und organischen Komponenten.
Ausgehend von diesen Schlüsselprinzipien des biologischen Materialdesigns wurden in dieser Arbeit zwei Konzepte für die bioinspirierte Strukturbildung von Kompositen untersucht, die auf dem Verkleben von Nano- oder Mesokristallen mit funktionalisierten Poly(2-oxazolin)-Blockcopolymeren beruhen sowie deren Potenzial zur Herstellung bioinspirierter selbstorganisierter hierarchischer anorganisch-organischer Verbundstrukturen ohne äußere Kräfte beleuchtet. Die Konzepte unterschieden sich in den verwendeten anorganischen Partikeln und in der Art der Strukturbildung.
Über einen modularen Ansatz aus Polymersynthese und polymeranaloger Thiol-En-Funktionalisierung wurde erfolgreich eine Bibliothek von Poly(2-oxazolin)en mit unterschiedlichen Funktionalitäten erstellt. Die Blockcopolymere bestehen aus einem kurzen partikelaffinen "Klebeblock", der aus Thiol-En-funktionalisiertem Poly(2-(3-butenyl)-2-oxazolin) besteht, und einem langen wasserlöslichen, strukturbildenden Block, der aus thermoresponsivem und kristallisierbarem Poly(2-isopropyl-2-oxazolin) besteht und hierarchische Morphologien ausbildet. Verschiedene analytische Untersuchungen wie Turbidimetrie, DLS, DSC, SEM oder XRD machten das thermoresponsive bzw. das Kristallisationsverhalten der Blockcopolymere in Abhängigkeit vom eingeführten Klebeblock zugänglich. Es zeigte sich, dass diese Polymere ein komplexes temperatur- und pH-abhängiges Trübungsverhalten aufweisen. Hinsichtlich der Kristallisation änderte der Klebeblock nicht die nanoskopische Kristallstruktur; er beeinflusste jedoch die Kristallisationszeit, den Kristallisationsgrad und die hierarchische Morphologie. Dieses Ergebnis wurde auf das unterschiedliche Aggregationsverhalten der Polymere in Wasser zurückgeführt.
Für die Herstellung von Kompositen nutzte Konzept 1 mikrometergroße Kupferoxalat-Mesokristalle, die eine innere Nanostruktur aufweisen. Die Strukturbildung über den anorganischen Teil wurde durch das Verkleben und Anordnen dieser Partikel erstrebt. Konzept 1 ermöglichte homogene freistehende stabile Kompositfilme mit einem hohen anorganischen Anteil. Die Partikel-Polymer-Kombination vereinte jedoch ungünstige Eigenschaften in sich, d. h. ihre Längenskalen waren zu unterschiedlich, was die Selbstassemblierung der Partikel verhinderte. Aufgrund des geringen Aspektverhältnisses von Kupferoxalat blieb auch die gegenseitige Ausrichtung durch äußere Kräfte erfolglos. Im Ergebnis eignet sich das Kupferoxalat-Poly(2-oxazolin)-Modellsystem nicht für die Herstellung hierarchischer Kompositstrukturen.
Im Gegensatz dazu verwendet Konzept 2 scheibenförmige Laponit®-Nanopartikel und kristallisierbare Blockcopolymere zur Strukturbildung über die organische Komponente durch polymervermittelte Selbstassemblierung. Komplementäre Analysemethoden (Zeta-Potenzial, DLS, SEM, XRD, DSC, TEM) zeigten sowohl eine kontrollierte Wechselwirkung zwischen den Komponenten in wässriger Umgebung als auch eine kontrollierte Strukturbildung, die in selbstassemblierten Nanokompositen resultiert, deren Struktur sich über mehrere Längenskalen erstreckt. Es wurde gezeigt, dass die negativ geladenen Klebeblöcke spezifisch und selektiv an den positiv geladenen Rändern der Laponit®-Partikel binden und so Polymer-Laponit®-Nanohybridpartikel entstehen, die als Grundbausteine für die Kompositbildung dienen. Die Hybridpartikel sind bei Raumtemperatur elektrosterisch stabilisiert - sterisch durch ihre langen, mit Wasser wechselwirkenden Poly(2-isopropyl-2-oxazolin)-Blöcke und elektrostatisch über die negativ geladenen Laponit®-Flächen. Im Ergebnis ließ sich Konzept 2 und damit die Strukturbildung über die organische Komponente erfolgreich umsetzten. Das Laponit®-Poly(2-oxazolin)-Modellsystem eröffnete den Weg zu selbstassemblierten geschichteten quasi-hierarchischen Nanokompositstrukturen mit hohem anorganischen Anteil. Abhängig von der frei verfügbaren Polymerkonzentration bei der Kompositbildung entstanden zwei unterschiedliche Komposit-Typen. Darüber hinaus entwarf die Arbeit einen Erklärungsansatz für den polymervermittelten Bildungsprozess der Komposit-Strukturen.
Insgesamt legt diese Arbeit Struktur-Prozess-Eigenschafts-Beziehungen offen, um selbstassemblierte bioinspirierte Kompositstrukturen zu bilden und liefert neue Einsichten zu einer geeigneten Kombination an Komponenten und Herstellungsbedingungen, die eine kontrollierte selbstassemblierte Strukturbildung mithilfe funktionalisierter Poly(2-oxazolin)-Blockcopolymere erlauben.
N2  - Natural inorganic-organic composite materials like nacre and bone feature unique mechanical properties due to their complex hierarchical structure and their controlled connection at the interface of the components, starting from the nanometer scale.

Following these key principles of biological material design, this thesis investigates two concepts for bioinspired structure formation of composites based on gluing nano- or mesocrystals with functionalized poly(2-oxazoline) block copolymers and the potential of these materials for fabricating bioinspired self-assembled hierarchical inorganic-organic composite structures without external forces. The concepts differed in the inorganic particles used and in the structure formation pathway.

A modular approach of polymer synthesis and polymer analogue thiol-ene modification was successfully used to create a platform of poly(2-oxazoline)s with different functionalities. The block copolymers are composed of a short particle-affine "gluing block" consisting of thiol-ene modified poly(2-(3-butenyl)-2-oxazoline) and a long water soluble, structure forming block that consists of thermoresponsive and crystallizable poly(2-isopropyl-2-oxazoline) that yields hierarchical morphologies. Various analytical investigations such as turbidimetry, DLS, DSC, SEM and XRD revealed the influence of the "gluing block" on the thermoresponsive and crystallization behavior of the block copolymers. It was shown that these polymers have complex temperature- and pH-dependent turbidity behavior. Concerning crystallization, the gluing block did not change the nanoscopic crystal structure but influenced the crystallization time, the degree of crystallization and the hierarchical morphology. This result was attributed to different aggregation behavior of the polymers in water.

For the composite fabrication, concept 1 uses micrometer-sized copper oxalate mesocrystals, which exhibit an internal nanostructure and seek structure formation via the inorganic part by the assembly of these particles. Concept 1 enabled homogeneous free-standing stable composite films with high inorganic content. However, the particle-polymer combination combined unfavorable properties, i.e. their length scales were too different, which prevented the particles from self-assembling. Furthermore, due to the small aspect ratio of copper oxalate, mutual alignment via external forces was also unsuccessful. In essence, the copper oxalate-poly(2-oxazoline)-model system is not suitable for the fabrication of hierarchical composite structures.

In contrast, concept 2 uses disc-shaped Laponite® nanoparticles and crystallizable block copolymers for structure formation via the organic component by polymer-mediated self-assembly. Complementary analytical methods (zeta potential, DLS, SEM, XRD, DSC, TEM) revealed both controlled interaction between the components in an aqueous environment and a controlled structure formation to yield self-assembled nanocomposites, whose structure spans several length scales. It was shown that the negatively charged gluing blocks bind specifically and selectively to the positively charged Laponite® particle rim, resulting in polymer-Laponite® nanohybrid particles that served as the basic building blocks for composite formation. The hybrid particles are electrosterically stabilized at room temperature – sterically by their long water-interacting poly(2-isopropyl-2-oxazoline) blocks and electrostatically via the negatively charged Laponite® faces. As a result, concept 2 and thus structure formation via the organic component could be successfully achieved. The Laponite®-poly(2-oxazoline)-model system opened the path to self-assembled layered quasi-hierarchical nanocomposite structures with a high inorganic content. Depending on the free available polymer concentration during composite formation, two different composite types were accessible. Additionally, a possible explanation for the polymer-mediated formation process of the self-assembled composite structure was proposed.

This thesis contributes insights in understanding the fundamental structure-process-property relationships in order to form self-assembled bioinspired composite structures and provides conditions and suitable compilation of components that allow a controlled self-assembled structure formation via poly(2-oxazoline) block copolymers.
KW  - bioinspirierte Komposite
KW  - anorganisch-organische Hybrid-Nanopartikel
KW  - Selbstassemblierung
KW  - thermoresponsiv
KW  - Poly(2-oxazolin)-Blockcopolymer
KW  - Polymerkristallisation
KW  - Thiol-En
KW  - inorganic-organic hybrid nanoparticle
KW  - self-assembly
KW  - thermoresponsive
KW  - poly(2-oxazoline)
KW  - block copolymer
KW  - polymer crystallization
KW  - thiol-ene
KW  - bioinspired composite
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-523671
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schipper, Florian
T1  - Biomass derived carbon for new energy storage technologies
N2  - The thesis deals with the production and evaluation of porous carbon materials for energy storage technologies, namely super capacitors and lithium sulfur batteries.
N2  - Die Doktorarbeit befasst sich mit der Produktion und Evaluierung poröser Kohlenstoffmaterialien für die Anwendung in Energiespeichertechnologien, namentlich Superkondensatoren und Lithiumschwefelbatterien.
T2  - Biomasse basierende Kohlenstoffe für neue Energiespeichertechnologien
KW  - Batterien
KW  - Superkondensatoren
KW  - Energiespeicher
KW  - Lithium-Schwefel-Batterien
KW  - Kohlenstoff
KW  - battery
KW  - supercapacitors
KW  - energy storage
KW  - lithium sulfur battery
KW  - carbon
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72045
ER  - 
TY  - THES
A1  - Andres, Dorothee
T1  - Biophysical chemistry of lipopolysaccharide specific bacteriophages
T1  - Biophysikalische Chemie der Lipopolysaccharid spezifischen Bakteriophagen
N2  - Carbohydrate recognition is a ubiquitous principle underlying many fundamental biological processes like fertilization, embryogenesis and viral infections. But how carbohydrate specificity and affinity induce a molecular event is not well understood. One of these examples is bacteriophage P22 that binds and infects three distinct Salmonella enterica (S.) hosts. It recognizes and depolymerizes repetitive carbohydrate structures of O antigen in its host´s outer membrane lipopolysaccharide molecule. This is mediated by tailspikes, mainly β helical appendages on phage P22 short non contractile tail apparatus (podovirus). The O antigen of all three Salmonella enterica hosts is built from tetrasaccharide repeating units consisting of an identical main chain with a distinguished 3,6 dideoxyhexose substituent that is crucial for P22 tailspike recognition: tyvelose in S. Enteritidis, abequose in S. Typhimurium and paratose in S. Paratyphi. In the first study the complexes of P22 tailspike with its host’s O antigen octasaccharide were characterized. S. Paratyphi octasaccharide binds less tightly (ΔΔG≈7 kJ/mol) to the tailspike than the other two hosts. Crystal structure analysis of P22 tailspike co crystallized with S. Paratyphi octasaccharides revealed different interactions than those observed before in tailspike complexes with S. Enteritidis and S. Typhimurium octasaccharides. These different interactions occur due to a structural rearrangement in the S. Paratyphi octasaccharide. It results in an unfavorable glycosidic bond Φ/Ψ angle combination that also had occurred when the S. Paratyphi octasaccharide conformation was analyzed in an aprotic environment. Contributions of individual protein surface contacts to binding affinity were analyzed showing that conserved structural waters mediate specific recognition of all three different Salmonella host O antigens. Although different O antigen structures possess distinct binding behavior on the tailspike surface, all are recognized and infected by phage P22. Hence, in a second study, binding measurements revealed that multivalent O antigen was able to bind with high avidity to P22 tailspike. Dissociation rates of the polymer were three times slower than for an octasaccharide fragment pointing towards high affinity for O antigen polysaccharide. Furthermore, when phage P22 was incubated with lipopolysaccharide aggregates before plating on S. Typhimurium cells, P22 infectivity became significantly reduced. Therefore, in a third study, the function of carbohydrate recognition on the infection process was characterized. It was shown that large S. Typhimurium lipopolysaccharide aggregates triggered DNA release from the phage capsid in vitro. This provides evidence that phage P22 does not use a second receptor on the Salmonella surface for infection. P22 tailspike binding and cleavage activity modulate DNA egress from the phage capsid. DNA release occurred more slowly when the phage possessed mutant tailspikes with less hydrolytic activity and was not induced if lipopolysaccharides contained tailspike shortened O antigen polymer. Furthermore, the onset of DNA release was delayed by tailspikes with reduced binding affinity. The results suggest a model for P22 infection induced by carbohydrate recognition: tailspikes position the phage on Salmonella enterica and their hydrolytic activity forces a central structural protein of the phage assembly, the plug protein, onto the host´s membrane surface. Upon membrane contact, a conformational change has to occur in the assembly to eject DNA and pilot proteins from the phage to establish infection. Earlier studies had investigated DNA ejection in vitro solely for viruses with long non contractile tails (siphovirus) recognizing protein receptors. Podovirus P22 in this work was therefore the first example for a short tailed phage with an LPS recognition organelle that can trigger DNA ejection in vitro. However, O antigen binding and cleaving tailspikes are widely distributed in the phage biosphere, for example in siphovirus 9NA. Crystal structure analysis of 9NA tailspike revealed a complete similar fold to P22 tailspike although they only share 36 % sequence identity. Moreover, 9NA tailspike possesses similar enzyme activity towards S. Typhimurium O antigen within conserved amino acids. These are responsible for a DNA ejection process from siphovirus 9NA triggered by lipopolysaccharide aggregates. 9NA expelled its DNA 30 times faster than podovirus P22 although the associated conformational change is controlled with a similar high activation barrier. The difference in DNA ejection velocity mirrors different tail morphologies and their efficiency to translate a carbohydrate recognition signal into action.
N2  - Kohlenhydraterkennung ist ein fundamentales Prinzip vieler biologischer Prozesse wie z.B. Befruchtung, Embryogenese und virale Infektionen. Wie aber Kohlenhydratspezifität und –affinität in ein molekulares Ereignis übersetzt werden, ist nicht genau verstanden. Ein Beispiel für ein solches Ereignis ist die Infektion des Bakteriophage P22, der drei verschiedene Salmonella enterica (S.) Wirte besitzt. Er erkennt und depolymerisiert die repetitiven Einheiten des O Antigens im Lipopolysaccharid, das sich in der äußeren Membran seines Wirtes befindet. Dieser Schritt wird durch die Tailspikes vermittelt, β helicale Bestandteile des kurzen, nicht kontraktilen Schwanzapparates von P22 (Podovirus). Das O Antigen aller drei Salmonella enterica Wirte besteht aus sich wiederholenden Tetrasacchariden. Sie enthalten die gleiche Hauptkette aber eine spezifische 3,6 Didesoxyhexose Seitenkette, die für die P22 Tailspikeerkennung essentiell ist: Tyvelose in S. Enteritidis, Abequose in S. Typhimurium und Paratose in S. Paratyphi. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Komplexbildung von P22 Tailspike mit O Antigen Octasaccharidfragmenten der drei verschiedenen Wirte untersucht. S. Paratyphi Octasaccharide binden mit einer geringeren Affinität (ΔΔG≈7 kJ/mol) an den Tailspike als die beiden anderen Wirte. Die Kristallstrukturanalyse des S. Paratyphi Octasaccharides komplexiert mit P22 Tailspike offenbarten unterschiedliche Interkationen als vorher mit S. Enteritidis und S. Typhimurium Oktasaccharidkomplexen mit Tailspike beobachtet wurden. Diese unterschiedlichen Interaktionen beruhen auf einer strukturellen Änderung in den Φ/Ψ Winkeln der glykosidischen Bindung. Die Beiträge von verschiedenen Proteinoberflächenkontakten zur Affnität wurden untersucht und zeigten, dass konservierte Wasser in der Struktur die spezifische Erkennung aller drei Salmonella Wirte vermittelt. Obwohl die verschiedenen O Antigen Strukturen unterschiedliches Bindungsverhalten auf der Tailspikeoberfläche zeigen, werden alle vom Phagen P22 erkannt und infiziert. Daher wurde in einer zweiten Studie die multivalente Bindung zwischen P22 Tailspike und O Antigen charakterisiert. Die Dissoziationskonstanten des Polymers waren drei Mal langsamer als für das Oktasaccharid allein, was auf eine hohe Affinität des O Antigens schließen lässt. Zusätzlich wurde gezeigt, dass die Aggregate des Lipopolysaccharids in der Lage sind, die Infektiösität vom P22 Phagen zu reduzieren. Ausgehend davon wurde in einer dritten Studie die Bedeutung der Kohlenhydrat Erkennung auf den Infektionsprozess untersucht. Große S. Typhimurium Lipopolysaccharide Aggregate bewirkten die DNA Freisetzung vom P22 Kapsid. Dies deutet darauf, dass der P22 Phage keinen weiteren Rezeptor für die Infektion auf der Oberflächen seines Wirtes verwendet. Zusätzlich moduliert die P22 Tailspike Aktivität den Ausstoss der DNA vom P22 Phagen: Er ist langsamer, wenn der Phage Tailspikes besitzt, die weniger hydrolytisch aktiv sind und wurde nicht induziert, wenn Lipopolysaccharid eingesetzt wurde, dass zuvor mit Tailspike hydrolysiert wurde. Darüber hinaus wurde der Start der DNA Ejektion verzögert, wenn Tailspikes mit verminderter Affinität am Phagen vorhanden waren. Die Ergebnisse führten zu einem Modell für die Infektion von P22: Tailspikes positionieren den Phagen auf Salmonella enterica und ihre Aktivität drückt ein zentrales Strukturprotein des Phagen, das Stöpselprotein, auf die Membranoberfläche. Aufgrund des Membrankontaktes findet eine Konformationsänderung statt die zur Ejektion der Pilotproteine und zur Infektion führt. Vorhergehende Studien haben bisher nur die DNA Ejektion in vitro für Viren mit langen, nicht kontraktilen Schwänzen (Siphoviren) mit Proteinrezeptoren untersucht. In dieser Arbeit wurde das erste Mal die DNA Ejektion für einen Podovirus mit LPS Erkennung in vitro gezeigt. Die O Antigen Erkennung und Spaltung durch Tailspikeproteine gibt es häufig in der Phagenbiosphere, z.B. am Siphovirus 9NA. Die Kristallstrukturanalyse von 9NA Tailspike zeigt eine komplett gleiche Struktur, obwohl beide Proteine nur zu 36% Sequenzidentität besitzen. Zusätzlich hat 9NA Tailspike ähnliche enzymatische Eigenschaften. Diese ist für den DNA Ejektionsprozess im Siphovirus 9NA verantwortlich, der auch durch LPS Agreggate induziert wird. 9NA stößt dabei seine DNA 30 Mal schneller aus als Podovirus P22 obwohl die damit verbundene Konformationsänderung mit einer ähnlich hohen Aktivierungsbarriere kontrolliert wird. Daher spiegeln die Unterschiede in der DNA Ejektionsgeschwindigkeit der verschiedenen Tailmorphologien die Effezienz wieder, mit der die spezifische Kohlenhydraterkennung in ein Signal umgewandelt wird.
KW  - DNA Ejektion
KW  - Kohlenhydrat Erkennung
KW  - Phagen Infektion
KW  - Tailspike
KW  - Salmonella
KW  - DNA ejection
KW  - carbohydrate recognition
KW  - phage infection
KW  - tailspike
KW  - salmonella
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59261
ER  - 
TY  - THES
A1  - Genderjahn, Steffi
T1  - Biosignatures of Present and Past Microbial Life in Southern African Geoarchives
T1  - Biosignaturen von gegenwärtigem und vergangenem mikrobiellen Leben in 
südafrikanischen Geoarchiven
N2  - Global climate change is one of the greatest challenges of the 21st century, with influence on the environment, societies, politics and economies. The (semi-)arid areas of Southern Africa already suffer from water scarcity. There is a great variety of ongoing research related to global climate history but important questions on regional differences still exist.
In southern African regions terrestrial climate archives are rare, which makes paleoclimate studies challenging. Based on the assumption that continental pans (sabkhas) represent a suitable geo-archive for the climate history, two different pans were studied in the southern and western Kalahari Desert. A combined approach of molecular biological and biogeochemical analyses is utilized to investigate the diversity and abundance of microorganisms and to trace temporal and spatial changes in paleoprecipitation in arid environments. The present PhD thesis demonstrates the applicability of pan sediments as a late Quaternary geo-archive based on microbial signature lipid biomarkers, such as archaeol, branched and isoprenoid glycerol dialkyl glycerol tetraethers (GDGTs) as well as phospholipid fatty acids (PLFA). The microbial signatures contained in the sediment provide information on the current or past microbial community from the Last Glacial Maximum to the recent epoch, the Holocene. The results are discussed in the context of regional climate evolution in southwestern Africa. The seasonal shift of the Innertropical Convergence Zone (ITCZ) along the equator influences the distribution of precipitation- and climate zones. The different expansion of the winter- and summer rainfall zones in southern Africa was confirmed by the frequency of certain microbial biomarkers. A period of increased precipitation in the south-western Kalahari could be described as a result of the extension of the winter rainfall zone during the last glacial maximum (21 ± 2 ka). Instead a period of increased paleoprecipitation in the western Kalahari was indicated during the Late Glacial to Holocene transition. This was possibly caused by a southwestern shift in the position of the summer rainfall zone associated to the southward movement of the ITCZ.
Furthermore, for the first time this study characterizes the bacterial and archaeal life based on 16S rRNA gene high-throughput sequencing in continental pan sediments and provides an insight into the recent microbial community structure. Near-surface processes play an important role for the modern microbial ecosystem in the pans. Water availability as well as salinity might determine the abundance and composition of the microbial communities. The microbial community of pan sediments is dominated by halophilic and dry-adapted archaea and bacteria. Frequently occurring microorganisms such as, Halobacteriaceae, Bacillus and Gemmatimonadetes are described in more detail in this study.
N2  - Der globale Klimawandel beeinflusst Umwelt, Gesellschaft, Politik sowie Wirtschaft und ist eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Die semi-ariden bzw. ariden Gebiete im südlichen Afrika leiden bereits unter Wasserknappheit. Eine Vielzahl laufender Forschungsprojekte befasst sich mit der globalen Klimageschichte, wobei häufig Fragen zu regionalen Unterschieden offen bleiben.
In den südafrikanischen Gebieten sind terrestrische Klimaarchive (wie z.B. Seen) selten, so dass die Durchführung von Paleoklimastudien schwierig ist. Basierend auf der Annahme, dass kontinentale Pfannen (Sabkhas) zur Klimarekonstruktion geeignet sind, wurden in der vorliegenden Doktorarbeit zwei unterschiedliche Pfannen in der süd- und in der westlichen Kalahari untersucht. Mittels eines kombinierten Ansatzes aus molekularbiologischen und biogeochemischen Methoden wurde die Diversität und Abundanz der Mikroorganismen analysiert, um räumliche und zeitliche Veränderungen in Bezug auf den Niederschlag in diesen trockenen Gebieten zu rekonstruieren. Diese Dissertation betrachtet u.a. das Potential der Pfannensedimente als Geoarchiv auf Basis der mikrobiellen Biomarkeranalyse, wie Archaeol, verzweigte und isoprenoiden Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethern (GDGTs) sowie Phospholipidfettsäuren (PLFAs). Die im Sediment enthaltenen mikrobiellen Signaturen geben Auskunft über die gegenwärtige bzw. vergangene mikrobielle Gemeinschaft vom Letzten Glazialen Maximum bis zur jüngsten Epoche, dem Holozän. Die Ergebnisse werden im Kontext der regionalen Klimaentwicklung im südwestlichen Afrika diskutiert. Bedingt durch die saisonale Verschiebung der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) entlang des Äquators verändert sich die Verteilung von Niederschlags- und Klimazonen.
Die unterschiedliche Ausdehnung der Winter- und Sommerregenzonen im südlichen Afrika konnte anhand der Häufigkeit bestimmter mikrobieller Biomarker bestätigt werden. Aufgrund der Ausdehnung der Winterregenzone während des Letzten Glazialen Maximums (LGM, 21 ± 2 ka) konnte eine Periode erhöhten Niederschlags in der südwestlichen Kalahari beschrieben werden. Im Gegensatz dazu konnte eine Niederschlagszunahme zwischen dem letzten Glazial bis zum Holozän (17 – 12 ka) in der westlichen Kalahari aufgezeigt werden, ausgelöst durch eine Verschiebung der ITCZ in Richtung Süden.
Darüber hinaus charakterisiert diese Studie erstmals das bakterielle und archaelle Leben auf Basis der 16S rRNA Gen Hochdurchsatz-Sequenzierung in kontinentalen Pfannensedimenten und gibt einen Einblick in die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft. Oberflächennahe Prozesse spielen eine wichtige Rolle für das moderne mikrobielle Ökosystem in den Pfannen. Wasserverfügbarkeit sowie der Salzgehalt bestimmen die Abundanz und Diversität der mikrobiellen Gemeinschaften. Gelegentliche Regenschauer können die Bedingungen an den oberflächennahen Sedimenten schnell verändern und das mikrobielle Leben beeinflussen. Die mikrobielle Gemeinschaft der Pfannensedimente wird von halophilen und an die Trockenheit angepassten Archaeen und Bakterien dominiert. Häufig vorkommende Mikroorganismen, wie zum Beispiel Halobacteriaceae, Bacillus und Gemmatimonadetes werden in der vorliegenden Arbeit näher beschrieben.
Diese Arbeit gibt einen Einblick in die Diversität und Verteilung der mikrobiellen Gemeinschaft in nährstoffarmen und niederschlagsarmen, semi-ariden Habitaten. Sie beschreibt die Verwendung von Lipidbiomarkern als Proxy der mikrobiellen Abundanz in Bezug auf vergangene klimatische Veränderungen in der Kalahari.
KW  - biomarker
KW  - paleoclimate
KW  - Kalahari
KW  - halophiles
KW  - next generation sequencing
KW  - Biomarker
KW  - Paläoklima
KW  - Kalahari
KW  - Halophile
KW  - Hochdurchsatzsequenzierung
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-410110
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stolzenburg, Antje
T1  - Bittergeschmacksrezeptoren des peripheren und zentralen Nervensystems
T1  - Bitter taste receptors of the peripheral and central nervous system
N2  - Der Bittergeschmack warnt den Organismus vor potentiell verdorbener oder giftiger Nahrung und ist somit ein wichtiger Kontrollmechanismus. Die initiale Detektion der zahlreich vorkommenden Bitterstoffe erfolgt bei der Maus durch 35 Bitterrezeptoren (Tas2rs), die sich im Zungengewebe befinden. Die Geschmacksinformation wird anschließend von der Zunge über das periphere (PNS) ins zentrale Nervensystem (ZNS) geleitet, wo deren Verarbeitung stattfindet. Die Verarbeitung der Geschmacksinformation konnte bislang nicht gänzlich aufgeklärt werden. Neue Studien deuten auf eine Expression von Tas2rs auch im PNS und ZNS entlang der Geschmacksbahn hin. Über Vorkommen und Aufgaben dieser Rezeptoren bzw. Rezeptorzellen im Nervensystem ist bislang wenig bekannt.  
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Tas2r-Expression in verschiedenen Mausmodellen untersucht, Tas2r-exprimierende Zellen identifiziert und deren Funktionen bei der Übertragung der Geschmacksinformationen analysiert. Im Zuge der Expressionsanalysen mittels qRT-PCR konnte die Expression von 25 der 35 bekannten Bittergeschmacksrezeptoren im zentralen Nervensystem der Maus nachgewiesen werden. Die Expressionsmuster im PNS sowie im ZNS lassen darüber hinaus Vermutungen zu Funktionen in verschiedenen Bereichen des Nervensystems zu. Basierend auf den Ergebnissen der Expressionsanalysen war es möglich, stark exprimierte Tas2rs mittels In-situ-Hybridisierung in verschiedenen Zelltypen zu visualisieren. Des Weiteren konnten immunhistochemische Färbungen unter Verwendung eines genetisch modifizierten Mausmodells die Ergebnisse der Expressionsanalysen bestätigen. Sie zeigten eine Expression von Tas2rs, am Beispiel des Tas2r131-Rezeptors, in cholinergen, dopaminergen, GABAergen, noradrenergen und glycinerg-angesteuerten Projektionsneuronen sowie in Interneuronen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen daher erstmals das Vorkommen von Tas2rs in verschiedenen neuronalen Zelltypen in weiten Teilen des ZNS. Dies lässt den Schluss zu, dass Tas2r-exprimierende Zellen potentiell multiple Funktionen innehaben. Anhand von Verhaltensexperimenten in genetisch modifizierten Mäusen wurde die mögliche Funktion von Tas2r131-exprimierenden Neuronen (Tas2r131-Neurone) bei der Geschmackswahrnehmung untersucht. Die Ergebnisse weisen auf eine Beteiligung von Tas2r131-Neuronen an der Signalweiterleitung bzw. -verarbeitung der Geschmacksinformation für eine Auswahl von Bittersubstanzen hin. Die Analysen zeigen darüber hinaus, dass Tas2r131-Neuronen nicht an der Geschmackswahrnehmung anderer Bitterstoffe sowie Geschmacksstimuli anderer Qualitäten (süß, umami, sauer, salzig), beteiligt sind. Eine spezifische „Tas2r131-Bittergeschmacksbahn“, die mit anderen potentiellen „Bitterbahnen“ teils unabhängige, teils überlappende Signalwege bzw. Verarbeitungsbereiche besitzt, bildet eine mögliche zelluläre Grundlage zur Unterscheidung von Bitterstoffen. Die im Rahmen dieser Arbeit entstandene Hypothese einer potentiellen Diskriminierung von Bitterstoffen soll daher in weiterführenden Studien durch die Etablierung eines Verhaltenstest mit Mäusen geprüft werden.
N2  - Bitter taste warns the organism about potentially spoiled or toxic food and is thus an important control mechanism. The initial detection of numerous occurring bitter substances is done in mice by 35 bitter taste receptors (Tas2rs), located in tongue tissue. From the tongue the gustatory information is then passed via the peripheral (PNS) to the central nervous system (CNS), where it is processed. The processing of taste information couldn’t yet be clarified entirely. Recent studies point to an expression of Tas2rs also in the PNS and CNS along the taste transmission pathway. However, little is known concerning occurrence and functions of Tas2rs or Tas2r-expressing cells in the nervous system. In this work the Tas2r expression was examined in different mouse models, Tas2r-expressing cells were identified and their functions in transmission of taste information analyzed. Expression analyses using qRT-PCR showed an expression of 25 of the 35 known murine bitter taste receptors in the central nervous system. The expression patterns in the PNS and CNS suggests functions in different areas of the nervous system. Based on the results of the expression analysis it was possible to visualize highly expressed Tas2rs by in-situ-hybridization in various cell types. Furthermore, immunohistochemical staining using a genetically modified mouse model confirmed the results of the expression analysis. They showed an expression of Tas2rs, on the example of the Tas2r131 receptor, in the cholinergic, dopaminergic, GABAergic, noradrenergic and glycinerg-driven projection neurons and interneurons. The results of the present work show for the first time the presence of Tas2rs in different neuronal cell types in many parts of the CNS. This leads to the conclusion that Tas2r-expressing cells hold potentially multiple functions. Based on behavioral experiments in genetically modified mice, the possible taste function of Tas2r131-expressing neurons (Tas2r131 neurons) was studied. The results showed the involvement of Tas2r131 neurons in signal transduction and processing of gustatory information for a selection of bitter substances. Besides, the analyses show that Tas2r131 neurons aren’t involved in taste perception for another selection of bitter substances and taste stimuli of other qualities (sweet, umami, sour, salty). A specific "Tas2r131-bitter-pathway" which forms partly independent and partly overlapping signaling pathways or processing areas with other potential "bitter-pathways", provides a cellular basis for the distinction of specific bitter compounds. The resulting hypothesis of a potential discrimination of bitter substances should therefore be examined in further studies by establishing a behavioral test with mice.
KW  - Geschmack
KW  - Bittergeschmack
KW  - Bittergeschmacksrezeptoren
KW  - Tas2r
KW  - Verhaltensstudien
KW  - zentrales Nervensystem
KW  - peripheres Nervensystem
KW  - Neurone
KW  - Maus
KW  - taste
KW  - bitter taste
KW  - bitter taste receptors
KW  - Tas2rs
KW  - peripheral nervous system
KW  - central nervous system
KW  - neuron
KW  - behavioral experiments
KW  - expression analysis
KW  - mouse
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-92397
ER  - 
TY  - THES
A1  - Demin, Paul
T1  - Blaulicht-aktivierbares Proteinexpressionssystem in Saccharomyces cerevisiae
T1  - Blue light-inducible protein expression system in Saccharomyces cerevisiae
N2  - Synthetische Transkriptionsfaktoren bestehen wie natürliche Transkriptionsfaktoren aus einer DNA-Bindedomäne, die sich spezifisch an die Bindestellensequenz vor dem Ziel-Gen anlagert, und einer Aktivierungsdomäne, die die Transkriptionsmaschinerie rekrutiert, sodass das Zielgen exprimiert wird. Der Unterschied zu den natürlichen Transkriptionsfaktoren ist, sowohl dass die DNA-Bindedomäne als auch die Aktivierungsdomäne wirtsfremd sein können und dadurch künstliche Stoffwechselwege im Wirt, größtenteils chemisch, induziert werden können. Optogenetische synthetische Transkriptionsfaktoren, die hier entwickelt wurden, gehen einen Schritt weiter. Dabei ist die DNA-Bindedomäne nicht mehr an die Aktivierungsdomäne, sondern mit dem Blaulicht-Photorezeptor CRY2 gekoppelt. Die Aktivierungsdomäne wurde mit dem Interaktionspartner CIB1 fusioniert. Unter Blaulichtbestrahlung dimerisieren CRY2 und CIB1 und damit einhergehend die beiden Domänen, sodass ein funktionsfähiger Transkriptionsfaktor entsteht. Dieses System wurde in die Saccharomyces cerevisiae genomisch integriert. Verifiziert wurde das konstruierte System mit Hilfe des Reporters yEGFP, welcher durchflusszytometrisch detektiert werden konnte. Es konnte gezeigt werden, dass die yEGFP Expression variabel gestaltet werden kann, indem unterschiedlich lange Blaulichtimpulse ausgesendet wurden, die DNA-Bindedomäne, die Aktivierungsdomäne oder die Anzahl der Bindestellen, an dem sich die DNA-Bindedomäne anlagert, verändert wurden. Um das System für industrielle Anwendungen attraktiv zu gestalten, wurde das System vom Deepwell-Maßstab auf Photobioreaktor-Maßstab hochskaliert. Außerdem erwies sich das Blaulichtsystem sowohl im Laborstamm YPH500 als auch im industriell oft verwendeten Hefestamm CEN.PK als funktional. Des Weiteren konnte ein industrierelevante Protein ebenso mit Hilfe des verifizierten Systems exprimiert werden. Schlussendlich konnte in dieser Arbeit das etablierte Blaulicht-System erfolgreich mit einem Rotlichtsystem kombiniert werden, was zuvor noch nicht beschrieben wurde.
N2  - Like natural transcription factors, synthetic transcription factors consist of a DNA-binding domain that attaches specifically to the binding site sequence in front of the target gene, and an activation domain that recruits the transcription machinery so that the target gene is expressed. The difference to natural transcription factors is that both the DNA binding domain and the activation domain can be host foreign and artificial metabolic pathways, mostly chemically, can be induced in the host. In this work, new optogenetic synthetic transcription factors were developed so that chemical induction becomes obsolete. The DNA binding domain is no longer linked to the activation domain but to the blue light photoreceptor CRY2. The activation domain was fused to the interaction partner CIB1. Upon blue light irradiation, CRY2 and CIB1 dimerize and thus the two domains, resulting in a functional transcription factor. Six different prokaryotic DNA-binding domains and a total of two different activation domains, viral and fungal, were recombined with CRY2 and CIB1, respectively, and genomically integrated into the eukaryotic cell factory Saccharomyces cerevisiae. Since the blue light dimerization is based on the chromophore FAD, which the yeast can synthesize itself, only the blue light had to be switched on for the induction. The constructed system was verified with the help of the reporter yEGFP, which could be detected by flow cytometry. It could be shown that the yEGFP expression could be made variable by emitting blue light pulses of different lengths, changing the DNA binding domain, the activation domain or the copy number of binding sites at which the DNA binding domain attaches.
To make the system attractive for industrial applications, the system was scaled up from deepwell scale to photobioreactor scale. In addition, the blue light system proved to be functional both in the laboratory strain YPH500 and in the yeast strain CEN.PK, which is often used industrially. Furthermore, the industrially relevant protein VP1 could also be expressed using the verified system.
Due to its great flexibility, the blue light system established here was christened/named FLIRT (Flexible Blue Light Induced Transcription).
Finally, in this work, the established flirt system could be successfully combined with a red light system, which has not been described before.
KW  - Synthetische Biologie
KW  - Hefe
KW  - Saccharomyces cerevisiae
KW  - Blaulicht
KW  - Transkriptionsfaktoren
KW  - Bioreaktor
KW  - bioreactor
KW  - blue light
KW  - budding yeast
KW  - Saccharomyces cerevisiae
KW  - synthetic biology
KW  - transcription factors
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-559696
ER  - 
TY  - THES
A1  - Soltani, Ouad
T1  - BLF1-Mode of Action in Barley Leaf Size Control
N2  - Establishment of final leaf size in plants represents a complex mechanism that relies on the precise regulation of two interconnected cellular processes, cell division and cell expansion. In previous work, the barley protein BROAD LEAF1 (BLF1) was identified as a novel negative regulator of cell proliferation, that mainly limits leaf growth in the width direction. Here I identified a novel RING/U-box protein that interacts with BLF1 through a yeast two hybrid screen. Using BiFC, Co-IP and FRET I confirmed the interaction of the two proteins in planta. Enrichment of the BLF1-mEGFP fusion protein and the increase of the FRET signal upon MG132 treatment of tobacco plants, together with an in vivo ubiquitylation assay in bacteria, confirmed that the RING/U-box E3 interacts with BLF1 to mediate its ubiquitylation and degradation by the 26S proteasome system. Consistent with regulation of endogenous BLF1 in barley by proteasomal degradation, inhibition of the proteasome by bortezomib treatment on BLF1-vYFP transgenic barley plants also resulted in an enrichment of the BLF1 protein. I thus demonstrated that RING/U-box E3 is colocalized with BLF1 in nuclei and negatively regulates BLF1 protein levels. Analysis of ring-e3_1 knock-out mutants suggested the involvement of the RING/U-box E3 gene in leaf growth control, although the effect was mainly on leaf length. Together, my results suggest that proteasomal degradation, possibly mediated by RING/U-box E3, contributes to fine-tuning BLF1 protein-level in barley.
N2  - Die Festlegung der endgültigen Blattgröße bei Pflanzen ist ein komplexer Mechanismus, der auf der präzisen Regulierung zweier miteinander verbundener zellulärer Prozesse beruht, der Zellteilung und der Zellexpansion. In einer früheren Arbeit wurde das Gerstenprotein BROAD LEAF1 (BLF1), als ein neuartiger negativer Regulator der Zellproliferation identifiziert, der das Blattwachstum hauptsächlich in Richtung der Breite begrenzt. Hier habe ich durch einen Hefe-Zwei-Hybrid-Screen ein neuartiges RING/U-Box-Protein identifiziert, das mit BLF1 interagiert. Mittels BiFC, Co-IP und FRET konnte ich die Interaktion der beiden Proteine in der Pflanze bestätigen. Die Anreicherung des BLF1-mEGFP-Fusionsproteins und der Anstieg des FRET-Signals bei der Behandlung von Tabakpflanzen mit MG132 sowie ein in vivo Ubiquitylierungsassay in Bakterien bestätigten, dass das RING/U-Box-E3 mit BLF1 interagiert und dessen Ubiquitylierung und Abbau durch das 26S-Proteasom-System vermittelt. Darüber hinaus habe ich festgestellt, dass die Behandlung mit Bortezomib, einem Inhibitor des Proteasoms, bei BLF1-vYFP-transgenen Pflanzen ebenfalls zu einer Anreicherung des BLF1-Proteins führt. Ich zeige dass RING/U-Box E3 mit BLF1 in den Zellkernen kolokalisiert ist und den BLF1-Proteinspiegel negativ reguliert. Die Analyse der Knock-out-Mutante ring-e3_1 legte eine Beteiligung das RING/U-Box-E3 Gen an der Kontrolle des Blattlänge nahe, was es zu einem guten Kandidaten macht, der die Funktion des BLF1-Gens regulieren könnte.
KW  - Barley
KW  - Gerste
KW  - leaf width
KW  - Blattbreite
KW  - cell proliferation
KW  - Zellproliferation
KW  - INDETERMINATE DOMAIN protein
KW  - INDETERMINATE DOMAIN-Protein
KW  - BROAD LEAF1
KW  - RING/U-box E3
KW  - ubiquitination
KW  - Ubiquitinierung
KW  - proteasomal degradation
KW  - 26S-Proteasom-System-Abbau
KW  - protein-level regulation
KW  - Proteinspiegel regulieren
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-607054
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ziehe, Andreas
T1  - Blind source separation based on joint diagonalization of matrices with applications in biomedical signal processing
T1  - Blinde Signalquellentrennung beruhend auf simultaner Diagonalisierung von Matrizen mit Anwendungen in der biomedizinischen Signalverarbeitung
T1  - Blinde Signalquellentrennung beruhend auf simultaner Diagonalisierung von Matrizen mit Anwendungen in der biomedizinischen Signalverarbeitung
N2  - This thesis is concerned with the solution of the blind source separation problem (BSS). The BSS problem occurs frequently in various scientific and technical applications. In essence, it consists in separating meaningful underlying components out of a mixture of a multitude of superimposed signals.  In the recent research literature there are two related approaches to the BSS problem: The first is known as Independent Component Analysis (ICA), where the goal is to transform the data such that the components become as independent as possible. The second is based on the notion of diagonality of certain characteristic matrices derived from the data. Here the goal is to transform the matrices such that they become as diagonal as possible. In this thesis we study the latter method of approximate joint diagonalization (AJD) to achieve a solution of the BSS problem. After an introduction to the general setting, the thesis provides an overview on particular choices for the set of target matrices that can be used for BSS by joint diagonalization.  As the main contribution of the thesis, new algorithms for approximate joint diagonalization of several matrices with non-orthogonal transformations are developed.  These newly developed algorithms will be tested on synthetic benchmark datasets and compared to other previous diagonalization algorithms.  Applications of the BSS methods to biomedical signal processing are discussed and exemplified with real-life data sets of multi-channel biomagnetic recordings.
N2  - Diese Arbeit befasst sich mit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung (BSS). Das BSS Problem tritt häufig in vielen wissenschaftlichen und technischen Anwendungen auf. Im Kern besteht das Problem darin, aus einem Gemisch von überlagerten Signalen die zugrundeliegenden Quellsignale zu extrahieren.  In wissenschaftlichen Publikationen zu diesem Thema werden hauptsächlich zwei Lösungsansätze verfolgt:  Ein Ansatz ist die sogenannte "Analyse der unabhängigen Komponenten", die zum Ziel hat, eine lineare Transformation <B>V</B> der Daten <B>X</B> zu finden, sodass die Komponenten Un der transformierten Daten <B>U</B> = <B> V X</B> (die sogenannten "independent components") so unabhängig wie möglich sind. Ein anderer Ansatz beruht auf einer simultanen Diagonalisierung mehrerer spezieller Matrizen, die aus den Daten gebildet werden. Diese Möglichkeit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung bildet den Schwerpunkt dieser Arbeit.  Als Hauptbeitrag der vorliegenden Arbeit präsentieren wir neue Algorithmen zur simultanen Diagonalisierung mehrerer Matrizen mit Hilfe einer nicht-orthogonalen Transformation.  Die neu entwickelten Algorithmen werden anhand von numerischen Simulationen getestet und mit bereits bestehenden Diagonalisierungsalgorithmen verglichen. Es zeigt sich, dass unser neues Verfahren sehr effizient und leistungsfähig ist. Schließlich werden Anwendungen der BSS Methoden auf Probleme der biomedizinischen Signalverarbeitung erläutert und anhand von realistischen biomagnetischen Messdaten wird die Nützlichkeit in der explorativen Datenanalyse unter Beweis gestellt.
KW  - Signaltrennung
KW  - Mischung <Signalverarbeitung>
KW  - Diagonalisierung
KW  - Bioelektrisches Signal
KW  - Magnetoencephalographie
KW  - Elektroencephalographie
KW  - Signalquellentrennung
KW  - Matrizen-Eigenwertaufgabe
KW  - Simultane Diagonalisierung
KW  - Optimierungsproblem
KW  - blind source separation
KW  - BSS
KW  - ICA
KW  - independent component analysis
KW  - approximate joint diagonalization
KW  - EEG
KW  - MEG
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5694
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sakowski, Fabian
T1  - Bodennutzung in der New Economic Geography
T2  - Potsdamer Schriften zur Raumwirtschaft
N2  - Mit der New Economic Geography (NEG) kann die Verteilung von Unternehmen und Arbeitskräften auf Regionen modellhaft diskutiert werden. In diesem Beitrag wird untersucht, welche räumlichen Verteilungen der mobilen Arbeitskräfte und Unternehmen in einem NEG-Modellansatz resultieren, wenn die Größe einer Region und damit der ihr zur Verfügung stehende Boden, die zu überwindende Distanz für den Gütertransport innerhalb der Regionen, sowie Bodennutzungskonkurrenzen zwischen Wohnen, Industrie und Landwirtschaft berücksichtigt werden. Auch wird der Frage nachgegangen, welche Wohlfahrtswirkungen hierbei resultieren.
N2  - With the New Economic Geography (NEG) approach it is possible to discuss theoretically the distribu-tion of firms and labor between regions. This research work analyses the spatial allocation of mobile labor and firms within the NEG approach when the region`s area and therefore the usable land, dis-tance for transportation of goods within regions as well as competition in land use for living, manu-facturing and agriculture are taken into account. Welfare effects are also considered.
T3  - Potsdamer Schriften zur Raumwirtschaft - 7 
KW  - Neue Ökonomische Geographie
KW  - Bodennutzung
KW  - Bodenaufteilung
KW  - intraregionale Transportkosten
KW  - New Economic Geography
KW  - land use
KW  - allocation of land
KW  - intraregional transport costs
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-413737
SN  - 978-3-86956-426-5
SN  - 2190-8702
SN  - 2190-8710
IS  - 7
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
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TY  - THES
A1  - Rietsch, Katrin
T1  - Body composition especially external skeletal robustness in association with physical activity and recreation in pre-pubertal children : a national and international investigation
T1  - Körperzusammensetzung insbesondere die äußere Skelettrobustizität im Zusammenhang mit der körperlichen Aktivität und der Freizeit in präpubertären Kindern : eine nationale und internationale Untersuchung
N2  - In children the way of life, nutrition and recreation changed in recent years and as a consequence body composition shifted as well. It is established that overweight belongs to a global problem. In addition, German children exhibit a less robust skeleton than ten years ago. These developments may elevate the risk of cardiovascular diseases and skeletal modifications. Heredity and environmental factors as nutrition, socioeconomic status, physical activity and inactivity influence fat accumulation and the skeletal system. Based on these negative developments associations between type of body shape, skeletal measures and physical activity; relations between external skeletal robustness, physical activity and inactivity, BMI and body fat and also the progress of body composition especially external skeletal robustness in comparison in Russian and German children were investigated. In a cross-sectional study 691 German boys and girls aged 6 to 10 years were examined. Anthropometric measurements were taken and questionnaires about physical activity and inactivity were answered by parents. Additionally, pedometers were worn to determinate the physical activity in children. To compare the body composition in Russian and German children data from the years 2000 and 2010 were used. The study has shown that pyknomorphic individuals exhibit the highest external skeletal robustness and leptomorphic ones the lowest. Leptomorphic children may have a higher risk for bone diseases in adulthood. Pyknomorphic boys are more physically active by tendency. This is assessed as positive because pyknomorphic types display the highest BMI and body fat. Results showed that physical activity may reduce BMI and body fat. In contrast physical inactivity may lead to an increase of BMI and body fat and may rise with increasing age. Physical activity encourages additionally a robust skeleton. Furthermore external skeletal robustness is associated with BMI in order that BMI as a measure of overweight should be consider critically. The international 10-year comparison has shown an increase of BMI in Russian children and German boys. Currently, Russian children exhibit a higher external skeletal robustness than the Germans. However, in Russian boys skeleton is less robust than ten years ago. This trend should be observed in the future as well in other countries. All in all, several measures should be used to describe health situation in children and adults. Furthermore, in children it is essential to support physical activity in order to reduce the risk of obesity and to maintain a robust skeleton. In this way diseases are able to prevent in adulthood.
N2  - Die Lebens- und Ernährungsweise sowie die Freizeitaktivitäten von Kindern haben sich im Laufe der letzten Jahre verändert. Daraus resultieren Veränderungen der Körperzusammensetzung. Es ist hinreichend bekannt, dass Übergewicht ein globales Problem ist. Des Weiteren weisen deutsche Kinder ein weniger robustes Skelett auf als noch vor 10 Jahren. Diese Entwicklungen können zu unterschiedlichen Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems bzw. des Skelettsystems führen. Neben genetischen Faktoren haben Umweltfaktoren wie Ernährung, sozialer Status, die körperliche Aktivität bzw. Inaktivität einen Einfluss auf die Fettakkumulation und das Skelettsystem. Aufgrund der negativen Entwicklungen wurden daher die Zusammenhänge zwischen dem Körperbautyp, Skelettmaßen und der körperlichen Aktivität; die Beziehungen zwischen der äußeren Skelettrobustizität, der körperlichen Aktivität bzw. Inaktivität, dem BMI und dem Körperfettanteil sowie die Entwicklung der Körperzusammensetzung insbesondere die äußere Skelettrobustizität von russischen Kindern im Vergleich zu deutschen Kindern überprüft. In einer Querschnittstudie wurden 691 Jungen und Mädchen im Alter von 6 bis 10 Jahren aus Berlin und Brandenburg untersucht. Es wurden anthropometrische Messungen vorgenommen, Fragebögen bezüglich der sportlichen Aktivität und Inaktivität beantwortet sowie ein Schrittzähler zur Bestimmung der körperlichen Aktivität von den Kindern getragen. Für den internationalen Vergleich der Körperzusammensetzung wurden Daten aus den Jahren 2000 und 2010 von deutschen und russischen Kindern verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass der pyknomorphe Körperbautyp die höchste und der leptomorphe Typ die niedrigste äußere Skelettrobustizität aufweisen. Leptomorphe Kinder könnten daher das höchste Risiko für Knochenerkrankungen im Erwachsenenalter aufweisen. Tendenziell zeigen pyknomorphe Jungen eine höhere körperliche Aktivität als die anderen Typen. Dies ist positiv zu bewerten, da die pyknomorphen Typen den höchsten BMI und Körperfettanteil besitzen. Wie die Resultate ergeben, kann die körperliche Aktivität zur Reduktion bzw. Inaktivität zur Erhöhung des BMIs und des Körperfettanteils führen. Die körperliche Inaktivität steigt mit zunehmendem Alter. Die körperliche Aktivität unterstützt weiterhin den Aufbau eines robusten Skeletts. Die äußere Skelettrobustizität ist ebenfalls positiv mit dem BMI assoziiert, so dass dargelegt werden konnte, dass der BMI als Maß für Übergewicht kritisch betrachtet werden sollte. Im internationalen 10-Jahresvergleich zeigt sich eine Zunahme des BMIs bei russischen Kindern und deutschen Jungen. Zurzeit weisen die russischen Kinder immer noch ein robusteres Skelett auf als die Deutschen jedoch ist das Skelett bei russischen Jungen weniger robust als noch vor 10 Jahren. Diese negative Entwicklung sollte weiterhin beobachtet werden auch in anderen Ländern. Alles in allem, sollten immer mehrere Maße zur Beschreibung des Gesundheitszustandes herangezogen werden. Weiterhin ist einer Förderung der körperlichen Aktivität bei Kindern notwendig, um zum einen das Risiko für Übergewicht zu minimieren und zum anderen ein robustes Skelett aufzubauen, um somit Erkrankungen im Erwachsenenalter vorzubeugen.
KW  - Skelettrobustizität
KW  - körperliche Bewegung
KW  - Körperbautyp
KW  - BMI
KW  - Körperfett
KW  - Skeletal robustness
KW  - physical activity
KW  - somatotype
KW  - BMI
KW  - percentage of body fat
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66913
ER  - 
TY  - THES
A1  - Raatz, Larissa
T1  - Boon and bane
T1  - Segen und Fluch
BT  - how semi-natural habitats shape biodiversity-driven ecosystem (dis)services in agricultural landscapes
BT  - wie naturnahe Habitate biodiversitätsbedingte Ökosystemdienstleistungen in Agrarlandschaften beeinflussen
N2  - Semi-natural habitats (SNHs) in agricultural landscapes represent important refugia for biodiversity including organisms providing ecosystem services. Their spill-over into agricultural fields may lead to the provision of regulating ecosystem services such as biological pest control ultimately affecting agricultural yield. Still, it remains largely unexplored, how different habitat types and their distributions in the surrounding landscape shape this provision of ecosystem services within arable fields. Hence, in this thesis I investigated the effect of SNHs on biodiversity-driven ecosystem services and disservices affecting wheat production with an emphasis on the role and interplay of habitat type, distance to the habitat and landscape complexity.

I established transects from the field border into the wheat field, starting either from a field-to-field border, a hedgerow, or a kettle hole, and assessed beneficial and detrimental organisms and their ecosystem functions as well as wheat yield at several in-field distances. Using this study design, I conducted three studies where I aimed to relate the impacts of SNHs at the field and at the landscape scale on ecosystem service providers to crop production.

In the first study, I observed yield losses close to SNHs for all transect types. Woody habitats, such as hedgerows, reduced yields stronger than kettle holes, most likely due to shading from the tall vegetation structure. In order to find the biotic drivers of these yield losses close to SNHs, I measured pest infestation by selected wheat pests as potential ecosystem disservices to crop production in the second study. Besides relating their damage rates to wheat yield of experimental plots, I studied the effect of SNHs on these pest rates at the field and at the landscape scale. Only weed cover could be associated to yield losses, having their strongest impact on wheat yield close to the SNH. While fungal seed infection rates did not respond to SNHs, fungal leaf infection and herbivory rates of cereal leaf beetle larvae were positively influenced by kettle holes. The latter even increased at kettle holes with increasing landscape complexity suggesting a release of natural enemies at isolated habitats within the field interior.

In the third study, I found that also ecosystem service providers benefit from the presence of kettle holes. The distance to a SNH decreased species richness of ecosystem service providers, whereby the spatial range depended on species mobility, i.e. arable weeds diminished rapidly while carabids were less affected by the distance to a SNH. Contrarily, weed seed predation increased with distance suggesting that a higher food availability at field borders might have diluted the predation on experimental seeds. Intriguingly, responses to landscape complexity were rather mixed: While weed species richness was generally elevated with increasing landscape complexity, carabids followed a hump-shaped curve with highest species numbers and activity-density in simple landscapes. The latter might give a hint that carabids profit from a minimum endowment of SNHs, while a further increase impedes their mobility. Weed seed predation was affected differently by landscape complexity depending on weed species displayed. However, in habitat-rich landscapes seed predation of the different weed species converged to similar rates, emphasising that landscape complexity can stabilize the provision of ecosystem services. Lastly, I could relate a higher weed seed predation to an increase in wheat yield even though seed predation did not diminish weed cover. The exact mechanisms of the provision of weed control to crop production remain to be investigated in future studies.

In conclusion, I found habitat-specific responses of ecosystem (dis)service providers and their functions emphasizing the need to evaluate the effect of different habitat types on the provision of ecosystem services not only at the field scale, but also at the landscape scale. My findings confirm that besides identifying species richness of ecosystem (dis)service providers the assessment of their functions is indispensable to relate the actual delivery of ecosystem (dis)services to crop production.
N2  - Naturnahe Habitate, wie zum Beispiel Hecken und Sölle, stellen wichtige Refugien für die Biodiversität in Agrarlandschaften dar, weil aus diesen Habitaten Organismen in die Agrarflächen einwandern und dort regulierende Ökosystemdienstleistungen, wie zum Beispiel biologische Schädlingsbekämpfung, erbringen können. Weitgehend unerforscht ist bisher, in welcher Art und Weise die verschiedenen Habitattypen und ihre Verteilung in der umgebenden Landschaft die Bereitstellung dieser Ökosystemdienstleistungen, die letztlich auch einen Einfluss auf die landwirtschaftlichen Erträge haben können, beeinflussen.

Daher habe ich den Einfluss von naturnahen Habitattypen auf biodiversitätsbedingte Ökosystemdienstleistungen und ihre Auswirkung auf die Weizenproduktion untersucht. Der Schwerpunkt meiner Arbeit lag auf dem Einfluss und dem Zusammenspiel von Habitattyp, Entfernung zum naturnahen Habitat und der umgebenden Landschaftsvielfalt. Auf intensiv bewirtschafteten Weizenfeldern habe ich entlang von Transekten von der Feldgrenze in das Feld hinein Nützlinge und Schädlinge, Ökosystemfunktionen sowie den Weizenertrag ermittelt.
 
In der ersten Studie habe ich am Feldrand für alle Habitattypen einen Ertragsverlust im Vergleich zur Feldmitte beobachtet, wobei Hecken die stärkste Ertragsreduktion aufwiesen. Dieses Resultat führe ich auf die Beschattung durch die hohe Vegetationsstruktur zurück. Um Ertragsverluste besser zu verstehen, habe ich in der zweiten Studie den Schädlingsbefall durch ausgewählte Weizenschädlinge sowie den direkten Einfluss der naturnahen Habitate auf die Schädlingsraten auf der Feld- und Landschaftsskala untersucht. Nur die Unkrautbedeckung konnte mit dem Ertragsverlust in Verbindung gebracht werden, wobei sie einen stärkeren Einfluss auf die Ernteerträge in der Nähe der naturnahen Habitate hatte. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass die Befallsraten von Blattpathogenen und die Fraßraten der Larven des Getreidehähnchens an Söllen erhöht waren. Letzteres stieg sogar an Söllen mit zunehmender Landschaftsvielfalt an, was auf den Wegfall natürlicher Feinde an isolierten Habitaten im Feldinneren, wie Söllen, schließen lässt.

In meiner dritten Studie fand ich heraus, dass auch Ökosystemdienstleister, wie Laufkäfer sowie die Samenprädation von Unkräutern, von Söllen profitieren. Die Entfernung zu einem naturnahen Habitat verringerte den Artenreichtum der Ökosystemdienstleister, im Gegensatz zur Samenprädation, welche zur Feldmitte zunahm. Dies deutet darauf hin, dass eine höhere Nahrungsverfügbarkeit an Feldrändern die Prädation von Versuchssamen abgeschwächt haben könnte. Während mit zunehmender Landschaftsvielfalt die Artenanzahl an Unkräutern anstieg, war bei den Laufkäfern die höchste Artenzahl und Aktivitätsdichte in Landschaften mit geringer Vielfalt zu beobachten. Das lässt den Schluss zu, dass eine Minimalausstattung an naturnahen Habitaten für Laufkäfer vorteilhaft ist, während ein zu großer Anteil an naturnahen Habitaten ihre Mobilität behindern könnte. Die ausgelegten Samen wurden in habitatarmen Landschaften unterschiedlich stark gefressen, wohingegen sie sich in habitatreichen Landschaften anglichen. Dieses Resultat unterstreicht, dass Landschaftsvielfalt die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen stabilisieren kann.

Abschließend konnte ich zeigen, dass mit ansteigender Samenprädation von Unkräutern ein Anstieg des Weizenertrages einherging, wenn auch die Unkrautbedeckung nicht verringert wurde. Die genauen Mechanismen der Bereitstellung von natürlicher Unkrautbekämpfung für die Pflanzenproduktion sollten in zukünftigen Studien weiter untersucht werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die untersuchten Ökosystemdienstleister und ihre Schädlings- sowie Prädationsraten Habitatpräferenzen aufwiesen. Diese Tatsache unterstreicht die Notwendigkeit, die Auswirkungen verschiedener Habitattypen auf die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen nicht nur auf der Feldskala, sondern auch auf der Landschaftsskala zu bewerten. Meine Ergebnisse bestätigen, dass neben der Aufnahme des Artenreichtums von Ökosystemdienstleistern die Bewertung ihrer Funktionen unerlässlich ist, um die tatsächliche Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen mit dem landwirtschaftlichen Ertrag in Beziehung zu setzen.
KW  - semi-natural habitat
KW  - agroecology
KW  - yield
KW  - pest
KW  - natural enemies
KW  - Agrarökologie
KW  - Nützlinge
KW  - Schädlinge
KW  - naturnahe Habitate
KW  - Ernte
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-519653
ER  - 
TY  - THES
A1  - Meier, Tobias
T1  - Borehole Breakouts in Transversely Isotropic Posidonia Shale
T1  - Bohrlochrandausbrüche in transversal isotropen Posidonienschiefer
N2  - Borehole instabilities are frequently encountered when drilling through finely laminated, organic rich shales (Økland and Cook, 1998; Ottesen, 2010; etc.); such instabilities should be avoided to assure a successful exploitation and safe production of the contained unconventional hydrocarbons. Borehole instabilities, such as borehole breakouts or drilling induced tensile fractures, may lead to poor cementing of the borehole annulus, difficulties with recording and interpretation of geophysical logs, low directional control and in the worst case the loss of the well. If these problems are not recognized and expertly remedied, pollution of the groundwater or the emission of gases into the atmosphere can occur since the migration paths of the hydrocarbons in the subsurface are not yet fully understood (e.g., Davies et al., 2014; Zoback et al., 2010). In addition, it is often mentioned that the drilling problems encountered and the resulting downtimes of the wellbore system in finely laminated shales significantly increase drilling costs (Fjaer et al., 2008; Aadnoy and Ong, 2003).

In order to understand and reduce the borehole instabilities during drilling in unconventional shales, we investigate stress-induced irregular extensions of the borehole diameter, which are also referred to as borehole breakouts. For this purpose, experiments with different borehole diameters, bedding plane angles and stress boundary conditions were performed on finely laminated Posidonia shales. The Lower Jurassic Posidonia shale is one of the most productive source rocks for conventional reservoirs in Europe and has the greatest potential for unconventional oil and gas in Europe (Littke et al., 2011).

In this work, Posidonia shale specimens from the North (PN) and South (PS) German basins were selected and characterized petrophysically and mechanically. The composition of the two shales is dominated by calcite (47-56%) followed by clays (23-28%) and quartz (16-17%). The remaining components are mainly pyrite and organic matter. The porosity of the shales varies considerably and is up to 10% for PS and 1% for PN, which is due to a larger deposition depth of PN. Both shales show marked elasticity and strength anisotropy, which can be attributed to a macroscopic distribution and orientation of soft and hard minerals. Under load the hard minerals form a load-bearing, supporting structure, while the soft minerals compensate the deformation. Therefore, if loaded parallel to the bedding, the Posidonia shale is more brittle than loaded normal to the bedding. The resulting elastic anisotropy, which can be defined by the ratio of the modulus of elasticity parallel and normal to the bedding, is about 50%, while the strength anisotropy (i.e., the ratio of uniaxial compressive strength normal and parallel to the bedding) is up to 66%. Based on the petrophysical characterization of the two rocks, a transverse isotropy (TVI) was derived. In general, PS is softer and weaker than PN, which is due to the stronger compaction of the material due to the higher burial depth.

Conventional triaxial borehole breakout experiments on specimens with different borehole diameters showed that, when the diameter of the borehole is increased, the stress required to initiate borehole breakout decreases to a constant value. This value can be expressed as the ratio of the tangential stress and the uniaxial compressive strength of the rock. The ratio increases exponentially with decreasing borehole diameter from about 2.5 for a 10 mm diameter hole to ~ 7 for a 1 mm borehole (increase of initiation stress by 280%) and can be described by a fracture mechanic based criterion. The reduction in borehole diameter is therefore a considerable aspect in reducing the risk of breakouts. New drilling techniques with significantly reduced borehole diameters, such as "fish-bone" holes, are already underway and are currently being tested (e.g., Xing et al., 2012).

The observed strength anisotropy and the TVI material behavior are also reflected in the observed breakout processes at the borehole wall. Drill holes normal to the bedding develop breakouts in a plane of isotropy and are not affected by the strength or elasticity anisotropy. The observed breakouts are point-symmetric and form compressive shear failure planes, which can be predicted by a Mohr-Coulomb failure approach. If the shear failure planes intersect, conjugate breakouts can be described as "dog-eared” breakouts.

While the initiation of breakouts for wells oriented normal to the stratification has been triggered by random local defects, reduced strengths parallel to bedding planes are the starting point for breakouts for wells parallel to the bedding. In the case of a deflected borehole trajectory, therefore, the observed failure type changes from shear-induced failure surfaces to buckling failure of individual layer packages. In addition, the breakout depths and widths increased, resulting in a stress-induced enlargement of the borehole cross-section and an increased output of rock material into the borehole. With the transition from shear to buckling failure and changing bedding plane angle with respect to the borehole axis, the stress required for inducing wellbore breakouts drops by 65%.

These observations under conventional triaxial stress boundary conditions could also be confirmed under true triaxial stress conditions. Here breakouts grew into the rock as a result of buckling failure, too. In this process, the broken layer packs rotate into the pressure-free drill hole and detach themselves from the surrounding rock by tensile cracking. The final breakout shape in Posidonia shale can be described as trapezoidal when the bedding planes are parallel to the greatest horizontal stress and to the borehole axis. In the event that the largest horizontal stress is normal to the stratification, breakouts were formed entirely by shear fractures between the stratification and required higher stresses to initiate similar to breakouts in conventional triaxial experiments with boreholes oriented normal to the bedding.

In the content of this work, a fracture mechanics-based failure criterion for conventional triaxial loading conditions in isotropic rocks (Dresen et al., 2010) has been successfully extended to true triaxial loading conditions in the transverse isotropic rock to predict the initiation of borehole breakouts. The criterion was successfully verified on the experiments carried out.

The extended failure criterion and the conclusions from the laboratory and numerical work may help to reduce the risk of borehole breakouts in unconventional shales.
N2  - Bei Bohrungen in feinlaminierten, organikreichen Schiefern werden häufig Bohrlochinstabilitäten beobachtet (Økland und Cook, 1998; Ottesen, 2010 und weitere), welche für eine sichere und erfolgreiche Erschließung der darin gespeicherten unkonventionellen Kohlenwasserstoffe vermieden werden sollten. Bohrlochinstabilitäten, wie zum Beispiel Bohrlochrandausbrüche oder bohrungsbedingte Zugrisse, führen unter Umständen zu einer schlechten bzw. unzureichenden Zementierung des Ringraum, zu Schwierigkeiten bei der Aufnahme und späteren Interpretation bohrlochgeophysikalischer Messungen sowie zu einer verringerten Kontrolle über die Auslenkung der Bohrung und im schlimmsten Fall zum Verlust der Bohrung. Werden diese Probleme nicht erkannt und fachmännisch behoben, kann es zur Verschmutzung des Grundwassers oder zum Austritt von Gasen in die Atmosphäre kommen, da die Migrationspfade der Kohlenwasserstoffe im Untergrund noch nicht vollständig verstanden sind (z.B. Davies et al., 2014; Zoback et al., 2010). Darüber hinaus wird häufig erwähnt, dass die angetroffenen Bohrprobleme und die daraus entstehenden Ausfallzeiten der Bohrlochanlage in feinlaminierten Schiefern die Bohrkosten erheblich erhöhen (Fjaer et al., 2008; Aadnoy und Ong, 2003). Um die Bohrlochinstabilitäten während des Bohrens in unkonventionellen Speichergesteinen zu verstehen und zu reduzieren, untersuchen wir in dieser Arbeit spannungsbedingte unregelmäßige Erweiterungen des Bohrlochdurchmessers, die auch als Bohrlochrandausbrüche (borehole breakouts) bezeichnet werden. Dazu wurden Versuche mit unterschiedlichen Bohrlochdurchmessern, Schichteinfallswinkeln und Belastungsrandbedingungen an feinlaminierten Posidonienschiefern durchgeführt. Der aus dem Unteren Jura stammende Posidonienschiefer ist eines der produktivsten Muttergesteine für konventionelle Lagerstätten in Europa und besitzt zeitgleich das größte Potential für unkonventionelles Öl und Gas in Europa (Littke et al., 2011).

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Posidonienschieferproben aus dem Norddeutschen (PN) und Süddeutschen (PS) Becken ausgewählt und petrophysikalisch sowie mechanisch charakterisiert. Die Zusammensetzung der beiden Schiefer wird dominiert von Kalzit (47-56%) gefolgt von Tonen (23-28%) und Quarz (16-17%). Die verbleibenden Komponenten sind hauptsächlich Pyrit und organische Substanz. Die Porosität des Schiefers schwankt beträchtlich und beträgt bis zu 10% für PS und 1% für PN, was auf eine größere Versenkungstiefe von PN zurückzuführen ist. Beide Schiefer zeigen ausgeprägte Elastizitäts- und Festigkeitsanisotropie, welche einer makroskopischen Verteilung und Orientierung von weichen und harten Mineralen zugeschrieben werden kann. Unter Belastung bilden die harten Minerale eine tragende Struktur, während die weichen Minerale die Verformung kompensieren. Daher verhält sich der Posidonienschiefer bei Belastung parallel zur Schichtfläche spröder als bei einer Belastung normal zur Schichtfläche. Die resultierende elastische Anisotropie, die über das Verhältnis des Elastizitätsmoduls parallel und normal zu Schichtung definiert werden kann, beträgt circa 50%, während die Festigkeitsanisotropie (d.h. das Verhältnis der uniaxialen Druckfestigkeit normal und parallel zur Schichtung) bis zu 66% beträgt. Basierend auf der petrophysikalischen Charakterisierung der beiden Gesteine konnte eine transversale Isotropie (TVI) abgeleitet werden. Im Allgemeinen ist PS weicher und schwächer als PN, was auf der stärkeren Verdichtung des Materials aufgrund der höheren Versenkungstiefe beruht.

Konventionelle triaxiale Experimente zur Entstehung von Bohrlochrandausbrüchen an Proben mit unterschiedlichen Bohrlochdurchmessern zeigten, dass bei Vergrößerung des Bohrlochdurchmessers die zum Auslösen des Randausbruches erforderliche Spannung gegen einen konstanten Wert absinkt. Dieser kann als Verhältnis der Tangentialspannung und der einachsialen Druckfestigkeit des Gesteins ausgedrückt werden. Das Verhältnis erhöht sich exponentiell mit kleiner werdendem Bohrlochdurchmesser von circa 2,5 für ein 10 mm großes Bohrloch auf ~7 für ein 1 mm großes Bohrloch (Zunahme der Initiierungsspannung um 280%) und kann durch ein bruchmechanisch basiertes Kriterium beschrieben werden. Die Verringerung des Bohrlochdurchmessers stellt daher einen beträchtlichen Aspekt bei der Verringerung des Risikos für Bohrlochausbrüche dar. Neue Bohrtechniken mit deutlich reduzierten Bohrlochdurchmessern wie zum Beispiel „fish-bone“ Bohrungen nehmen dieses Konzept bereits auf und werden derzeit getestet (z. B. Xing et al., 2012).

Die beobachtete Festigkeitsanisotropie und das TVI Materialverhalten spiegeln sich auch in den beobachteten Ausbruchsprozessen am Bohrlochrand wider. Bohrlöcher normal zur Schichtung entwickeln Randausbrüche in einer Ebene der Isotropie und werden nicht durch die Festigkeitsoder Elastizitätsanisotropie beeinflusst. Die beobachteten Ausbrüche sind punktsymmetrisch und bilden kompressive Schubversagensebenen, die durch einen Mohr-Coulomb-Versagensansatz vorhergesagt werden können. Falls sich die Schubversagensebenen schneiden, bilden sich konjugierte Ausbrüche die als „hundeohrförmig“ (dog-eared breakout) beschrieben werden können.

Während die Initiierung von Randausbrüchen für Bohrlöcher normal zur Schichtung durch zufällige lokale Defekte ausgelöst wurde, sind reduzierte Festigkeiten parallel zur Schichtung der Ausgangspunkt für Bohrlochrandausbrüche für Bohrlöcher parallel zur Schichtung. Im Falle einer abgelenkten Bohrlochtrajektorie ändert sich daher der beobachtete Versagenstyp von schubdominiertem Versagensflächen zu Knickversagen einzelner Schichtpakete. Darüber hinaus nahmen die Ausbruchtiefen und -breiten zu, was zu einer spannungsbedingten Vergrößerung des Bohrlochquerschnitts und einem vermehrten Ausstoß von Gesteinsmaterial in das Bohrloch führte. Zeitgleich sinkt beim Übergang von Schub- zu Knickversagen und sich ändernden Schichteinfallswinkel, die für das Induzieren von Bohrlochrandausbrüchen notwendige Spannung um 65%, deutlich ab.

Diese Beobachtungen unter konventionellen triaxialen Belastungsrandbedingungen konnten auch unter echt-triaxialen Belastungsrandbedingungen bestätigt werden. Hier wuchsen die Randausbrüche ebenfalls normal zur Schichtfläche durch Knickfehler in das Gestein. Dabei rotierten die gebrochenen Schichtpakete in das druckfreie Bohrloch und lösten sich vom umgebenden Gestein durch Zugrisse ab. Die endgültige Ausbruchform im Posidonienschiefer kann als trapezförmig beschrieben werden, wenn die Schichtfläche parallel zur größten horizontalen Spannung liegt. In dem Fall, dass die größte horizontale Spannung normal zur Schichtung orientiert ist, wurden Ausbrüche vollständig durch Scherbrüche zwischen den Schichtflächen gebildet und benötigten höhere Spannungen zur Initiierung.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein bruchmechanisch-basiertes Versagenskriterium für konventionelle triaxiale Belastungsbedingungen in isotropen Gesteinen (Dresen et al., 2010) erfolgreich auf echte triaxiale Belastungsbedingungen im transversal isotropen Gestein erweitert, um die Initiierung von Bohrlochrandausbrüchen vorherzusagen. Das Kriterium konnte erfolgreich an den durchgeführten Versuchen verifiziert werden.

Das erweiterte Versagenskriterium und die Schlussfolgerungen aus dem Labor und der numerischen Arbeit helfen, das Risiko von Bohrlochausbrüchen in unkonventionellen Schiefern zu reduzieren.
KW  - borehole breakouts
KW  - unconventional shale
KW  - Posidonia shale
KW  - hollow cylinder experiments
KW  - shale strength
KW  - Bohrlochrandausbrüche
KW  - unkonventionelle Schiefer
KW  - Posidonienschiefer
KW  - Hohlzylinderversuche
KW  - Festigkeit des Schiefer
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-400019
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rosner, Martin Siegfried
T1  - Boron as a tracer for material transfer in subduction zones
N2  - Spät-miozäne bis quartäre Vulkanite der vulkanischen Front und der Back-arc Region der Zentralen Vulkanischen Zone in den Anden weisen eine weite Spannbreite von delta 11B Werten (+4 bis &ndash;7 &permil;) and Borkonzentrationen (6 bis 60 ppm) auf. Die positiven delta 11B Werte der Vulkanite der vulkanischen Front zeigen eine Beteiligung einer 11B-reichen Komponente am Aufbau der andinen Vulkanite, die am wahrscheinlichsten aus Fluiden der alterierten ozeanischen Kruste der abtauchenden Nazca-Platte stammt. Diese Beobachtung macht einen alleinigen Ursprung der untersuchten Laven aus der kontinentalen Kruste und/oder dem Mantelkeil unwahrscheinlich. Der Trend zu systematisch negativeren delta 11B Werten und kleineren B/Nb Verhältnissen von der vulkanischen Front zum Back-arc wird als Resultat einer Borisotopenfraktionierung einhergehend mit einer stetigen Abnahme der Fluidkomponente und einer relativ konstanten krustalen Kontamination, die sich durch relativ gleichbleibende Sr, Nd und Pb Isotopenverhältnisse ausdrückt, interpretiert. Weil die delta 11B Variation über den andinen vulkanischen Bogen sehr gut mit einer modellierten, sich als Funktion der Temperatur dynamisch verändernden, Zusammensetzung des Subduktionszonenfluides übereinstimmt, folgern wir, dass die Borisotopenzusammensetzung von Arc-Vulkaniten durch die sich dynamisch ändernde delta 11B Signatur eines Bor-reichen Subduktionsfluides bestimmt ird. Durch die Abnahme dieses Subduktionsfluides während der Subduktion nimmt der Einfluss der krustalen Kontamination auf die Borisotopie der Arc-Vulkanite im Back-arc zu. In Anbetracht der Borisotopenfraktionierung müssen hohe delta 11B Werte von Arc-Vulkaniten nicht notwendigerweise Unterschiede in der initialen Zusammensetzung der subduzierten Platte reflektieren. Eine Dreikomponenten Mischungskalkulation zwischen Subduktionsfluid, dem Mantelkeil und der kontinentalen Kruste, die auf Bor-, Strontium- und Neodymiumisotopendaten beruht, zeigt, dass das Subduktionsfluid die Borisotopie des fertilen Mantels dominiert und, dass die primären Arc-Magmen durchschnittlich einen Anteil von 15 bis 30 % krustalem Materiales aufweisen.
N2  - Late Miocene to Quaternary volcanic rocks from the frontal arc to the back-arc region of the Central Volcanic Zone in the Andes show a wide range of delta 11B values (+4 to -7 &permil;) and boron concentrations (6 to 60 ppm). Positive delta 11B values of samples from the volcanic front indicate involvement of a 11B-enriched slab component, most likely derived from altered oceanic crust, despite the thick Andean continental lithosphere, and rule out a pure crust-mantle origin for these lavas. The delta 11B values and B concentrations in the lavas decrease systematically with increasing depth of the Wadati-Benioff Zone. This across-arc variation in delta 11B values and decreasing B/Nb ratios from the arc to the back-arc samples are attributed to the combined effects of B-isotope fractionation during progressive dehydration in the slab and a steady decrease in slab-fluid flux towards the back arc, coupled with a relatively constant degree of crustal contamination as indicated by similar Sr, Nd and Pb isotope ratios in all samples. Modelling of fluid-mineral B-isotope fractionation as a function of temperature fits the across-arc variation in delta 11B and we conclude that the B-isotope composition of arc volcanics is dominated by changing delta 11B composition of B-rich slab-fluids during progressive dehydration. Crustal contamination becomes more important towards the back-arc due to the decrease in slab-derived fluid flux. Because of this isotope fractionation effect, high delta 11B signatures in volcanic arcs need not necessarily reflect differences in the initial composition of the subducting slab.  Three-component mixing calculations for slab-derived fluid, the mantle wedge and the continental crust based on B, Sr and Nd isotope data indicate that the slab-fluid component dominates the B composition of the fertile mantle and that the primary arc magmas were contaminated by an average addition of 15 to 30 % crustal material.
KW  - Borisotope; Zentrale Anden; kontinentaler Arc-Vulkanismus; Across-arc Variation; Borisotopenfraktionierung; krustale Kontamination
KW  - Boron isotopes; Central Andes; continental arc volcanism; across-arc variation; boron isotope fractionation; crustal contamination
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000899
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TY  - THES
A1  - Hannes, Sebastian
T1  - Boundary Value Problems for the Lorentzian Dirac Operator
N2  - The index theorem for elliptic operators on a closed Riemannian manifold by Atiyah and Singer has many applications in analysis, geometry and topology, but it is not suitable for a generalization to a Lorentzian setting.
In the case where a boundary is present Atiyah, Patodi and Singer provide an index theorem for compact Riemannian manifolds by introducing non-local boundary conditions obtained via the spectral decomposition of an induced boundary operator, so called APS boundary conditions. Bär and Strohmaier prove a Lorentzian version of this index theorem for the Dirac operator on a manifold with boundary by utilizing results from APS and the characterization of the spectral flow by Phillips. In their case the Lorentzian manifold is assumed to be globally hyperbolic and spatially compact, and the induced boundary operator is given by the Riemannian Dirac operator on a spacelike Cauchy hypersurface. Their results show that imposing APS boundary conditions for these boundary operator will yield a Fredholm operator with a smooth kernel and its index can be calculated by a formula similar to the Riemannian case.
Back in the Riemannian setting, Bär and Ballmann provide an analysis of the most general kind of boundary conditions that can be imposed on a first order elliptic differential operator that will still yield regularity for solutions as well as Fredholm property for the resulting operator. These boundary conditions can be thought of as deformations to the graph of a suitable operator mapping APS boundary conditions to their orthogonal complement.

This thesis aims at applying the boundary conditions found by Bär and Ballmann to a Lorentzian setting to understand more general types of boundary conditions for the Dirac operator, conserving Fredholm property as well as providing regularity results and relative index formulas for the resulting operators. As it turns out, there are some differences in applying these graph-type boundary conditions to the Lorentzian Dirac operator when compared to the Riemannian setting. It will be shown that in contrast to the Riemannian case, going from a Fredholm boundary condition to its orthogonal complement works out fine in the Lorentzian setting. On the other hand, in order to deduce Fredholm property and regularity of solutions for graph-type boundary conditions, additional assumptions for the deformation maps need to be made.

The thesis is organized as follows. In chapter 1 basic facts about Lorentzian and Riemannian spin manifolds, their spinor bundles and the Dirac operator are listed. These will serve as a foundation to define the setting and prove the results of later chapters.
Chapter 2 defines the general notion of boundary conditions for the Dirac operator used in this thesis and introduces the APS boundary conditions as well as their graph type deformations. Also the role of the wave evolution operator in finding Fredholm boundary conditions is analyzed and these boundary conditions are connected to notion of Fredholm pairs in a given Hilbert space.
Chapter 3 focuses on the principal symbol calculation of the wave evolution operator and the results are used to proof Fredholm property as well as regularity of solutions for suitable graph-type boundary conditions. Also sufficient conditions are derived for (pseudo-)local boundary conditions imposed on the Dirac operator to yield a Fredholm operator with a smooth solution space.
In the last chapter 4, a few examples of boundary conditions are calculated applying the results of previous chapters. Restricting to special geometries and/or boundary conditions, results can be obtained that are not covered by the more general statements, and it is shown that so-called transmission conditions behave very differently than in the Riemannian setting.
N2  - Der Indexsatz für elliptische Operatoren auf geschlossenen Riemannschen Mannigfaltigkeiten von Atiyah und Singer hat zahlreiche Anwendungen in Analysis, Geometrie und Topologie, ist aber ungeeignet für eine Verallgemeinerung auf Lorentz-Mannigfaltigkeiten.
Durch die Einführung nicht-lokaler Randbedingungen, gewonnen aus der Spektralzerlegung eines induzierten Randoperators, beweisen Atiyah, Patodi und Singer (APS) einen Indexsatz für den Fall kompakter Riemannscher Mannigfaltigkeiten mit Rand. Aufbauend auf diesem Resultat und mit Hilfe der Charakterisierung des Spektralflusses durch Philipps gelangen Bär und Strohmaier zu einem Indexsatz für den Dirac-Operator auf global hyperbolischen Lorentz-Mannigfaltigkeiten mit kompakten und raumartigen Cauchy-Hyperflächen. Ihr Ergebnis zeigt unter anderem, dass der Dirac Operator auf solchen Mannigfaltigkeiten und unter APS Randbedingungen ein Fredholm-Operator mit glattem Kern ist und das sein Index sich aus einer zum Riemannschen Fall analogen Formel berechnen lässt.
Zurück im Riemannschen Setup zeigen Bär und Ballmann eine allgemeine Charakterisierung von Randbedingungen für elliptische Differentialoperatoren erster Ordnung die sowohl die Regularität von Lösungen, als auch Fredholm-Eigenschaft des resultierenden Operators garantieren. Die dort entwickelten Randbedingungen können als Deformation auf den Graphen einer geeigneten Abbildung der APS-Randbedingung auf ihr orthogonales Komplement verstanden werden.

Die vorliegende Arbeit hat das Ziel die von Bär und Ballmann beschriebenen Randbedingungen auf den Dirac-Operator von global hyperbolischen Lorentz-Mannigfaltigkeiten zu übertragen um eine allgemeinere Klasse von Randbedingungen zu finden unter denen der resultierende Dirac-Operator Fredholm ist und einen glatten Lösungsraum hat. Weiterhin wird analysiert wie sich derartige Deformation von APS-Randbedingungen auf den Index solcher Operatoren auswirken und wie dieser aus den bekannten Resultaten für den APS-Index berechnet werden kann. Es wird unter anderem gezeigt, dass im Gegensatz zum Riemannschen Fall beim Übergang von Randbedingungen zu ihrem orthogonalen Komplement die Fredholm-Eigenschaft des Operators erhalten bleibt. Andererseits sind zusätzliche Annahme nötig um die Regularität von Lösungen, sowie die Fredholm-Eigenschaft für Graph-Deformationen im Fall von Lorentz-Mannigfaltigkeiten zu erhalten.

Die Arbeit ist dabei wie folgt aufgebaut. In Kapitel 1 werden grundlegende Fakten zu Lorentzschen und Riemannschen Spin-Mannigfaltigkeiten, ihren Spinor-Bündeln und Dirac-Operatoren zusammengetragen. Diese Informationen dienen als Ausgangspunkt zur Definition und Analyse von Randbedingungen in späteren Kapiteln der Arbeit.
Kapitel 2 definiert allgemein den Begriff der Randbedingung wie er in dieser Arbeit verwendet wird und führt zudem den sogenannten ''wave-evolution-Operator'' ein, der eine wichtige Rolle im Finden und Analysieren von Fredholm-Randbedingungen für den Dirac-Operator spielen wird. Zuletzt wird der Zusammenhang zwischen Fredholm-Paaren eines Hilbert-Raumes und Fredholm-Randbedingungen für den Dirac-Operator erklärt.
Kapitel 3 beschäftigt sich mit der Berechnung des Hauptsymbols des wave-evolution-Operators und die dort erzielten Resultate werden verwendet um Fredholm-Eigenschaft, sowie Regularität von Lösungen für geeignete Deformationen von APS-Randbedingungen zu beweisen. Weiterhin werden hinreichende Bedingungen für (pseudo-)lokale Randbedingungen abgeleitet, die Fredholm-Eigenschaft und Regularität für den resultierenden Dirac-Operator garantieren.
Kapitel 4 zeigt, aufbauend auf den Ergebnissen der Kapitel 1-3, einige Beispiele von lokalen und nicht-lokalen Randbedingungen für den Dirac-Operator. Unter gewissen Einschränkungen an die Geometrie der zugrunde liegenden Mannigfaltigkeit bzw. den gestellten Randbedingungen können Ergebnisse erzielt werden die in den allgemeineren Resultaten der vorangehenden Kapitel nicht enthalten sind. Zuletzt werden sogenannte Transmission-Bedingungen analysiert und die Unterschiede dieser Randbedingungen zum Riemannschen Fall aufgezeigt.
T2  - Randwertprobleme für den Lorentschen Diracoperator
KW  - Dirac Operator
KW  - Boundary Value Problems
KW  - Lorentzian Geometry
KW  - Randwertprobleme
KW  - Diracoperator
KW  - Lorentzgeometrie
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-548391
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TY  - THES
A1  - Khalil, Sara
T1  - Boundary Value Problems on Manifolds with Singularities
T1  - Randwertprobleme auf Mannigfaltigkeiten mit Singularitäten
N2  - In the thesis there are constructed new quantizations for pseudo-differential boundary value problems (BVPs) on manifolds with edge. The shape of operators comes from Boutet de Monvel’s calculus which exists on smooth manifolds with boundary. The singular case, here with edge and boundary, is much more complicated. The present approach simplifies the operator-valued symbolic structures by using suitable Mellin quantizations on infinite stretched model cones of wedges with boundary. The Mellin symbols themselves are, modulo smoothing ones, with asymptotics, holomorphic in the complex Mellin covariable. One of the main results is the construction of parametrices of elliptic elements in the corresponding operator algebra, including elliptic edge conditions.
N2  - In der Dissertation wurden neue Quantisierungen konstruiert für
pseudo-differentielle Randwertprobleme auf Mannigfaltigkeiten mit
Kanten-Singularitäten. Die Gestalt der hier behandelten Operatoren
ist motiviert durch Boutet de Monvels Kalkül, der auf glatten
Mannigfaltigkeiten mit Rand bekannt ist. Der singuläre Fall, hier mit
Kanten und Rand, ist weitaus komplizierter. Der gegenwärtige Zugang
vereinfacht die operatarwertigen Symbolstrukturen unter Verwendung
geeigneter Mellin-Quantisierungen auf unendlichen gestreckten Modell-
Kegeln, die entsprechenden Keilen mit Rand zugeordnet sind. Die
Mellin-Symbole selbst sind holomorph in der komplexen Mellin
Kovariablen bis auf glättende Restglieder mit Asymptotiken. Zu den
Hauptresultaten gehört die Konstruktion von Parametrices elliptischer
Elemente in der erzeugten Operator-Algebra, einschließlich
elliptischer Kanten-Bedingungen.
KW  - manifolds with singularities
KW  - boundary value problems
KW  - pseudo-differential equation
KW  - manifolds with edge
KW  - Boutet de Monvel's calculus
KW  - edge boundary value problems
KW  - Mannigfaltigkeiten mit Singularitäten
KW  - Randwertprobleme
KW  - pseudo-differentielle Gleichungen
KW  - Mannigfaltigkeiten mit Kante
KW  - Boutet de Monvels Kalkül
KW  - Kanten-Randwertprobleme
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-419018
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TY  - THES
A1  - Giesecke, André
T1  - Box-Simulationen von rotierender Magnetokonvektion im flüssigen Erdkern
T1  - Box simulations of rotating magnetoconvection in the earth's fluid core
N2  - Box-Simulationen von rotierender Magnetokonvektion im flüssigen Erdkern Numerische Simulationen der 3D-MHD Gleichungen sind mit Hilfe des Codes NIRVANA durchgeführt worden. Die Gleichungen für kompressible rotierende Magnetokonvektion wurden für erdähnliche Bedingungen numerisch in einer kartesischen Box gelöst. Charakteristische Eigenschaften mittlerer Größen, wie der Turbulenz-Intensität oder der turbulente Wärmefluss, die durch die kombinierte Wirkung kleinskaliger Fluktuationen entstehen, wurden bestimmt. Die Korrelationslänge der Turbulenz hängt signifikant von der Stärke und der Orientierung des Magnetfeldes ab, und das anisotrope Verhalten der Turbulenz aufgrund von Coriolis- und Lorentzkraft ist für schnellere Rotation wesentlich stärker ausgeprägt. Die Ausbildung eines isotropen Verhaltens auf kleinen Skalen unter dem Einfluss von Rotation alleine wird bereits durch ein schwaches Magnetfeld verhindert. Dies resultiert in einer turbulenten Strömung, die durch die vertikale Komponente dominiert wird. In Gegenwart eines horizontalen Magnetfeldes nimmt der vertikale turbulente Wärmefluss leicht mit zunehmender Feldstärke zu, so dass die Kühlung eines rotierenden Systems verbessert wird. Der horizontale Wärmetransport ist stets westwärts und in Richtung der Pole orientiert. Letzteres kann unter Umständen die Quelle für eine großskalige meridionale Strömung darstellen, während erstes in globalen Simulationen mit nicht axialsymmetrischen Randbedingungen für den Wärmefluss von Bedeutung ist. Die mittlere elektromotorische Kraft, die die Erzeugung von magnetischem Fluss durch die Turbulenz beschreibt, wurde unmittelbar aus den Lösungen für Geschwindigkeit und Magnetfeld berechnet. Hieraus konnten die entsprechenden α-Koeffizienten hergeleitet werden. Aufgrund der sehr schwachen Dichtestratifizierung ändert der α-Effekt sein Vorzeichen nahezu exakt in der Mitte der Box. Der α-Effekt ist positiv in der oberen Hälfte und negativ in der unteren Hälfte einer auf der Nordhalbkugel rotierenden Box. Für ein starkes Magnetfeld ergibt sich zudem eine deutliche abwärts orientierte Advektion von magnetischem Fluss. Ein Mean-Field Modell des Geodynamos wurde konstruiert, das auf dem α-Effekt basiert, wie er aus den Box-Simulationen berechnet wurde. Für eine äußerst beschränkte Klasse von radialen α-Profilen weist das lineare α^2-Modell Oszillationen auf einer Zeitskala auf, die durch die turbulente Diffusionszeit bestimmt wird. Die wesentlichen Eigenschaften der periodischen Lösungen werden präsentiert, und der Einfluss der Größe des inneren Kerns auf die Charakteristiken des kritischen Bereichs, innerhalb dessen oszillierende Lösungen auftreten, wurden untersucht. Reversals werden als eine halbe Oszillation interpretiert. Sie sind ein recht seltenes Ereignis, da sie lediglich dann stattfinden können, wenn das α-Profil ausreichend lange in dem periodische Lösungen erlaubenden Bereich liegt. Aufgrund starker Fluktuationen auf der konvektiven Zeitskala ist die Wahrscheinlichkeit eines solchen Reversals relativ klein. In einem einfachen nicht-linearen Mean-Field Modell mit realistischen Eingabeparametern, die auf den Box-Simulationen beruhen, konnte die Plausibilität des Reversal-Modells anhand von Langzeitsimulationen belegt werden.
N2  - Box-simulations of rotating magnetoconvection in the Earth's fluid core. Simulations of the 3D MHD-equations have been performed using the code NIRVANA. The equations for compressible rotating magnetoconvection are numerically solved in a Cartesian box assuming conditions roughly suitable for the geodynamo. The characteristics of averaged quantities like the turbulence intensity and the turbulent heat flux that are caused by the combined action of the small-scale fluctuations are computed. The correlation length of the turbulence significantly depends on the strength and orientation of the magnetic field and the anisotropic behavior of the turbulence intensity induced by Coriolis and Lorentz force is considerably more pronounced for faster rotation. The development of an isotropic behavior on the small scales -- as it is observed in pure rotating convection -- vanishes even for weak magnetic fields, which results in a turbulent flow that is dominated by the vertical component. In the presence of a horizontal magnetic field the vertical turbulent heat flux slightly increases with increasing field strength, so that cooling of the rotating system is facilitated. Horizontal transport of heat is always directed westwards and towards the poles. The latter might be a source of a large-scale meridional flow whereas the first would be important in global simulations in case of non-axisymmetric boundary conditions for the heat flux. The mean electromotive force describing the generation of mean magnetic flux by turbulence in the rotating fluid is directly calculated from the simulations and the corresponding α-coefficients are derived. Due to the very weak density stratification, the α-effect changes its sign in the middle of the box. It is positive at the top and negative at the bottom of the convective instable layer. For strong magnetic fields we also find a clear downward advection of the mean magnetic field. Finally the quenching behavior of the α-effect in dependence of the imposed magnetic field strength is presented. A geodynamo-model is constructed, which is based on an α-effect that has been computed from the box simulations. For a highly restricted class of radial α-profiles the linear α^2-model exhibits oscillating solutions on a timescale given by the turbulent diffusion time. The basic properties of the periodic solutions are presented and the influence of the inner core size on the characteristics of the critical range that allows for oscillating solutions is shown. Reversals are interpreted as half of such an oscillation. They are rather seldom events because they can only occur if the α-profile exists long enough within the small critical range that allows for periodic solutions. Due to strong fluctuations on the convective timescale the probability of such a reversal is very small. Finally, a simple non-linear mean-field model with reasonable input parameters based on the box-simulations demonstrates the plausibility of the presented theory with a long-time series of a (geo-)dynamo reversal sequence.
KW  - Geodynamo
KW  - Magnetokonvektion
KW  - Alpha-Effekt
KW  - MHD-Simulationen
KW  - Reversal
KW  - geodynamo
KW  - alpha-effect
KW  - magnetoconvection
KW  - MHD-Simulations
KW  - reversal
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13605
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TY  - THES
A1  - Rossmanith, Eva
T1  - Breeding biology, mating system and population dynamics of the Lesser Spotted Woodepcker (Picoides minor) : combining empirical and model investigations
T1  - Zu Brutbiologie, Paarungssystem und Populationsdynamik des Kleinspechts (Picoides minor) : Verknüpfung von empirischen Untersuchungen mit ökologischer Modellierung
N2  - The protection of species is one major focus in conservation biology. The basis for any management concept is the knowledge of the species autecology. In my thesis, I studied the life-history traits and population dynamics of the endangered Lesser Spotted Woodpecker (Picoides minor) in Central Europe. Here, I combine a range of approaches, from empirical investigations of a Lesser Spotted Woodpecker population in the Taunus low mountain range in Germany, the analysis of empirical data and the development of an individual-based stochastic model simulating the population dynamics. In the field studies I collected basic demographic data of reproductive success and mortality. Moreover, breeding biology and behaviour were investigated in detail. My results showed a significant decrease of the reproductive success with later timing of breeding, caused by deterioration in food supply. Moreover, mate fidelity was of benefit, since pairs composed of individuals that bred together the previous year started earlier with egg laying and obtained a higher reproductive success. Both sexes were involved in parental care, but the care was only shared equally during incubation and the early nestling stage. In the late nestling stage, parental care strategies differed between sexes: Females considerably decreased feeding rate with number of nestlings and even completely deserted small broods. Males fed their nestlings irrespective of brood size and compensated for the females absence. The organisation of parental care in the Lesser Spotted Woodpecker is discussed to provide the possibility for females to mate with two males with separate nests and indeed, polyandry was confirmed. To investigate the influence of the observed flexibility in the social mating system on the population persistence, a stochastic individual-based model simulating the population dynamics of the Lesser Spotted Woodpecker was developed, based on empirical results. However, pre-breeding survival rates could not be obtained empirically and I present in this thesis a pattern-oriented modelling approach to estimate pre-breeding survival rates by comparing simulation results with empirical pattern of population structure and reproductive success on population level. Here, I estimated the pre-breeding survival for two Lesser Spotted Woodpecker populations on different latitudes to test the reliability of the results. Finally, I used the same simulation model to investigate the effect of flexibility in the mating system on the persistence of the population. With increasing rate of polyandry in the population, the persistence increased and even low rates of polyandry had a strong influence. Even when presuming only a low polyandry rate and costs of polyandry in terms of higher mortality and lower reproductive success for the secondary male, the positive effect of polyandry on the persistence of the population was still strong. This thesis greatly helped to increase the knowledge of the autecology of an endangered woodpecker species. Beyond the relevance for the species, I could demonstrate here that in general flexibility in mating systems are buffer mechanisms and reduce the impact of environmental and demographic noise.
N2  - Der Schutz von Arten ist eine der Hauptaufgaben des Naturschutzes. Für die Erstellung von Schutzkonzepten sind Informationen zur Autökologie der Zielart notwendige Voraussetzung. Der Kleinspecht (Picoides minor) ist in vielen Teilen seines Verbreitungsgebietes bestandsbedroht, das Wissen zur Biologie und Verhalten der Art ist jedoch lückenhaft. Ziel meiner Arbeit war es daher, demographische Parameter der Populationsdynamik des Kleinspechts zu erfassen, die als Grundlage für Populationsgefährdungsanalysen benötigt werden. Da Untersuchungen in Schweden eine gewisse Flexibilität im Paarungssystem des Kleinspechts zeigten, sollte darüber hinaus das Paarungssystem und sein Einfluss auf die Persistenz der Population untersucht werden. Die Arbeit umfasste eine Reihe von methodischen Ansätzen, von empirischen Untersuchungen an einer Kleinspechtpopulation im hessischen Vordertaunus über die Aufbereitung von empirischen Daten bis hin zur Entwicklung und Auswertung eines stochastischen individuenbasierten Modells zur Simulation der Populationsdynamik. Die Ergebnisse der empirischen Untersuchung zeigten eine Abnahme des Reproduktionserfolgs mit fortschreitendem Legebeginn. Die Zusammensetzung der Nestlingsnahrung ließ vermuten, dass dies durch eine Verschlechterung der Nahrungsversorgung begründet war. Paartreue war bei der Reproduktion von Vorteil, da Individuen, die schon im vorherigen Jahr zusammen gebrütet hatten, einen früheren Legebeginn und damit einen höheren Fortpflanzungserfolg aufwiesen als neu formierte Paare. Beide Geschlechter investierten in die Brutpflege, jedoch war die Aufteilung nur während der Bebrütung der Eier und in der ersten Hälfte der Nestlingsperiode gleichmäßig. In der späten Nestlingsperiode konnten geschlechtsspezifische Strategien im elterlichen Investment identifiziert werden: die Weibchen verringerten die Versorgungsrate in Abhängigkeit des Wertes der Brut - gemessen in der Zahl der Nestlinge - und gaben die Versorgung kleiner Bruten ganz auf. Die Männchen dagegen kompensierten dieses Verhalten, so dass auch von den Weibchen verlassene Bruten erfolgreich waren. Interessanterweise konnte mehrmals die Verpaarung von einem Weibchen mit zwei Männchen beobachtet werden. Das Auftreten dieses polyandrischen Paarungssystems wird in der Arbeit als Resultat der Aufteilung der Brutpflege diskutiert.  Die bestätigte Flexibilität im Paarungssystem könnte Einfluss auf die Persistenz der Population haben. Die Persistenz von Populationen kann jedoch nicht empirisch gemessen werden. Daher entwickelte ich ein individuen-basiertes stochastisches Modell zur Simulation der Populationsdynamik des Kleinspechts, dass auf den empirischen Daten basiert. Allerdings fehlten Überlebensraten der ausgeflogenen Jungvögel, die im Feld nicht ermittelt werden kann. Daher testete ich hier eine Methode, die durch den Vergleich von Simulationsergebnissen mit eigenen empirischen Daten zur Populationsstruktur und zum Reproduktionserfolg auf der Ebene der Gesamtpopulation die Überlebensrate der Jungvögel abschätzt. Die Überlebensraten wurde zusätzlich für eine Population des Kleinspechtes ermittelt, deren Datengrundlage aus Freilandstudien in Schweden stammten. Durch den Vergleich der Raten für die beiden Populationen konnte die Aussagefähigkeit des Modells und die Güte der Abschätzungen untersucht werden. Im letzten Teil meiner Arbeit nutzte ich das Modell schließlich, um die Auswirkungen des Paarungssystems auf die Überlebensfähigkeit der Population zu untersuchen. Im Modell konnte ein Weibchen polyandrisch sein, wenn es gute Brutbedingungen hatte und das Geschlechterverhältnis zum Männchen hin verschoben war. Zusätzlich variierte ich die Wahrscheinlichkeit, dass unter diesen Umständen Polyandrie auftritt. Im Model wurden 3 Szenarien getestet: (i) strenge Monogamie, (ii) gelegentliche Polyandrie und (iii) gelegentliche Polyandrie unter der Annahme von Kosten für das sekundäre Männchen in Form von höherer Mortalität und geringerem Reproduktionserfolg. Es zeigte sich, dass selbst sehr geringe Polyandrieraten und die Annahme von Kosten noch einen deutlichen positiven Einfluss auf die Persistenz der Population ausüben. Die Flexibilität im Paarungssystem dient damit als Puffermechanismus gegen demographisches Rauschen und Umweltrauschen.  Diese Arbeit trät dazu bei, die Autökologie des Kleinspechts besser zu verstehen und ist damit wichtige Grundlage für Schutzkonzepte in Mitteleuropa. Über die artspezifische Bedeutung hinaus, leistet die Arbeit einen Beitrag zur Untersuchung von Methoden zur Abschätzung fehlender demographischer Parameter sowie zur Identifizierung von Puffermechanismen. Eine wichtige Schlussfolgerung meiner Arbeit ist es, dass die Flexibilität artspezifischen Verhaltens in zukünftigen Populationsgefährdungsanalysen integriert werden sollte, um die Qualität von Prognosen zur Persistenz von Populationen zu verbessern.
KW  - Modellierung
KW  - Öko-Ethologie
KW  - Paarungssystem
KW  - Polyandrie
KW  - Mortalität
KW  - Reproduktionserfolg
KW  - pattern-oriented modelling
KW  - polyandry
KW  - survival rate
KW  - reproduction success
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5328
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TY  - THES
A1  - Ohme, Frank
T1  - Bridging the gap between post-Newtonian theory and numerical relativity in gravitational-wave data analysis
T1  - Die Verbindung von post-Newtonscher Theorie und Numerischer Relativitätstheorie in der Gravitationswellenanalyse
N2  - One of the most exciting predictions of Einstein's theory of gravitation that have not yet been proven experimentally by a direct detection are gravitational waves. These are tiny distortions of the spacetime itself, and a world-wide effort to directly measure them for the first time with a network of large-scale laser interferometers is currently ongoing and expected to provide positive results within this decade. One potential source of measurable gravitational waves is the inspiral and merger of two compact objects, such as binary black holes. Successfully finding their signature in the noise-dominated data of the detectors crucially relies on accurate predictions of what we are looking for. In this thesis, we present a detailed study of how the most complete waveform templates can be constructed by combining the results from (A) analytical expansions within the post-Newtonian framework and (B) numerical simulations of the full relativistic dynamics. We analyze various strategies to construct complete hybrid waveforms that consist of a post-Newtonian inspiral part matched to numerical-relativity data. We elaborate on exsisting approaches for nonspinning systems by extending the accessible parameter space and introducing an alternative scheme based in the Fourier domain. Our methods can now be readily applied to multiple spherical-harmonic modes and precessing systems. In addition to that, we analyze in detail the accuracy of hybrid waveforms with the goal to quantify how numerous sources of error in the approximation techniques affect the application of such templates in real gravitational-wave searches. This is of major importance for the future construction of improved models, but also for the correct interpretation of gravitational-wave observations that are made utilizing any complete waveform family. In particular, we comprehensively discuss how long the numerical-relativity contribution to the signal has to be in order to make the resulting hybrids accurate enough, and for currently feasible simulation lengths we assess the physics one can potentially do with template-based searches.
N2  - Eine der aufregendsten Vorhersagen aus Einsteins Gravitationstheorie, die bisher noch nicht direkt durch ein Experiment nachgewiesen werden konnten, sind Gravitationswellen. Dies sind winzige Verzerrungen der Raumzeit selbst, und es wird erwartet, dass das aktuelle Netzwerk von groß angelegten Laserinterferometern im kommenden Jahrzehnt die erste direkte Gravitationswellenmessung realisieren kann. Eine potentielle Quelle von messbaren Gravitationswellen ist das Einspiralen und Verschmelzen zweier kompakter Objekte, wie z.B. ein Binärsystem von Schwarzen Löchern. Die erfolgreiche Identifizierung ihrer charakteristischen Signatur im Rausch-dominierten Datenstrom der Detektoren hängt allerdings entscheidend von genauen Vorhersagen ab, was wir eigentlich suchen. In dieser Arbeit wird detailliert untersucht, wie die komplettesten Wellenformenmodelle konstruiert werden können, indem die Ergebnisse von (A) analytischen Entwicklungen im post-Newtonschen Verfahren und (B) numerische Simulationen der voll-relativistischen Bewegungen verknüpft werden. Es werden verschiedene Verfahren zur Erstellung solcher "hybriden Wellenformen", bei denen der post-Newtonsche Teil mit numerischen Daten vervollständigt wird, analysiert. Existierende Strategien für nicht-rotierende Systeme werden vertieft und der beschriebene Parameterraum erweitert. Des Weiteren wird eine Alternative im Fourierraum eingeführt. Die entwickelten Methoden können nun auf multiple sphärisch-harmonische Moden und präzedierende Systeme angewandt werden. Zusätzlich wird die Genauigkeit der hybriden Wellenformen mit dem Ziel analysiert, den Einfluss verschiedener Fehlerquellen in den Näherungstechniken zu quantifizieren und die resultierenden Einschränkungen bei realen Anwendungen abzuschätzen. Dies ist von größter Bedeutung für die zukünftige Entwicklung von verbesserten Modellen, aber auch für die korrekte Interpretation von Gravitationswellenbeobachtungen, die auf Grundlage solcher Familien von Wellenformen gemacht worden sind. Insbesondere wird diskutiert, wie lang der numerische Anteil des Signals sein muss, um die Hybride genau genug konstruieren zu können. Für die aktuell umsetzbaren Simulationslängen wird die Physik eingeschätzt, die mit Hilfe von Modell-basierten Suchen potentiell untersucht werden kann.
KW  - Schwarze Löcher
KW  - Gravitationswellen
KW  - Numerische Relativitätstheorie
KW  - Datenanalyse
KW  - Post-Newton
KW  - black holes
KW  - gravitational waves
KW  - numerical relativity
KW  - data analysis
KW  - post-Newton
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60346
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TY  - THES
A1  - Plodeck, Judith
T1  - Bruce Nauman und Olafur Eliasson : Strategien performativer Installationen
T1  - Bruce Nauman and Olafur Eliasson : strategies of performative installation art
N2  - Die Analyse vergleicht Installationen von Bruce Nauman und Olafur Eliasson ausgehend von der Fragestellung, wie sich die künstlerischen Performativitätsstrategien der 1960er/70er Jahren und die der zeitgenössischen Kunst in ihren Wirkungen und Effekten unterscheiden lassen. Dabei werden die Positionen der beiden Künstler als paradigmatisch für eine Ästhetik des Performativen angesehen. Neben dem Vergleich der Künstler steht die theoretische Auseinandersetzung mit der Diskursfigur der Performativität sowie deren methodischen Anwendbarkeit in der Kunstwissenschaft im Vordergrund. Während sich Installationen der 1960er/70er Jahre besonders durch die psycho-physische Einwirkung auf die Sinneswahrnehmung des Betrachters auszeichnen und durchaus Schockeffekte beim Betrachter hervorrufen, befasst sich die zeitgenössische Kunstpraxis vornehmlich mit visuellen und poetischen Effekten, die eine kontemplative Rezeptionshaltung des Betrachters einfordern. Bruce Nauman war es ein Anliegen, den tradierten Status des Kunstwerks als ein zu Betrachtendes, das sich durch Begriffe wie Form, Ursprung und Originalität fassen ließ, in Frage zu stellen und stattdessen eine reale leibliche Erfahrung für den Betrachter nachvollziehbar werden zu lassen. Künstlern wie Olafur Eliasson geht es in den künstlerischen Produktionen vor allem um die Wahrnehmung der Wahrnehmung sowie der Erzeugung von Präsenzeffekten. Mit dem Aufkommen solcher Verfahren wurde deutlich, dass performative Installationen nach anderen Beschreibungsformen verlangten und, dass diese durch eine Ästhetik des Performativen gefasst werden können. Wie genau vollzieht sich der Wandel von den performativen Strategien der 1960er/70er Jahre zu denen der zeitgenössischen Installationskünstlern? Verläuft dieser vom Schock zur Poesie?
N2  - This analysis compares installations by Bruce Nauman and Olafur Eliasson based on the following question: How can artistic performative strategies of the 1960s/70s and those of contemporary art be differentiated in their impact and effect. As part of the analysis, both artists’ positions are considered as being paradigmatic for an aesthetic of the performative. In addition to the comparison of the artists, we are confronted with the theoretical discussion about the discursive figure of performativity as well as its methodological applicability in the science of art. Installations of the 1960s/70s are mainly characterized by the psychological and physical impact on the viewer’s perception and their ability to evoke shock effects from the viewer. By contrast, contemporary art practice deals predominantly with visual and poetic effects, demanding a contemplative state of reception. It was one of Bruce Nauman’s intentions to question the traditional status of a work of art as an object that needs to be viewed and defined through concepts, such as form, origin and originality. Instead, he intended to allow the viewer to comprehend it as a real and physical experience. Artists such as Olafur Eliasson, on the other hand, aim in their artistic productions at producing effects of presence by perceiving the perception. Through the emergence of such procedures, it has become evident that performative installations require other forms of description and can be understood through an aesthetic of the performative. How exactly did performative strategies of the 1960s/70s change compared to works by contemporary installation artists? Did they in fact evolve from shock to poetry?
KW  - Installationskunst
KW  - Bruce Nauman
KW  - Olafur Eliasson
KW  - performative Ästhetik
KW  - Werkbegriff
KW  - Perfromativität
KW  - installation art
KW  - Bruce Nauman
KW  - Olafur Eliasson
KW  - performativity
KW  - aesthetics of performative
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-40754
SN  - 978-3-86956-032-8
PB  - Universitätsverlag Potsdam
CY  - Potsdam
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TY  - THES
A1  - Grauf, Coronula
T1  - Brutaktivität und Verhalten der Kiwis (Apteryx mantelli) im Zoo Berlin
T1  - Breeding activity and behaviour of kiwis (Apteryx mantelli) at Berlin Zoo
N2  - Der Streifenkiwi (Apteryx mantelli) kommt im Freiland nur auf der Nordinsel Neuseelands vor. Aufgrund des gefährdeten Bestands ist eine sich selbst erhaltene Zoopopulation wichtig. Kenntnisse des Verhaltens helfen, die Ansprüche der Tiere zu verstehen. Zudem können sie darüber Auskunft geben, inwiefern das Wohlbefinden eines Tieres gegeben ist. Durch die Untersuchung der Brutaktivität sollte ein Überblick über den allgemeinen Verlauf der Brut gegeben und Aktivitätsmuster für den Berliner Hahn erarbeitet werden, um den Verlauf zukünftiger Bruten einschätzen und eventuell positiv beeinflussen zu können. Dazu kamen die Untersuchung der täglichen Aktivität einer Henne sowie Beobachtungen des Verhaltens der Tiere. Diese dienten der Bestandsaufnahme der gezeigten Verhaltensweisen und sollten zusammen mit der Aktivität die Grundlage zur Einschätzung bilden, ob die Ansprüche der Kiwis im Zoo Berlin erfüllt werden, und Hinweise zur Verbesserung der Haltung geben. Die Brutaktivität des Hahnes konnte über drei Brutperioden hinweg detailliert dargestellt werden und zeigte, dass nicht nur innerhalb der Art sondern bei einem einzigen Tier unter ähnlichen Bedingungen die Variabilität so groß sein kann, dass sie für Vorhersagen über den Erfolg einer Brut nicht geeignet ist. Im Zusammenhang mit der Aktivität der Henne ließen sich keine Auffälligkeiten erkennen, die auf eine allgemeine Störung der Tiere schließen lassen oder für eine Beeinträchtigung der Brut verantwortlich gemacht werden könnten. Soweit aus den Beobachtungen im Freiland geschlossen werden kann, scheinen die Kiwis im Zoo ein weitgehend natürliches Verhalten zu zeigen. Die Haltungsbedingungen scheinen den Ansprüchen der Tiere zu entsprechen. Es ließen sich nur bedingt Strategien entwickeln, um die Bedingungen für die Brut und damit für die Nachzucht zu verbessern, da sich die Aktivität des Hahnes während der Brut von Jahr zu Jahr als unerwartet variabel erwies. Für ein weiteres Verständnis des Brutverhaltens und eine mögliche Verbesserung der Bedingungen wäre eine Untersuchung zum Einfluss verschiedener Umweltfaktoren auf die Brutaktivität des Hahnes wünschenswert.
N2  - The North Island brown kiwi (Apteryx mantelli) is an endemic inhabitant of New Zealand's North Island. A self-preserving population at the zoos is important because of endangerment in the wild. Knowledge about their behaviour can help to understand the animal's requirements. Additionally it can provide information on the extent to which their well-being is given in captivity. Observing the breeding activity should lead to an overview of the brood's characteristics and the male's activity pattern in order to assess future broods and possibly influence them in a positive way. Additional observations about the female's daily activity and the male's and female's behaviour were conducted. This led to an inventory of their behavioural patterns. Together with the activity data, this provided a basis for assessing the well-being of the kiwis at Berlin Zoo and to optimize the keeping conditions. The male's breeding activity was described in detail for three breeding periods. It was shown that the variability was very high under similar conditions, so predictions about the breeding success were feasible. In conjunction with the female's activity there were no indications implying an overall disturbance negatively influencing the animals or their breeding. As far as it is known from observations in the wild, kiwis at the zoo seem to widely display natural behavioural patterns. The keeping conditions appear to meet the animal's demands. There were only few strategies that could be developed for further optimization of the breeding conditions because of the high variability of the male's activity. For a deeper understanding of the breeding behaviour and possible improvement of the breeding and keeping conditions, additional research about the activity's dependency on environmental factors would be desirable.
KW  - Apteryx
KW  - Zoo
KW  - Aktivität
KW  - Brut
KW  - Verhalten
KW  - Apteryx
KW  - Zoo
KW  - Activity
KW  - Breeding
KW  - Behaviour
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-43709
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TY  - THES
A1  - Baczyński, Krzysztof Konrad
T1  - Buckling instabilities of semiflexible filaments in biological systems
T1  - Knickinstabilitäten semiflexibler Filamente in biologischen Systemen
N2  - In dieser Arbeit werden Knickinstabilitäten von Filamenten in biologischen Systemen untersucht. Das Zytoskelett von Zellen ist aus solchen Filamenten aufgebaut. Sie sind für die mechanische Stabilität der Zelle verantwortlich und spielen eine große Rolle bei intrazellulären Transportprozessen durch molekulare Motoren, die verschiedene Lasten wie beispielsweise Organellen entlang der Filamente des Zytoskeletts transportieren. Filamente sind semiflexible Polymere, deren Biegeenergie ähnlich groß ist wie die thermische Energie, so dass sie auch als elastische Balken auf der Nanoskala gesehen werden können, die signifikante thermische Fluktuationen zeigen. Wie ein makroskopischer elastischer Balken können auch Filamente eine mechanische Knickinstabilität unter Kompression zeigen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird untersucht, wie diese Instabilität durch thermische Fluktuationen der Filamente beeinflusst wird. In Zellen können Kompressionskräfte durch molekulare Motoren erzeugt werden. Das geschieht zum Beispiel während der Zellteilung in der mitotischen Spindel. Im zweiten Teil der Arbeit untersuchen wir, wie die stochastische Natur einer von Motoren generierten Kraft die Knickinstabilität von Filamenten beeinflusst. Zunächst stellen wir kurz das Problem von Knickinstabilitäten auf der makroskopischen Skala dar und führen ein Modell für das Knicken von Filamenten oder elastischen Stäben in zwei Raumdimensionen und in Anwesenheit thermischer Fluktuationen ein. Wir präsentieren eine analytische Lösung für Knickinstabilitäten in Anwesenheit thermischer Fluktuationen, die auf einer Renormierungsgruppenrechnung im Rahmen des nichtlinearen Sigma-Models basiert. Wir integrieren die kurzwelligen Fluktuationen aus, um eine effektive Theorie für die langwelligen Moden zu erhalten, die die Knickinstabilität bestimmen. Wir berechnen die Änderung der kritischen Kraft für die Knickinstabilität und zeigen, dass die thermischen Fluktuationen in zwei Raumdimensionen zu einer Zunahme der kritischen Kraft führen. Außerdem zeigen wir, dass thermische Fluktuationen im geknickten Zustand zu einer Zunahme der mittleren projizierten Länge des Filaments in Richtung der wirkenden Kraft führen. Als Funktion der Konturlänge des Filaments besitzt die mittlere projizierte Länge eine Spitze an der Knickinstabilität, die durch thermische Fluktuationen abgerundet wird. Unser Hauptresultat ist die Beobachtung, dass ein geknicktes Filament unter dem Einfluss thermischer Fluktuationen gestreckt wird, d.h. dass seine mittlere projizierte Länge in Richtung der Kompressionskraft auf Grund der thermischen Fluktuationen zunimmt. Unsere analytischen Resultate werden durch Monte-Carlo Simulationen der Knickinstabilität semiflexibler Filamente in zwei Raumdimensionen bestätigt. Wir führen auch Monte-Carlo Simulationen in höheren Raumdimensionen durch und zeigen, dass die Zunahme der projizierten Länge unter dem Einfluss thermischer Fluktuationen weniger ausgeprägt ist und stark von der Wahl der Randbedingungen abhängt. Im zweiten Teil der Arbeit formulieren wir ein Modell für die Knickinstabilität semiflexibler Filamente unter dem Einfluss molekularer Motoren. Wir untersuchen ein System, in dem sich eine Gruppe von Motoren entlang eines fixierten Filaments bewegt, und dabei ein zweites Filament als Last trägt. Das Last-Filament wird gegen eine Wand gedrückt und knickt. Während des Knickvorgangs können die Motoren, die die Kraft auf das Filament generieren, stochastisch von dem Filament ab- und an das Filament anbinden. Wir formulieren ein stochastisches Model für dieses System und berechnen die “mean first passage time“, d.h. die mittlere Zeit für den Übergang von einem Zustand, in dem alle Motoren gebundenen sind zu einem Zustand, in dem alle Motoren abgebunden sind. Dieser Übergang entspricht auch einem Übergang aus dem gebogenen zurück in einen ungebogenen Zustand des Last-Filaments. Unser Resultat zeigt, dass für genügend kurze Mikrotubuli die Bewegung der Motoren von der durch das Last-Filament generierten Kraft beeinflusst wird. Diese Ergebnisse können in zukünftigen Experimenten überprüft werden.
N2  - We study buckling instabilities of filaments in biological systems. Filaments in a cell are the building blocks of the cytoskeleton. They are responsible for the mechanical stability of cells and play an important role in intracellular transport by molecular motors, which transport cargo such as organelles along cytoskeletal filaments. Filaments of the cytoskeleton are semiflexible polymers, i.e., their bending energy is comparable to the thermal energy such that they can be viewed as elastic rods on the nanometer scale, which exhibit pronounced thermal fluctuations. Like macroscopic elastic rods, filaments can undergo a mechanical buckling instability under a compressive load. In the first part of the thesis, we study how this buckling instability is affected by the pronounced thermal fluctuations of the filaments. In cells, compressive loads on filaments can be generated by molecular motors. This happens, for example, during cell division in the mitotic spindle. In the second part of the thesis, we investigate how the stochastic nature of such motor-generated forces influences the buckling behavior of filaments. In chapter 2 we review briefly the buckling instability problem of rods on the macroscopic scale and introduce an analytical model for buckling of filaments or elastic rods in two spatial dimensions in the presence of thermal fluctuations. We present an analytical treatment of the buckling instability in the presence of thermal fluctuations based on a renormalization-like procedure in terms of the non-linear sigma model where we integrate out short-wavelength fluctuations in order to obtain an effective theory for the mode of the longest wavelength governing the buckling instability. We calculate the resulting shift of the critical force by fluctuation effects and find that, in two spatial dimensions, thermal fluctuations increase this force. Furthermore, in the buckled state, thermal fluctuations lead to an increase in the mean projected length of the filament in the force direction. As a function of the contour length, the mean projected length exhibits a cusp at the buckling instability, which becomes rounded by thermal fluctuations. Our main result is the observation that a buckled filament is stretched by thermal fluctuations, i.e., its mean projected length in the direction of the applied force increases by thermal fluctuations. Our analytical results are confirmed by Monte Carlo simulations for buckling of semiflexible filaments in two spatial dimensions. We also perform Monte Carlo simulations in higher spatial dimensions and show that the increase in projected length by thermal fluctuations is less pronounced than in two dimensions and strongly depends on the choice of the boundary conditions. In the second part of this work, we present a model for buckling of semiflexible filaments under the action of molecular motors. We investigate a system in which a group of motors moves along a clamped filament carrying a second filament as a cargo. The cargo-filament is pushed against the wall and eventually buckles. The force-generating motors can stochastically unbind and rebind to the filament during the buckling process. We formulate a stochastic model of this system and calculate the mean first passage time for the unbinding of all linking motors which corresponds to the transition back to the unbuckled state of the cargo filament in a mean-field model. Our results show that for sufficiently short microtubules the movement of kinesin-I-motors is affected by the load force generated by the cargo filament. Our predictions could be tested in future experiments.
KW  - Polymere
KW  - Filament
KW  - Elastizität
KW  - Knickinstabilität
KW  - molekulare Motoren
KW  - Polymers
KW  - filaments
KW  - elasticity
KW  - buckling
KW  - molecular motors
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-37927
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TY  - THES
A1  - Tinnefeld, Christian
T1  - Building a columnar database on shared main memory-based storage
BT  - database operator placement in a shared main memory-based storage system that supports data access and code execution
N2  - In the field of disk-based parallel database management systems exists a great variety of solutions based on a shared-storage or a shared-nothing architecture. In contrast, main memory-based parallel database management systems are dominated solely by the shared-nothing approach as it preserves the in-memory performance advantage by processing data locally on each server. We argue that this unilateral development is going to cease due to the combination of the following three trends: a) Nowadays network technology features remote direct memory access (RDMA) and narrows the performance gap between accessing main memory inside a server and of a remote server to and even below a single order of magnitude. b) Modern storage systems scale gracefully, are elastic, and provide high-availability. c) A modern storage system such as Stanford's RAMCloud even keeps all data resident in main memory. Exploiting these characteristics in the context of a main-memory parallel database management system is desirable. The advent of RDMA-enabled network technology makes the creation of a parallel main memory DBMS based on a shared-storage approach feasible.

This thesis describes building a columnar database on shared main memory-based storage. The thesis discusses the resulting architecture (Part I), the implications on query processing (Part II), and presents an evaluation of the resulting solution in terms of performance, high-availability, and elasticity (Part III).

In our architecture, we use Stanford's RAMCloud as shared-storage, and the self-designed and developed in-memory AnalyticsDB as relational query processor on top. AnalyticsDB encapsulates data access and operator execution via an interface which allows seamless switching between local and remote main memory, while RAMCloud provides not only storage capacity, but also processing power. Combining both aspects allows pushing-down the execution of database operators into the storage system. We describe how the columnar data processed by AnalyticsDB is mapped to RAMCloud's key-value data model and how the performance advantages of columnar data storage can be preserved.

The combination of fast network technology and the possibility to execute database operators in the storage system opens the discussion for site selection. We construct a system model that allows the estimation of operator execution costs in terms of network transfer, data processed in memory, and wall time. This can be used for database operators that work on one relation at a time - such as a scan or materialize operation - to discuss the site selection problem (data pull vs. operator push). Since a database query translates to the execution of several database operators, it is possible that the optimal site selection varies per operator. For the execution of a database operator that works on two (or more) relations at a time, such as a join, the system model is enriched by additional factors such as the chosen algorithm (e.g. Grace- vs. Distributed Block Nested Loop Join vs. Cyclo-Join), the data partitioning of the respective relations, and their overlapping as well as the allowed resource allocation.

We present an evaluation on a cluster with 60 nodes where all nodes are connected via RDMA-enabled network equipment. We show that query processing performance is about 2.4x slower if everything is done via the data pull operator execution strategy (i.e. RAMCloud is being used only for data access) and about 27% slower if operator execution is also supported inside RAMCloud (in comparison to operating only on main memory inside a server without any network communication at all). The fast-crash recovery feature of RAMCloud can be leveraged to provide high-availability, e.g. a server crash during query execution only delays the query response for about one second. Our solution is elastic in a way that it can adapt to changing workloads a) within seconds, b) without interruption of the ongoing query processing, and c) without manual intervention.
N2  - Diese Arbeit beschreibt die Erstellung einer spalten-orientierten Datenbank auf einem geteilten, Hauptspeicher-basierenden Speichersystem. Motiviert wird diese Arbeit durch drei Faktoren. Erstens ist moderne Netzwerktechnologie mit “Remote Direct Memory Access” (RDMA) ausgestattet. Dies reduziert den Unterschied hinsichtlich Latenz und Durchsatz zwischen dem Speicherzugriff innerhalb eines Rechners und auf einen entfernten Rechner auf eine Größenordnung. Zweitens skalieren moderne Speichersysteme, sind elastisch und hochverfügbar. Drittens hält ein modernes Speichersystem wie Stanford's RAMCloud alle Daten im Hauptspeicher vor. Diese Eigenschaften im Kontext einer spalten-orientierten Datenbank zu nutzen ist erstrebenswert. Die Arbeit ist in drei Teile untergliedert. Der erste Teile beschreibt die Architektur einer spalten-orientierten Datenbank auf einem geteilten, Hauptspeicher-basierenden Speichersystem. Hierbei werden die im Rahmen dieser Arbeit entworfene und entwickelte Datenbank AnalyticsDB sowie Stanford's RAMCloud verwendet. Die Architektur beschreibt wie Datenzugriff und Operatorausführung gekapselt werden um nahtlos zwischen lokalem und entfernten Hauptspeicher wechseln zu können. Weiterhin wird die Ablage der nach einem relationalen Schema formatierten Daten von AnalyticsDB in RAMCloud behandelt, welches mit einem Schlüssel-Wertpaar Datenmodell operiert. Der zweite Teil fokussiert auf die Implikationen bei der Abarbeitung von Datenbankanfragen. Hier steht die Diskussion im Vordergrund wo (entweder in AnalyticsDB oder in RAMCloud) und mit welcher Parametrisierung einzelne Datenbankoperationen ausgeführt werden. Dafür werden passende Kostenmodelle vorgestellt, welche die Abbildung von Datenbankoperationen ermöglichen, die auf einer oder mehreren Relationen arbeiten. Der dritte Teil der Arbeit präsentiert eine Evaluierung auf einem Verbund von 60 Rechnern hinsichtlich der Leistungsfähigkeit, der Hochverfügbarkeit und der Elastizität vom System.
T2  - Die Erstellung einer spaltenorientierten Datenbank auf einem verteilten, Hauptspeicher-basierenden Speichersystem
KW  - computer science
KW  - database technology
KW  - main memory computing
KW  - cloud computing
KW  - verteilte Datenbanken
KW  - Hauptspeicher Technologie
KW  - virtualisierte IT-Infrastruktur
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-72063
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TY  - THES
A1  - Steinert, Bastian
T1  - Built-in recovery support for explorative programming
T1  - Eingebaute Unterstützung für Wiederherstellungsbedürfnisse für unstrukturierte ergebnisoffene Programmieraufgaben
BT  - preserving immediate access to static and dynamic information of intermediate development states
BT  - Erhaltung des unmittelbaren Zugriffs auf statische und dynamische Informationen von Entwicklungszwischenständen
N2  - This work introduces concepts and corresponding tool support to enable a complementary approach in dealing with recovery. Programmers need to recover a development state, or a part thereof, when previously made changes reveal undesired implications. However, when the need arises suddenly and unexpectedly, recovery often involves expensive and tedious work. To avoid tedious work, literature recommends keeping away from unexpected recovery demands by following a structured and disciplined approach, which consists of the application of various best practices including working only on one thing at a time, performing small steps, as well as making proper use of versioning and testing tools. However, the attempt to avoid unexpected recovery is both time-consuming and error-prone. On the one hand, it requires disproportionate effort to minimize the risk of unexpected situations. On the other hand, applying recommended practices selectively, which saves time, can hardly avoid recovery. In addition, the constant need for foresight and self-control has unfavorable implications. It is exhaustive and impedes creative problem solving. This work proposes to make recovery fast and easy and introduces corresponding support called CoExist. Such dedicated support turns situations of unanticipated recovery from tedious experiences into pleasant ones. It makes recovery fast and easy to accomplish, even if explicit commits are unavailable or tests have been ignored for some time. When mistakes and unexpected insights are no longer associated with tedious corrective actions, programmers are encouraged to change source code as a means to reason about it, as opposed to making changes only after structuring and evaluating them mentally. This work further reports on an implementation of the proposed tool support in the Squeak/Smalltalk development environment. The development of the tools has been accompanied by regular performance and usability tests. In addition, this work investigates whether the proposed tools affect programmers’ performance. In a controlled lab study, 22 participants improved the design of two different applications. Using a repeated measurement setup, the study examined the effect of providing CoExist on programming performance. The result of analyzing 88 hours of programming suggests that built-in recovery support as provided with CoExist positively has a positive effect on programming performance in explorative programming tasks.
N2  - Diese Arbeit präsentiert Konzepte und die zugehörige Werkzeugunterstützung um einen komplementären Umgang mit Wiederherstellungsbedürfnissen zu ermöglichen. Programmierer haben Bedarf zur Wiederherstellung eines früheren Entwicklungszustandes oder Teils davon, wenn ihre Änderungen ungewünschte Implikationen aufzeigen. Wenn dieser Bedarf plötzlich und unerwartet auftritt, dann ist die notwendige Wiederherstellungsarbeit häufig mühsam und aufwendig. Zur Vermeidung mühsamer Arbeit empfiehlt die Literatur die Vermeidung von unerwarteten Wiederherstellungsbedürfnissen durch einen strukturierten und disziplinierten Programmieransatz, welcher die Verwendung verschiedener bewährter Praktiken vorsieht. Diese Praktiken sind zum Beispiel: nur an einer Sache gleichzeitig zu arbeiten, immer nur kleine Schritte auszuführen, aber auch der sachgemäße Einsatz von Versionskontroll- und Testwerkzeugen. Jedoch ist der Versuch des Abwendens unerwarteter Wiederherstellungsbedürfnisse sowohl zeitintensiv als auch fehleranfällig. Einerseits erfordert es unverhältnismäßig hohen Aufwand, das Risiko des Eintretens unerwarteter Situationen auf ein Minimum zu reduzieren. Andererseits ist eine zeitsparende selektive Ausführung der empfohlenen Praktiken kaum hinreichend, um Wiederherstellungssituationen zu vermeiden. Zudem bringt die ständige Notwendigkeit an Voraussicht und Selbstkontrolle Nachteile mit sich. Dies ist ermüdend und erschwert das kreative Problemlösen. Diese Arbeit schlägt vor, Wiederherstellungsaufgaben zu vereinfachen und beschleunigen, und stellt entsprechende Werkzeugunterstützung namens CoExist vor. Solche zielgerichtete Werkzeugunterstützung macht aus unvorhergesehenen mühsamen Wiederherstellungssituationen eine konstruktive Erfahrung. Damit ist Wiederherstellung auch dann leicht und schnell durchzuführen, wenn explizit gespeicherte Zwischenstände fehlen oder die Tests für einige Zeit ignoriert wurden. Wenn Fehler und unerwartete Ein- sichten nicht länger mit mühsamen Schadensersatz verbunden sind, fühlen sich Programmierer eher dazu ermutig, Quelltext zu ändern, um dabei darüber zu reflektieren, und nehmen nicht erst dann Änderungen vor, wenn sie diese gedanklich strukturiert und evaluiert haben. Diese Arbeit berichtet weiterhin von einer Implementierung der vorgeschlagenen Werkzeugunterstützung in der Squeak/Smalltalk Entwicklungsumgebung. Regelmäßige Tests von Laufzeitverhalten und Benutzbarkeit begleiteten die Entwicklung. Zudem prüft die Arbeit, ob sich die Verwendung der vorgeschlagenen Werkzeuge auf die Leistung der Programmierer auswirkt. In einem kontrollierten Experiment, verbesserten 22 Teilnehmer den Aufbau von zwei verschiedenen Anwendungen. Unter der Verwendung einer Versuchsanordnung mit wiederholter Messung, ermittelte die Studie die Auswirkung von CoExist auf die Programmierleistung. Das Ergebnis der Analyse von 88 Programmierstunden deutet darauf hin, dass sich eingebaute Werkzeugunterstützung für Wiederherstellung, wie sie mit CoExist bereitgestellt wird, positiv bei der Bearbeitung von unstrukturierten ergebnisoffenen Programmieraufgaben auswirkt.
KW  - Softwaretechnik
KW  - Entwicklungswerkzeuge
KW  - Versionierung
KW  - Testen
KW  - software engineering
KW  - development tools
KW  - versioning
KW  - testing
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71305
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TY  - THES
A1  - Zheng, Chunming
T1  - Bursting and synchronization in noisy oscillatory systems
T1  - Bursting und Synchronisation in verrauschten, oszillierenden Systemen
N2  - Noise is ubiquitous in nature and usually results in rich dynamics in stochastic systems such as oscillatory systems, which exist in such various fields as physics, biology and complex networks. The correlation and synchronization of two or many oscillators are widely studied topics in recent years.

In this thesis, we mainly investigate two problems, i.e., the stochastic bursting phenomenon in noisy excitable systems and synchronization in a three-dimensional Kuramoto model with noise. Stochastic bursting here refers to a sequence of coherent spike train, where each spike has random number of followers due to the combined effects of both time delay and noise. Synchronization, as a universal phenomenon in nonlinear dynamical systems, is well illustrated in the Kuramoto model, a prominent model in the description of collective motion.

In the first part of this thesis, an idealized point process, valid if the characteristic timescales in the problem are well separated, is used to describe statistical properties such as the power spectral density and the interspike interval distribution. We show how the main parameters of the point process, the spontaneous excitation rate, and the probability to induce a spike during the delay action can be calculated from the solutions of a stationary and a forced Fokker-Planck equation. We extend it to the delay-coupled case and derive analytically the statistics of the spikes in each neuron, the pairwise correlations between any two neurons, and the spectrum of the total output from the network.

In the second part, we investigate the three-dimensional noisy Kuramoto model, which can be used to describe the synchronization in a swarming model with helical trajectory. In the case without natural frequency, the Kuramoto model can be connected with the Vicsek model, which is widely studied in collective motion and swarming of active matter. We analyze the linear stability of the incoherent state and derive the critical coupling strength above which the incoherent state loses stability. In the limit of no natural frequency, an exact self-consistent equation of the mean field is derived and extended straightforward to any high-dimensional case.
N2  - Rauschen ist in der Natur allgegenwärtig und führt zu einer reichen Dynamik in stochastischen Systemen von gekoppelten Oszillatoren, die in so unterschiedlichen Bereichen wie Physik, Biologie und in komplexen Netzwerken existieren. Korrelation und Synchronisation von zwei oder vielen Oszillatoren ist in den letzten Jahren ein aktives Forschungsfeld. 

In dieser Arbeit untersuchen wir hauptsächlich zwei Probleme, d.h. das stochastische Burst-Phänomen in verrauschten anregbaren Systemen und die Synchronisation in einem dreidimensionalen Kuramoto-Modell mit Rauschen. Stochastisches Bursting bezieht sich hier auf eine Folge von kohärenten Spike-Zügen, bei denen jeder Spike aufgrund der kombinierten Effekte von Zeitverzögerung und Rauschen eine zufällige Anzahl von Folge Spikes aufweist. Die Synchronisation als universelles Phänomen in nichtlinearen dynamischen Systemen kann anhand des Kuramoto-Modells, einem grundlegenden Modell bei der gekoppelter Oszillatoren und kollektiver Bewegung, gut demonstriert und analysiert werden.

Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein idealisierter Punktprozess betrachtet, der gültig ist, wenn die charakteristischen Zeitskalen im Problem gut voneinander getrennt sind,um statistische Eigenschaften wie die spektrale Leistungsdichte und die Intervallverteilung zwischen Neuronen Impulsen zu beschreiben. Wir zeigen, wie die Hauptparameter des Punktprozesses, die spontane Anregungsrate und die Wahrscheinlichkeit, während der Verzögerungsaktion einen Impuls zu induzieren, aus den Lösungen einer stationären und einer getriebenen Fokker-Planck-Gleichung berechnet werden können. Wir erweitern dieses Ergebnis auf den verzögerungsgekoppelten Fall und leiten analytisch
die Statistiken der Impulse in jedem Neuron, die paarweisen Korrelationen zwischen zwei beliebigen Neuronen und das Spektrum der Zeitreihe alle Impulse aus dem Netzwerk ab.

Im zweiten Teil untersuchen wir das dreidimensionale verrauschte Kuramoto-Modell, mit dem die Synchronisation eines Schwarmmodells mit schraubenförmigen Flugbahnen beschrieben werden kann. Im Fall ohne Eigenfrequenz jedes Teilchensist das System äquivalent zum Vicsek Modell, welches in der Beschreibung der kollektiven Bewegung von Schwärmen und aktiver Materie eine breite Anwendung findet. Wir analysieren die lineare Stabilität des inkohärenten Zustands und leiten die kritische Kopplungsstärke ab, oberhalb derer der inkohärente Zustand an Stabilität verliert. Im Fall ohne Eigenfrequenz wird eine exakte selbstkonsistente Gleichung für das mittlere Feld abgeleitet und direkt für höherdimensionale Bewegungen verallgemeinert.
KW  - Synchronization
KW  - Kuramoto model
KW  - Oscillation
KW  - stochastic bursting
KW  - Synchronisation
KW  - Kuramoto-Modell
KW  - Oszillatoren
KW  - Stochastisches Bursting
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-500199
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TY  - THES
A1  - Eid-Sabbagh, Rami-Habib
T1  - Business process architectures
BT  - concepts, formalism, and analysis
N2  - Business Process Management has become an integral part of modern organizations in the private and public sector for improving their operations. In the course of Business Process Management efforts, companies and organizations assemble large process model repositories with many hundreds and thousands of business process models bearing a large amount of information. With the advent of large business process model collections, new challenges arise as structuring and managing a large amount of process models, their maintenance, and their quality assurance.
This is covered by business process architectures that have been introduced for organizing and structuring business process model collections. A variety of business process architecture approaches have been proposed that align business processes along aspects of interest, e. g., goals, functions, or objects. They provide a high level categorization of single processes ignoring their interdependencies, thus hiding valuable information. The production of goods or the delivery of services are often realized by a complex system of interdependent business processes. Hence, taking a holistic view at business processes interdependencies becomes a major necessity to organize, analyze, and assess the impact of their re-/design. Visualizing business processes interdependencies reveals hidden and implicit information from a process model collection.
In this thesis, we present a novel Business Process Architecture approach for representing and analyzing business process interdependencies on an abstract level. We propose a formal definition of our Business Process Architecture approach, design correctness criteria, and develop analysis techniques for assessing their quality. We describe a methodology for applying our Business Process Architecture approach top-down and bottom-up. This includes techniques for Business Process Architecture extraction from, and decomposition to process models while considering consistency issues between business process architecture and process model level. Using our extraction algorithm, we present a novel technique to identify and visualize data interdependencies in Business Process Data Architectures. Our Business Process Architecture approach provides business process experts,managers, and other users of a process model collection with an overview that allows reasoning about a large set of process models,
understanding, and analyzing their interdependencies in a facilitated way. In this regard we evaluated our Business Process Architecture approach in an experiment and provide implementations of selected techniques.
N2  - Geschäftsprozessmanagement nimmt heutzutage eine zentrale Rolle zur Verbesserung von Geschäftsabläufen in Organisationen des öffentlichen und privaten Sektors ein. Im Laufe von Geschäftsprozessmanagementprojekten
entstehen große Prozessmodellsammlungen mit hunderten und tausenden Prozessmodellen, die vielfältige Informationen enthalten. Mit der Entstehung großer Prozessmodellsammlungen, entstehen neue Herausforderungen. Diese beinhalten die Strukturierung und Organisation vieler Prozessmodelle, ihre Pflege und Aktualisierung, sowie ihre Qualitätssicherung.
Mit diesen Herausforderungen befassen sich Geschäftsprozessarchitekturen. Viele der aktuellen Geschäftsprozessarchitekturen ordnen
Geschäftsprozesse nach bestimmen Aspekten von Interesse, zum
Beispiel, nach Zielen, Funktionen, oder Geschäftsobjekten. Diese Herangehensweisen bieten eine sehr abstrakte Kategorisierung von einzelnen Geschäftsprozessen, wobei sie wichtige Abhängigkeiten zwischen Prozessen ignorieren und so wertvolle Informationen verbergen.
Die Produktion von Waren und das Anbieten von Dienstleistungen bilden ein komplexes System untereinander abhängiger Geschäftsprozesse. Diesbezüglich ist es unabdingbar eine ganzheitliche Sicht auf Geschäftsprozesse und ihre Abhängigkeiten zu schaffen, um die Geschäftsprozesse zu organisieren, zu analysieren und zu optimieren. Die Darstellung von Geschäftsprozessabhängigkeiten zeigt
versteckte und implizite Informationen auf, die bisher in Geschäftsprozesssammlungen
verborgen blieben.
In dieser Arbeit stellen wir eine Geschäftsprozessarchitekturmethodik
vor, die es erlaubt Geschäftsprozessabhänigigkeiten auf einer abstrakten Ebene darzustellen und zu analysieren. Wir führen eine formale Definition unserer Geschäftsprozessarchitektur und entsprechende
Korrektheitskriterien ein. Darauf aufbauend stellen wir Analysetechniken
für unsere Geschäftsprozessarchitektur vor. In einem
Anwendungsrahmenwerk eläutern wir die top-down und bottomup
Anwendung unserer Geschäftsprozessarchitekturmethodik. Dies
beinhaltet die Beschreibung von Algorithmen zur Extraktion von Geschäftsprozessarchitekturen
und zur Generierung von Prozessmodellen
aus Geschäftsprozessarchitekturen, die die Konsistenz zwischen den Elementen auf Prozessmodellebene und Geschäftsprozessarchitekturebene
gewährleisten. Aufbauend auf dem Extraktionsalgorithmus,
stellen wir eine neue Technik zur Identifizierung, Extraktion, und Visualisierung von versteckten Datenabhängigkeiten zwischen Prozessmodellen in Geschäftsprozessdatenarchitekturen vor.
Unsere Arbeit stellt Geschäftsprozessexperten, Manager, und Nutzern einer Geschäftsprozessmodellsammlung eine Methodik zur Verfügung, die es ihnen ermöglicht und vereinfacht, eine Übersicht über Prozesse und ihren Abhängigkeiten zu erstellen, diese zu verstehen und zu analysieren. Diesbezüglich haben wir unsere Geschäftsprozessarchitekturmethodik in einem empirischen Experiment auf ihre Anwendbarkeit und Effektivität untersucht und zur weiteren Evaluierung ausgewählte Algorithmen implementiert.
KW  - business process architecture
KW  - bpm
KW  - formalism
KW  - analysis
KW  - abstraction
KW  - Prozessarchitektur
KW  - Geschäftsprozessmanagement
KW  - Analyse
KW  - Abstraktion
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-79719
ER  - 
TY  - THES
A1  - Smirnov, Sergey
T1  - Business process model abstraction
T1  - Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen
N2  - Business process models are used within a range of organizational initiatives, where every stakeholder has a unique perspective on a process and demands the respective model. As a consequence, multiple process models capturing the very same business process coexist. Keeping such models in sync is a challenge within an ever changing business environment: once a process is changed, all its models have to be updated. Due to a large number of models and their complex relations, model maintenance becomes error-prone and expensive. Against this background, business process model abstraction emerged as an operation reducing the number of stored process models and facilitating model management. Business process model abstraction is an operation preserving essential process properties and leaving out insignificant details in order to retain information relevant for a particular purpose. Process model abstraction has been addressed by several researchers. The focus of their studies has been on particular use cases and model transformations supporting these use cases. This thesis systematically approaches the problem of business process model abstraction shaping the outcome into a framework. We investigate the current industry demand in abstraction summarizing it in a catalog of business process model abstraction use cases. The thesis focuses on one prominent use case where the user demands a model with coarse-grained activities and overall process ordering constraints. We develop model transformations that support this use case starting with the transformations based on process model structure analysis. Further, abstraction methods considering the semantics of process model elements are investigated. First, we suggest how semantically related activities can be discovered in process models-a barely researched challenge. The thesis validates the designed abstraction methods against sets of industrial process models and discusses the method implementation aspects. Second, we develop a novel model transformation, which combined with the related activity discovery allows flexible non-hierarchical abstraction. In this way this thesis advocates novel model transformations that facilitate business process model management and provides the foundations for innovative tool support.
N2  - Geschäftsprozessmodelle werden in einer Fülle organisatorischer Initiativen eingesetzt, wobei verschiedene Stakeholder individuelle Ansprüche an die Sicht auf den jeweiligen Prozess haben. Dies führt dazu, dass zu einem Geschäftsprozess eine Vielzahl unterschiedlicher Modelle existiert. In einer sich ständig verändernden Geschäftsumgebung ist es daher schwierig, diese Vielzahl von Modellen konsistent zu halten: Ändert sich sich ein Prozess, müssen alle Modelle, die ihn beschreiben, aktualisiert werden. Aufgrund der schieren Menge an Prozessmodellen und ihrer komplexen Beziehungen zueinander, erhöhen sich Aufwand und Kosten zur Pflege aller Modelle enorm. Vor diesem Hintergrund ermöglicht die Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen, die Menge der Modelle zu reduzieren und damit ihre Verwaltung zu vereinfachen. Abstraktion von Geschäftsprozessmodellen bezeichnet eine Transformation eines Prozessmodells, so dass es für einen bestimmten Zweck besonders geeignet ist. Bei der Abstraktion von Geschäftsprozessen bleiben essentielle Eigenschaften eines Modells erhalten, während irrelevante Eigenschaften verworfen werden. Mehrere Studien stellen Prozessmodellabstraktion in den Fokus und konzentrieren sich auf konkrete Anwendungsfälle, für die sie geeignete Transformationen entwickelt haben. Diese Dissertation untersucht das Problem der Prozessmodellabstraktion und systematisiert die Lösung in einem Framework. Aktuelle Anforderungen der Industrie an die Abstraktion von Prozessmodellen wurden recherchiert und in einem Katalog von Anwendungsfällen zusammengefasst, von denen ein besonderer für die weiteren Untersuchungen ausgewählt wurde. In diesem Fall erwartet der Nutzer ein Modell niedrigeren Detailgrades, in welchem die Kontrollflussbeziehungen des Ursprungsmodells erhalten bleiben. Beginnend bei Modelltransformationen, die auf der Analyse der Prozessmodellstruktur aufbauen, entwickeln wir neuartige Abstraktionsoperationen zur Unterstützung dieses Anwendungsfalles. Darüber hinaus untersuchen wir Abstraktionsmethoden, welche die Semantik von Prozessmodellelementen berücksichtigen. Zum einen zeigen wir, wie Aktivitäten ermittelt werden können, die miteinander in semantischer Beziehung stehen - ein Problem, das bisher nur unzureichend betrachtet wurde. Die vorgeschlagenen Methoden werden mithilfe industrieller Prozessmodellsammlungen validiert und deren Umsetzung diskutiert. Zum anderen schlagen wir eine innovative Modelltransformation zur nicht-hierarchischen Abstraktion von Prozessmodellen vor. Dieser liegt die Ermittlung in Beziehung stehender Aktivitäten zugrunde. Demzufolge präsentiert diese Arbeit eine originäre Methode zur Prozessmodellabstraktion, die die Verwaltung von Geschäftsprozessmodellen vereinfacht und den Grundstein für innovative Softwarewerkzeuge legt.
KW  - Abstraktion
KW  - Prozess
KW  - Modell
KW  - Transformation
KW  - Komplexität
KW  - abstraction
KW  - process
KW  - model
KW  - transformation
KW  - complexity
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-60258
ER  - 
TY  - THES
A1  - Loersch, Christian
T1  - Business start-ups and the effect of coaching programs
N2  - Entrepreneurship is known to be a main driver of economic growth. Hence, governments have an interest in supporting and promoting entrepreneurial activities. Start-up subsidies, which have been analyzed extensively, only aim at mitigating the lack of financial capital. However, some entrepreneurs also lack in human, social, and managerial capital. One way to address these shortcomings is by subsidizing coaching programs for entrepreneurs. However, theoretical and empirical evidence about business coaching and programs subsidizing coaching is scarce. This dissertation gives an extensive overview of coaching and is the first empirical study for Germany analyzing the effects of coaching programs on its participants. In the theoretical part of the dissertation the process of a business start-up is described and it is discussed how and in which stage of the company’s evolvement coaching can influence entrepreneurial success. The concept of coaching is compared to other non-monetary types of support as training, mentoring, consulting, and counseling. Furthermore, national and international support programs are described. Most programs have either no or small positive effects. However, there is little quantitative evidence in the international literature. In the empirical part of the dissertation the effectiveness of coaching is shown by evaluating two German coaching programs, which support entrepreneurs via publicly subsidized coaching sessions. One of the programs aims at entrepreneurs who have been employed before becoming self-employed, whereas the other program is targeted at former unemployed entrepreneurs. The analysis is based on the evaluation of a quantitative and a qualitative dataset. The qualitative data are gathered by intensive one-on-one interviews with coaches and entrepreneurs. These data give a detailed insight about the coaching topics, duration, process, effectiveness, and the thoughts of coaches and entrepreneurs. The quantitative data include information about 2,936 German-based entrepreneurs. Using propensity score matching, the success of participants of the two coaching programs is compared with adequate groups of non-participants. In contrast to many other studies also personality traits are observed and controlled for in the matching process. The results show that only the program for former unemployed entrepreneurs has small positive effects. Participants have a larger survival probability in self-employment and a larger probability to hire employees than matched non-participants. In contrast, the program for former employed individuals has negative effects. Compared to individuals who did not participate in the coaching program, participants have a lower probability to stay in self-employment, lower earned net income, lower number of employees and lower life satisfaction. There are several reasons for these differing results of the two programs. First, former unemployed individuals have more basic coaching needs than former employed individuals. Coaches can satisfy these basic coaching needs, whereas former employed individuals have more complex business problems, which are not very easy to be solved by a coaching intervention. Second, the analysis reveals that former employed individuals are very successful in general. It is easier to increase the success of former unemployed individuals as they have a lower base level of success than former employed individuals. An effect heterogeneity analysis shows that coaching effectiveness differs by region. Coaching for previously unemployed entrepreneurs is especially useful in regions with bad labor market conditions. In summary, in line with previous literature, it is found that coaching has little effects on the success of entrepreneurs. The previous employment status, the characteristics of the entrepreneur and the regional labor market conditions play a crucial role in the effectiveness of coaching. In conclusion, coaching needs to be well tailored to the individual and applied thoroughly. Therefore, governments should design and provide coaching programs only after due consideration.
N2  - Da Unternehmensgründungen für gesamtwirtschaftliches Wachstum wichtig sind, bieten Regierungen verschiedene Fördermöglichkeiten für junge Unternehmen an. Während die Auswirkungen finanzieller Förderprogramme für Gründer schon häufig untersucht wurden, gibt es kaum Studien zu der Wirkungsweise von Coachingprogrammen. Eine Förderung von Coachingmaßnahmen kann sinnvoll sein, da es Gründern meist nicht nur an finanziellen Mitteln, sondern auch an Problemlösungskompetenz mangelt. Diese Dissertation ist die erste Forschungsarbeit, die einen umfassenden Überblick über das Thema Coaching gibt und erste empirische Ergebnisse für Deutschland liefert. Im theoretischen Teil der Arbeit werden die verschiedenen Phasen eines Unternehmens beschrieben und erläutert in welcher dieser Phasen Coaching am sinnvollsten ist. Außerdem wird das Konzept des Coachings mit anderen Methoden wie Training, Mentoring, Consulting und Counseling verglichen. Ein Überblick von nationalen und internationalen Förderprogrammen zeigt, dass die meisten Programme keine oder nur geringe positive Auswirkungen haben. Insgesamt gibt es jedoch nur sehr wenige quantitative Studien in diesem Bereich. Im empirischen Teil werden zwei deutsche Coachingprogramme evaluiert. Eines der Programme ist auf Gründer ausgerichtet, die unmittelbar vor ihrer Gründung einer abhängigen Beschäftigung nachgegangen sind, während das andere Programm vormals arbeitslose Gründer adressiert. Die empirische Analyse verwendet sowohl qualitative als auch quantitative Daten. Die qualitativen Daten wurden durch persönliche Interviews mit Coaches und Gründern erhoben. Anhand dieser Daten wird ein sehr detailliertes Bild der Coachingprozesse gezeichnet. Die quantitativen Daten wurden durch 2.936 Telefoninterviews mit in Deutschland tätigen Gründern generiert. Anhand eines „Propensity Score Matching“ Ansatzes wird der Erfolg von Programmteilnehmern und Nichtteilnehmern verglichen. Bei dieser Analyse werden auch Merkmale - insbesondere Persönlichkeitseigenschaften - berücksichtigt, die in vielen anderen Studien nicht beobachtet werden können. Es wird gezeigt, dass lediglich das Programm für vormals arbeitslose Gründer leicht positive Effekte aufweist. Gründer, die an diesem Coachingprogramm teilgenommen haben, haben eine höhere Wahrscheinlichkeit selbstständig zu bleiben und Mitarbeiter einzustellen als Gründer, die nicht an dem Coachingprogramm teilgenommen haben. Das Programm für vormals abhängig beschäftigte Gründer hingegen hat negative Effekte. Verglichen mit Gründern, die nicht an dem Programm teilgenommen haben, haben Coachingteilnehmer eine geringere Wahrscheinlichkeit selbstständig zu bleiben, ein geringeres Nettoerwerbseinkommen, weniger Mitarbeiter und sind nicht so zufrieden mit ihrem Leben. Für diese sehr unterschiedlichen Ergebnisse der beiden Programme gibt es mehrere Gründe. Grundsätzlich haben vormals arbeitslose Gründer einfachere Coachingbedarfe als vormals beschäftigte Gründer. Diese einfacheren Probleme in der Anfangsphase der Unternehmung sind durch ein Coaching zu lösen, wohingegen die ohnehin recht erfolgreichen Entrepreneure, die vorher nicht arbeitslos waren, komplexere Coachingbedarfe haben. Angesichts dieser schwieriger zu lösenden unternehmerischen Probleme von vormals beschäftigten Programmteilnehmern und des höheren ursprünglichen Erfolgslevels hat das Programm für vormals arbeitslose Gründer bessere Auswirkungen als das Programm für vormals beschäftigte Gründer. Nur vormals arbeitslose Gründer können ihre – noch geringer ausgeprägten – unternehmerischen Fähigkeiten durch die Teilnahme am Coaching verbessern, so dass hier leicht positive Programmeffekte entstehen. Die ausführliche Effektheterogenitätsanalyse zeigt, dass Coaching für vormals arbeitslose Gründer insbesondere in Regionen mit schlechter Arbeitsmarktlage sinnvoll ist. Zusammenfassend zeigt die Dissertation, dass Coaching nur geringe Auswirkungen auf den Erfolg von Gründern hat. Die Wirksamkeit hängt insbesondere von dem vorigen Beschäftigungsstatus, den persönlichen Eigenschaften des Gründers und der regionalen Arbeitsmarktlage ab. Die Dissertation zeigt somit, dass Coaching zur Unterstützung Selbstständiger nur seine Wirkung entfaltet, wenn es sehr gezielt eingesetzt wird. Staatliche Programme in diesem Bereich sollten deshalb vor Einführung ausführlich diskutiert werden, so dass ein Programmdesign entsteht, welches seine Wirkung nicht verfehlt.
T2  - Unternehmensgründungen und der Effekt von Coachingprogrammen
KW  - coaching
KW  - business start‐up
KW  - self-­employed
KW  - entrepreneur
KW  - program effect
KW  - propensity score matching
KW  - labor market policy
KW  - policy evaluation
KW  - impact analysis
KW  - subsidy
KW  - Coaching
KW  - Unternehmensgründung
KW  - Selbstständige
KW  - Entrepreneur
KW  - Programmeffekt
KW  - Propensity Score Matching
KW  - Arbeitsmarktpolitik
KW  - Politik Evaluation
KW  - Wirkungsanalyse
KW  - Subvention
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-72605
ER  - 
TY  - THES
A1  - Otte, Fabian
T1  - C-Arylglykoside und Chalkone
T1  - Aryl C-glycosides and chalcones
BT  - neue Wege zu heterozyklischen Wirkstoffen durch Ru- und Pd-katalysierte Reaktionen
BT  - new pathways to heterocyclic drugs by Ru- and Pd-catalyzed reactions
N2  - Im bis heute andauernden Zeitalter der wissenschaftlichen Medizin, konnte ein breites Spektrum von Wirkstoffen zur Behandlung  diverser Krankheiten zusammengetragen werden. Dennoch hat es sich die organische Synthesechemie zur Aufgabe gemacht, dieses Spektrum auf neuen oder bekannten Wegen und aus verschiedenen Gründen zu erweitern. Zum einen ist das Vorkommen bestimmter Verbindungen in der Natur häufig limitiert, sodass synthetische Methoden immer öfter an Stelle eines weniger nachhaltigen Abbaus treten. Zum anderen kann durch Derivatisierung und Wirkstoffanpassung die physiologische Wirkung oder die Bioverfügbarkeit eines Wirkstoffes erhöht werden. In dieser Arbeit konnten einige Vertreter der bekannten Wirkstoffklassen C-Arylglykoside und Chalkone durch den Schlüsselschritt der Palladium-katalysierten MATSUDA-HECK-Reaktion synthetisiert werden. 
Dazu wurden im Fall der C-Arylglykoside zunächst ungesättigte Kohlenhydrate (Glykale) über eine Ruthenium-katalysierte Zyklisierungsreaktion dargestellt. Diese wurden im Anschluss mit unterschiedlich substituierten Diazoniumsalzen in der oben erwähnten Palladium-katalysierten Kupplungsreaktion zur Reaktion gebracht. Bei der Auswertung der analytischen Daten konnte festgestellt werden, dass stets die trans-Diastereomere gebildet wurden. Im Anschluss konnte gezeigt werden, dass die Doppelbindungen dieser Verbindungen durch Hydrierung, Dihydroxylierung oder Epoxidierung funktionalisiert werden können. Auf diesem Wege konnte u. a. eine dem Diabetesmedikament Dapagliflozin ähnliche Verbindung hergestellt werden. 
Im zweiten Teil der Arbeit wurden Arylallylchromanone durch die MATSUDA-HECK-Reaktion von verschiedenen 8-Allylchromanonen mit Diazoniumsalzen dargestellt. Dabei konnte beobachtet werden, dass eine MOM-Schutzgruppe in 7-Position der Moleküle die Darstellung von Produktgemischen unterdrückt und jeweils nur eine der möglichen Verbindungen gebildet wird. Die Lage der Doppelbindung konnte mittels 2D-NMR-Untersuchungen lokalisiert werden. In Kooperation mit der theoretischen Chemie sollte durch Berechnungen untersucht werden, wie die beobachteten Verbindungen entstehen. Durch eine auftretende Wechselwirkung innerhalb des Moleküls konnte allerdings keine explizite Aussage getroffen werden. 
Im Anschluss sollten die erhaltenen Verbindungen in einer allylischen Oxidation zu Chalkonen umgesetzt werden. Die Ruthenium-katalysierten Methoden zeigten u. a. keine Eignung. Es konnte allerdings eine metallfreie, Mikrowellen-unterstützte Methode erfolgreich erprobt werden, sodass die Darstellung einiger Vertreter dieser physiologisch aktiven Stoffklasse gelang.
N2  - The ongoing age of scientific medicine spawned a broad spectrum of drugs for the treatment of various diseases. Nonetheless, it is the task of synthetic organic chemistry to expand this spectrum in new or known pathways and for various reasons. On the one hand, the availability of certain compounds in nature is often limited, so that synthetic methods increasingly take the place of less sustainable extraction. On the other hand, the physiological effect or the bioavailability of a drug can be increased through derivatization and drug adaptation. In this work, several representatives of the known drug classes aryl C-glycosides and chalcones were synthesized by the key step of palladium-catalyzed MATSUDA-HECK reaction.
In the case of aryl C-glycosides, unsaturated carbohydrates (glycals) were first prepared by a ruthenium-catalyzed cyclization reaction. These were subsequiently reacted with differently substituted diazonium salts in the above-mentioned palladium-catalyzed coupling reaction. When evaluating the analytical data, it was found that the trans-diastereomers were solitarily formed. Subsequiently, it was shown that the double bonds of these compounds can be functionalized by hydrogenation, dihydroxylation and epoxidation. By applying these methods an aryl C-glycoside similar to the diabetes drug Dapagliflozin was synthesized.
The second part of this work, depicts the synthesis of aryl allyl chromanones by the Matsuda-Heck reaction of various 8-allyl chromanones and diazonium salts. It could be observed that a MOM-protection group in the 7-position of the chromanone ring suppresses the expression of product mixtures. In each case only one of the possible compounds is formed. The position of the double bond was localized by 2D NMR studies. In cooperation with theoretical chemistry, calculations were carried out to investigate how the observed compounds were formed. However, an explicit statement could not be made, due to an interaction within the molecule.
Finally, the compounds obtained were converted into chalcones in an allylic oxidation reaction. Ru-catalyzed methods showed no suitability. However, a metal-free, microwave-assisted method could be successfully applied so that the synthesis of certain examples of this physiologically active substance class could be shown.
KW  - C-Arlyglykosid
KW  - Chalkon
KW  - Matsuda-Heck-Reaktion
KW  - Ringschlussmetathese
KW  - aryl C-glycoside
KW  - chalcon
KW  - Matsuda-Heck reaction
KW  - ring closing metathesis
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-434305
ER  - 
TY  - THES
A1  - Werth, Susanna
T1  - Calibration of the global hydrological model WGHM with water mass variations from GRACE gravity data
T1  - Kalibrierung des globalen hydrologischen Modelles WGHM mit Wassermassenvariationen aus GRACE-Schwerefelddaten
N2  - Since the start-up of the GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) mission in 2002 time dependent global maps of the Earth's gravity field are available to study geophysical and climatologically-driven mass redistributions on the Earth's surface. In particular, GRACE observations of total water storage changes (TWSV) provide a comprehensive data set for analysing the water cycle on large scales. Therefore they are invaluable for validation and calibration of large-scale hydrological models as the WaterGAP Global Hydrology Model (WGHM) which simulates the continental water cycle including its most important components, such as soil, snow, canopy, surface- and groundwater. Hitherto, WGHM exhibits significant differences to GRACE, especially for the seasonal amplitude of TWSV. The need for a validation of hydrological models is further highlighted by large differences between several global models, e.g. WGHM, the Global Land Data Assimilation System (GLDAS) and the Land Dynamics model (LaD). For this purpose, GRACE links geodetic and hydrological research aspects. This link demands the development of adequate data integration methods on both sides, forming the main objectives of this work. They include the derivation of accurate GRACE-based water storage changes, the development of strategies to integrate GRACE data into a global hydrological model as well as a calibration method, followed by the re-calibration of WGHM in order to analyse process and model responses. To achieve these aims, GRACE filter tools for the derivation of regionally averaged TWSV were evaluated for specific river basins. Here, a decorrelation filter using GRACE orbits for its design is most efficient among the tested methods. Consistency in data and equal spatial resolution between observed and simulated TWSV were realised by the inclusion of all most important hydrological processes and an equal filtering of both data sets. Appropriate calibration parameters were derived by a WGHM sensitivity analysis against TWSV. Finally, a multi-objective calibration framework was developed to constrain model predictions by both river discharge and GRACE TWSV, realised with a respective evolutionary method, the ε-Non-dominated-Sorting-Genetic-Algorithm-II (ε-NSGAII). Model calibration was done for the 28 largest river basins worldwide and for most of them improved simulation results were achieved with regard to both objectives. From the multi-objective approach more reliable and consistent simulations of TWSV within the continental water cycle were gained and possible model structure errors or mis-modelled processes for specific river basins detected. For tropical regions as such, the seasonal amplitude of water mass variations has increased. The findings lead to an improved understanding of hydrological processes and their representation in the global model. Finally, the robustness of the results is analysed with respect to GRACE and runoff measurement errors. As a main conclusion obtained from the results, not only soil water and snow storage but also groundwater and surface water storage have to be included in the comparison of the modelled and GRACE-derived total water budged data. Regarding model calibration, the regional varying distribution of parameter sensitivity suggests to tune only parameter of important processes within each region. Furthermore, observations of single storage components beside runoff are necessary to improve signal amplitudes and timing of simulated TWSV as well as to evaluate them with higher accuracy. The results of this work highlight the valuable nature of GRACE data when merged into large-scale hydrological modelling and depict methods to improve large-scale hydrological models.
N2  - Das Schwerefeld der Erde spiegelt die Verteilung von Massen auf und unter der Erdoberfläche wieder. Umverteilungen von Erd-, Luft- oder Wassermassen auf unserem Planeten sind damit über eine kontinuierliche Vermessung des Erdschwerefeldes beobachtbar. Besonders Satellitenmissionen sind hierfür geeignet, da deren Umlaufbahn durch zeitliche und räumliche Veränderung der Schwerkraft beeinflusst wird. Seit dem Start der Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) im Jahr 2002 stellt die Geodäsie daher globale Daten von zeitlichen Veränderungen des Erdschwerefeldes mit hoher Genauigkeit zur Verfügung. Mit diesen Daten lassen sich geophysikalische und klimatologische Massenumverteilungen auf der Erdoberfläche studieren. GRACE liefert damit erstmals Beobachtungen von Variationen des gesamten kontinentalen Wasserspeichers, welche außerordentlich wertvoll für die Analyse des Wasserkreislaufes über große Regionen sind. Die Daten ermöglichen die Überprüfung von großräumigen mathematischen Modellen der Hydrologie, welche den natürlichen Kreislauf des Wassers auf den Kontinenten, vom Zeitpunkt des Niederschlags bis zum Abfluss in die Ozeane, nachvollziehbar machen. Das verbesserte Verständnis über Transport- und Speicherprozesse von Süßwasser ist für genauere Vorhersagen über zukünftige Wasserverfügbarkeit oder potentielle Naturkatastrophen, wie z.B. Überschwemmungen, von enormer Bedeutung. Ein globales Modell, welches die wichtigsten Komponenten des Wasserkreislaufes (Boden, Schnee, Interzeption, Oberflächen- und Grundwasser) berechnet, ist das "WaterGAP Global Hydrology Model" (WGHM). Vergleiche von berechneten und beobachteten Wassermassenvariationen weisen bisher insbesondere in der jährlichen Amplitude deutliche Differenzen auf. Sehr große Unterschiede zwischen verschiedenen hydrologischen Modellen betonen die Notwendigkeit, deren Berechnungen zu verbessern. Zu diesem Zweck verbindet GRACE die Wissenschaftsbereiche der Geodäsie und der Hydrologie. Diese Verknüpfung verlangt von beiden Seiten die Entwicklung geeigneter Methoden zur Datenintegration, welche die Hauptaufgaben dieser Arbeit darstellten. Dabei handelt es sich insbesondere um die Auswertung der GRACE-Daten mit möglichst hoher Genauigkeit sowie um die Entwicklung einer Strategie zur Integration von GRACE Daten in das hydrologische Modell. Mit Hilfe von GRACE wurde das Modell neu kalbriert, d.h. Parameter im Modell so verändert, dass die hydrologischen Berechnungen besser mit den GRACE Beobachtungen übereinstimmen. Dabei kam ein multikriterieller Kalibrieralgorithmus zur Anwendung mit dem neben GRACE-Daten auch Abflussmessungen einbezogen werden konnten. Die Modellkalibierung wurde weltweit für die 28 größten Flusseinzugsgebiete durchgeführt. In den meisten Fällen konnte eine verbesserte Berechnung von Wassermassenvariationen und Abflüssen erreicht werden. Hieraus ergeben sich, z.B. für tropische Regionen, größere saisonale Variationen. Die Ergebnisse führen zu einem verbesserten Verständnis hydrologischer Prozesse. Zum Schluss konnte die Robustheit der Ergebnisse gegenüber Fehlern in GRACE- und Abflussmessungen erfolgreich getestet werden. Nach den wichtigsten Schlussfolgerungen, die aus den Ergebnissen abgeleitet werden konnten, sind nicht nur Bodenfeuchte- und Schneespeicher, sondern auch Grundwasser- und Oberflächenwasserspeicher in Vergleiche von berechneten und GRACE-beobachteten Wassermassenvariationen einzubeziehen. Weiterhin sind neben Abflussmessungen zusätzlich Beobachtungen von weiteren hydrologischen Prozessen notwendig, um die Ergebnisse mit größerer Genauigkeit überprüfen zu können. Die Ergebnisse dieser Arbeit heben hervor, wie wertvoll GRACE-Daten für die großräumige Hydrologie sind und eröffnen eine Methode zur Verbesserung unseres Verständnisses des globalen Wasserkreislaufes.
KW  - Schwerefeld
KW  - Hydrolgische Modellierung
KW  - Globaler Wasserkreislauf
KW  - Wassermassenvariationen
KW  - gravity
KW  - gydrological modelling
KW  - global water cycle
KW  - water mass variations
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-41738
ER  - 
TY  - THES
A1  - Witt, Tanja Ivonne
T1  - Camera Monitoring at volcanoes
T1  - Kameramonitoring an Vulkanen
BT  - Identification and characterization of lava fountain activity and near-vent processes and their relevance for early warning systems
BT  - Identifikation und Charakterizierung der Aktivität von Lavafontänen und Near-Vent Prozesse und deren Relevanz für Frühwarnsysteme
N2  - Basaltic fissure eruptions, such as on Hawai'i or on Iceland, are thought to be driven by the lateral propagation of feeder dikes and graben subsidence. Associated solid earth processes, such as deformation and structural development, are well studied by means of geophysical and geodetic technologies. The eruptions themselves, lava fountaining and venting dynamics, in turn, have been much less investigated due to hazardous access, local dimension, fast processes, and resulting poor data availability.

This thesis provides a detailed quantitative understanding of the shape and dynamics of lava fountains and the morphological changes at their respective eruption sites. For this purpose, I apply image processing techniques, including drones and fixed installed cameras, to the sequence of frames of video records from two well-known fissure eruptions in Hawai'i and Iceland. This way I extract the dimensions of multiple lava fountains, visible in all frames. By putting these results together and considering the acquisition times of the frames I quantify the variations in height, width and eruption velocity of the lava fountains. Then I analyse these time-series in both time and frequency domains and investigate the similarities and correlations between adjacent lava fountains. Following this procedure, I am able to link the dynamics of the individual lava fountains to physical parameters of the magma transport in the feeder dyke of the fountains.

The first case study in this thesis focuses on the March 2011 Pu'u'O'o eruption, Hawai'i, where a continuous pulsating behaviour at all eight lava fountains has been observed. The lava fountains, even those from different parts of the fissure that are closely connected, show a similar frequency content and eruption behaviour. The regular pattern in the heights of lava fountain suggests a controlling process within the magma feeder system like a hydraulic connection in the underlying dyke, affecting or even controlling the pulsating behaviour.

The second case study addresses the 2014-2015 Holuhraun fissure eruption, Iceland. In this case, the feeder dyke is highlighted by the surface expressions of graben-like structures and fault systems. At the eruption site, the activity decreases from a continuous line of fire of ~60 vents to a limited number of lava fountains. This can be explained by preferred upwards magma movements through vertical structures of the pre-eruptive morphology. Seismic tremors during the eruption reveal vent opening at the surface and/or pressure changes in the feeder dyke. The evolving topography of the cinder cones during the eruption interacts with the lava fountain behaviour. Local variations in the lava fountain height and width are controlled by the conduit diameter, the depth of the lava pond and the shape of the crater. Modelling of the fountain heights shows that long-term eruption behaviour is controlled mainly by pressure changes in the feeder dyke.

This research consists of six chapters with four papers, including two first author and two co-author papers. It establishes a new method to analyse lava fountain dynamics by video monitoring. The comparison with the seismicity, geomorphologic and structural expressions of fissure eruptions shows a complex relationship between focussed flow through dykes, the morphology of the cinder cones, and the lava fountain dynamics at the vents of a fissure eruption.
N2  - Basaltische Spalteneruptionen, wie auf Hawaii oder Island, werden vermutlich durch die laterale Ausbreitung von Förderdikes und damit verbundener Grabenbildung verursacht. Prozesse der festen Erde sind mittels geophysikalischer und geodätischer Technologien gut erforscht. Die Ausbrüche selbst, d.h. die Lavafontä}nen und die Ventdynamik wiederum wurden aufgrund des gefährlichen Zugangs, der lokalen Dimension, der schnellen Prozesse und der daraus resultierenden schlechten Datenverfügbarkeit kaum untersucht.

Diese Arbeit liefert ein detailliertes quantitatives Verständnis über Form und Dynamik von Lavafontänen und der morphologischen Veränderungen an ihren jeweiligen Eruptionsstellen. Mittels Bildverarbeitungstechniken, einschließlich Dronen und festen Kameras, wurden von mir die Videoframes von zwei bekannten Spaltausbrüchen auf Hawaii und Island ausgewertet. Auf diese Weise extrahiere ich die Dimensionen mehrerer Lavafontänen, die in allen Frames sichtbar sind. Durch die Zusammenstellung dieser Ergebnisse und unter Berücksichtigung der Erfassungszeiten quantifiziere ich die Schwankungen in Höhe, Breite und Eruptionsgeschwindigkeit. Dann analysiere ich diese Zeitreihen im Zeit- und Frequenzbereich und untersuche die Ähnlichkeiten und Zusammenhänge zwischen benachbarten Lavafontänen. Anschließend verknüpfte ich die Dynamik der einzelnen Lavafontänen mit den physikalischen Parametern des Magmatransports im Förderdike.

Die erste Fallstudie dieser Arbeit konzentriert sich auf die Pu'u'O'o Ausbruch, Hawaii im März 2011, bei der ein kontinuierliches pulsierendes Verhalten an allen Lavafontänen beobachtet werden konnte. Lavafontänen verschiedener Teilsegmenten der Spalte sind eng miteinander verbunden, sie weisen Ähnlichkeiten im Frequenzgehalt und Ausbruchsverhalten auf. Das regelmäßige Muster in den Lavafontänenhöhen deutet auf eine hydraulische Verbindung im darunter liegenden Dike als steuernden Prozess innerhalb
des Magma-Fördersystems hin.

Die zweite Fallstudie befasst sich mit dem Holuhraun-Ausbruch 2014/2015. In diesem Fall wird der horizontale Förderdike durch grabenartige Strukturen und Bruchsysteme an der Oberfläche hervorgehoben. An der Ausbruchsstelle nimmt die Aktivität von einer kontinuierlichen Feuerlinie auf einzelne Lavafontänen ab. Dies lässt sich durch eine bevorzugte Aufwärtsbewegung des Magmas durch vertikale Strukturen der prä-eruptiven Morphologie erklären. Seismische Erschütterungen während des Ausbruchs zeigen Ventöffnungen an der Oberfläche und/oder Druckveränderungen im Förderdike. Die sich während des Ausbruchs entwickelnde Topographie der Schlackenkegel interagiert mit dem Verhalten der Lavafontänen. Lokale Schwankungen in Höhe und Breite der Lavafontäne werden jedoch durch den Schlotdurchmesser, die Tiefe des Lavaponds und die Form des Kraters gesteuert. Die Modellierung der Fontänenhöhe zeigt, dass das langfristige Ausbruchsverhalten vor allem durch Druckänderungen im Förderdike gesteuert wird. 

Diese Forschungsarbeit besteht aus sechs Kapiteln mit je zwei Papern als Erst- bzw. Co-Autor. Es etabliert eine neue Methode zur Analyse der Dynamik von Lavafontänen durch Videoüberwachung. Der Vergleich mit der Seismizität, den geomorphologischen und strukturellen Ausprägungen von Spalteneruptionen zeigt einen komplexen Zusammenhang zwischen der Dikeströmung, der Vulkanmorphologie und der Dynamik der Lavafontänen an einer Spalteneruption.
KW  - volcanology
KW  - Spalteneruption
KW  - fissure eruption
KW  - Vulkanologie
KW  - lava fountains
KW  - video analysis
KW  - basaltic volcanoes
KW  - Lavafontänen
KW  - Videoanalyse
KW  - Basalt-Vulkane
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421073
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wijesingha Ahchige, Micha
T1  - Canalization of plant metabolism and yield
T1  - Kanalisierung des Pflanzenmetabolismus und -ertrags
N2  - Plant metabolism is the main process of converting assimilated carbon to different crucial compounds for plant growth and therefore crop yield, which makes it an important research topic. Although major advances in understanding genetic principles contributing to metabolism and yield have been made, little is known about the genetics responsible for trait variation or canalization although the concepts have been known for a long time. In light of a growing global population and progressing climate change, understanding canalization of metabolism and yield seems ever-more important to ensure food security. Our group has recently found canalization metabolite quantitative trait loci (cmQTL) for tomato fruit metabolism, showing that the concept of canalization applies on metabolism. In this work two approaches to investigate plant metabolic canalization and one approach to investigate yield canalization are presented.
In the first project, primary and secondary metabolic data from Arabidopsis thaliana and Phaseolus vulgaris leaf material, obtained from plants grown under different conditions was used to calculate cross-environment coefficient of variations or fold-changes of metabolite levels per genotype and used as input for genome wide association studies. While primary metabolites have lower CV across conditions and show few and mostly weak associations to genomic regions, secondary metabolites have higher CV and show more, strong metabolite to genome associations. As candidate genes, both potential regulatory genes as well as metabolic genes, can be found, albeit most metabolic genes are rarely directly related to the target metabolites, suggesting a role for both potential regulatory mechanisms as well as metabolic network structure for canalization of metabolism.
In the second project, candidate genes of the Solanum lycopersicum cmQTL mapping are selected and CRISPR/Cas9-mediated gene-edited tomato lines are created, to validate the genes role in canalization of metabolism. Obtained mutants appeared to either have strong aberrant developmental phenotypes or appear wild type-like. One phenotypically inconspicuous mutant of a pantothenate kinase, selected as candidate for malic acid canalization shows a significant increase of CV across different watering conditions. Another such mutant of a protein putatively involved in amino acid transport, selected as candidate for phenylalanine canalization shows a similar tendency to increased CV without statistical significance. This potential role of two genes involved in metabolism supports the hypothesis of structural relevance of metabolism for its own stability.
In the third project, a mutant for a putative disulfide isomerase, important for thylakoid biogenesis, is characterized by a multi-omics approach. The mutant was characterized previously in a yield stability screening and showed a variegated leaf phenotype, ranging from green leaves with wild type levels of chlorophyll over differently patterned variegated to completely white leaves almost completely devoid of photosynthetic pigments. White mutant leaves show wild type transcript levels of photosystem assembly factors, with the exception of ELIP and DEG orthologs indicating a stagnation at an etioplast to chloroplast transition state. Green mutant leaves show an upregulation of these assembly factors, possibly acting as overcompensation for partially defective disulfide isomerase, which seems sufficient for proper chloroplast development as confirmed by a wild type-like proteome. Likely as a result of this phenotype, a general stress response, a shift to a sink-like tissue and abnormal thylakoid membranes, strongly alter the metabolic profile of white mutant leaves. As the severity and pattern of variegation varies from plant to plant and may be effected by external factors, the effect on yield instability, may be a cause of a decanalized ability to fully exploit the whole leaf surface area for photosynthetic activity.
N2  - Der pflanzliche Stoffwechsel ist der Hauptprozess, der assimilierten Kohlenstoff in unterschiedliche Stoffe umwandelt, die wichtig für das Pflanzenwachstum und somit den Ertrag sind, weswegen es ein wichtiges Forschungsthema ist. Obwohl große Fortschritte beim Verständnis der genetischen Prinzipien, die zum Stoffwechsel und Ertrag beitragen, gemacht wurden, ist noch relativ wenig über die genetischen Prinzipien bekannt, die für die Variation oder Kanalisierung von Eigenschaften verantwortlich sind, obwohl diese Konzepte schon lange bekannt sind. In Anbetracht einer wachsenden Weltbevölkerung und des fortschreitenden Klimawandels, scheint es immer wichtiger zu sein, Kanalisierung von Metabolismus und Ertrag zu verstehen, um Ernährungssicherheit zu garantieren. Unsere Gruppe hat kürzlich metabolisch kanalisierte quantitative Merkmalsregionen für den Stoffwechsel von Tomatenfrüchten gefunden und damit gezeigt, dass sich das Konzept der Kanalisierung sich auf den Stoffwechsel anwenden lässt. In dieser Arbeit werden zwei Ansätze zu Untersuchung von Kanalisierung des pflanzlichen Stoffwechsels und ein Ansatz zur Untersuchung von Ertragskanalisierung präsentiert.
Im ersten Projekt, wurden Daten von Primär- und Sekundärmetaboliten von Arabidopsis thaliana und Phaseolus vulgaris, gewonnen von Pflanzen, die unter unterschiedlichen Bedingungen wuchsen, verwendet, um den Variationskoeffizient (VarK) oder die relative Änderung von Stoffgehalten umweltübergreifend für jeden Genotyp zu berechnen und als Eingabe für genomweite Assoziationsstudien verwendet. Während Primärmetabolite über unterschiedliche Umweltbedingungen einen geringeren VarK haben und nur wenige eher schwache Assoziationen zu genomischen Regionen zeigen, haben Sekundärstoffe einen höheren VarK und zeigen mehr und stärkere Assoziationen zwischen Metabolit und Genom. Als Kandidatengene können sowohl potenziell regulatorische, als auch metabolische Gene gefunden werden, jedoch sind metabolische Gene selten direkt zu den Zielmetaboliten verbunden, was für eine Rolle von sowohl regulatorischen Mechanismen als auch metabolischer Netzwerkstruktur für die Kanalisierung des Stoffwechsels spricht.
Im zweiten Projekt wurden Kandidatengene aus der Solanum lycopersicum cmQTL-Kartierung, ausgewählt und CRISPR/Cas9-vermittelte, genomeditierte Tomatenlinien erschaffen, um die Rolle dieser Gene in der Kanalisierung des Metabolismus zu validieren. Erhaltene Mutanten zeigten entweder starke Fehlentwicklungsphänotypen oder erschienen wildtypähnlich. Eine phänotypisch unauffällige Mutante einer Pantothensäurekinase, die als Kandidat für die Kanalisierung von Apfelsäure gewählt wurde, zeigte einen signifikanten Anstieg des VarK über unterschiedliche Bewässerungsbedingungen. Eine andere solche Mutante eines Proteins, welches mutmaßlich im Aminosäuretransport involviert ist, welches als Kandidat für die Kanalisierung von Phenylalanin gewählt wurde, zeigt eine ähnliche Tendenz zu einem erhöhten VarK ohne statistische Signifikanz. Diese potenzielle Rolle von zwei Genen, die im Stoffwechsel involviert sind, unterstützt die Hypothese einer strukturellen Relevanz des Metabolismus für seine eigene Stabilität.
Im dritten Projekt wurde eine Mutante einer mutmaßlichen Disulfid-Isomerase, welche wichtig für die Thylakoidbiogenese ist, durch einen Multiomik Ansatz charakterisiert. Die Mutante wurde vorher in einer Ertragsstabilitäts-Selektierung charakterisiert und zeigte einen panaschierten Blattphänotyp, welcher von grünen Blättern mit Wildtyp Chlorophyllgehalt über unterschiedlich gemustert panaschierte Blätter bis zu komplett weißen Blätter reichte, die fast gar keine photosynthetischen Pigmente enthielten. Weiße Blätter der Mutante zeigen Wildtyp Transkriptlevel von Photosystem-Aufbaufaktoren, mit der Ausnahme von ELIP und DEG Orthologen, was indikativ für eine Stagnation in einer Etioplast-zu-Chloroplast-Übergangsphase ist. Grüne Blätter der Mutante zeigen eine Hochregulierung dieser Aufbaufaktoren, was möglicherweise als Überkompensation für eine partiell defekte Disulfid-Isomerase wirkt und letztlich ausreichend für Chloroplastenentwicklung zu sein scheint, was wiederum durch ein wildtyp-ähnliches Proteom bestätigt wird. Wahrscheinlich als Effekt dieses Phänotyps ändern, eine generelle Stressantwort, eine Umschaltung zu einem Senke-ähnlichen Gewebe und abnormale Thylakoidmembranen, stark das metabolische Profil von weißen Blättern der Mutante. Da der Schweregrad und das Muster der Panaschierung von Pflanze zu Pflanze unterschiedlich ist und durch äußere Faktoren beeinflusst sein könnte, könnte der Effekt auf die Ertragsstabilität eine Folge einer dekanalisierten Fähigkeit sein die ganze Blattoberfläche für photosynthetische Aktivität zu nutzen.
KW  - canalization
KW  - phenotypic variation
KW  - metabolism
KW  - CRISPR/Cas9
KW  - GWAS
KW  - CRISPR/Cas9
KW  - GWAS
KW  - Kanalisierung
KW  - Metabolismus
KW  - phänotypische Variation
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-548844
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bauer, Niclas Alexandre
T1  - Carbon capture and sequestration : an option to buy time?
T1  - Kohlenstoffabscheidung und Sequestrierung : eine Option um Zeit zu kaufen?
N2  - The thesis assesses the contribution of technology option of Carbon Capture and Sequestration (CCS) to climate change mitigation. CCS means that CO2 is captured at large industrial facilities and sequestered in goelogical structures. The technology uses the endogenous growth model MIND. Herein the various climate change mitigation options of reducing economic growth, increasing energy efficiency, changing the energy mix and CCS are assessed simultaneously. An important question is whether CCS is a temporary or long-term solution. The results show that in the middle of the 21st century CCS has its peak contribution, which allows prolonged use of relatively cheap fossil energy carriers. However, this leads to delayed introduction of renewable energy carriers. The technology path ways are accombined with different costs of climate change mitigation. The use of CCS delays and reduces the costs of climate change mitigation. However, the delayed introduction of renewable energy carriers leads to reduced technological learning, which induces higher costs in the longer term. All in all the temporary use of CCS reduces the costs of climate change mitigation costs. The result is robust, which is tested with various uncertainty analysis.
N2  - Die Arbeit befasst sich mit der Bewertung der technischen Option zum Klimaschutz CO2 an grossen industriellen Anlagen abzufangen und in geologischen Lagerstätten zu speichern. Die Technologiebewertung wird mit Hilfe des endogenen Wachstummodells MIND untersucht. Darin werden die Klimaschutzoptionen geringere wirtschaftliche Entwicklung, Steigerung der Energieeffizienz, Veränderung des Energiemixes und eben CO2 Abscheidung simultan bewertet. Eine wichtige Frage ist ob die Abscheidung von CO2 eine langfristige oder eine Zwischenlösung ist. Es zeigt sich, dass sie um die Mitte des 21ten Jahrhunderts ihren grössten Beitrag zum Klimaschutz leistet und die Nutzung der relativ kostengünstigen fossilen Energieträger verlängert. Das führt zu einer späteren Einführung erneuerbarer Energietechnologieen. Mit diesen unterschiedlichen Technologiepfaden gehen auch verschiedene ökonomische Kostenverläufe des Klimaschutzes einher. Die Verwendung von CO2 Abscheidung verschiebt die Kosten in die Zukunft und drückt ihre Spitze. Da es aber gleichzeitig zu geringerer Technologieentwicklung bei erneuerbaren Energieen führt entstehen wiederum Kosten. Unterm Strich lohnt sich die Einführung der CO2 Abscheidung als temporärer Beitrag zum Klimaschutz. Dieses Ergebnis konnte mit einer Reihe von Unsicherheitsanalysen erhärtet werden.
KW  - Endogenes Wirtschaftswachstum
KW  - Klimaschutz
KW  - Technologiebewertung
KW  - Edongenous Economic Growth
KW  - Climate Change Mitigation
KW  - Technology Assessment
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6544
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brothers, Soren M.
T1  - Carbon gains, losses, and feedbacks in shallow, eutrophic lakes of phytoplankton and macrophyte dominance
T1  - Kohlenstoff-Gewinne, Verluste und Rückkopplungen in flachen, nährstoffreichen Seen mit Dominanz von Phytoplankton und Makrophyten
N2  - Lakes are increasingly being recognized as an important component of the global carbon cycle, yet anthropogenic activities that alter their community structure may change the way they transport and process carbon. This research focuses on the relationship between carbon cycling and community structure of primary producers in small, shallow lakes, which are the most abundant lake type in the world, and furthermore subject to intense terrestrial-aquatic coupling due to their high perimeter:area ratio. Shifts between macrophyte and phytoplankton dominance are widespread and common in shallow lakes, with potentially large consequences to regional carbon cycling. I thus compared a lake with clear-water conditions and a submerged macrophyte community to a turbid, phytoplankton-dominated lake, describing differences in the availability, processing, and export of organic and inorganic carbon. I furthermore examined the effects of increasing terrestrial carbon inputs on internal carbon cycling processes. Pelagic diel (24-hour) oxygen curves and independent fluorometric approaches of individual primary producers together indicated that the presence of a submerged macrophyte community facilitated higher annual rates of gross primary production than could be supported in a phytoplankton-dominated lake at similar nutrient concentrations. A simple model constructed from the empirical data suggested that this difference between regime types could be common in moderately eutrophic lakes with mean depths under three to four meters, where benthic primary production is a potentially major contributor to the whole-lake primary production. It thus appears likely that a regime shift from macrophyte to phytoplankton dominance in shallow lakes would typically decrease the quantity of autochthonous organic carbon available to lake food webs. Sediment core analyses indicated that a regime shift from macrophyte to phytoplankton dominance was associated with a four-fold increase in carbon burial rates, signalling a major change in lake carbon cycling dynamics. Carbon mass balances suggested that increasing carbon burial rates were not due to an increase in primary production or allochthonous loading, but instead were due to a higher carbon burial efficiency (carbon burial / carbon deposition). This, in turn, was associated with diminished benthic mineralization rates and an increase in calcite precipitation, together resulting in lower surface carbon dioxide emissions. Finally, a period of unusually high precipitation led to rising water levels, resulting in a feedback loop linking increasing concentrations of dissolved organic carbon (DOC) to severely anoxic conditions in the phytoplankton-dominated system. High water levels and DOC concentrations diminished benthic primary production (via shading) and boosted pelagic respiration rates, diminishing the hypolimnetic oxygen supply. The resulting anoxia created redox conditions which led to a major release of nutrients, DOC, and iron from the sediments. This further transformed the lake metabolism, providing a prolonged summertime anoxia below a water depth of 1 m, and leading to the near-complete loss of fish and macroinvertebrates. Pelagic pH levels also decreased significantly, increasing surface carbon dioxide emissions by an order of magnitude compared to previous years. Altogether, this thesis adds an important body of knowledge to our understanding of the significance of the benthic zone to carbon cycling in shallow lakes. The contribution of the benthic zone towards whole-lake primary production was quantified, and was identified as an important but vulnerable site for primary production. Benthic mineralization rates were furthermore found to influence carbon burial and surface emission rates, and benthic primary productivity played an important role in determining hypolimnetic oxygen availability, thus controlling the internal sediment loading of nutrients and carbon. This thesis also uniquely demonstrates that the ecological community structure (i.e. stable regime) of a eutrophic, shallow lake can significantly influence carbon availability and processing. By changing carbon cycling pathways, regime shifts in shallow lakes may significantly alter the role of these ecosystems with respect to the global carbon cycle.
N2  - Seen werden zunehmend als wichtige Komponente im globalen Kohlenstoffkreislauf anerkannt. Natürliche Veränderungen und anthropogene Aktivitäten beeinflussen die Struktur der Artengemeinschaft von Seen, was Auswirkungen auf den Transport und Umsatz von Kohlenstoff hat. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Beziehung zwischen Kohlenstoffkreislauf und der Gemeinschaftsstruktur der Primärproduzenten in kleinen Flachseen. Diese sind der weltweit häufigste Seentyp und weisen durch ihren im Vergleich zur Fläche großen Umfang eine intensive aquatisch-terrestrische Kopplung auf. In Flachseen treten oft Regimewechsel zwischen Makrophyten- und Phytoplankton-Dominanz auf. Diese können potenziell große Konsequenzen für den regionalen Kohlenstoffkreislauf haben. In dieser Dissertation vergleiche ich einen Klarwassersee mit submersen Makrophyten und einen trüben, Phytoplankton-dominierten See hinsichtlich Verfügbarkeit, Umsatz und Export von organischem und anorganischem Kohlenstoff. Des Weiteren habe ich den Effekt der erhöhten Zufuhr von terrestrischem Kohlenstoff auf den internen Kohlenstoffumsatz untersucht. Sowohl die Tagesgänge der pelagischen Sauerstoff-Konzentrationen als auch Fluoreszenz-basierte Messungen der Primärproduktion bewiesen, dass die Präsenz von submersen Makrophyten eine höhere jährliche Brutto-Primärproduktion im Vergleich zu einem Phytoplankton-dominierten See mit ähnlichen Nährstoffkonzentrationen ermöglicht. Ein einfaches, auf den empirischen Daten basierendes Model zeigt, dass diese Unterschiede in der Brutto-Primärproduktion typisch sind für moderat eutrophe Seen mit einer mittleren Tiefe von unter 3 bis vier Metern. In diesen Seen leistet die benthische Primärproduktion den Hauptbeitrag zur Primärproduktion des ganzen Sees. Daraus wird ersichtlich, dass Regimewechsel von Makrophyten- zur Phytoplankton-Dominanz in Flachseen die Verfügbarkeit von autochthonem organischem Kohlenstoff für das Nahrungsnetz reduzieren. Paläolimnologische Analysen in Sedimentkernen beider Seen wiesen darauf hin, dass der Verlust der Makrophyten mit einer vierfachen Zunahme der Kohlenstoff-Speicherraten einhergeht, und somit zu einer großen Veränderung der Dynamik des Kohlenstoffkreislaufs im See führt. Unsere Kohlenstoff-Massenbilanzen zeigen, dass die Erhöhung der Kohlenstoff-Speicherung im Sediment nicht durch die Erhöhung der Primärproduktion oder durch externe Quellen, sondern durch erhöhte der Effizienz der Speicherung begründet war. Dies geht mit einer reduzierten benthischen Mineralisierungsrate und einer erhöhten Calcitfällung einher und führt zu reduzierten Kohlendioxid-Emissionen. Eine Periode ungewöhnlich hoher Niederschläge mit erhöhten Wasserständen führte im Phytoplankton-dominierten See zu zu einem starken Anstieg der Konzentrationen an gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC) und zu anoxischen Bedingungen. Es wurde postuliert, dass zwischen diesen Prozessen eine positive Rückkopplung besteht. Die hohen Wasserstände und DOC-Konzentrationen reduzierten die Lichtversorgung und damit die Primärproduktion im Benthal und erhöhten die pelagischen Respirationsraten. Dadurch verringerte sich die Sauerstoffverfügbarkeit im Hypolimnion. Die dadurch erzeugten Redox-Verhältnisse führten zu einer Freisetzung großer Mengen an Nährstoffen, DOC und Eisen aus dem Sediment. Die während des gesamten Sommers andauernden anoxischen Verhältnisse in Wassertiefen unter 1 m führten zu einem fast vollständigen Verlust von Fischen und Makroinvertebraten. Zusätzlich wurde der pH-Wert im Pelagial signifikant erniedrigt und die Kohlenstoffdioxid-Emissionen im Vergleich zu früheren Jahren verzehnfacht. Insgesamt trägt diese Dissertation wesentliche Aspekte zum besseren Verständnis der Bedeutung des Benthals für den Kohlenstoffkreislauf in Flachseen bei. Der Anteil der benthischen Zone an der Primärproduktion in kleinen Flachseen wurde in Relation zur Gesamtproduktion des Systems quantifiziert. Letztlich zeigt diese Arbeit, dass die Gemeinschaftsstruktur der Primärproduzenten eines eutrophen Flachsees die Verfügbarkeit und den Umsatz von Kohlenstoff signifikant beeinflusst. Regimewechsel in Flachseen können durch Änderungen im internen Kohlenstoffkreislauf deren Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf verändern.
KW  - Carbon Cycling
KW  - Primärproduktion
KW  - Anoxie
KW  - Brownification
KW  - Carbon cycling
KW  - primary production
KW  - anoxia
KW  - brownification
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-68200
ER  - 
TY  - THES
A1  - Esen, Cansu
T1  - Carbon nitride incorporation in polymer networks
T1  - Inkorporation von Kohlenstoffnitrid in Polymernetzwerke
BT  - light-driven integration and utilization of graphitic carbon nitride into macroscale polymeric networks
N2  - The urge of light utilization in fabrication of materials is as encouraging as challenging. Steadily increasing energy consumption in accordance with rapid population growth, is requiring a corresponding solution within the same rate of occurrence speed. Therefore, creating, designing and manufacturing materials that can interact with light and in further be applicable as well as disposable in photo-based applications are very much under attention of researchers. In the era of sustainability for renewable energy systems, semiconductor-based photoactive materials have received great attention not only based on solar and/or hydrocarbon fuels generation from solar energy, but also successful stimulation of photocatalytic reactions such as water splitting, pollutant degradation and organic molecule synthesisThe turning point had been reached for  water splitting with an electrochemical cell consisting of TiO2-Pt electrode illuminated by UV light as energy source rather than an external voltage, that successfully pursued water photolysis by Fujishima and Honda in 1972. Ever since, there has been a great deal of interest in research of semiconductors (e.g. metal oxide, metal-free organic, noble-metal complex) exhibiting effective band gap for photochemical reactions. In the case of environmental friendliness, toxicity of metal-based semiconductors brings some restrictions in possible applications. Regarding this, very robust and ‘earth-abundant’ organic semiconductor, graphitic carbon nitride has been synthesized and successfully applied in photoinduced applications as novel photocatalyst. Properties such as suitable band gap, low charge carrier recombination and feasibility for scaling up, pave the way of advance combination with other catalysts to gather higher photoactivity based on compatible heterojunction. 
This dissertation aims to demonstrate a series of combinations between organic semiconductor g-CN and polymer materials that are forged through photochemistry, either in synthesis or in application. Fabrication and design processes as well as applications performed in accordance to the scope of thesis will be elucidated in detail. In addition to UV light, more attention is placed on visible light as energy source with a vision of more sustainability and better scalability in creation of novel materials and solar energy based applications.
N2  - Die Nutzung von Licht bei der Herstellung von Materialien ist ebenso vielversprechend wie herausfordernd. Der stetig steigende Energieverbrauch in Kombination mit dem rasanten Bevölkerungswachstum erfordert Lösungen in der entsprechenden Geschwindigkeit. Daher stehen Materialien, die mit Licht interagieren können und darüber hinaus in fotobasierten Anwendungen einsetzbar sind, im Mittelpunkt des Interesses der Forscher. In der Ära der Nachhaltigkeit und erneuerbarer Energiesysteme haben halbleiterbasierte photoaktive Materialien nicht nur aufgrund der Erzeugung von Solarenergie oder der Herstellung von Brennstoffen aus Sonnenenergie große Aufmerksamkeit erhalten, sondern auch aufgrund des erfolgreichen Einsatzes in photokatalytischen Reaktionen wie zum Beispiel der Wasserspaltung, des Schadstoffabbaus und der Synthese organischer Moleküle. Die Wasserspaltung mit einer elektrochemischen Zelle führte hier zu einem Wendepunkt in der Forschung. Die Zelle bestand aus einer TiO2-Pt-Elektrode, welche mit UV-Licht als Energiequelle anstatt einer sonst üblichen externen Spannung betrieben wurde. 1972 führten Fujishima und Honda somit erfolgreich die Photolyse von Wasser durch. Seitdem besteht ein großes Interesse an der Erforschung von Halbleitern (z. B. Metalloxide, metallfreie organische Stoffe, Edelmetallkomplexe), die eine effektive Bandlücke für photochemische Reaktionen aufweisen. Was jedoch die Umweltfreundlichkeit anbelangt, so bringt die Toxizität von Halbleitern auf Metallbasis einige Einschränkungen mit sich.  Um diese Toxizität zu vermeiden wurde der sehr robuste und bezüglich seiner Ausgangsstoffe häufig vorkommende organische Halbleiter Graphitkohlenstoffnitrid synthetisiert und erfolgreich in photoinduzierten Anwendungen als neuartiger Photokatalysator eingesetzt. Eigenschaften wie eine geeignete Bandlücke, geringe Ladungsträgerrekombination und die Möglichkeit der Skalierung ebnen somit den Weg für  Kombinationen mit anderen Katalysatoren, um eine höhere Photoaktivität auf der Grundlage einer kompatiblen Heteroverbindung zu erreichen. 
Diese Dissertation zielt darauf ab, eine Reihe von Kombinationen zwischen dem organischen Halbleitern g-CN und Polymermaterialien zu demonstrieren. Diese werden entweder durch photochemische Reaktionen synthetisiert oder in solchen angewendet. Die Herstellungs- und Designprozesse sowie die Anwendungen, die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt wurden, werden im Detail erläutert. Neben UV-Licht wird auch dem sichtbarem Licht als Energiequelle mehr Aufmerksamkeit gewidmet. Durch die Verwendung von sichtbaren Licht können die Materialen in solarenergetischen Anwendungen genutzt werden und die Nachhaltigkeit und Skalierbarkeit der Materialien wird verbessert.
KW  - polymer chemistry
KW  - Polymerchemie
KW  - carbon nitride
KW  - Kohlenstoffnitriden
KW  - heterogeneous photocatalysis
KW  - heterogene Photokatalyse
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-576253
ER  - 
TY  - THES
A1  - Galushchinskiy, Alexey
T1  - Carbon nitride: a flexible platform for net-oxidative and net-neutral photocatalysis
BT  - Kohlenstoffnitrid: Eine flexible Plattform für netzoxidative und netzneutrale Photokatalyse
N2  - Solar photocatalysis is the one of leading concepts of research in the current paradigm of sustainable chemical industry. For actual practical implementation of sunlight-driven catalytic processes in organic synthesis, a cheap, efficient, versatile and robust heterogeneous catalyst is necessary. Carbon nitrides are a class of organic semiconductors who are known to fulfill these requirements.
First, current state of solar photocatalysis in economy, industry and lab research is overviewed, outlining EU project funding, prospective synthetic and reforming bulk processes, small scale solar organic chemistry, and existing reactor designs and prototypes, concluding feasibility of the approach.
Then, the photocatalytic aerobic cleavage of oximes to corresponding aldehydes and ketones by anionic poly(heptazine imide) carbon nitride is discussed. The reaction provides a feasible method of deprotection and formation of carbonyl compounds from nitrosation products and serves as a convenient model to study chromoselectivity and photophysics of energy transfer in heterogeneous photocatalysis.
Afterwards, the ability of mesoporous graphitic carbon nitride to conduct proton-coupled electron transfer was utilized for the direct oxygenation of 1,3-oxazolidin-2-ones to corresponding 1,3-oxazlidine-2,4-diones. This reaction provides an easier access to a key scaffold of diverse types of drugs and agrochemicals.
Finally, a series of novel carbon nitrides based on poly(triazine imide) and poly(heptazine imide) structure was synthesized from cyanamide and potassium rhodizonate. These catalysts demonstrated a good performance in a set of photocatalytic benchmark reactions, including aerobic oxidation, dual nickel photoredox catalysis, hydrogen peroxide evolution and chromoselective transformation of organosulfur precursors.
Concluding, the scope of carbon nitride utilization for net-oxidative and net-neutral photocatalytic processes was expanded, and a new tunable platform for catalyst synthesis was discovered.
N2  - Die solare Photokatalyse ist eines der führenden Forschungskonzepte im aktuellen Paradigma der nachhaltigen chemischen Industrie. Für die praktische Umsetzung von sonnenlichtgetriebenen katalytischen Prozessen in der organischen Synthese ist ein billiger, effizienter, vielseitiger und robuster heterogener Katalysator erforderlich. Kohlenstoffnitride sind eine Klasse von organischen Halbleitern, von denen bekannt ist, dass sie diese Anforderungen erfüllen.
Zunächst wird ein Überblick über den aktuellen Stand der solaren Photokatalyse in Wirtschaft, Industrie und Laborforschung gegeben, wobei die Finanzierung von EU-Projekten, künftige Synthese- und Reformierungsprozesse in großen Mengen, organische Solarchemie in kleinem Maßstab sowie bestehende Reaktorkonstruktionen und -prototypen beschrieben und die Durchführbarkeit des Ansatzes erläutert werden.
Anschließend wird die photokatalytische aerobe Spaltung von Oximen in die entsprechenden Aldehyde und Ketone durch anionisches Poly(heptazinimid)-Kohlenstoffnitrid diskutiert. Die Reaktion stellt eine praktikable Methode zur Entschützung und Bildung von Carbonylverbindungen aus Nitrosierungsprodukten dar und dient als geeignetes Modell zur Untersuchung der Chromoselektivität und der Photophysik der Energieübertragung in der heterogenen Photokatalyse.
Anschließend wurde die Fähigkeit von mesoporösem graphitischem Kohlenstoffnitrid, protonengekoppelten Elektronentransfer zu leiten, für die direkte Oxygenierung von 1,3-Oxazolidin-2-onen zu den entsprechenden 1,3-Oxazlidin-2,4-Dionen genutzt. Diese Reaktion ermöglicht einen leichteren Zugang zu einem wichtigen Gerüst für verschiedene Arten von Medikamenten und Agrochemikalien.
Schließlich wurde eine Reihe neuartiger Kohlenstoffnitride auf der Basis von Poly(triazinimid)- und Poly(heptazinimid)-Strukturen aus Cyanamid und Kaliumrhodizonat synthetisiert. Diese Katalysatoren zeigten eine gute Leistung in einer Reihe von photokatalytischen Benchmark-Reaktionen, einschließlich aerober Oxidation, dualer Nickel-Photoredox-Katalyse, Wasserstoffperoxid-Evolution und chromoselektiver Umwandlung von Organoschwefel-Vorläufern.
Abschließend wurde der Anwendungsbereich von Kohlenstoffnitrid für netzoxidative und netzneutrale photokatalytische Prozesse erweitert und eine neue abstimmbare Plattform für die Katalysatorsynthese entdeckt.
KW  - carbon nitrides
KW  - Kohlenstoffnitriden
KW  - heterogeneous photocatalysis
KW  - heterogene Photokatalyse
KW  - organic synthesis
KW  - organische Synthese
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-610923
ER  - 
TY  - THES
A1  - Biedermann, Nicole
T1  - Carbonate-silicate reactions at conditions of the Earth’s mantle and the role of carbonates as possible trace-element carriers
N2  - Carbonates play a key role in the chemistry and dynamics of our planet. They are directly connected to the CO2 budget of our atmosphere and have a great impact on the deep carbon cycle. Moreover, recent studies have shown that carbonates are stable along the geothermal gradient down to Earth's lower mantle conditions, changing their crystal structure and related properties. Subducted carbonates may also react with silicates to form new phases. These reactions will redistribute elements, such as calcium (Ca), magnesium (Mg), iron (Fe) and carbon in the form of carbon dioxide (CO2), but also trace elements, that are carried by the carbonates. The trace elements of most interest are strontium (Sr) and rare earth elements (REE) which have been found to be important constituents in the composition of the primitive lower mantle and in mineral inclusions found in super-deep diamonds. However, the stability of carbonates in presence of mantle silicates at relevant temperatures is far from being well understood. Related to this, very little is known about distribution processes of trace elements between carbonates and mantle silicates. To shed light on these processes, we studied reactions between Sr- and REE-containing CaCO3 and Mg/Fe-bearing silicates of the system (Mg,Fe)2SiO4 - (Mg,Fe)SiO3 at high pressure and high temperature using synchrotron radiation based μ-X-ray diffraction (μ-XRD) and μ-X-ray fluorescence (μ-XRF) with μm-resolution in a laser-heated diamond anvil cell. X-ray diffraction is used to derive the structural changes of the phase reactions whereas X-ray fluorescence gives information on the chemical changes in the sample. In-situ experiments at high pressure and high temperature were performed at beamline P02.2 at PETRA III (Hamburg, Germany) and at beamline ID27 at ESRF (Grenoble, France). In addition to μ-XRD and μ-XRF, ex-situ measurements were made on the recovered sample material using transmission electron microscopy (TEM) and provided further insights into the reaction kinetics of carbonate-silicate reactions.
Our investigations show that CaCO3 is unstable in presence of mantle silicates above 1700 K and a reaction takes place in which magnesite plus CaSiO3-perovskite are formed. In addition, we observed that a high content of iron in the carbonate-silicate system favours dolomite formation during the reaction. The subduction of natural carbonates with significant amounts of Sr leads to a comprehensive investigation of the stability not only of CaCO3 phases in contact with mantle silicates but also of SrCO3 (and of Sr-bearing CaCO3). We found that SrCO3 reacts with (Mg,Fe)SiO3-perovskite to form magnesite and gained evidence for the formation of SrSiO3-perovskite.
To complement our study on the stability of SrCO3 at conditions of the Earth's lower mantle, we performed powder X-ray diffraction and single crystal X-ray diffraction experiments at ambient temperature and up to 49 GPa. We observed a transformation from SrCO3-I into a new high-pressure phase SrCO3-II at around 26 GPa with Pmmn crystal structure and a bulk modulus of 103(10) GPa. This information is essential to fully understand the phase behaviour and stability of carbonates in the Earth's lower mantle and to elucidate the possibility of introducing Sr into mantle silicates by carbonate-silicate reactions.
Simultaneous recording of μ-XRD and μ-XRF in the μm-range over the heated areas provides spatial information not only about phase reactions but also on the elemental redistribution during the reactions. A comparison of the spatial intensity distribution of the XRF signal before and after heating indicates a change in the elemental distribution of Sr and an increase in Sr-concentration was found around the newly formed SrSiO3-perovskite. With the help of additional TEM analyses on the quenched sample material the elemental redistribution was studied at a sub-micrometer scale. Contrary to expectations from combined μ-XRD and μ-XRF measurements, we found that La and Eu were not incorporated into the silicate phases, instead they tend to form either isolated oxide phases (e.g. Eu2O3, La2O3) or hydroxyl-bastnäsite (La(CO3)(OH)). In addition, we observed the transformation from (Mg,Fe)SiO3-perovskite to low-pressure clinoenstatite during pressure release. The monoclinic structure (P21/c) of this phase allows the incorporation of Ca as shown by additional EDX analyses and, to a minor extent, Sr too.
Based on our experiments, we can conclude that a detection of the trace elements in-situ at high pressure and high temperature remains challenging. However, our first findings imply that silicates may incorporate the trace elements provided by the carbonates and indicate that carbonates may have a major effect on the trace element contents of mantle phases.
N2  - Karbonate spielen eine wesentliche Rolle in der Chemie und Dynamik unseres Planeten. Sie stehen im direkten Zusammenhang mit dem CO2-Haushalt unserer Atmosphäre und dem tiefen, erdinneren Kohlenstoff-Kreislauf. Darüber hinaus haben jüngste Studien gezeigt, dass subduzierte Karbonate entlang des geothermischen Gradienten bis hinunter zu unteren Erdmantelbedingungen stabil sind, wobei sich ihre Kristallstruktur und die damit verbundenen Eigenschaften ändern. Ebenso können subduzierte Karbonate mit Mantelsilikaten reagieren. Diese Reaktionen führen zu einer Umverteilung von Elementen, welche von den subduzierten Karbonaten hinunter in die Tiefen der Erde transportiert werden. Die Elemente, um die es sich hauptsächlich handelt, sind dabei Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Eisen (Fe) und Kohlenstoff (C). Aber auch Spurenelemente, wie beispielsweise Strontium (Sr) und Seltene Erdelemente (REE), können über Karbonate in den unteren Erdmantelbereich gelangen. Die Stabilität der Karbonate in Gegenwart von Mantelsilikaten bei relevanten Erdmantelbedingungen ist jedoch bei Weitem nicht bekannt. Ebenso ist nur sehr wenig über die Verteilungsprozesse von Spurenelementen zwischen Karbonaten und Mantelsilikaten bekannt. Um diese Prozesse zu beleuchten, wurden Reaktionen zwischen Sr- und REE-haltigem CaCO3 und Mg/Fe-haltigen Silikaten aus dem System (Mg,Fe)2SiO4 - (Mg,Fe)SiO3 unter hohem Druck und hoher Temperatur mit μm-aufgelöster Röntgenbeugung (μ-XRD) und Röntgenfluoreszenz (μ-XRF) in einer lasergeheizten Diamantstempelzelle durchgeführt. Dabei wird Röntgenbeugung verwendet, um die strukturellen Änderungen der Phasenreaktionen abzuleiten, während Röntgenfluoreszenz Informationen über die chemischen Änderungen in der Probe liefert.
Unsere Untersuchungen zeigen, dass sowohl SrCO3 als auch CaCO3 in Gegenwart von Mantelsilikaten bei über 1700 K instabil sind und eine Reaktion stattfindet, bei der Magnesit und CaSiO3-Perowskit bzw. SrSiO3-Perowskit gebildet werden. Ein Vergleich der räumlichen Intensitätsverteilungen von XRF Signalen vor und nach dem Heizen zeigt eine Änderung in der Elementverteilung von Sr und eine Zunahme der Sr-Konzentration um den neugebildeten SrSiO3-Perowskit. Zusätzliche Aufnahmen am zurückgewonnenen, abgeschreckten Probenmaterial mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) lieferten weitere Erkenntnisse zur Reaktionskinetik. Entgegen den Erwartungen eines Einbaus der Seltenen Erdelemente in die neugebildeten Mantelsilikate, haben wir aus kombinierten μ-XRD-, μ-XRF- und TEM-Messungen festgestellt, dass La und Eu entweder isolierte Oxidphasen (Eu2O3, La2O3) oder Hydroxyl-Bastnäsit (La(CO3)(OH)) bilden. Zusätzlich war zu beobachten, dass (Mg,Fe)SiO3-Perowskit sich während der Druckentlastung in Clinoenstatit umgewandelt hat. Die monokline Struktur dieser Phase ermöglicht den Einbau von Ca und, im geringerem Maße, Sr, wie durch zusätzliche EDX-Analysen gezeigt wurde. Ergänzend zu unserer Studie führten wir Pulver-Röntgenbeugung in Kombination mit Einkristall-Röntgenbeugung bei Umgebungstemperatur und bis zu 49 GPa am Endglied Strontianit (SrCO3) durch. Wir beobachteten eine Umwandlung von SrCO3-I in eine neue Hochdruckphase SrCO3-II bei etwa 26 GPa mit Pmmn-Kristallstruktur und einem Kompressionsmodul von 103(10) GPa. Solche Informationen sind sehr wichtig, da sie Aufschlüsse sowohl über das Phasenverhalten als auch über die Stabilität von Karbonaten in Gegenwart von Mantelsilikaten geben und helfen, sie vollständig zu verstehen.
Basierend auf den Erkenntnissen aus unseren Experimenten können wir schließen, dass ein Nachweis von Spurenelementen in-situ unter hohem Druck und hoher Temperatur eine Herausforderung bleibt. Unsere Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass Silikate die Spurenelemente, welche von den Karbonaten transportiert werden, aufnehmen können und demzufolge Karbonate einen wesentlichen Einfluss auf den Spurenelementgehalt von Mantelphasen haben.
T2  - Karbonat-Silikat-Reaktionen bei Erdmantelbedingungen und die Rolle der Karbonate als mögliche Spurenelementträger
KW  - laser-heated Diamond Anvil Cell
KW  - Carbonate-Silicate reactions
KW  - Earth's mantle
KW  - Karbonat-Silikat-Reaktionen
KW  - Erdmantel
KW  - laser-geheizte Diamantstempelzelle
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-482772
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TY  - THES
A1  - Gleiß, Alexander
T1  - Case Studies on Digital Transformation
T1  - Fallstudien zur Digitalen Transformation
BT  - Research on the Impact of Digital Technologies and Digital Platforms on the Economy
BT  - Aufsätze zum Einfluss digitaler Technologien und Plattformen auf die Wirtschaft
N2  - Digital transformation (DT) has not only been a major challenge in recent years, it is also supposed to continue to enormously impact our society and economy in the forthcoming decade. On the one hand, digital technologies have emerged, diffusing and determining our private and professional lives. On the other hand, digital platforms have leveraged the potentials of digital technologies to provide new business models. These dynamics have a massive effect on individuals, companies, and entire ecosystems. Digital technologies and platforms have changed the way persons consume or interact with each other. Moreover, they offer companies new opportunities to conduct their business in terms of value creation (e.g., business processes), value proposition (e.g., business models), or customer interaction (e.g., communication channels), i.e., the three dimensions of DT. However, they also can become a threat for a company's competitiveness or even survival. Eventually, the emergence, diffusion, and employment of digital technologies and platforms bear the potential to transform entire markets and ecosystems.
Against this background, IS research has explored and theorized the phenomena in the context of DT in the past decade, but not to its full extent. This is not surprising, given the complexity and pervasiveness of DT, which still requires far more research to further understand DT with its interdependencies in its entirety and in greater detail, particularly through the IS perspective at the confluence of technology, economy, and society. Consequently, the IS research discipline has determined and emphasized several relevant research gaps for exploring and understanding DT, including empirical data, theories as well as knowledge of the dynamic and transformative capabilities of digital technologies and platforms for both organizations and entire industries.
Hence, this thesis aims to address these research gaps on the IS research agenda and consists of two streams. The first stream of this thesis includes four papers that investigate the impact of digital technologies on organizations. In particular, these papers study the effects of new technologies on firms (paper II.1) and their innovative capabilities (II.2), the nature and characteristics of data-driven business models (II.3), and current developments in research and practice regarding on-demand healthcare (II.4). Consequently, the papers provide novel insights on the dynamic capabilities of digital technologies along the three dimensions of DT. Furthermore, they offer companies some opportunities to systematically explore, employ, and evaluate digital technologies to modify or redesign their organizations or business models.
The second stream comprises three papers that explore and theorize the impact of digital platforms on traditional companies, markets, and the economy and society at large. At this, paper III.1 examines the implications for the business of traditional insurance companies through the emergence and diffusion of multi-sided platforms, particularly in terms of value creation, value proposition, and customer interaction. Paper III.2 approaches the platform impact more holistically and investigates how the ongoing digital transformation and "platformization" in healthcare lastingly transform value creation in the healthcare market. Paper III.3 moves on from the level of single businesses or markets to the regulatory problems that result from the platform economy for economy and society, and proposes appropriate regulatory approaches for addressing these problems. Hence, these papers bring new insights on the table about the transformative capabilities of digital platforms for incumbent companies in particular and entire ecosystems in general.
Altogether, this thesis contributes to the understanding of the impact of DT on organizations and markets through the conduction of multiple-case study analyses that are systematically reflected with the current state of the art in research. On this empirical basis, the thesis also provides conceptual models, taxonomies, and frameworks that help describing, explaining, or predicting the impact of digital technologies and digital platforms on companies, markets and the economy or society at large from an interdisciplinary viewpoint.
N2  - Die Digitale Transformation (DT) war in den letzten Jahren eine große Herausforderung und wird auch im kommenden Jahrzehnt unsere Gesellschaft und Wirtschaft weiterhin enorm beeinflussen. Neue digitale Technologien durchdringen unseren Alltag, beeinflussen unser Leben maßgeblich und werden es zunehmend mitbestimmen. Gleichzeitig haben digitale Plattformen die Potenziale digitaler Technologien genutzt, um neue Geschäftsmodelle zu entwickeln und zu etablieren, mit tiefgreifenden Auswirkungen auf Einzelpersonen, Unternehmen und ganze Ökosysteme. Digitale Technologien und Plattformen haben das Konsum- und Kommunikationsverhalten der Menschen in den letzten Jahren erheblich und nachhaltig verändert. Einerseits bieten digitale Technologien Unternehmen verschiedener Branchen neue Gestaltungsmöglichkeiten in allen drei Dimension der DT, nämlich dem Leistungserstellungsmodell (z. B. bessere Geschäftsprozesse), dem Leistungsangebotsmodell (z. B. neue Geschäftsmodelle) und dem Kundeninteraktionsmodell (z. B. zeitgemäße Kommunikationskanäle). Anderseits besitzen digitale Technologien und Plattformen das Potenzial, ganze Ökosysteme zu verändern, und können daher auch zu einer Bedrohung für die Wettbewerbsfähigkeit – oder gar das Überleben – einzelner Unternehmen oder ganzer Märkte werden.
Vor diesem Hintergrund hat die Forschung der Wirtschaftsinformatik und Information Systems (WI/IS) die Phänomene im Zusammenhang mit der DT in den letzten Jahren erforscht und in Theorien überführt, jedoch angesichts des Ausmaßes, der Dynamik und Komplexität der DT noch nicht vollumfänglich erschlossen. Folglich bedarf es noch weiterer Forschungsanstrengungen, um die DT einschließlich der Interdependenzen in ihrer Gesamtheit und im Detail besser zu verstehen, insbesondere durch die WI/IS-geprägte Perspektive in der Schnittmenge von Technologie, Wirtschaft und Gesellschaft. Folgerichtig wurde in der WI/IS-Disziplin eine Vielzahl bedeutender Forschungslücken diagnostiziert, u. a. den Mangel an empirischen Daten, an Theorien und Konzepten sowie an Wissen über die dynamischen und transformativen Fähigkeiten digitaler Technologien und Plattformen sowohl für einzelne Organisationen als auch für ganze Branchen und Ökosysteme.
Daher zielt diese Arbeit darauf ab, ausgewählte Forschungslücken auf der WI/IS-Forschungsagenda anzugehen. Die Arbeit ist hierzu in zwei Bereiche aufgegliedert. Der erste Bereich dieser Arbeit umfasst vier Beiträge zur Analyse der Auswirkungen digitaler Technologien auf Organisationen. Beleuchtet werden hier im Speziellen Einflüsse neuer Technologien auf Unternehmen (Beitrag II.1) und deren Innovationsfähigkeit (II.2), Wesen und Eigenschaften datengetriebener Geschäftsmodelle (II.3) sowie Entwicklungen in Forschung und Praxis zu On-demand Healthcare, d. h. digitalen, patientenzentrierten Ad-hoc-Gesundheitsservices (II.4). Diese Beiträge liefern der Forschung neue Erkenntnisse über die dynamischen Fähigkeiten digitaler Technologien für Unternehmen entlang der drei Dimensionen der DT und zeigen Firmen neue Möglichkeiten auf, digitale Technologien zur Umgestaltung der Organisation oder zur Entwicklung neuer Geschäftsmodelle systematisch zu erkunden, einzusetzen und zu bewerten.
Der zweite Bereich dieser Arbeit beinhaltet drei Beiträge zur Analyse der Auswirkungen digitaler Plattformen auf traditionelle Unternehmen und Märkte sowie die Wirtschaft und Gesellschaft als Ganzes. Im Speziellen beleuchtet Beitrag III.1 den Einfluss digitaler Plattformen auf das Geschäft traditioneller Versicherungsunternehmen und demnach, wie sich Wertschöpfung, Leistungsangebot und Kundeninteraktion in der Folge wandeln. Beitrag III.2 betrachtet den Einfluss digitaler Plattformen ganzheitlicher und untersucht, wie sich die Wertschöpfungsstrukturen im Gesundheitsmarkt infolge der Digitalisierung und "Plattformisierung" nachhaltig verändern. Gegenstand der Betrachtung sind hierbei insbesondere die fünf großen Player: Google, Apple, Facebook, Amazon und Microsoft (GAFAM). Beitrag III.3 verlässt die Ebene einzelner Unternehmen und Märkte und untersucht die regulatorischen Probleme, die infolge der Plattformökonomie für Wirtschaft und Gesellschaft entstehen, und entwickelt entsprechende Lösungsansätze, diese anzugehen. Die Beiträge steuern somit neue Erkenntnisse über die transformativen Auswirkungen digitaler Plattformen auf etablierte Unternehmen im Speziellen und ganze Ökosysteme im Allgemeinen bei.
Die Erkenntnisse aller Beiträge stützen sich im Wesentlichen auf der Analyse von Fallstudien, die im Kontext bestehender Forschung in den einzelnen Bereichen systematisch untersucht werden. Auf dieser empirischen Grundlage werden im Rahmen dieser Arbeit theoretische Modelle, Taxonomien und Frameworks entwickelt, die helfen, diese Auswirkungen aus interdisziplinärer Sicht zu beschreiben, zu erklären oder vorherzusagen. Insgesamt trägt diese Arbeit demzufolge zum weiteren Verständnis der Auswirkungen der DT auf Organisationen, Märkte und die Gesellschaft bei.
KW  - Digital Transformation
KW  - Digitalization
KW  - Digital Health
KW  - Digital Platforms
KW  - Platform Economy
KW  - Digitalisierung
KW  - Plattformökonomie
KW  - Digitale Transformation
KW  - Digitale Plattformen
KW  - Digitale Gesundheit
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-546159
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TY  - THES
A1  - Schiefele, Jürgen
T1  - Casimir-Polder interaction in second quantization
T1  - Casimir-Polder Wechselwirkung in zweiter Quantisierung
N2  - The Casimir-Polder interaction between a single neutral atom and a nearby surface, arising from the (quantum and thermal) fluctuations of the electromagnetic field, is a cornerstone of cavity quantum electrodynamics (cQED), and theoretically well established. Recently, Bose-Einstein condensates (BECs) of ultracold atoms have been used to test the predictions of cQED. The purpose of the present thesis is to upgrade single-atom cQED with the many-body theory needed to describe trapped atomic BECs. Tools and methods are developed in a second-quantized picture that treats atom and photon fields on the same footing. We formulate a diagrammatic expansion using correlation functions for both the electromagnetic field and the atomic system. The formalism is applied to investigate, for BECs trapped near surfaces, dispersion interactions of the van der Waals-Casimir-Polder type, and the Bosonic stimulation in spontaneous decay of excited atomic states. We also discuss a phononic Casimir effect, which arises from the quantum fluctuations in an interacting BEC.
N2  - Die durch (quantenmechanische und thermische) Fluktuationen des elektromagnetischen Feldes hervorgerufene Casimir-Polder-Wechselwirkung zwischen einem elektrisch neutralen Atom und einer benachbarten Oberfläche stellt einen theoretisch gut untersuchten Aspekt der Resonator-Quantenelektrodynamik (cavity quantum electrodynamics, cQED) dar. Seit kurzem werden atomare Bose-Einstein-Kondensate (BECs) verwendet, um die theoretischen Vorhersagen der cQED zu überprüfen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die bestehende cQED Theorie für einzelne Atome mit den Techniken der Vielteilchenphysik zur Beschreibung von BECs zu verbinden. Es werden Werkzeuge und Methoden entwickelt, um sowohl Photon- als auch Atom-Felder gleichwertig in zweiter Quantisierung zu beschreiben. Wir formulieren eine diagrammatische Störungstheorie, die Korrelationsfunktionen des elektromagnetischen Feldes und des Atomsystems benutzt. Der Formalismus wird anschließend verwendet, um für in Fallen nahe einer Oberfläche gehaltene BECs Atom-Oberflächen-Wechselwirkungen vom Casimir-Polder-Typ und die bosonische Stimulation des spontanen Zerfalls angeregter Atome zu untersuchen. Außerdem untersuchen wir einen phononischen Casimir-Effekt, der durch die quantenmechanischen Fluktuationen in einem wechselwirkenden BEC entsteht.
KW  - Hohlraum-Quantenelektrodynamik
KW  - Bose-Einstein-Kondensation
KW  - Casimir-Polder-Interaktion
KW  - Vakuumschwankungen
KW  - van der Waals-Kräfte
KW  - cavity quantum electrodynamics
KW  - Bose-Einstein condensation
KW  - Casimir-Polder interaction
KW  - vacuum fluctuations
KW  - van der Waals forces
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-54171
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TY  - THES
A1  - Stolle, Amelie
T1  - Catastrophic Sediment Pulses in the Pokhara Valley, Nepal
T1  - Katastrophale Sediment Ablagerungen im Pokhara Tal, Nepal
N2  - Fluvial terraces, floodplains, and alluvial fans are the main landforms to store sediments and to decouple hillslopes from eroding mountain rivers. Such low-relief landforms are also preferred locations for humans to settle in otherwise steep and poorly accessible terrain. Abundant water and sediment as essential sources for buildings and infrastructure make these areas amenable places to live at. Yet valley floors are also prone to rare and catastrophic sedimentation that can overload river systems by abruptly increasing the volume of sediment supply, thus causing massive floodplain aggradation, lateral channel instability, and increased flooding. Some valley-fill sediments should thus record these catastrophic sediment pulses, allowing insights into their timing, magnitude, and consequences.
This thesis pursues this theme and focuses on a prominent ~150 km2 valley fill in the Pokhara Valley just south of the Annapurna Massif in central Nepal. The Pokhara Valley is conspicuously broad and gentle compared to the surrounding dissected mountain terrain,
and is filled with locally more than 70 m of clastic debris. The area’s main river, Seti Khola, descends from the Annapurna Sabche Cirque at 3500-4500 m asl down to 900 m asl where it incises into this valley fill. Humans began to settle on this extensive
fan surface in the 1750’s when the Trans-Himalayan trade route connected the Higher Himalayas, passing Pokhara city, with the subtropical lowlands of the Terai. High and unstable river terraces and steep gorges undermined by fast flowing rivers with highly seasonal (monsoon-driven) discharge, a high earthquake risk, and a growing population make the Pokhara Valley an ideal place to study the recent geological and geomorphic history of its sediments and the implication for natural hazard appraisals.
The objective of this thesis is to quantify the timing, the sedimentologic and geomorphic processes as well as the fluvial response to a series of strong sediment pulses. I report
diagnostic sedimentary archives, lithofacies of the fan terraces, their geochemical provenance, radiocarbon-age dating and the stratigraphic relationship between them. All these various and independent lines of evidence show consistently that multiple sediment pulses filled the Pokhara Valley in medieval times, most likely in connection with, if not triggered by, strong seismic ground shaking. The geomorphic and sedimentary evidence is
consistent with catastrophic fluvial aggradation tied to the timing of three medieval Himalayan earthquakes in ~1100, 1255, and 1344 AD. Sediment provenance and calibrated radiocarbon-age data are the key to distinguish three individual sediment pulses, as these are not evident from their sedimentology alone. I explore various measures of adjustment and fluvial response of the river system following these massive aggradation pulses. By using proxies such as net volumetric erosion, incision and erosion rates, clast provenance on active river banks, geomorphic markers such as re-exhumed tree trunks in growth position, and knickpoint locations in tributary valleys, I estimate the response of the river network in the Pokhara Valley to earthquake disturbance over several centuries. Estimates of the removed volumes since catastrophic valley filling began, require average net sediment
yields of up to 4200 t km−2 yr−1 since, rates that are consistent with those reported for Himalayan rivers. The lithological composition of active channel-bed load differs from that of local bedrock material, confirming that rivers have adjusted 30-50% depending on data of different tributary catchments, locally incising with rates of 160-220 mm yr−1. In many tributaries to the Seti Khola, most of the contemporary river loads come from a Higher Himalayan source, thus excluding local hillslopes as sources. This imbalance in sediment provenance emphasizes how the medieval sediment pulses must have rapidly traversed up to 70 km downstream to invade the downstream reaches of the tributaries
up to 8 km upstream, thereby blocking the local drainage and thus reinforcing, or locally creating new, floodplain lakes still visible in the landscape today.
Understanding the formation, origin, mechanism and geomorphic processes of this valley fill is crucial to understand the landscape evolution and response to catastrophic sediment pulses. Several earthquake-triggered long-runout rock-ice avalanches or catastrophic dam burst in the Higher Himalayas are the only plausible mechanisms to explain both the geomorphic and sedimentary legacy that I document here. In any case, the Pokhara Valley was most likely hit by a cascade of extremely rare processes over some two centuries starting in the early 11th century. Nowhere in the Himalayas do we find valley fills of
comparable size and equally well documented depositional history, making the Pokhara Valley one of the most extensively dated valley fill in the Himalayas to date. Judging from the growing record of historic Himalayan earthquakes in Nepal that were traced and
dated in fault trenches, this thesis shows that sedimentary archives can be used to directly aid reconstructions and predictions of both earthquake triggers and impacts from a sedimentary-response perspective. The knowledge about the timing, evolution, and response of the Pokhara Valley and its river system to earthquake triggered sediment pulses is important to address the seismic and geomorphic risk for the city of Pokhara. This
thesis demonstrates how geomorphic evidence on catastrophic valley infill can help to independently verify paleoseismological fault-trench records and may initiate re-thinking on post-seismic hazard assessments in active mountain regions.
N2  - Der Transport von Sedimenten in Flüssen ist wichtig, um Landschaftsformen in Gebirgsregionen entstehen zu lassen. Eine erhöhte, plötzliche Sedimentzufuhr, beispielsweise durch Massenbewegungen ausgelöst, kann ein Flusssystem schnell aus dem Gleichgewicht bringen. Innerhalb kurzer Zeit transportiertes Sediment wird häufig an Überschwemmungsflächen abgelagert, was zu instabilen Flussverläufen, erhöhtem Sedimentabtrag und vermehrten Überschwemmungen führen kann. Talverfüllungen, Schwemmmfächer, Flussterrassen und Überschwemmungsebenen sind in diesem Zusammenhang die am häufigsten vorkommenden Landschaftsformen, um große Materialvolumen zu speichern. Weil Wasser und Sediment als Baustoff in ausreichenden Mengen zur Verfügung stehen, sind sie bevorzugte Siedlungsflächen.
Diese Dissertation untersucht in drei Studien die Entstehung, geomorphologische und sedimentologische Prozesse, sowie die Anpassung des Flusssystems auf einen erhöhten Sedimenteintrag des heute mit Sedimenten verfüllten Pokhara Tals im zentralen Himalaya. Die Stadt Pokhara liegt am Fuße des bis zu 8000 m hohen Annapurna Massivs auf einem ~150 km2 großen, aus klastischen Sedimentablagerungen bestehender Fächer. Das Tal ist von bis zu 70 m hohen Terrassen gekennzeichnen und auffallend flach im Vergleich zur umliegenden Topographie. Der Seti Khola entwässert das Annapurna Massiv in einer Höhe von 3500-5000 m ü.N.N. und erreicht nach kurzer Distanz den Pokhara Fächer. Erste Bewohner siedelten sich in den 1750er Jahren an als die frühere Handelsroute den Hohen Himalaya mit dem subtropischen Tiefland (Terai) verbunden hat. Seither wächst die Stadt stetig und ist heute, nach Kathmandu, die zweitgrößte Stadt Nepals.
Durch die Nähe der geologischen Hauptstörung zwischen dem Hohen Himalaya und dem tiefer liegenden Vorderen Himalaya herrscht ein hohes Erdbebenrisiko im Pokhara Tal. Die Kombination aus hohen Terrassen und tiefen, von schnell fließenden Flüssen ausgespülten
Schluchten, machen das Tal zu einem geeigneten Ort, um die kaum untersuchte geologische und geomorphologische Geschichte der in diesem Tal abgelagernten Sedimente zu erforschen. Um Landschaftsveränderungen und -entwicklungen zu verstehen sowie die
Reaktion des Flussnetzes auf erhöhte Sedimentzufuhr zu überblicken, ist es unabdingbar, den Ursprung des Materials, die sedimentologischen Prozesse und mögliche Auslöser der Talverfüllung zu analysieren.
Daten und Proben aus dem Gelände, die später im Labor datiert, ausgewertet, mit sedimentologischen Aufzeichnungen kombiniert und durch fernerkundliche Methoden ergänzt und analysiert wurden, bilden die Basis der Ergebnisse dieser Dissertation. Da solche
massiven, in sehr kurzer Zeit abgelagerten Sedimente auf eine katastrophale Entstehung hindeuten, spielt auch der zeitliche Aspekt eine wichtige Rolle.
erschiedene Beweise zeigen, dass mindestens drei Sedimentereignisse das Pokhara Tal verfüllt haben. Ich dokumentiere ein aufschlussreiches Sedimentarchiv, Sedimentabfolgen geochemische Provenienz, Radiokarbonalter und die stratigraphische Beziehung zwischen diesen Ergebnissen. Diese unabhängig voneinander gewonnen Ergebnisse zeigen, dass geomorphologische und sedimentologische Beweise mit den Altersdatierungen konsistent sind und wir mit diesen Untersuchungen die abgelagerten Geröllmassen mit historischen Starkbeben in Verbindung bringen können (~1100, 1255, 1344 AD). Provenienz in Kombination mit den Altersdatierungen lassen uns wiederum die drei Ereignisse in ihren Mächtigkeit unterscheiden und individuel das Volumen bestimmen. Messungen zur Anpassung des
Flusssystems ergeben, dass das System noch stark von seinem Gleichgewicht abweicht, da erst 30-70% des über kurze Zeit abgelagerten Materials aus dem Flussbett ausgeräumt wurden. Hierfür benutzte Marker sind unter Anderem volumetrische Berechnungen, Erosionsund Einschneideraten der Flüsse, Bäume in ihrer Wachstumsposition zur Altersdatierung und Stufen im Längsgerinneprofil der Seitenflüsse. Das bis heute abgetragene Volumen ergibt Sedimentaustragsraten von bis zu 4200 t km−2 yr−1 am Fuß des Fächers. Die lithologische Zusammensetzung aktiver Flussbänke in Seitentälern zeigt, dass Material der Formation gegenüber lokalem Grundgestein immer noch dominiert. Dieses lithologische Ungleichgewicht verdeutlicht, wie schnell Sedimentmassen in drei Ereignissen über 70 km talabwärts und bis zu 8 km flussaufwärts (in die Seitentäler) abgelagert wurden. Lokale Einschneideraten in die Pokhara Formation liegen zwischen 0.16-0.22 m yr−1 und weisen auf einen sich schnell verändernden Flussverlauf hin.
Um die Landschaftsentwicklung nach solch massiven Sedimentablagerungen analysieren zu können, müssen die Sedimentologie, die geomorphologischen Prozesse, der Ursprung und
die Mechanismen der Talverfüllung verstanden und als Basiswissen vorausgesetzt werden. Aus den gewonnen Resultaten schließen wir, dass das Pokhara Tal von mehreren katastrophal aufeinanderfolgenden Naturereignissen in einem Zeitraum von ~200 Jahren seit dem 12. Jahrhundert heimgesucht wurde. Nirgendwo im Himalaya finden wir vergleichbare Talverfüllungen, weder in ihrer Größe, noch in dieser detailliert aufgenommenen geomorphologischen
Geschichte und sedimentologischen Aufzeichnungen. Das Pokhara Tals ist damit eine der am besten datierten Talverfüllungen des gesamten Himalaya. Diese Arbeit zeigt, dass in sedimentären Archiven - unabhängig von der Paleoseismologie - historische Starkbeben datiert und erkannt werden können. So hilft das Wissen über den zeitlichen Verlauf der Talverfüllung, die Entwicklung des Fächers und die Anpassung des Flusssystems in Zukunft Entscheidungen zu treffen, die das geomorphologische Risiko für die Stadt Pokhara vermindern und gleichzeitig bauliche Maßnahmen besser an die lokalen Risikofaktoren angepasst werden können.
KW  - geomorphology
KW  - geohazards
KW  - Himalaya
KW  - radiocarbon age dating
KW  - Geomorphologie
KW  - Naturgefahren
KW  - Himalaya
KW  - Radiokarbondatierung
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-413341
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TY  - THES
A1  - Huegle, Johannes
T1  - Causal discovery in practice: Non-parametric conditional independence testing and tooling for causal discovery
T1  - Kausale Entdeckung in der Praxis: Nichtparametrische bedingte Unabhängigkeitstests und Werkzeuge für die Kausalentdeckung
N2  - Knowledge about causal structures is crucial for decision support in various domains. For example, in discrete manufacturing, identifying the root causes of failures and quality deviations that interrupt the highly automated production process requires causal structural knowledge. However, in practice, root cause analysis is usually built upon individual expert knowledge about associative relationships. But, "correlation does not imply causation", and misinterpreting associations often leads to incorrect conclusions. Recent developments in methods for causal discovery from observational data have opened the opportunity for a data-driven examination. Despite its potential for data-driven decision support, omnipresent challenges impede causal discovery in real-world scenarios. In this thesis, we make a threefold contribution to improving causal discovery in practice.

(1) The growing interest in causal discovery has led to a broad spectrum of methods with specific assumptions on the data and various implementations. Hence, application in practice requires careful consideration of existing methods, which becomes laborious when dealing with various parameters, assumptions, and implementations in different programming languages. Additionally, evaluation is challenging due to the lack of ground truth in practice and limited benchmark data that reflect real-world data characteristics.
To address these issues, we present a platform-independent modular pipeline for causal discovery and a ground truth framework for synthetic data generation that provides comprehensive evaluation opportunities, e.g., to examine the accuracy of causal discovery methods in case of inappropriate assumptions.

(2) Applying constraint-based methods for causal discovery requires selecting a conditional independence (CI) test, which is particularly challenging in mixed discrete-continuous data omnipresent in many real-world scenarios. In this context, inappropriate assumptions on the data or the commonly applied discretization of continuous variables reduce the accuracy of CI decisions, leading to incorrect causal structures. 
Therefore, we contribute a non-parametric CI test leveraging k-nearest neighbors methods and prove its statistical validity and power in mixed discrete-continuous data, as well as the asymptotic consistency when used in constraint-based causal discovery. An extensive evaluation of synthetic and real-world data shows that the proposed CI test outperforms state-of-the-art approaches in the accuracy of CI testing and causal discovery, particularly in settings with low sample sizes. 

(3) To show the applicability and opportunities of causal discovery in practice, we examine our contributions in real-world discrete manufacturing use cases. For example, we showcase how causal structural knowledge helps to understand unforeseen production downtimes or adds decision support in case of failures and quality deviations in automotive body shop assembly lines.
N2  - Kenntnisse über die Strukturen zugrundeliegender kausaler Mechanismen sind eine Voraussetzung für die Entscheidungsunterstützung in verschiedenen Bereichen. In der Fertigungsindustrie beispielsweise erfordert die Fehler-Ursachen-Analyse von Störungen und Qualitätsabweichungen, die den hochautomatisierten Produktionsprozess unterbrechen, kausales Strukturwissen. In Praxis stützt sich die Fehler-Ursachen-Analyse in der Regel jedoch auf individuellem Expertenwissen über assoziative Zusammenhänge. Aber "Korrelation impliziert nicht Kausalität", und die Fehlinterpretation assoziativer Zusammenhänge führt häufig zu falschen Schlussfolgerungen. Neueste Entwicklungen von Methoden des kausalen Strukturlernens haben die Möglichkeit einer datenbasierten Betrachtung eröffnet. Trotz seines Potenzials zur datenbasierten Entscheidungsunterstützung wird das kausale Strukturlernen in der Praxis jedoch durch allgegenwärtige Herausforderungen erschwert. In dieser Dissertation leisten wir einen dreifachen Beitrag zur Verbesserung des kausalen Strukturlernens in der Praxis.

(1) Das wachsende Interesse an kausalem Strukturlernen hat zu einer Vielzahl von Methoden mit spezifischen statistischen Annahmen über die Daten und verschiedenen Implementierungen geführt. Daher erfordert die Anwendung in der Praxis eine sorgfältige Prüfung der vorhandenen Methoden, was eine Herausforderung darstellt, wenn verschiedene Parameter, Annahmen und Implementierungen in unterschiedlichen Programmiersprachen betrachtet werden. Hierbei wird die Evaluierung von Methoden des kausalen Strukturlernens zusätzlich durch das Fehlen von "Ground Truth" in der Praxis und begrenzten Benchmark-Daten, welche die Eigenschaften realer Datencharakteristiken widerspiegeln, erschwert.
Um diese Probleme zu adressieren, stellen wir eine plattformunabhängige modulare Pipeline für kausales Strukturlernen und ein Tool zur Generierung synthetischer Daten vor, die umfassende Evaluierungsmöglichkeiten bieten, z.B. um Ungenauigkeiten von Methoden des Lernens kausaler Strukturen bei falschen Annahmen an die Daten aufzuzeigen.

(2) Die Anwendung von constraint-basierten Methoden des kausalen Strukturlernens erfordert die Wahl eines bedingten Unabhängigkeitstests (CI-Test), was insbesondere bei gemischten diskreten und kontinuierlichen Daten, die in vielen realen Szenarien allgegenwärtig sind, die Anwendung erschwert. Beispielsweise führen falsche Annahmen der CI-Tests oder die Diskretisierung kontinuierlicher Variablen zu einer Verschlechterung der Korrektheit der Testentscheidungen, was in fehlerhaften kausalen Strukturen resultiert. 
Um diese Probleme zu adressieren, stellen wir einen nicht-parametrischen CI-Test vor, der auf Nächste-Nachbar-Methoden basiert, und beweisen dessen statistische Validität und Trennschärfe bei gemischten diskreten und kontinuierlichen Daten, sowie dessen asymptotische Konsistenz in constraint-basiertem kausalem Strukturlernen. Eine umfangreiche Evaluation auf synthetischen und realen Daten zeigt, dass der vorgeschlagene CI-Test bestehende Verfahren hinsichtlich der Korrektheit der Testentscheidung und gelernter kausaler Strukturen übertrifft, insbesondere bei geringen Stichprobengrößen. 

(3) Um die Anwendbarkeit und Möglichkeiten kausalen Strukturlernens in der Praxis aufzuzeigen, untersuchen wir unsere Beiträge in realen Anwendungsfällen aus der Fertigungsindustrie. Wir zeigen an mehreren Beispielen aus der automobilen Karosseriefertigungen wie kausales Strukturwissen helfen kann, unvorhergesehene Produktionsausfälle zu verstehen oder eine Entscheidungsunterstützung bei Störungen und Qualitätsabweichungen zu geben.
KW  - causal discovery
KW  - causal structure learning
KW  - causal AI
KW  - non-parametric conditional independence testing
KW  - manufacturing
KW  - causal reasoning
KW  - mixed data
KW  - kausale KI
KW  - kausale Entdeckung
KW  - kausale Schlussfolgerung
KW  - kausales Strukturlernen
KW  - Fertigung
KW  - gemischte Daten
KW  - nicht-parametrische bedingte Unabhängigkeitstests
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-635820
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TY  - THES
A1  - Behrens, Ricarda
T1  - Causes for slow weathering and erosion in the steep, warm, monsoon-subjected Highlands of Sri Lanka
T1  - Ursache von langsamer Verwitterung und Erosion im steilen, warmen und Monsun-beeinflussten Hochland von Sri Lanka
N2  - In the Highlands of Sri Lanka, erosion and chemical weathering rates are among the lowest for global mountain denudation. In this tropical humid setting, highly weathered deep saprolite profiles have developed from high-grade metamorphic charnockite during spheroidal weathering of the bedrock. The spheroidal weathering produces rounded corestones and spalled rindlets at the rock-saprolite interface. I used detailed textural, mineralogical, chemical, and electron-microscopic (SEM, FIB, TEM) analyses to identify the factors limiting the rate of weathering front advance in the profile, the sequence of weathering reactions, and the underlying mechanisms. The first mineral attacked by weathering was found to be pyroxene initiated by in situ Fe oxidation, followed by in situ biotite oxidation. Bulk dissolution of the primary minerals is best described with a dissolution – re-precipitation process, as no chemical gradients towards the mineral surface and sharp structural boundaries are observed at the nm scale. Only the local oxidation in pyroxene and biotite is better described with an ion by ion process. The first secondary phases are oxides and amorphous precipitates from which secondary minerals (mainly smectite and kaolinite) form. Only for biotite direct solid state transformation to kaolinite is likely. The initial oxidation of pyroxene and biotite takes place in locally restricted areas and is relatively fast: log J = -11 molmin/(m2 s). However, calculated corestone-scale mineral oxidation rates are comparable to corestone-scale mineral dissolution rates: log R = -13 molpx/(m2 s) and log R = -15 molbt/(m2 s). The oxidation reaction results in a volume increase. Volumetric calculations suggest that this observed oxidation leads to the generation of porosity due to the formation of micro-fractures in the minerals and the bedrock allowing for fluid transport and subsequent dissolution of plagioclase. At the scale of the corestone, this fracture reaction is responsible for the larger fractures that lead to spheroidal weathering and to the formation of rindlets. Since these fractures have their origin from the initial oxidational induced volume increase, oxidation is the rate limiting parameter for weathering to take place. The ensuing plagioclase weathering leads to formation of high secondary porosity in the corestone over a distance of only a few cm and eventually to the final disaggregation of bedrock to saprolite. As oxidation is the first weathering reaction, the supply of O2 is a rate-limiting factor for chemical weathering. Hence, the supply of O2 and its consumption at depth connects processes at the weathering front with erosion at the surface in a feedback mechanism. The strength of the feedback depends on the relative weight of advective versus diffusive transport of O2 through the weathering profile. The feedback will be stronger with dominating diffusive transport. The low weathering rate ultimately depends on the transport of O2 through the whole regolith, and on lithological factors such as low bedrock porosity and the amount of Fe-bearing primary minerals. In this regard the low-porosity charnockite with its low content of Fe(II) bearing minerals impedes fast weathering reactions. Fresh weatherable surfaces are a pre-requisite for chemical weathering. However, in the case of the charnockite found in the Sri Lankan Highlands, the only process that generates these surfaces is the fracturing induced by oxidation. Tectonic quiescence in this region and low pre-anthropogenic erosion rate (attributed to a dense vegetation cover) minimize the rejuvenation of the thick and cohesive regolith column, and lowers weathering through the feedback with erosion.
N2  - Erosions- und chemische Verwitterungsraten im srilankischen Hochland gehören zu den langsamsten der globalen Gebirgsdenudationsraten. In diesem tropischen, humiden Gebiet entwickelten sich mächtige Verwitterungsprofile – sogenannte Saprolite – auf spheroidal verwittertem, hochgradig metamorphen Charnockit. Spheroidale Verwitterung führt zu abgerundeten „corestones“ mit abgesplitterten Rinden („rindlets“) an der Gesteins – Saprolit Grenze. Zur Identifizierung der ratenlimitierenden Faktoren des Fortschreiten der Verwitterungsfront, der Sequenz der Verwitterungsreaktionen und der dahinterliegenden Mechanismen nutzte ich detaillierte gesteinsstrukturelle, mineralogische, chemische und elektronenmikroskopische (SEM, FIB, TEM) Analysemethoden. Die initiale Verwitterung beginnt mit lokal begrenzter in situ Oxidation in Pyroxen, gefolgt von in situ Oxidation von Biotit. Die Auflösung der Minerale wird am besten durch einen Auflöse – Wiederausfällungs-prozess beschrieben, da zur Mineralgrenze hin keine chemischen Gradienten, dafür aber auf der nm-Skala scharfe strukturelle Grenzen zu beobachten sind. Die ersten ausfallenden Sekundärphasen sind Oxide und amorphe Phasen aus denen sich Sekundärmineral (hauptsächlich Smectit und Kaolinit) bilden. Für Biotit ist auch eine direkte Umwandlung im Festzustand zu Kaolinit möglich. Die initiale Pyroxen- und Biotitoxidation ist relativ schnell: log J = -11 molmin/(m2 s). Berechnete Oxidationsraten auf der corestone-Skala (cm) sind vergleichbar zu Auflöseraten auf derselben Skala: log R = -13 molpx/(m2 s) und log R = -15 molbt/(m2 s). Volumetrische Berechnungen führen zum Schluss, dass die Oxidation mit einhergehender Volumenzunahme zur Entwicklung von Mikrofrakturen in den Mineralen und dem Gesamtgestein führt. Diese begünstigen Fluidtransport und damit einhergehende Plagioklasverwitterung. Des Weiteren ist diese Oxidationsreaktion verantwortlich für die Entstehung der Frakturen bei spheroidaler Verwitterung des Gesteins, welche die „rindlets“ vom „corestone“ abgrenzen. Daraus kann geschlossen werden, dass in situ Oxidation der ratenlimitierende Prozess bei der Verwitterung ist. Plagioklasverwitterung führt zu einer hohen Porositätszunahme und der endgültigen Umwandlung von Gestein zu Saprolit. Da Oxidation die erste Verwitterungsreaktion ist, verbinden die Zuführung und der Verbrauch von O2 zur, beziehungsweise an die Verwitterungsfront Erosion an der Oberfläche mit Prozessen an der Verwitterungsfront über einen Feedbackmechanismus. Daher hängt die langsame Verwitterungsrate letztlich vom Sauerstofftransport durch das Verwitterungsprofil und von lithologischen Faktoren des Charnockit wie zum Beispiel geringe Gesteinsporosität und/oder wenige Fe(II)-haltige Primärminerale ab. Des Weiteren ist der einzige Prozess im Charnockit der frische verwitterbare Oberflächen (eine Voraussetzung für chemische Verwitterung) generiert die oxidations-induzierte Frakturierung. Darüber hinaus minimieren die Abwesenheit von tektonischer Aktivität und geringe prä-anthropogene Erosionsraten in dieser Region den Abtrag des mächtigen und kohäsiven Verwitterungsprofils und somit über den beschriebenen Feedback auch die chemische Verwitterungsrate.
KW  - Sri Lanka
KW  - chemical weathering
KW  - erosion
KW  - saprolite
KW  - weathering feedback
KW  - charnockite
KW  - critical zone
KW  - mineral weathering reactions
KW  - Sri Lanka
KW  - chemische Verwitterung
KW  - Erosion
KW  - Saprolit
KW  - Verwitterungsfeedback
KW  - Charnockit
KW  - kritische Zone
KW  - Mineralverwitterungsreaktionen
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-408503
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hethey, Christoph Philipp
T1  - Cell physiology based pharmacodynamic modeling of antimicrobial drug combinations
T1  - Zellphysiologie-basierte pharmakodynamische Modellierung von antimikrobiellen Wirkstoffkombinationen
N2  - Mathematical models of bacterial growth have been successfully applied to study the relationship between antibiotic drug exposure and the antibacterial effect. Since these models typically lack a representation of cellular processes and cell physiology, the mechanistic integration of drug action is not possible on the cellular level. The cellular mechanisms of drug action, however, are particularly relevant for the prediction, analysis and understanding of interactions between antibiotics. Interactions are also studied experimentally, however, a lacking consent on the experimental protocol hinders direct comparison of results. As a consequence, contradictory classifications as additive, synergistic or antagonistic are reported in literature.

In the present thesis we developed a novel mathematical model for bacterial growth that integrates cell-level processes into the population growth level. The scope of the model is to predict bacterial growth under antimicrobial perturbation by multiple antibiotics in vitro.

To this end, we combined cell-level data from literature with population growth data for Bacillus subtilis, Escherichia coli and Staphylococcus aureus. The cell-level data described growth-determining characteristics of a reference cell, including the ribosomal concentration and efficiency. The population growth data comprised extensive time-kill curves for clinically relevant antibiotics (tetracycline, chloramphenicol, vancomycin, meropenem, linezolid, including dual combinations).

The new cell-level approach allowed for the first time to simultaneously describe single and combined effects of the aforementioned antibiotics for different experimental protocols, in particular different growth phases (lag and exponential phase). Consideration of ribosomal dynamics and persisting sub-populations explained the decreased potency of linezolid on cultures in the lag phase compared to exponential phase cultures. The model captured growth rate dependent killing and auto-inhibition of meropenem and - also for vancomycin exposure - regrowth of the bacterial cultures due to adaptive resistance development. Stochastic interaction surface analysis demonstrated the pronounced antagonism between meropenem and linezolid to be robust against variation in the growth phase and pharmacodynamic endpoint definition, but sensitive to a change in the experimental duration. 

Furthermore, the developed approach included a detailed representation of the bacterial cell-cycle. We used this representation to describe septation dynamics during the transition of a bacterial culture from the exponential to stationary growth phase. Resulting from a new mechanistic understanding of transition processes, we explained the lag time between the increase in cell number and bacterial biomass during the transition from the lag to exponential growth phase. Furthermore, our model reproduces the increased intracellular RNA mass fraction during long term exposure of bacteria to chloramphenicol. 

In summary, we contribute a new approach to disentangle the impact of drug effects, assay readout and experimental protocol on antibiotic interactions. In the absence of a consensus on the corresponding experimental protocols, this disentanglement is key to translate information between heterogeneous experiments and also ultimately to the clinical setting.
N2  - Der Zusammenhang zwischen antibiotischer Exposition und antibakterieller Wirkung wird derzeitlich erfolgreich mithilfe von mathematischen Bakterienwachstumsmodellen studiert. Üblicherweise ignorieren diese Modelle jedoch die bakterielle Physiologie und Prozesse auf Zellebene. Es folgt, dass das mechanistische Einbinden von Wirkstoffeffekten auf Zellebene nicht möglich ist. Jedoch ist der zelluläre Wirkmechanismus besonders relevant für die Vorhersage, die Analyse und das Verständnis von Antibiotikainteraktionen. Leider gibt es keinen Konsens bezüglich des experimentellen Protokolls, um diese Interaktionen zu untersuchen. Das ist einer der Gründe, warum wir in der Literatur widersprüchliche Klassifizierungen von Antibiotikainteraktionen als additiv, synergistisch oder antagonistisch finden.
In der vorliegenden Arbeit entwickelten wir ein neuartiges mathematisches Bakterienwachstumsmodel, welches Prozesse auf Zellebene in das Populationswachstum einbindet. Der Anwendungszweck dieses Models ist die Vorhersage bakteriellen  Wachstums unter antimikrobieller Mehrfachexposition in vitro.

Um das zu erreichen, kombinierten wir die Zellebene beschreibende Daten aus der Literatur mit Wachstumsdaten für Bacillus subtilis, Escherichia coli und Staphylococcus aureus. Die die Zellebene beschreibenden Daten bezogen sich auf Wachstums-bestimmende Charakteristika einer Referenzzelle, unter anderem auf die ribosomale Konzentration und Effizienz. Die Wachstumsdaten beinhalteten umfangreiche Zeit-Absterbe-Kurven für klinisch relevante Antibiotika (Tetracyclin, Chloramphenicol, Vancomycin, Meropenem, Linezolid) und Zweifachkombinationen aus diesen.

Der neue Zellebenen-Ansatz erlaubt es erstmalig, einzelne und kombinierte Effekte der erwähnten Antibiotika für unterschiedliche experimentelle Protokolle gleichzeitig zu beschreiben. Insbesondere beziehen sich diese Unterschiede auf die Wachstumsphasen (Lag oder exponentiellen Phase). Die Berücksichtigung der ribosomalen Konzentration und persistenter Subpopulationen erklärte die verminderte Potenz von Linezolid gegen Kulturen in der Lag Phase im Vergleich zu Kulturen, die sich in der exponentiellen Phase befanden. Das Model erfasst Wachstumsraten-abhängiges Zelltöten und die Selbstinhibierung von Meropenem und - ebenso für Vancomycin - ein Wiederanwachsen  der bakteriellen Kulturen aufgrund von adaptiver Resistenzentwicklung.

Stochastische Analysen der Interaktionsoberflächen zeigen, dass der ausgeprägte Antagonismus zwischen Meropenem und Linezolid zwar robust gegenüber Variation der Wachstumsphase und der Definition des pharmakodynamischen Endpunktes reagiert, jedoch empfindlich von der Zeitspanne des Experiments beeinflusst wird.

Desweiteren enthält der entwickelte Ansatz eine detaillierte Repräsentation des bakteriellen Zellzyklus. Wir nutzten diese Repräsentation, um Septierungsdynamiken während des Übergangs einer bakteriellen Kultur aus der exponentiellen Phase in die stationäre Phase zu beschreiben. Basierend auf einem neugewonnenen mechanistischen Verständnis für diese Übergänge, konnten wir außerdem die zeitliche Verzögerung erklären, die zwischen dem Anstieg der Zellanzahl und der Biomasse während des Übergangs von Lag zu exponentieller Phase auftritt. Außerdem reproduziert unser Modell den erhöhten intrazellulären RNA Massenanteil, der auftritt, wenn Bakterien Chloramphenikol ausgesetzt werden.

Zusammenfassend steuern wir einen neuen Ansatz bei, der es erlaubt, die Einflüsse von Wirkstoffeffekten, Endpunktdefinitionen und des experimentellen Protokolls zu entflechten. Da kein Konsens hinsichtlich eines entsprechenden experimentellen Protokolls existiert, ist eine solche Entflechtung der Schlüssel, um Informationen zwischen unterschiedlichen Experimenten - und letztendlich auch in die Klinik - zu transferieren.
KW  - antibiotic combinations
KW  - bacterial population growth
KW  - pharmacodynamics
KW  - drug drug interactions
KW  - time-kill curves
KW  - ribosomal dynamics
KW  - Antibiotika
KW  - Wirkstoffinteraktionen
KW  - Pharmakodynamik
KW  - mathematische Modellierung
KW  - mathematical modelling
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-401056
ER  - 
TY  - THES
A1  - Glatzel, Stefan
T1  - Cellulose based transition metal nano-composites : structuring and development
T1  - Zellulose-basierte Übergangsmetall Nano-Komposite : Strukturierung und Entwicklung
N2  - Cellulose is the most abundant biopolymer on earth. In this work it has been used, in various forms ranging from wood to fully processed laboratory grade microcrystalline cellulose, to synthesise a variety of metal and metal carbide nanoparticles and to establish structuring and patterning methodologies that produce highly functional nano-hybrids. To achieve this, the mechanisms governing the catalytic processes that bring about graphitised carbons in the presence of iron have been investigated. It was found that, when infusing cellulose with an aqueous iron salt solution and heating this mixture under inert atmosphere to 640 °C and above, a liquid eutectic mixture of iron and carbon with an atom ratio of approximately 1:1 forms. The eutectic droplets were monitored with in-situ TEM at the reaction temperature where they could be seen dissolving amorphous carbon and leaving behind a trail of graphitised carbon sheets and subsequently iron carbide nanoparticles. These transformations turned ordinary cellulose into a conductive and porous matrix that is well suited for catalytic applications. Despite these significant changes on the nanometre scale the shape of the matrix as a whole was retained with remarkable precision. This was exemplified by folding a sheet of cellulose paper into origami cranes and converting them via the temperature treatment in to magnetic facsimiles of those cranes. The study showed that the catalytic mechanisms derived from controlled systems and described in the literature can be transferred to synthetic concepts beyond the lab without loss of generality. Once the processes determining the transformation of cellulose into functional materials were understood, the concept could be extended to other metals and metal-combinations. Firstly, the procedure was utilised to produce different ternary iron carbides in the form of MxFeyC (M = W, Mn). None of those ternary carbides have thus far been produced in a nanoparticle form. The next part of this work encompassed combinations of iron with cobalt, nickel, palladium and copper. All of those metals were also probed alone in combination with cellulose. This produced elemental metal and metal alloy particles of low polydispersity and high stability. Both features are something that is typically not associated with high temperature syntheses and enables to connect the good size control with a scalable process. Each of the probed reactions resulted in phase pure, single crystalline, stable materials. After showing that cellulose is a good stabilising and separating agent for all the investigated types of nanoparticles, the focus of the work at hand is shifted towards probing the limits of the structuring and pattering capabilities of cellulose. Moreover possible post-processing techniques to further broaden the applicability of the materials are evaluated. This showed that, by choosing an appropriate paper, products ranging from stiff, self-sustaining monoliths to ultra-thin and very flexible cloths can be obtained after high temperature treatment. Furthermore cellulose has been demonstrated to be a very good substrate for many structuring and patterning techniques from origami folding to ink-jet printing. The thereby resulting products have been employed as electrodes, which was exemplified by electrodepositing copper onto them. Via ink-jet printing they have additionally been patterned and the resulting electrodes have also been post functionalised by electro-deposition of copper onto the graphitised (printed) parts of the samples. Lastly in a preliminary test the possibility of printing several metals simultaneously and thereby producing finely tuneable gradients from one metal to another have successfully been made. Starting from these concepts future experiments were outlined. The last chapter of this thesis concerned itself with alternative synthesis methods of the iron-carbon composite, thereby testing the robustness of the devolved reactions. By performing the synthesis with partly dissolved scrap metal and pieces of raw, dry wood, some progress for further use of the general synthesis technique were made. For example by using wood instead of processed cellulose all the established shaping techniques available for wooden objects, such as CNC milling or 3D prototyping, become accessible for the synthesis path. Also by using wood its intrinsic well defined porosity and the fact that large monoliths are obtained help expanding the prospect of using the composite. It was also demonstrated in this chapter that the resulting material can be applied for the environmentally important issue of waste water cleansing. Additionally to being made from renewable resources and by a cheap and easy one-pot synthesis, the material is recyclable, since the pollutants can be recovered by washing with ethanol. Most importantly this chapter covered experiments where the reaction was performed in a crude, home-built glass vessel, fuelled – with the help of a Fresnel lens – only by direct concentrated sunlight irradiation. This concept carries the thus far presented synthetic procedures from being common laboratory syntheses to a real world application. Based on cellulose, transition metals and simple equipment, this work enabled the easy one-pot synthesis of nano-ceramic and metal nanoparticle composites otherwise not readily accessible. Furthermore were structuring and patterning techniques and synthesis routes involving only renewable resources and environmentally benign procedures established here. Thereby it has laid the foundation for a multitude of applications and pointed towards several future projects reaching from fundamental research, to application focussed research and even and industry relevant engineering project was envisioned.
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Strukturierung von Nanokompositen, d.h. mit ausgedehnten Strukturen, welche Nanopartikel enthalten. Im Zuge der Arbeit wurde der Mechanismus der katalytischen Graphitisierung, ein Prozess, bei dem ungeordneter Kohlenstoff durch metallische Nanopartikel in geordneten (graphitischen) Kohlenstoff überführt wird, aufgeklärt. Dies wurde exemplarisch am Beispiel von Zellulose und Eisen durchgeführt. Die untersuchte Synthese erfolgte durch das Lösen eines Eisensalzes in Wasser und die anschließende Zugabe von so viel Zellulose, dass das die gesamte Eisensalzlösung aufgenommen wurde. Die so erhaltene Mischung wurde anschließend unter Schutzgas innerhalb kürzester Zeit auf 800 °C erhitzt. Hierbei zeigte sich, dass zu Beginn der Reaktion Eisenoxidnanopartikel (Rost) auf der Oberfläche der Zellulose entstehen. Beim weiteren Erhöhen der Temperatur werden diese Partikel zu Eisenpartikeln umgewandelt. Diese lösen dann kleine Bereiche der Zellulose auf, wandeln sich in Eisenkarbid um und scheiden graphitischen Kohlenstoff ab. Nach der Reaktion sind die Zellulosefasern porös, jedoch bleibt ihre Faserstruktur vollkommen erhalten. Dies konnte am Beispiel eines Origamikranichs gezeigt werden, welcher nach dem Erhitzen zwar seine Farbe von Weiß zu Schwarz verändert hatte, ansonsten aber seine Form vollkommen beibehält. Aufgrund der eingebetteten Eisenkarbid Nanopartikel war der Kranich außerdem hochgradig magnetisch. Basierend auf dieser Technik wurden außerdem winzige metallische Nanopartikel aus Nickel, Nickel-Palladium, Nickel-Eisen, Kobalt, Kobalt-Eisen und Kupfer, sowie Partikel aus den Verbundkarbiden Eisen-Mangan-Karbid und Eisen-Wolfram-Karbid, jeweils in verschiedenen Mischungsverhältnissen, hergestellt und analysiert. Da die Vorstufe der Reaktion flüssig ist, konnte diese mit Hilfe eines einfachen kommerziellen Tintenstrahldruckers strukturiert auf Zellulosepapier aufgebracht werden. Dies ermöglicht gezielt Leiterbahnen, bestehend aus graphitisiertem Kohlenstoff, in ansonsten ungeordnetem (amorphen) Kohlenstoff zu erzeugen. Diese Methode wurde anschließend auf Systeme mit mehreren Metallen übertragen. Hierbei wurde die Tatsache, dass moderne Drucker vier Tintenpatronen beherbergen, ausgenutzt um Nanopartikel mit beliebigen Mischungsverhältnisse von Metallen zu erzeugen. Dieser Ansatz hat potentiell weitreichende Auswirkungen im Feld der Katalyse, da hiermit hunderte oder gar tausende Mischungen simultan erzeugt und getestet werden können. Daraus würden sich große Zeiteinsparungen (Tage anstelle von Monaten) bei der Entwicklung neuer Katalysatoren ergeben. Der letzte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der umweltfreundlichen Synthese der obengenannten Komposite. Hierbei wurden erfolgreich Altmetall und Holzstücke als Ausgangstoffe verwandt. Zusätzlich wurde gezeigt, dass die gesamte Synthese ohne Verwendung von hochentwickeltem Equipment durchgeführt werden kann. Dazu wurde eine sogenannte Fresnel-Linse genutzt um Sonnenlicht zu bündeln und damit direkt die Reaktionsmischung auf die benötigten 800 °C zu erhitzen. Weiterhin wurde ein selbst gebauter Glasreaktor eingesetzt und gezeigt, wie das entstehende Produkt als Abwasserfilter genutzt werden kann. Die Kombination dieser Ergebnisse bedeutet, dass dieses System sich beispielsweise zum Einsatz in Katastrophenregionen eignen würde, um ohne Strom und besondere Ausrüstung vor Ort Wasserfilter herzustellen.
KW  - Zellulose
KW  - Übergangsmetalle
KW  - Carbide
KW  - Nanopartikel
KW  - Komposite
KW  - Cellulose
KW  - Transitionmetals
KW  - Carbides
KW  - Nanoparticles
KW  - Composites
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-64678
ER  - 
TY  - THES
A1  - Debsharma, Tapas
T1  - Cellulose derived polymers
T1  - Polymere aus Cellulose
BT  - synthesis of functional and degradable polymers from cellulose
N2  - Plastics, such as polyethylene, polypropylene, and polyethylene terephthalate are part of our everyday lives in the form of packaging, household goods, electrical insulation, etc. These polymers are non-degradable and create many environmental problems and public health concerns. Additionally, these polymers are produced from finite fossils resources. With the continuous utilization of these limited resources, it is important to look towards renewable sources along with biodegradation of the produced polymers, ideally. Although many bio-based polymers are known, such as polylactic acid, polybutylene succinate adipate or polybutylene succinate, none have yet shown the promise of replacing conventional polymers like polyethylene, polypropylene and polyethylene terephthalate. Cellulose is one of the most abundant renewable resources produced in nature. It can be transformed into various small molecules, such as sugars, furans, and levoglucosenone. The aim of this research is to use the cellulose derived molecules for the synthesis of polymers.
Acid-treated cellulose was subjected to thermal pyrolysis to obtain levoglucosenone, which was reduced to levoglucosenol. Levoglucosenol was polymerized, for the first time, by ring-opening metathesis polymerization (ROMP) yielding high molar mass polymers of up to ~150 kg/mol. The poly(levoglucosenol) is thermally stable up to ~220 ℃, amorphous, and is exhibiting a relatively high glass transition temperature of ~100 ℃. The poly(levoglucosenol) can be converted to a transparent film, resembling common plastic, and was found to degrade in a moist acidic environment. This means that poly(levoglucosenol) may find its use as an alternative to conventional plastic, for instance, polystyrene.
Levoglucosenol was also converted into levoglucosenyl methyl ether, which was polymerized by cationic ring-opening metathesis polymerization (CROP). Polymers were obtained with molar masses up to ~36 kg/mol. These polymers are thermally stable up to ~220 ℃ and are semi-crystalline thermoplastics, having a glass transition temperature of ~35 ℃ and melting transition of 70-100 ℃. Additionally, the polymers underwent cross-linking, hydrogenation and thiol-ene click chemistry.
N2  - Kunststoffe wie Polyethylen, Polypropylen und Polyethylenterephthalat sind ein großer Bestandteil unseres Alltags und finden Verwendung unter anderem als Verpackungsmaterialien, Haushaltswaren und Elektroisolierungen. Diese Polymere werden aus fossilen Ressourcen hergestellt, sind nicht abbaubar und verursachen nicht nur viele Umweltprobleme sondern können auch zu Gesundheitsschäden führen. Aufgrund dessen muss die Verwendung von erneuerbaren Ressourcen geachtet werden, wobei die hergestellten Polymere im Idealfall komplett biologisch abbaubar sind. Obwohl viele biobasierte Polymere, wie Polymilchsäure, Polybutylensuccinatadipat oder Polybutylensuccinat, bekannt sind, hat noch keines das Potential gezeigt, herkömmliche Polymere zu ersetzen. Cellulose ist einer der am häufigsten in der Natur produzierten nachwachsenden Rohstoffe und kann in verschiedene kleine organische Moleküle wie Zucker (Saccharide), Furan und auch Levoglucosenon umgewandelt werden. Ziel dieser Arbeit ist die Verwendung von Levoglucosenon als Monomer für die Synthese von Polymeren.
	Säurebehandelte Cellulose wurde einer thermischen Pyrolyse unterzogen, um Levoglucosenon zu erhalten, das dann weiter zu Levoglucosenol reduziert wurde. Das Levoglucosenol wurde zum ersten Mal erfolgreich über eine Ringöffnungsmetathese-Polymerisation (ROMP) polymerisiert. Die Molmassen der hergestellten Polymere erreichten Werte von bis zu ~150 kg/mol. Die thermische Analyse von Poly(levoglucosenol) zeigt, dass es bis zu einer Temperatur von ~220 ℃ stabil ist, eine Glasübergangstemperatur bei ~100 ℃ hat und ein amorphes Polymer ist. Weiterhin kann das Poly(levoglucosenol) in feuchter saurer Umgebung in kurzer Zeit abgebaut werden. Aufgrund dieser Eigenschaften kann Poly(levoglucosenol) als Alternative zu konventionellem Kunststoff, wie z.B. Polystyrol, eingesetzt werden kann. 
	Levoglucosenol wurde weiter in Levoglucosenylmethylether umgewandelt. Levoglucosenylmethylether kann mit kationischer Ringöffnungs-Polymerisation (CROP) polymerisiert werden. Es wurden Polymere mit Molmassen von bis zu ~36 kg/mol hergestellt. Die Polymere weisen eine thermische Stabilität bis zu einer Temperatur von ~220 °C auf. Es handelt sich bei den hergestellten Poly(levoglucosenylmethylethern) um teilkristalline Thermoplaste, deren Glasüberganstemperatur bei ~35 °C und der Schmelzbereich bei 70-100 °C liegt. Die Doppelbindungen des Levoglucosenylmethylethers wurden genutzt um das Polymer zu vernetzen und zu funktionalisieren.
KW  - biomass valorization
KW  - levoglucosenol
KW  - ring-opening polymerization
KW  - degradable polymer
KW  - sustainable chemistry
KW  - Biomasseverwertung
KW  - Levoglucosenol
KW  - ringöffnende Polymerisation
KW  - abbaubares Polymer
KW  - nachhaltige Chemie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-441312
ER  - 
TY  - THES
A1  - Parra, Mauricio
T1  - Cenozoic foreland-basin evolution in the northern Andes : insights from thermochronology and basin analysis in the Eastern Cordillera, Colombia
T1  - Entwicklung der Vorlandbecken der Ostflanke der Kolumbianischen Ostkordillere (Nördliche Anden) während des Känozoikums : Thermochronologie und Beckenanalyse
N2  - The modern foreland basin straddling the eastern margin of the Andean orogen is the prime example of a retro-arc foreland basin system adjacent to a subduction orogen. While widely studied in the central and southern Andes, the spatial and temporal evolution of the Cenozoic foreland basin system in the northern Andes has received considerably less attention. This is in part due to the complex geodynamic boundary conditions, such as the oblique subduction and accretion of the Caribbean plates to the already complex interaction between the Nazca and the South American plates. In the Colombian Andes, for example, a foreland basin system has been forming since ~80 Ma over an area previously affected by rift tectonics during the Mesozoic. This setting of Cenozoic contractile deformation superposed on continental crust pre-strained by extensional processes thus represents a natural, yet poorly studied experimental set-up, where the role of tectonic inheritance on the development of foreland basin systems can be evaluated. However, a detailed documentation of the early foreland basin evolution in this part of the Andes has thus far only been accomplished in the more internal sectors of the orogen. In this study, I integrate new structural, sedimentological and biostratigraphic data with low-temperature thermochronology from the eastern sector of the Colombian Andes, in order to provide the first comprehensive account of mountain building and related foreland basin sedimentation in this part of the orogen, and to assess as to what extent pre-existent basement anisotropies have conditioned the locus of foreland deformation in space and time. In the Medina Basin, along the eastern flank of the Eastern Cordillera, I integrated detailed structural mapping and new sedimentological data with a new chronostratigraphic framework based on detailed palynology that links an eastward-thinning early Oligocene to early Miocene syntectonic wedge containing rapid facies changes with an episode of fast tectonic subsidence starting at ~30 Ma. This record represents the first evidence of topographic loading generated by slip along the principal basement-bounding thrusts in the Eastern Cordillera to the west of the basin and thus constrains the onset of mountain building in this area. A comprehensive assessment of exhumation patterns based on zircon fission-track (ZFT), apatite fission-track (AFT) analysis and thermal modelling reveals the location of these thrust loads to have been located along the contractionally reactivated Soapaga Fault in the axial sector of the Eastern Cordillera. Farther to the east, AFT and ZFT data also document the onset of thrust-induced exhumation associated with contractional reactivation of the main range-bounding Servita Fault at ~20 Ma. Associated with this episode of orogenic growth, peak burial temperature estimates based on vitrinite reflectance data in the Cenozoic sedimentary record of the adjacent Medina Basin documents earlier incorporation of the western sector of the basin into the advancing fold and thrust belt. I combined these new thermochronological data with published AFT analyses and known chronologic indicators of brittle deformation in order to evaluate the patterns of orogenic-front migration in the Andes of central Colombia. This spatiotemporal analysis of deformation reveals an episodic pattern of eastward migration of the orogenic front at an average rate of 2.5-2.7 mm/yr during the Late Cretaceous-Cenozoic. I identified three major stages of orogen propagation. First, following initiation of mountain building in the Central Cordillera during the Late Cretaceous, the orogenic front propagate eastward at slow rates (0.5-3.1 mm/yr) until early Eocene times. Such slow orogenic advance would have resulted from limited accretionary flux related to slow and oblique (SW-NE-oriented) convergence of the Farallon and South American plates during that time. A second stage of rapid orogenic advance (4.0-18.0 mm/yr) during the middle-late Eocene, and locally of at least 100 mm/yr in the middle Eocene, resulted from initial tectonic inversion of the Eastern Cordillera. I correlate this episode of rapid orogen-front migration with an increase in the accretionary flux triggered by acceleration in convergence and a rotation of the convergence vector to a more orogen-perpendicular direction. Finally, stagnation of the Miocene deformation front along former rift-bounding reactivated faults in the eastern flank of the Eastern Cordillera led to a decrease in the rates of orogenic advance. Post-late Miocene-Pliocene thrusting along the actively deforming front of the Eastern Cordillera at this latitude suggests averaged Miocene-Holocene orogen propagation rates of 1.2-2.1 mm/yr. In addition, ZFT data suggest that exhumation along the eastern flank of the orogen occurred at moderate rates of ~0.3 mm/yr during the Miocene, prior to an acceleration of exhumation since the Pliocene, as suggested by recently published AFT data. In order to evaluate the relations between thrust loading and sedimentary facies evolution in the foreland, I analyzed gravel progradation in the foreland basin system. In particular, I compared one-dimensional Eocene to Pliocene sediment accumulation rates in the Medina basin with a three-dimensional sedimentary budget based on the interpretation of ~1800 km of industry-style seismic reflection profiles and borehole data tied to the new chronostratigraphic framework. The sedimentological data from the Medina Basin reveal rapid accumulation of fluvial and lacustrine sediments at rates of up to ~ 0.5 mm/yr during the Miocene. Provenance data based on gravel petrography and paleocurrents reveal that these Miocene fluvial systems were sourced by Upper Cretaceous and Paleocene sedimentary units exposed to the west, in the Eastern Cordillera. Peak sediment-accumulation rates in the upper Carbonera Formation and the Guayabo Group occur during episodes of gravel progradation in the proximal foredeep in the Early and Late Miocene. I interpreted this positive correlation between sediment accumulation and gravel deposition as the direct consequence of thrust activity in the Servita-Lengupá Fault. This contrasts with current models relating gravel progradation to episodes of tectonic quiescence in more distal portions of foreland basin systems and calls for a re-evaluation of tectonic history interpretations inferred from sedimentary units in other mountain belts. In summary, my results document a late Eocene-early Miocene eastward advance of the topographic loads associated with the leading edge of deformation in the northern Andes of Colombia. Crustal thickening of the Eastern Cordillera associated with initiation of thrusting along the Servitá Fault illustrates that this sector of the Andean orogen acquired ~90% of its present width already by the early Miocene (~20 Ma). My data thus demonstrate that inherited crustal anisotropies, such as the former rift-bounding faults of the Eastern Cordillera, favour a non-systematic progression of foreland basin deformation through time by preferentially concentrating accommodation of slip and thrust-loading. These new chronology of exhumation and deformation associated with specific structures in the Colombian Andes also constitutes an important advance towards the understanding of models for hydrocarbon maturation, migration and trap formation along the prolific petroleum province of the Llanos Basin in the modern foredeep area.
N2  - Das Vorlandbecken, das sich an der östlichen Flanke der Anden erstreckt, ist ein prototypisches Beispiel für ein Retro-Arc-Vorlandbecken eines Subduktionszonenorogens. Im Gegensatz zu den südlichen und zentralen Anden, wurde die zeitliche und räumliche Entwicklung dieses känozoischen Systems im nördlichen Teil des Orogens weit weniger untersucht. Dies liegt unter anderem an den komplexen geodynamischen Randbedingungen, wie der schrägen Subduktion und Anlagerung der karibischen Plattengrenzen an die südamerikanische und Nazca-Platte, deren Interaktion ebenfalls komplex ist und durch unterschiedliche Konvergenzrichtungen und –geschwindigkeiten gekennzeichnet ist. Aufgrund dieser Verhältnisse hat auch die Oberplatte eine sehr differenzierte tektonische Entwicklung erfahrens. In den kolumbianischen Anden hat sich zum Beispiel seit ca. 80 Milllionen Jahren ein Vorlandbeckensystem in einem Gebiet gebildet, das während des Mesozoikums durch Rifttektonik geprägt war. Dieses Gebiet, in dem kompressive Deformation die Strukturen vorheriger extensionaler Prozesse z.T. reaktiviert und überlagert, ist daher ein natürliches, wenn auch bisher wenig erforschtes Naturlabor, um zu untersuchen, wie sich tektonische bedingte Anisotropien auf die Entwicklung von Vorlandbeckensystemen auswirken können und Änderungen in den Ablagerungsräumen und in der Faziesverteilung von Sedimenten hervorrufen. In dieser Arbeit präsentiere ich neue strukturelle, sedimentologische und biostratigraphische Daten zusammen mit neuen Informationen zur Exhumationsgeschichte mit Hilfe von Niedrigtemperatur-Thermochronologie aus dem östlichen Teil der kolumbianischen Anden, um zum ersten Mal eine vollständige Darstellung der Gebirgsbildung und zugehöriger Vorlandbeckensedimentation in diesem Teil der Anden zu liefern. Zusätzlich wird untersucht, zu welchem Ausmaß bereits existierende krustale Anisotropien den Ort der Vorlanddeformation in Raum und Zeit bestimmt haben. Im Medina Becken, an der östlichen Flanke der östlichen Kordillere, habe ich detaillierte strukturelle Kartierungen und neue sedimentologische Daten mit einem neuen chronostratigraphischen Rahmen, der auf detaillierter Palynologie basiert, verknüpft. Dieser Bezugsrahmen verbindet einen nach Osten hin ausdünnenden, syntektonischen früholigozänen bis frühmiozänen Keil, welcher rasche Faziesänderungen enthält, mit einer Phase schneller tektonischer Subsidenz, die vor ca. 30 Millionen Jahren beginnt. Dieser hier erarbeitete Datensatz stellt den ersten Beweis einer tektonisch bedingten Subsidenz dar, die durch Bewegungen entlang der Haupüberschiebungen an der Westgrenze des Vorlandes stattfanden. Dadurch wird das Einsetzen der Gebirgsbildung in diesem Gebiet zeitlich eingegrenzt. Eine umfassende Auswertung von Exhumationsmustern, die auf Zirkon- (ZFT) und Apatit-Spaltspuraltern (AFT) sowie thermischen Modellierungen beruhen, zeigt, daß diese Überschiebungsbahnen und die bedeutende Aufschiebungstätigkeit und tektonische Auflast entlang der reakivierten, vormals extensionalen Servita-Störung, im zentralen Bereich der östlichen Kordillere liegen. Weiter östlich dokumentieren AFT und ZFT Daten den Einsatz einer durch Überschiebungen hervorgerufenen Exhumation, die mit einer kompressiven Reaktivierung der großen Servita-Störung vor ca. 20 Millionen Jahren zusammenhängt. Vitrinitreflexionsdaten aus dem känozoischen Sedimentationsdatensatz des benachbarten Medina Beckens zeigen eine bedeutende Absenkung in dieser Region, bei der der westliche Sektor des Beckens schon im Anfangsstadium der orogenen Entwicklung in den nach Osten wandernden Falten- und Überschiebungsgürtel einbezogen wurde. Ich verbinde diese neuen thermochronologischen Daten mit veröffentlichten AFT Analysen und bekannten chronologischen Indikatoren für Spröddeformation, um die räumlich-zeitlichen Muster in der Entwicklung der Gebirgsfront in den Anden Zentralkolumbiens zu charakterisieren. Diese Analyse der Deformation zeigt ein episodisches Muster in der östlich gerichteten Migration der Gebirgsfront, mit einer durchschnittlichen Rate von 1.8-3.4 mm/a am Übergang von der späten Kreide zum frühen Känozoikum. Ich habe dabei drei Hauptabschnitte des lateralen Orogenwachstums identifiziert. Zuerst wandert die Gebirsfront, nach dem Beginn der Gebirgsbildung in den Zentralkordilleren während der späten Kreidezeit, ostwärts mit niedrigen Raten (0.3-3.3 mm/a) bis ins frühe Eozän. Ein solches langsames laterales Wachstum des Orogens resultiert aus Akkretionsprozessen im Zuge einer langsamen und schrägen (SW-NO orientiert) Konvergenz der Farallon- mit der südamerikanischen Platte. Eine zweite Phase schnellen Fortschreitens der Gebirgsfront mit Raten von 5.3-13.3 mm/a, lokal sogar bis zu 100 mm/a, fand während des mittleren/späten Eozäns statt und resultierte aus einer beginnenden tektonischen Inversion der östlichen Kordillere. Ich verbinde diese Phase rascher Gebirgsfrontmigration mit einem erhöhten Akkretionsfluß, der durch eine Beschleunigung der Konvergenz sowie einer Rotation des Konvergenzvektors in eine mehr rechtwinklige Richtung ausgelöst wurde. Letztlich führte eine Stagnation der Deformationsfront im Miozän entlang von ehemals riftbegrenzenden, reaktivierten Störungen an der östlichen Flanke der östlichen Kordillere zu einer Abschwächung der Raten der Gebirgsfrontmigration. Aus Überschiebungen des späten Miozän/Pliozän entlang der aktiv deformierten Front der östlichen Kordillere kann man auf durchschnittliche Bewegungsraten der Gebirgsfront von etwa 1.5-2.1 mm/a im Zeitraum Miozän bis Holozän schließen. Außerdem deuten ZFT Daten darauf hin, daß Exhumation entlang der östlichen Flanke des Orogens mit mittleren Raten von ungefähr 0.3 mm/a während des Miozäns stattfand. Im Pliozän erfolgte daraufhin eine Beschleunigung der Exhumation, wie kürzlich veröffentlichte AFT Daten nahelegen. Um die Beziehung zwischen tektonischer Auflast aufgrund der Verkürzung im Orogen und Evolution der sedimentären Fazies im Vorland zu untersuchen, habe ich die Progradation von Konglomeraten im Vorlandbeckensystem detailliert analysiert. Insbesondere habe ich eindimensionale Raten von Sedimentakkumulation vom Eozän bis zum Pliozän im Medina Becken mit einem dreidimensionalen Sedimenthaushalt verglichen. Dieser wurde aus der Interpretationen mit einer Gesamtlänge von ~2500 km seismischer Reflexionsprofile sowie Bohrlochdaten, verbunden mit dem neuen chronostratigraphischen Bezugssystem der sedimentären Ablagerungen, gewonnen. Die sedimentologischen Daten aus dem Medina Becken zeugen von rascher Akkumulation von fluviatiler und lakustriner Sedimente mit Raten von bis zu 0.5 mm/a während des Miozäns. Provenienzanalysen mittels Konglomerat-Petrographie und Paläoströmungsmessungen belegen, daß diese miozänen fluviatilen Systeme des Miozäns durch die Erosion sedimentärer Einheiten aus der oberen Kreide und dem Paläozän generiert wurden, die im Westen der östlichen Kordillere aufgeschlossen sind. Die höchsten Sedimentationsraten in der oberen Carbonera Formation und der Guayabo Gruppe finden sich während Episoden von Konglomeratprogradation der proximalen Vortiefe im frühen und späten Miozän. Ich interpretiere diese positive Korrelation zwischen Sedimentakkumulation und Konglomeratablagerung als direkte Konsequenz von Überschiebungstektonik an der Servita-Lengupá-Störung. Diese Interpretation ist allerdings im Gegensatz zu gängigen Sedimentationsmodellen Modellen, die eher eine tektonische Ruhephase mit der Progradation grober Schüttungen in den distalen Bereichen der Vorlandbecken in Verbindung bringen. Dies bedeutet, daß Interpretationen der aus Faziesverteilungen gewonnenen tektonischen Entwiklungsschritte eines Orogens auch in andeen Regionen neu bewertet werden müssen. Zusammengefaßt dokumentieren meine Ergebnisse, daß die Überschiebungsfront sowie die durch Einengung generierte Topographie und Auflast der Überschiebungsblöcke in den nördlichen kolumbianischen Anden während des späten Miozäns bis zum frühen Miozän ostwärts gewandert ist. Einengung und Krustenverdickung der östlichen Kordillere, verbunden mit beginnender Aktivität entlang der Servitá Störung, deutet an, daß dieser Bereich der Anden schon nahezu 90% seiner derzeitigen Breite bereits im Miozän (20 Ma) erreicht hattte. Die hier vorgestellten Daten zeigen also, daß ererbte krustale Anisotropien ein diachrones Voranschreiten der Vorlandbeckendeformation begünstigen. Dies geschieht durch Konzentration der Bewegungsverteilung an ererbten Störungen sowie lokalen Spannungsänderung im Vorland durch tektonische induzierte Auflasten. Diese neue Charakterisierung der Deformationsabfolge im Vorland der Anden bedeutet auch einen großen Schritt vorwärts in Richtung des Verstehens von Modellen, die das Reifen und die Wanderung von Kohlenwasserstoffen sowie die Entstehung von Ölfallen entlang der produktiven Petroleumprovinz im Llanos Becken der rezenten Vortiefe beschreiben.
KW  - Vorelandbecken
KW  - Thermochronologie
KW  - nördliche Anden
KW  - Kolumbien
KW  - foreland basin
KW  - thermochronology
KW  - northern Andes
KW  - Colombia
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-29333
ER  - 
TY  - THES
A1  - Erbello Doelesso, Asfaw
T1  - Cenozoic magma-assisted continental rifting and crustal block rotations in an extensional overlap zone between two rift segments, Southwest Ethiopia, East Africa
N2  - Continental rifts are key geodynamic regions where the complex interplay of magmatism and faulting activity can be studied to understand the driving forces of extension and the formation of new divergent plate boundaries. Well-preserved rift morphology can provide a wealth of information on the growth, interaction, and linkage of normal-fault systems through time. If rift basins are preserved over longer geologic time periods, sedimentary archives generated during extensional processes may mirror tectonic and climatic influences on erosional and sedimentary processes that have varied over time. Rift basins are furthermore strategic areas for hydrocarbon and geothermal energy exploration, and they play a central role in species dispersal and evolution as well as providing or inhibiting hydrologic connectivity along basins at emerging plate boundaries.
The Cenozoic East African rift system (EARS) is one of the most important continental extension zones, reflecting a range of evolutionary stages from an early rift stage with isolated basins in Malawi to an advanced stage of continental extension in southern Afar. Consequently, the EARS is an ideal natural laboratory that lends itself to the study of different stages in the breakup of a continent. The volcanically and seismically active eastern branch of the EARS is characterized by multiple, laterally offset tectonic and magmatic segments where adjacent extensional basins facilitate crustal extension either across a broad deformation zone or via major transfer faulting. The Broadly Rifted Zone (BRZ) in southern Ethiopia is an integral part of the eastern branch of the EARS; in this region, rift segments of the southern Ethiopian Rift (sMER) and northern Kenyan Rift (nKR) propagate in opposite directions in a region with one of the earliest manifestations of volcanism and extensional tectonism in East Africa. The basin margins of the Chew-Bahir Basin and the Gofa Province, characterized by a semi-arid climate and largely uniform lithology, provide ideal conditions for studying the tectonic and geomorphologic features of this complex kinematic transfer zone, but more importantly, this area is suitable for characterizing and quantifying the overlap between the propagating structures of the sMER and nKR and the resulting deformation patterns of the BRZ transfer zones.
In this study, I have combined data from thermochronology, thermal modeling, morphometry, paleomagnetic analysis, geochronology, and geomorphological field observations with information from published studies to reconstruct the spatiotemporal relationship between volcanism and fault activity in the BRZ and quantify the deformation patterns of the overlapping rift segments. I present the following results: (1) new thermochronological data from the en-échelon basin margins and footwall blocks of the rift flanks and morphometric results verified in the field to link different phases of magmatism and faulting during extension and infer geomorphological landscape features related to the current tectonic interaction between the nKR and the sMER; (2) temporally constrained paleomagnetic data from the BRZ overlap zone between the Ethiopian and Kenyan rifts to quantitatively determine block rotation between the two segments. Combining the collected data, time-temperature histories of thermal modeling results from representative samples show well-defined deformation phases between 25–20 Ma, 15–9Ma, and ~5 Ma to the present. Each deformation phase is characterized by the onset of rapid cooling (>2°C/Ma) of the crust associated with uplift or exhumation of the rift shoulder. After an initial, spatially very diffuse phase of extension, the rift has gradually evolved into a system of connected structures formed in an increasingly focused rift zone during the last 5 Ma. Regarding the morphometric analysis of the rift structures, it can be shown that normalized slope indices of the river courses, spatial arrangement of knickpoints in the river longitudinal profiles of the footwall blocks, local relief values, and the average maximum values of the slope of the river profiles indicate a gradual increase in the extension rate from north (Sawula basin: mature) to south (Chew Bahir: young). The complexity of the structural evolution of the BRZ overlap zone between nKR and sMER is further emphasized by the documentation of crustal blocks around a vertical axis. A comparison of the mean directions obtained for the Eo-Oligocene (Ds=352.6°, Is=-17.0°, N=18, α95=5.5°) and Miocene (Ds=2.9°, Is=0.9°, N=9, α95=12.4°) volcanics relative to the pole for stable South Africa and with respect to the corresponding ages of the analyzed units record a significant counterclockwise rotation of ~11.1°± 6.4° and insignificant CCW rotation of ~3.2° ± 11.5°, respectively.
N2  - Wie Kontinentalverschiebungen entstehen und sich im Laufe der Zeit entwickeln, ist nach wie vor eine offene Frage in den Geowissenschaften. Hier untersuche ich das Rifting entlang der EARS, insbesondere in der BRZ zwischen dem nKR und dem sMER, einem aktiven Rift auf der Erde. Einige Studien legen nahe, dass ein Mantelquellenauftrieb von geschmolzenem Material und die damit verbundenen Mantelkonvektionsströme eine Krustenschwächung und -dehnung verursachen, die zur Bildung des vulkanisch und seismisch aktiven Rifts in Ostafrika führt. Im Gegensatz dazu argumentieren andere, dass eine Fernfeldbelastung im Zusammenhang mit einer benachbarten Plattenkonfiguration zwischen der eurasischen und der arabischen Platte das Rifting in EARS ausgelöst haben könnte. In diesem Projekt habe ich mit Hilfe von Tieftemperatur-Thermochronologie, Paläomagnetismus und Flusseinzugsgebietsmorphometrie die Beziehungen zwischen Magmatismus, Verwerfungen, einer Blockdeformation zwischen den Rifts und der Entwicklung der Oberflächentopographie während des Riftings untersucht. Basierend auf den Ergebnissen der Modellierung der Zeit-Temperatur-Geschichte stelle ich fest, dass die frühe Deformation in Verbindung mit Verwerfungen bei ~22 Ma begann, nach dem Ende des massiven Vulkanismus, der zwischen 45-27 Ma stattfand. Die räumlich verteilte anfängliche Deformation wanderte auf eine schmale Zone zu und breitete sich entlang der Gofa-Provinz nach Norden aus, bevor sich die aktuelle Verformung in der südlichen Gofa-Provinz und im Chew Bahir-Becken während einer späten Phase des Riftings bei ~15-9 Ma bzw. in der Gegenwart lokalisierte. Die räumliche Verschiebung der Deformation entspricht zeitlich einem erneuten Magmatismus. Kombinierte paläomagnetische und geochronologische Ergebnisse zeigen eine gegen den Uhrzeigersinn gerichtete vertikale Achsenblockrotation zwischen der sich ausbreitenden nKR und sMER, die im Laufe der Zeit abnahm. Die Abnahme der vertikalen Blockrotation gegen den Uhrzeigersinn in Verbindung mit der räumlichen und zeitlichen Veränderung der Deformation könnte auf eine charakteristische Rift-Evolutionsphase hinweisen, die von einer verteilten Anfangsdeformation und dem seitlichen Wachstum normaler Verwerfungen bis hin zur Lokalisierung der Dehnungen in der Spätphase des Rifting reicht, bevor sich ein durchgehendes größeres Riftbecken entwickelt. Die Ergebnisse meiner Studie, die zeigen, dass die anfängliche Deformation nach dem Ende des massiven Vulkanismus auftrat, unterstützen die Vorstellung einer Schwächung der Kruste durch massiven Vulkanismus vor dem anfänglichen Rifting als Vorläufer einer weit verbreiteten Dehnungsverwerfung und bieten somit weitere Einblicke in magmengestützte Deformationsprozesse im ostafrikanischen Riftsystem.
KW  - magma assisted continental rifting
KW  - rift segments interaction
KW  - counterclockwise block rotation between overlapping rift segments
KW  - magmagestütztes kontinentales Rifting
KW  - Interaktion zwischen sich ausbreitenden Riftsegmenten
KW  - gegen den Uhrzeigersinn gerichtete Rotation von Krustenblöcken zwischen zwei überlappenden Riftsegmenten
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-610968
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zarafshani, Zoya
T1  - Chain-end functionalization and modification of polymers using modular chemical reactions
T1  - Ketten-Ende Funktionalisierung und Modifikation von Polymeren mittels modulare chemischen Reaktionen
N2  - Taking advantage of ATRP and using functionalized initiators, different functionalities were introduced in both α and ω chain-ends of synthetic polymers. These functionalized polymers could then go through modular synthetic pathways such as click cycloaddition (copper-catalyzed or copper-free) or amidation to couple synthetic polymers to other synthetic polymers, biomolecules or silica monoliths. Using this general strategy and designing these co/polymers so that they are thermoresponsive, yet bioinert and biocompatible with adjustable cloud point values (as it is the case in the present thesis), the whole generated system becomes "smart" and potentially applicable in different branches. The applications which were considered in the present thesis were in polymer post-functionalization (in situ functionalization of micellar aggregates with low and high molecular weight molecules), hydrophilic/hydrophobic tuning, chromatography and bioconjugation (enzyme thermoprecipitation and recovery, improvement of enzyme activity). Different α-functionalized co/polymers containing cholesterol moiety, aldehyde, t-Boc protected amine, TMS-protected alkyne and NHS-activated ester were designed and synthesized in this work.
N2  - In dieser Arbeit wurden mittels der ATRP Methode sowie durch Benutzung funktioneller Initiatoren verschiedene Funktionalitäten an der α- und ω-Position der synthetischen Polymere (Kettenenden) eingeführt. Diese funktionalisierten Polymere können durch modulare synthetische Methoden wie z.B. die “Klick-Zykloaddition” (kupferkatalysiert oder auch kupferfreie Methoden möglich), Amidierung mit anderen synthetischen Polymeren oder Biomolekülen, oder auch mit Silikatmonolithen gekuppelt werden. Den beschriebenen Strategien folgend und unter Benutzung von thermoresponsiven, bioinerten und biokompartiblen (Co-) Polymeren mit einstellbaren Trübungspunkten können mittels Temperaturänderungen leicht steuerbare, „smarte“ Polymersysteme für verschiedene Anwendungen hergestellt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden speziell Anwendungen wie die Postfunktionalisierung (in situ Funktionalisierung mizellarer Aggregate mit Molekülen, die sowohl niedrige als auch höhere Molekulargewichte aufweisen), hydrophiles/hydrophobes Tuning von Polymeren, Chromatographie an Polymeren sowie Biokonjugation von Polymeren (Enzymthermoprezipitation und -Gewinnung, Enzymaktivitätsmodifizierung) genauer untersucht. Es wurden verschiedene α-funktionalisierte (Co-)Polymere, die Cholesterol, Aldehyde, t-Boc geschützte Amine, TMS-geschützte Alkine und NHS-aktivierte Ester entwickelt und hergestellt und mittels passender ATRP Initiatoren eingeführt.
KW  - Atom Transfer Radical Polymerization
KW  - Klick-Chemie
KW  - Biokonjugation
KW  - Funktionalisierung
KW  - Modifizierung von Polymeren
KW  - ATRP
KW  - Click chemistry
KW  - Bioconjugation
KW  - Functionalization
KW  - Polymer Modification
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59723
ER  - 
TY  - THES
A1  - Köhler, Wolfgang
T1  - Challenges of efficient and compliant data processing
T1  - Herausforderungen einer effizienten und gesetzeskonformen Datenverarbeitung
BT  - assuring legal access to data
BT  - Sicherstellung des rechtmäßigen Zugangs zu Daten
N2  - Die fortschreitende Digitalisierung verändert die Gesellschaft und hat weitreichende Auswirkungen auf Menschen und Unternehmen. Grundlegend für diese Veränderungen sind die neuen technologischen Möglichkeiten, Daten in immer größerem Umfang und für vielfältige neue Zwecke zu verarbeiten. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Verfügbarkeit großer und qualitativ hochwertiger Datensätze, insbesondere auf Basis personenbezogener Daten. Sie werden entweder zur Verbesserung der Produktivität, Qualität und Individualität von Produkten und Dienstleistungen oder gar zur Entwicklung neuartiger Dienstleistungen verwendet. Heute wird das Nutzerverhalten, trotz weltweit steigender gesetzlicher Anforderungen an den Schutz personenbezogener Daten, aktiver und umfassender verfolgt als je zuvor. Dies wirft vermehrt ethische, moralische und gesellschaftliche Fragen auf, die nicht zuletzt durch populäre Fälle des Datenmissbrauchs in den Vordergrund der politischen Debatte gerückt sind. Angesichts dieses Diskurses und der gesetzlichen Anforderungen muss heutiges Datenmanagement drei Bedingungen erfüllen: Erstens die Legalität bzw. Gesetzeskonformität der Nutzung, zweitens die ethische Legitimität. Drittens sollte die Datennutzung aus betriebswirtschaftlicher Sicht wertschöpfend sein. Im Rahmen dieser Bedingungen verfolgt die vorliegende kumulative Dissertation vier Forschungsziele mit dem Fokus, ein besseres Verständnis (1) der Herausforderungen bei der Umsetzung von Gesetzen zum Schutz von Privatsphäre, (2) der Faktoren, die die Bereitschaft der Kunden zur Weitergabe persönlicher Daten beeinflussen, (3) der Rolle des Datenschutzes für das digitale Unternehmertum und (4) der interdisziplinären wissenschaftlichen Bedeutung, deren Entwicklung und Zusammenhänge zu erlangen.
N2  - Advancing digitalization is changing society and has far-reaching effects on people and companies. Fundamental to these changes are the new technological possibilities for processing data on an ever-increasing scale and for various purposes. The availability of large and high-quality data sets, especially those based on personal data, is crucial. They are used either to improve the productivity, quality, and individuality of products and services or to develop new types of services. Today, user behavior is tracked more actively and comprehensively than ever despite increasing legal requirements for protecting personal data worldwide. That increasingly raises ethical, moral, and social questions, which have moved to the forefront of the political debate, not least due to popular cases of data misuse. Given this discourse and the legal requirements, today's data management must fulfill three conditions: Legality or legal conformity of use and ethical legitimacy. Thirdly, the use of data should add value from a business perspective. Within the framework of these conditions, this cumulative dissertation pursues four research objectives with a focus on gaining a better understanding of
(1) the challenges of implementing privacy laws,
(2) the factors that influence customers' willingness to share personal data,
(3) the role of data protection for digital entrepreneurship, and
(4) the interdisciplinary scientific significance, its development, and its interrelationships.
KW  - General Data Protection Regulation (GDPR)
KW  - data privacy
KW  - privacy management
KW  - Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO)
KW  - Datenschutz
KW  - Datenschutzmanagement
KW  - Datenmonetarisierung
KW  - digitale Produktentwicklung
KW  - data monetization
KW  - digital product development
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-627843
ER  - 
TY  - THES
A1  - Conradt, Tobias
T1  - Challenges of regional hydrological modelling in the Elbe River basin : investigations about model fidelity on sub-catchment level
T1  - Herausforderungen für die regionale hydrologische Modellierung im Flußeinzugsgebiet der Elbe : Forschungen zur Modellgüte auf der Ebene der Teileinzugsgebiete
N2  - Within a research project about future sustainable water management options in the Elbe River basin, quasi-natural discharge scenarios had to be provided. The semi-distributed eco-hydrological model SWIM was utilised for this task. According to scenario simulations driven by the stochastical climate model STAR, the region would get distinctly drier. However, this thesis focuses on the challenge of meeting the requirement of high model fidelity even for smaller sub-basins. Usually, the quality of the simulations is lower at inner points than at the outlet. Four research paper chapters and the discussion chapter deal with the reasons for local model deviations and the problem of optimal spatial calibration. Besides other assessments, the Markov Chain Monte Carlo method is applied to show whether evapotranspiration or precipitation should be corrected to minimise runoff deviations, principal component analysis is used in an unusual way to evaluate local precipitation alterations by land cover changes, and remotely sensed surface temperatures allow for an independent view on the evapotranspiration landscape. The overall insight is that spatially explicit hydrological modelling of such a large river basin requires a lot of local knowledge. It probably needs more time to obtain such knowledge as is usually provided for hydrological modelling studies.
N2  - Innerhalb eines Forschungsprojekts zu zukünftigen nachhaltigen Optionen der Wasserwirtschaft im Elbe-Einzugsgebiet mußten quasi-natürliche Abflußszenarien bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck wurde das räumlich diskretisierte ökohydrologische Modell SWIM eingesetzt. Nach den von dem stochastischen Klimamodell STAR angetriebenen Szenariosimulationen würde die Region deutlich trockener werden. Allerdings ist das Hauptthema dieser Dissertation die Herausforderung, die Ansprüche an hohe Modelltreue auch für kleinere Teileinzugsgebiete zu erfüllen. Normalerweise ist die Qualität der Simulationen für innere Punkte geringer als am Gebietsauslaß. Vier Fachartikel-Kapitel und das Diskussionskapitel beschäftigen sich mit den Gründen für lokale Modellabweichungen und dem Problem optimaler räumlicher Kalibrierung. Unter anderem wird die Markovketten-Monte-Carlo-Methode angewendet, um zu zeigen, ob Verdunstung oder Niederschlag korrigiert werden sollte, um Abweichungen des Abflusses zu minimieren, die Hauptkomponentenanalyse wird auf eine unübliche Weise benutzt, um lokale Niederschlagsänderungen aufgrund von Landnutzungsänderungen zu untersuchen, und fernerkundete Oberflächentemperaturen erlauben eine unabhängige Sicht auf die Verdunstungslandschaft. Die grundlegende Erkenntnis ist, daß die räumlich explizite hydrologische Modellierung eines so großen Flußeinzugsgebiets eine Menge Vor-Ort-Wissen erfordert. Wahrscheinlich wird mehr Zeit benötigt, solches Wissen zu erwerben, als üblicherweise für hydrologische Modellstudien zur Verfügung steht.
KW  - ökohydrologische Modellierung
KW  - räumliche Kalibrierung
KW  - Fehlerquellen der Modellierung
KW  - Landschaftseffekte
KW  - Fernerkundung
KW  - eco-hydrological modelling
KW  - spatial calibration
KW  - modelling error sources
KW  - landscape effects
KW  - remote sensing
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65245
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ehrentraut, Stefan
T1  - Challenging Khmer citizenship : minorities, the state, and the international community in Cambodia
T1  - Khmer Staatsbürgerschaft? : Minderheiten, der Staat und die internationale Gemeinschaft in Kambodscha
N2  - The idea of a distinctly ‘liberal’ form of multiculturalism has emerged in the theory and practice of Western democracies and the international community has become actively engaged in its global dissemination via international norms and organizations. This thesis investigates the internationalization of minority rights, by exploring state-minority relations in Cambodia, in light of Will Kymlicka’s theory of multicultural citizenship. Based on extensive empirical research, the analysis explores the situation and aspirations of Cambodia’s ethnic Vietnamese, highland peoples, Muslim Cham, ethnic Chinese and Lao and the relationships between these groups and the state. All Cambodian regimes since independence have defined citizenship with reference to the ethnicity of the Khmer majority and have - often violently - enforced this conception through the assimilation of highland peoples and the Cham and the exclusion of ethnic Vietnamese and Chinese. Cambodia’s current constitution, too, defines citizenship ethnically. State-sponsored Khmerization systematically privileges members of the majority culture and marginalizes minority members politically, economically and socially. The thesis investigates various international initiatives aimed at promoting application of minority rights norms in Cambodia. It demonstrates that these initiatives have largely failed to accomplish a greater degree of compliance with international norms in practice. This failure can be explained by a number of factors, among them Cambodia’s neo-patrimonial political system, the geo-political fears of a ‘minoritized’ Khmer majority, the absence of effective regional security institutions, the lack of minority access to political decision-making, the significant differences between international and Cambodian conceptions of modern statehood and citizenship and the emergence of China as Cambodia’s most important bilateral donor and investor. Based on this analysis, the dissertation develops recommendations for a sequenced approach to minority rights promotion, with pragmatic, less ambitious shorter-term measures that work progressively towards achievement of international norms in the longer-term.
N2  - In der politischen Theorie und Praxis liberaler Demokratien hat sich die Idee eines explizit liberalen Multikulturalismus etabliert. Die internationale Gemeinschaft verbreitet diese Idee weltweit durch Völkerrechtsnormen und internationale Organisationen. Auf der Grundlage umfangreicher Feldforschung untersucht die vorliegende Dissertation die Internationalisierung von Minderheitenrechten am Beispiel Kambodschas. Dazu werden die Situation und Aspirationen von Kambodschas ethnischen Vietnamesen, Bergvölkern, islamischen Cham, ethnischen Chinesen und Laoten und das Verhältnis zwischen diesen Gruppen und dem Staat analysiert. Alle kambodschanischen Regimes seit der Unabhängigkeit haben Staatsbürgerschaft über die Ethnizität der Khmer Mehrheit definiert und diese Konzeption durch den Versuch der Assimilation der Bergvölker und Cham und den Ausschluss ethnischer Vietnamesen und Chinesen aktiv und oft gewaltsam zu verwirklichen versucht. Auch die aktuelle Verfassung definiert Mitgliedschaft im Gemeinwesen ethnisch. Das Streben des Staates nach der kulturellen ‚Khmerisation‘ der Bevölkerung privilegiert Mehrheitsmitglieder und marginalisiert Mitglieder kultureller Minderheiten politisch, wirtschaftlich und sozial. Trotz vielfältiger Initiativen ist die internationale Gemeinschaft daran gescheitert, in Kambodscha die Anwendung internationaler Minderheitenrechte zu erreichen. Die Analyse erklärt dieses Scheitern mit einer Reihe von Faktoren, darunter Kambodschas neo-patrimonialem Regierungssystem, den geo-politischen Ängsten einer ‚minoritisierten’ Khmer Mehrheit, dem Fehlen effektiver regionaler Sicherheitsinstitutionen, dem fehlenden Zugang von Minderheiten zu politischen Entscheidungsprozessen, den erheblichen Unterschieden zwischen internationalen und kambodschanischen Konzeptionen von moderner Staatlichkeit und Staatsbürgerschaft sowie der zunehmenden Bedeutung Chinas als Kambodschas wichtigstem bilateraler Geber und Investor. Auf der Grundlage dieser Analyse entwickelt die Arbeit Empfehlungen, wie die internationale Gemeinschaft mit einem sequenzierten Ansatz die schrittweise Annäherung an internationale Normen und deren langfristige Einhaltung erreichen kann.
KW  - Kambodscha
KW  - Minderheiten
KW  - indigene Völker
KW  - Dezentralisierung
KW  - Vietnamesen
KW  - Cambodia
KW  - minorities
KW  - indigenous peoples
KW  - decentralization
KW  - Vietnamese
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70355
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zieres, Gundo
T1  - Change Management durch das Excellence-Modell im Gesundheitswesen : der MDK Rheinland-Pfalz als Referenzobjekt in der Gesundheitswirtschaft
T1  - Change Management with the Excellence-Modell in health care : the MDK Rheinland-Pfalz as an object of reference in health economy
N2  - Die gewaltigen Strukturveränderungen im Bereich des Gesundheitswesens, die in den letzten Jahren bereits erfolgten und die, die noch bevorstehen, zwingen Unternehmen, mit geplanten und gesteuerten Veränderungsprozessen die Voraussetzungen für eine kontinuierliche Anpassung an die neuen Gegebenheiten zu schaffen und somit ihre Zukunftsfähigkeit sicherzustellen. Vor diesem Hintergrund wird gezeigt, wie das Excellence-Modell der EFQM als Instrument für Veränderungsprozesse eingesetzt werden kann und es geeignet ist, Veränderungsziele zu definieren und die Zielerreichung zu bewerten. Referenzobjekt der Fallstudienanalyse, die einen Zeitraum von 13 Jahren umfasst, ist der Medizinische Dienst der Krankenversicherung Rheinland-Pfalz. Neben der Analyse und Darstellung von theoretischen Grundlagen wird an einem Unternehmen des Gesundheitswesens beispielhaft gezeigt, wie die Umsetzung in der Praxis unter Einsatz des EFQM-Modells erfolgen kann. Da das EFQM-Modell mit seiner Systematik unternehmensunabhängig eingesetzt werden kann, sind Lern- und Übertragungsmöglichkeiten strukturiert möglich. Es wird der Nachweis erbracht, dass sich das EFQM-Modell im Rahmen eines Management- und Qualitätssteue-rungsmodells als Universalmethode nutzen lässt, sofern das Management über die Kompe-tenz branchenspezifischer Anpassung verfügt. Auf dem Weg zu organisatorischer Excel-lence wird gezielt an Planungs- und Prognosetechniken des strategischen Managements (SWOT, Szenario-Analyse, Portfolio-Analyse) angeknüpft und auf das VRIO-Paradigma des Resource-based View Bezug genommen. Das EFQM-Modell wird dem Stresstest des ressourcenstrategischen Ansatzes unterzogen, um so zu zeigen, dass es sich beim EFQM-Modell um ein einzigartiges, schwer imitierbares, kaum zu substituierendes, organisatorisch verankertes und kundennutzen-stiftendes Er-folgspotenzial handeln kann. Die Arbeit liefert Impulse und konkrete Anregungen, die zu einem hohen managementprakti-schen Erkenntniszuwachs für den erfolgreichen Umgang mit dem EFQM-Modell und dem Einsatz von Qualitätsmanagementsystemen führen können.
N2  - The massive structural changes in our health care system, which already happened in the past few years and those, which are following, force companies to create the conditions for a continuous adapt to new circumstances. With the help of planned and controlled change processes they need to ensure their sustainability. Against this background, it is shown how the Excellence Model of the EFQM can be used as a tool for change processes and is suitable to define and evaluate goals of change. Reference object of the case study analysis, which covers a period of thirteen years, is the medical service of health insurance in Rhineland-Palatinate. In addition to the analysis and presentation of theoretical principles it is demonstrated with the help of a German health care organization, how the implementation in practice can be performed by using the EFQM model. The EFQM model can be used in each company, regardless of its classification. Therefore it is possible, to transfer the model in a structural way to any other organization. In the context of a model for management and quality control, it is demonstrated that the EFQM model can be used as a universal method, in case the management has the authority of industry-specific adaptation. On the way to organizational excellence, planning and forecasting techniques of strategic management (SWOT, scenario analysis, portfolio analysis) as well as the VRIO paradigm of resource-based view are used. Therewith the EFQM model is subjected to the stress test of the resource-strategic approach. It is shown that the EFQM model is a unique, difficult imitable, barely substituting, organizationally anchored and customer value-creating potential for success. The paper provides impulses and concrete suggestions that can lead to a high increase in knowledge for using the EFQM model and it shows how to successfully deal with quality management systems.
KW  - Management
KW  - Excellence
KW  - Qualität
KW  - Gesundheitswesen
KW  - Management
KW  - Excellence
KW  - Quality
KW  - Health Care
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-61761
ER  - 
TY  - THES
A1  - Breitenbach, Sebastian Franz Martin
T1  - Changes in monsoonal precipitation and atmospheric circulation during the Holocene reconstructed from stalagmites from Northeastern India
T1  - Veränderungen monsunalen Niederschlages und atmosphärischer Zirkulation während des Holozäns, rekonstruiert aus Stalagmiten aus Nordostindien
N2  - Recent years witnessed a vast advent of stalagmites as palaeoclimate archives. The multitude of geochemical and physical proxies and a promise of a precise and accurate age model greatly appeal to palaeoclimatologists. Although substantial progress was made in speleothem-based palaeoclimate research and despite high-resolution records from low-latitudinal regions, proving that palaeo-environmental changes can be archived on sub-annual to millennial time scales our comprehension of climate dynamics is still fragmentary. This is in particular true for the summer monsoon system on the Indian subcontinent. The Indian summer monsoon (ISM) is an integral part of the intertropical convergence zone (ITCZ). As this rainfall belt migrates northward during boreal summer, it brings monsoonal rainfall. ISM strength depends however on a variety of factors, including snow cover in Central Asia and oceanic conditions in the Indic and Pacific. Presently, many of the factors influencing the ISM are known, though their exact forcing mechanism and mutual relations remain ambiguous. Attempts to make an accurate prediction of rainfall intensity and frequency and drought recurrence, which is extremely important for South Asian countries, resemble a puzzle game; all interaction need to fall into the right place to obtain a complete picture. My thesis aims to create a faithful picture of climate change in India, covering the last 11,000 ka. NE India represents a key region for the Bay of Bengal (BoB) branch of the ISM, as it is here where the monsoon splits into a northwestward and a northeastward directed arm. The Meghalaya Plateau is the first barrier for northward moving air masses and receives excessive summer rainfall, while the winter season is very dry. The proximity of Meghalaya to the Tibetan Plateau on the one hand and the BoB on the other hand make the study area a key location for investigating the interaction between different forcings that governs the ISM. A basis for the interpretation of palaeoclimate records, and a first important outcome of my thesis is a conceptual model which explains the observed pattern of seasonal changes in stable isotopes (d18O and d2H) in rainfall. I show that although in tropical and subtropical regions the amount effect is commonly called to explain strongly depleted isotope values during enhanced rainfall, alone it cannot account for observed rainwater isotope variability in Meghalaya. Monitoring of rainwater isotopes shows no expected negative correlation between precipitation amount and d18O of rainfall. In turn I find evidence that the runoff from high elevations carries an inherited isotopic signature into the BoB, where during the ISM season the freshwater builds a strongly depleted plume on top of the marine water. The vapor originating from this plume is likely to memorize' and transmit further very negative d18O values. The lack of data does not allow for quantication of this plume effect' on isotopes in rainfall over Meghalaya but I suggest that it varies on seasonal to millennial timescales, depending on the runoff amount and source characteristics. The focal point of my thesis is the extraction of climatic signals archived in stalagmites from NE India. High uranium concentration in the stalagmites ensured excellent age control required for successful high-resolution climate reconstructions. Stable isotope (d18O and d13C) and grey-scale data allow unprecedented insights into millennial to seasonal dynamics of the summer and winter monsoon in NE India. ISM strength (i. e. rainfall amount) is recorded in changes in d18Ostalagmites. The d13C signal, reflecting drip rate changes, renders a powerful proxy for dry season conditions, and shows similarities to temperature-related changes on the Tibetan Plateau. A sub-annual grey-scale profile supports a concept of lower drip rate and slower stalagmite growth during dry conditions. During the Holocene, ISM followed a millennial-scale decrease of insolation, with decadal to centennial failures resulting from atmospheric changes. The period of maximum rainfall and enhanced seasonality corresponds to the Holocene Thermal Optimum observed in Europe. After a phase of rather stable conditions, 4.5 kyr ago, the strengthening ENSO system dominated the ISM. Strong El Nino events weakened the ISM, especially when in concert with positive Indian Ocean dipole events. The strongest droughts of the last 11 kyr are recorded during the past 2 kyr. Using the advantage of a well-dated stalagmite record at hand I tested the application of laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICP-MS) to detect sub-annual to sub-decadal changes in element concentrations in stalagmites. The development of a large ablation cell allows for ablating sample slabs of up to 22 cm total length. Each analyzed element is a potential proxy for different climatic parameters. Combining my previous results with the LAICP- MS-generated data shows that element concentration depends not only on rainfall amount and associated leaching from the soil. Additional factors, like biological activity and hydrogeochemical conditions in the soil and vadose zone can eventually affect the element content in drip water and in stalagmites. I present a theoretical conceptual model for my study site to explain how climatic signals can be transmitted and archived in stalagmite carbonate. Further, I establish a first 1500 year long element record, reconstructing rainfall variability. Additionally, I hypothesize that volcanic eruptions, producing large amounts of sulfuric acid, can influence soil acidity and hence element mobilization.
N2  - Stalagmiten erfuhren in den letzten Jahren vermehrt Aufmerksamkeit als bedeutende Paläoklima- Archive. Paläoklimatologen sind beeindruckt von der grossen Zahl geochemischer und physikalischer Indikatoren (Proxies) und der Möglichkeit, präzise absolute Altersmodelle zu erstellen. Doch obwohl substantielle Fortschritte in der speleothem-basierten Klimaforschung gemacht wurden, und trotz hochaufgelöster Archive aus niederen Breiten, welche zeigen, das Umweltveränderungen auf Zeitskalen von Jahren bis Jahrtausenden archiviert und rekonstruiert werden können, bleibt unser Verständnis der Klimadynamik fragmentarisch. Ganz besonders gilt dies für den Indischen Sommermonsun (ISM) auf dem Indischen Subkontinent. Der ISM ist heute als ein integraler Bestandteil der intertropischen Konvergenzzone verstanden. Sobald dieser Regengürtel während des borealen Sommer nordwärts migriert kann der ISM seine feuchten Luftmassen auf dem Asiatischen Festland entladen. Dabei hängt die Stärke des ISM von einer Vielzahl von Faktoren ab. Zu diesen gehören die Schneedicke in Zentralasien im vorhergehenden Winter und ozeanische Bedingungen im Indischen und Pazifschen Ozean. Heute sind viele dieser Faktoren bekannt. Trotzdem bleiben deren Mechanismen und internen Verbindungen weiterhin mysteriös. Versuche, korrekte Vorhersagen zu Niederschlagsintensität und Häufigkeit oder zu Dürreereignissen zu erstellen ähneln einem Puzzle. All die verschiedenen Interaktionen müssen an die richtige Stelle gelegt werden, um ein sinnvolles Bild entstehen zu lassen. Meine Dissertation versucht, ein vertrauenswürdiges Bild des sich wandelnden Holozänen Klimas in Indien zu erstellen. NE Indien ist eine Schlüsselregion für den östlichen Arm des ISM, da sich hier der ISM in zwei Arme aufteilt, einen nordwestwärts und einen nordostwärts gerichteten. Das Meghalaya Plateau ist das erste Hindernis für die sich nordwärts bewegenden Luftmassen und erhält entsprechend exzessive Niederschläge während des Sommers. Die winterliche Jahreszeit dagegen ist sehr trocken. Die Nähe zum Tibetplateau einerseits und der Bucht von Bengalen andererseits determinieren die Schlüsselposition dieser Region für das Studium der Interaktionen der den ISM beeinflussenden Kräfte. Ein Fundament für die Interpretation der Paläoklimarecords und ein erstes wichtiges Ergebnis meiner Arbeit ist ein konzeptuelles Modell, welches die beobachteten saisonalen Veränderungen stabiler Isotope (d18O und d2H) im Niederschlag erklärt. Ich zeige, das obwohl in tropischen und subtropischen Regionen meist der amount effect zur Erklärung stark negativer Isotopenwerte während starker Niederschläge herangezogen wird, dieser allein nicht ausreicht, um die Isotopenvariabilität im Niederschlag Meghalaya's zu erklären. Die Langzeitbeobachtung der Regenwasserisotopie zeigt keine negative Korrelation zwischen Niederschlagsmenge und d18O. Es finden sich Hinweise, das der Abfluss aus den Hochgebirgsregionen Tibets und des Himalaya eine Isotopensignatur an das Oberflächenwasser der Bucht von Bengalen vererbt. Dort bildet sich aus isotopisch stark abgereicherten Wässern während des ISM eine Süsswasserlinse aus. Es ist wahrscheinlich, das Wasserdampf, der aus dieser Linse stammt, ein Isotopensignal aufgeprägt bekommt, welches abgereichertes d18O weitertransportiert. Der Mangel an Daten lässt es bisher leider nicht zu, quantitative Aussagen über den Einfluss dieses plume effect' auf Niederschläge in Meghalaya zu treffen. Es lässt sich allerdings vermuten, das dieser Einfluss auf saisonalen wie auch auf langen Zeitskalen variabel ist, abhängig vom Abfluss und der Quellencharacteristik. Der Fokus meiner Arbeit liegt in der Herauslösung klimatischer Signale aus nordostindischen Stalagmiten. Hohe Urankonzentrationen in diesen Stalagmiten erlaubt eine exzellente Alterskontrolle, die für hochauflösende Klimarekonstruktionen unerlässlich ist. Die stabilen Isotope (d18O und d13C), sowie Grauwertdaten, erlauben einmalige Einblicke in die Dynamik des Sommer und auch des Wintermonsun in NE Indien. Die ISM Stärke (d. h. Niederschlagsmenge) wird in Veränderungen in den d18Ostalagmites reflektiert. Das d13C Signal, welches Tropfratenänderungen speichert, dient als potenter Indikator für winterliche Trockenheitsbedingungen. Es zeigt Ähnlichkeit zu temperaturabhängigen Veränderungen auf dem Tibetplateau. Das sub-annuell aufgelöste Grauwertprofil stärkt das Konzept, das verminderte Tropfraten und langsameres Stalagmitenwachstum eine Folge von Trockenheit sind. Während des Holozäns folgte der ISM der jahrtausendelangen Verringerung der Insolation. Es finden sich aber ebenso rapide Anomalien, die aus atmosphärischen Veränderungen resultieren. Die Phase des höchsten Niederschlages und erhöhter Saisonalität korrespondiert mit dem Holozänen Thermalen Maximum. Nach einer Phase einigermassen stabilen Bedingungen begann vor ca. 4500 Jahren ENSO einen zunehmenden Einfluss auf den ISM auszuüben. Starke El Nino Ereignisse schwächen den ISM, besonders wenn diese zeitgleich mit positiven Indian Ocean Dipole Ereignissen auftreten. Die stärksten Dürren des gesamten Holozäns traten in den letzten 2000 Jahren auf. Um zusätzliche Informationen aus den hervorragenden Proben zu gewinnen nutzte ich die Vorteile der laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS). Diese erlaubt die Detektion sub-annueller bis sub-dekadischer Elementkonzentrationsveränderungen in Stalagmiten. Mittels einer neu entwickelten Ablationszelle konnten Proben von maximal 22 cm Länge untersucht werden. Jedes analysierte Element ist ein potentieller Träger einer Klimainformation. Die Kombination der früheren Ergebnisse mit denen der LA-IPC-MS zeigt, das die Elementkonzentrationen nicht nur von Niederschlagsveränderungen und assoziiertem Auswaschen aus dem Boden abhängen. Zusätzlich können auch die biologische Aktivität und hydrogeochemische Bedingungen in der vadosen Zone Einfluss auf die Elementzusammensetzung im Tropfwasser und in den Stalagmiten haben. Darum entwickelte ich ein theoretisches Modell für meinen Standort, um zu klären, wie Klimasignale von der Atmosphäre in die Höhle transportiert werden können. Ein anschliessend rekonstruierter 1500 Jahre langer Proxyrecord zeigt Niederschlagsvariabilität an. Zudem besteht die Möglichkeit, das Vulkaneruptionen, welche grosse Mengen an Schwefelsäure produzieren, eine Bodenversauerung verursachen und damit die Elementmobilisierung verstärken können.
KW  - Indischer Sommermonsun
KW  - Stabile Isotope
KW  - Stalagmiten
KW  - Holozän
KW  - Bucht von Bengalen
KW  - Indian Summer Monsoon
KW  - Bay of Bengal
KW  - stable isotopes
KW  - stalagmites
KW  - Laser ablation
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-37807
ER  - 
TY  - THES
A1  - Laudan, Jonas
T1  - Changing susceptibility of flood-prone residents in Germany
T1  - Die Änderung der Anfälligkeit von Hochwassergefährdeten Anwohnern in Deutschland
BT  - mental coping and mitigation behaviour in the context of different flood types
BT  - Mentale Bewältigung und Schadensminderungsverhalten im Zusammenhang mit Verschiedenen Hochwassertypen
N2  - Floods are among the most costly natural hazards that affect Europe and Germany, demanding a continuous adaptation of flood risk management. While social and economic development in recent years altered the flood risk patterns mainly with regard to an increase in flood exposure, different flood events are further expected to increase in frequency and severity in certain European regions due to climate change. As a result of recent major flood events in Germany, the German flood risk management shifted to more integrated approaches that include private precaution and preparation to reduce the damage on exposed assets. Yet, detailed insights into the preparedness decisions of flood-prone households remain scarce, especially in connection to mental impacts and individual coping strategies after being affected by different flood types.
This thesis aims to gain insights into flash floods as a costly hazard in certain German regions and compares the damage driving factors to the damage driving factors of river floods. Furthermore, psychological impacts as well as the effects on coping and mitigation behaviour of flood-affected households are assessed. In this context, psychological models such as the Protection Motivation Theory (PMT) and methods such as regressions and Bayesian statistics are used to evaluate influencing factors on the mental coping after an event and to identify psychological variables that are connected to intended private flood mitigation. The database consists of surveys that were conducted among affected households after major river floods in 2013 and flash floods in 2016.
The main conclusions that can be drawn from this thesis reveal that the damage patterns and damage driving factors of strong flash floods differ significantly from those of river floods due to a rapid flow origination process, higher flow velocities and flow forces. However, the effects on mental coping of people that have been affected by flood events appear to be weakly influenced by different flood types, but yet show a coherence to the event severity, where often thinking of the respective event is pronounced and also connected to a higher mitigation motivation. The mental coping and preparation after floods is further influenced by a good information provision and a social environment, which encourages a positive attitude towards private mitigation. 
As an overall recommendation, approaches for an integrated flood risk management in Germany should be followed that also take flash floods into account and consider psychological characteristics of affected households to support and promote private flood mitigation. Targeted information campaigns that concern coping options and discuss current flood risks are important to better prepare for future flood hazards in Germany.
N2  - Hochwasser zählen zu den schadensträchtigsten Naturgefahren, die in Europa und Deutschland vorkommen. In Deutschland traten in den letzten Jahren einige sehr starke Hochwasser und Überflutungen auf, die die Einstufung von Hochwassern als gefährliche Naturgewalt bestätigten. Private Haushalte leiden unter finanziellen und persönlichen Verlusten und sind sogar teilweise mehrfach betroffen. Folgenreiche Hochwasser, die im Gedächtnis blieben, waren insbesondere das Elbe-Hochwasser im Sommer 2002 sowie Überschwemmungen mit Schwerpukten an Elbe und Donau im Juni 2013. Im Mai und Juni 2016 kam es zu heftigen Unwettern über Zentraleuropa, während insbesondere Süddeutschland von Starkregen und Sturzfluten betroffen war. Hierbei wurden vereinzelte Ortschaften in Baden-Württtemberg (vor allem Braunsbach) und Bayern (vor allem Simbach am Inn) von extremen Sturzfluten beeinträchtigt und Bauwerke stark beschädigt.
Als Reaktion auf die Flusshochwasser 2002 und 2013 wurde unter anderem das aktuelle Hochwasserrisikomanagement in Deutschland so angepasst, dass neben übergeordneten und technischen Hochwasserschutzmaßnahmen auch auf lokaler Ebene Maßnahmen ergriffen werden müssen. Diese umfassen Hochwasservorsorgemaßnahmen, die betroffene Haushalte selbst implementieren sollen. Neben strukturellen Maßnahmen wie z.B. der Verlegung von Heizung, Elektronik und Öltank in nicht-gefährdete Stockwerke sowie dem Schutz des Gebäudes vor Eindringen von Wasser, können auch nichtstrukturelle Maßnahmen, wie z.B. eine angepasste Wohnraumnutzung und das Verwenden von geeigneter Inneneinrichtung, ergriffen werden, um Hochwasserschäden signifikant zu verringern. Bis heute ist es jedoch unklar, aus welchen Gründen sich die betroffenen Menschen für Hochwasservorsorgemaßnahmen entscheiden und wie die individuelle Motivation, Maßnahmen zu implementieren, verstärkt werden kann. Neben dem Wissen um die eigene Hochwassergefährdung ist anzunehmen, dass die Selbsteinschätzung in Bezug auf einen wirksamen Umgang mit Hochwassern ausschlaggebend für die Motivation zur Vorsorge ist. Außerdem kann davon ausgegangen werden, dass verschiedene Hochwassertypen wie Flusshochwasser und Sturzfluten mit ihren unterschiedlichen Dynamiken unterschiedliche Auswirkungen auf die mentale Bewältigung und somit auch auf das Vorsorgeverhalten hervorrufen.
Die vorliegende Arbeit hat demnach zum Ziel, Flusshochwasser und Sturzfluten in Deutschland miteinander zu vergleichen, wobei der Fokus auf schadenstreibenden Faktoren und psychologischen Auswirkungen auf betroffene Haushalte liegt. Weiterhin sollen damit verbundenes Vorsorgeverhalten untersucht und gegebenenfalls Handlungsempfehlungen für das Hochwasserrisikomanagement abgeleitet werden, das einerseits psychologische Charakteristika und andererseits Sturzfluten als signifikante Naturgefahr in Deutschland miteinbezieht. Hierbei werden sozio-ökonomische, zwischenmenschliche und psychologische Variablen von Haushalten ausgewertet, die 2013 und 2016 von Flusshochwassern und Sturzfluten betroffen waren. Dabei kommen verschiedene Methoden (Regressionen, Bayessche Statistik) und Modelle (Protection Motivation Theory) zum Einsatz, um Verbindungen zwischen den Variablen aufzeigen. 
Die Ergebnisse veranschaulichen erstens, dass Flusshochwasser und Sturzfluten zwar unterschiedliche Schäden an Gebäuden aufgrund verschiedener Flutdynamiken hervorrufen können, was sich bei Betroffenen jedoch nicht in unterschiedlichen psychologischen Auswirkungen widerspiegelt. Vielmehr ist die jeweilige Stärke und Schwere des Hochwassers entscheidend für charakteristische Ausprägungen von psychologischen Variablen. In diesem Falle sorgt eine stärkere Flut dafür, dass häufiger an das jeweilige Ereignis gedacht wird, während die Motivation zur Eigenvorsorge in solchen Fällen erhöht scheint. Zweitens sind ein soziales Umfeld, in dem bereits Vorsorgemaßnahmen implementiert wurden, sowie hilfreiche Informationen für geeignete Maßnahmen, deren Kosten und Aufklärung über das aktuelle Hochwasserrisiko förderlich für die Motivation, private Vorsorge zu betreiben.
Ein aktuelles Hochwasserrisikomanagement sollte demnach auch Sturzfluten als mögliches Risiko in Deutschland miteinbeziehen und mehr in die Aufklärung und private Unterstützung bei Hochwassern investieren. Ein besseres Verstehen von psychologischen und mentalen Auswirkungen von verschiedenen Hochwassertypen hat den Vorteil, dass Hilfe und Informationskampagnen individuell und effizient gestaltet, Schäden minimiert und Schadensprognosen aufgrund der genaueren Kenntnisse über Vorsorgeverhalten verbessert werden können.
KW  - floods
KW  - psychology
KW  - flash floods
KW  - Hochwasser
KW  - Psychologie
KW  - Sturzfluten
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-434421
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mulansky, Mario
T1  - Chaotic diffusion in nonlinear Hamiltonian systems
T1  - Chaotische Diffusion in nichtlinearen Hamiltonschen Systemen
N2  - This work investigates diffusion in nonlinear Hamiltonian systems. The diffusion, more precisely subdiffusion, in such systems is induced by the intrinsic chaotic behavior of trajectories and thus is called chaotic diffusion''. Its properties are studied on the example of one- or two-dimensional lattices of harmonic or nonlinear oscillators with nearest neighbor couplings. The fundamental observation is the spreading of energy for localized initial conditions. Methods of quantifying this spreading behavior are presented, including a new quantity called excitation time. This new quantity allows for a more precise analysis of the spreading than traditional methods. Furthermore, the nonlinear diffusion equation is introduced as a phenomenologic description of the spreading process and a number of predictions on the density dependence of the spreading are drawn from this equation. Two mathematical techniques for analyzing nonlinear Hamiltonian systems are introduced. The first one is based on a scaling analysis of the Hamiltonian equations and the results are related to similar scaling properties of the NDE. From this relation, exact spreading predictions are deduced. Secondly, the microscopic dynamics at the edge of spreading states are thoroughly analyzed, which again suggests a scaling behavior that can be related to the NDE. Such a microscopic treatment of chaotically spreading states in nonlinear Hamiltonian systems has not been done before and the results present a new technique of connecting microscopic dynamics with macroscopic descriptions like the nonlinear diffusion equation. All theoretical results are supported by heavy numerical simulations, partly obtained on one of Europe's fastest supercomputers located in Bologna, Italy. In the end, the highly interesting case of harmonic oscillators with random frequencies and nonlinear coupling is studied, which resembles to some extent the famous Discrete Anderson Nonlinear Schroedinger Equation. For this model, a deviation from the widely believed power-law spreading is observed in numerical experiments. Some ideas on a theoretical explanation for this deviation are presented, but a conclusive theory could not be found due to the complicated phase space structure in this case. Nevertheless, it is hoped that the techniques and results presented in this work will help to eventually understand this controversely discussed case as well.
N2  - Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Phänomen der Diffusion in nichtlinearen Systemen. Unter Diffusion versteht man normalerweise die zufallsmä\ss ige Bewegung von Partikeln durch den stochastischen Einfluss einer thermodynamisch beschreibbaren Umgebung. Dieser Prozess ist mathematisch beschrieben durch die Diffusionsgleichung. In dieser Arbeit werden jedoch abgeschlossene Systeme ohne Einfluss der Umgebung betrachtet. Dennoch wird eine Art von Diffusion, üblicherweise bezeichnet als Subdiffusion, beobachtet. Die Ursache dafür liegt im chaotischen Verhalten des Systems. Vereinfacht gesagt, erzeugt das Chaos eine intrinsische Pseudo-Zufälligkeit, die zu einem gewissen Grad mit dem Einfluss einer thermodynamischen Umgebung vergleichbar ist und somit auch diffusives Verhalten provoziert. Zur quantitativen Beschreibung dieses subdiffusiven Prozesses wird eine Verallgemeinerung der Diffusionsgleichung herangezogen, die Nichtlineare Diffusionsgleichung. Desweiteren wird die mikroskopische Dynamik des Systems mit analytischen Methoden untersucht, und Schlussfolgerungen für den makroskopischen Diffusionsprozess abgeleitet. Die Technik der Verbindung von mikroskopischer Dynamik und makroskopischen Beobachtungen, die in dieser Arbeit entwickelt wird und detailliert beschrieben ist, führt zu einem tieferen Verständnis von hochdimensionalen chaotischen Systemen. Die mit mathematischen Mitteln abgeleiteten Ergebnisse sind darüber hinaus durch ausführliche Simulationen verifiziert, welche teilweise auf einem der leistungsfähigsten Supercomputer Europas durchgeführt wurden, dem sp6 in Bologna, Italien. Desweiteren können die in dieser Arbeit vorgestellten Erkenntnisse und Techniken mit Sicherheit auch in anderen Fällen bei der Untersuchung chaotischer Systeme Anwendung finden.
KW  - Chaos
KW  - Diffusion
KW  - Thermalisierung
KW  - Energieausbreitung
KW  - chaos
KW  - diffusion
KW  - thermalization
KW  - energy spreading
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-63180
ER  - 
TY  - THES
A1  - Grosse, Guido
T1  - Characterisation and evolution of periglacial landscapes in Northern Siberia during the Late Quaternary : remote sensing and GIS studies
T1  - Charakterisierung und Evolution periglazialer Landschaften in Nordsibirien während des Spätquartärs : Fernerkundungs- und GIS-Studien
N2  - About 24 % of the land surface in the northern hemisphere are underlayed by permafrost in various states. Permafrost aggradation occurs under special environmental conditions with overall low annual precipitation rates and very low mean annual temperatures. Because the general permafrost occurrence is mainly driven by large-scale climatic conditions, the distribution of permafrost deposits can be considered as an important climate indicator. The region with the most extensive continuous permafrost is Siberia. In northeast Siberia, the ice- and organic-rich permafrost deposits of the Ice Complex are widely distributed. These deposits consist mostly of silty to fine-grained sandy sediments that were accumulated during the Late Pleistocene in an extensive plain on the then subaerial Laptev Sea shelf. One important precondition for the Ice Complex sedimentation was, that the Laptev Sea shelf was not glaciated during the Late Pleistocene, resulting in a mostly continuous accumulation of permafrost sediments for at least this period. This shelf landscape became inundated and eroded in large parts by the Holocene marine transgression after the Last Glacial Maximum. Remnants of this landscape are preserved only in the present day coastal areas. Because the Ice Complex deposits contain a wide variety of palaeo-environmental proxies, it is an excellent palaeo-climate archive for the Late Quaternary in the region. Furthermore, the ice-rich Ice Complex deposits are sensible to climatic change, i.e. climate warming. Because of the large-scale climatic changes at the transition from the Pleistocene to the Holocene, the Ice Complex was subject to extensive thermokarst processes since the Early Holocene. Permafrost deposits are not only an environmental indicator, but also an important climate factor. Tundra wetlands, which have developed in environments with aggrading permafrost, are considered a net sink for carbon, as organic matter is stored in peat or is syn-sedimentary frozen with permafrost aggradation. Contrary, the Holocene thermokarst development resulted in permafrost degradation and thus the release of formerly stored organic carbon. Modern tundra wetlands are also considered an important source for the climate-driving gas methane, originating mainly from microbial activity in the seasonal active layer. Most scenarios for future global climate development predict a strong warming trend especially in the Arctic. Consequently, for the understanding of how permafrost deposits will react and contribute to such scenarios, it is necessary to investigate and evaluate ice-rich permafrost deposits like the widespread Ice Complex as climate indicator and climate factor during the Late Quaternary. Such investigations are a pre-condition for the precise modelling of future developments in permafrost distribution and the influence of permafrost degradation on global climate. The focus of this work, which was conducted within the frame of the multi-disciplinary joint German-Russian research projects "Laptev Sea 2000" (1998-2002) and "Dynamics of Permafrost" (2003-2005), was twofold. First, the possibilities of using remote sensing and terrain modelling techniques for the observation of periglacial landscapes in Northeast Siberia in their present state was evaluated and applied to key sites in the Laptev Sea coastal lowlands. The key sites were situated in the eastern Laptev Sea (Bykovsky Peninsula and Khorogor Valley) and the western Laptev Sea (Cape Mamontovy Klyk region). For this task, techniques using CORONA satellite imagery, Landsat-7 satellite imagery, and digital elevation models were developed for the mapping of periglacial structures, which are especially indicative of permafrost degradation. The major goals were to quantify the extent of permafrost degradation structures and their distribution in the investigated key areas, and to establish techniques, which can be used also for the investigation of other regions with thermokarst occurrence. Geographical information systems were employed for the mapping, the spatial analysis, and the enhancement of classification results by rule-based stratification. The results from the key sites show, that thermokarst, and related processes and structures, completely re-shaped the former accumulation plain to a strongly degraded landscape, which is characterised by extensive deep depressions and erosional remnants of the Late Pleistocene surface. As a results of this rapid process, which in large parts happened within a short period during the Early Holocene, the hydrological and sedimentological regime was completely changed on a large scale. These events resulted also in a release of large amounts of organic carbon. Thermokarst is now the major component in the modern periglacial landscapes in terms of spatial extent, but also in its influence on hydrology, sedimentation and the development of vegetation assemblages. Second, the possibilities of using remote sensing and terrain modelling as a supplementary tool for palaeo-environmental reconstructions in the investigated regions were explored. For this task additionally a comprehensive cryolithological field database was developed for the Bykovsky Peninsula and the Khorogor Valley, which contains previously published data from boreholes, outcrops sections, subsurface samples, and subsurface samples, as well as additional own field data. The period covered by this database is mainly the Late Pleistocene and the Holocene, but also the basal deposits of the sedimentary sequence, interpreted as Pliocene to Early Pleistocene, are contained. Remote sensing was applied for the observation of periglacial strucures, which then were successfully related to distinct landscape development stages or time intervals in the investigation area. Terrain modelling was used for providing a general context of the landscape development. Finally, a scheme was developed describing mainly the Late Quaternary landscape evolution in this area. A major finding was the possibility of connecting periglacial surface structures to distinct landscape development stages, and thus use them as additional palaeo-environmental indicator together with other proxies for area-related palaeo-environmental reconstructions. In the landscape evolution scheme, i.e. of the genesis of the Late Pleistocene Ice Complex and the Holocene thermokarst development, some new aspects are presented in terms of sediment source and general sedimentation conditions. This findings apply also for other sites in the Laptev Sea region.
N2  - Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen der multidisziplinären Deutsch-Russischen Verbundprojekte "Laptev See 2000" (1998-2002) und "Dynamik des Permafrost" (2003-2005) erstellt. Etwa 24 % der Landoberfläche der Erde sind von Permafrost unterlagert. Die ausgedehntesten Permafrostgebiete befinden sich heute in Sibirien. In Nordostsibirien, das während der letzten Eiszeit nicht von Inlandeismassen bedeckt bedeckt war, lagerten sich während dieser Zeit mächtige eisreiche Permafrostsedimente ab. Die durch den nacheiszeitlichen Meeresspiegelanstieg um ca. 120 Meter nur noch in den heutigen Küstengebieten erhaltenen Ablagerungen sind zum Teil hervorragende Paläoklimaarchive, die verschiedenste fossile organische Überreste der Eiszeitlichen Fauna und Flora konserviert haben. Aber auch die Sedimente und das enthalten Grundeis enthalten Klimainformationen z.B. die aus Mineralogie, Ablagerungsmilieu oder geochemischer und isotopenchemischer Zusammensetzung gewonnen werden können. Der hohe Eisgehalt in den Sedimenten führte mit Beginn der holozänen Warmzeit zur Bildung von Thermokarst und Thermo-Erosion, d.h. zu starken Zersetzungserscheinungen durch Auftauen und Erosion. Thermokarst beschreibt das Schmelzen des Grundeises und die gleichzeitig stattfindende tiefe Absenkung der betroffenen Landoberfläche. Thermokarst geht mit der Bildung von Thermokarstseen einher, deren Wasserkörper ein zusätzlicher Wärmespeicher ist und das Auftauen des darunter liegenden Permafrost verstärken kann. In Sibirien, aber auch anderen Regionen der Arktis, sind weite Gebiete von Thermokarst betroffen. Der Einfluss dieser klimabedingten großräumigen Landschaftsveränderungen in Permafrostgebieten auf den lokalen, regionalen und auch globalen Stoff- und Energiehaushalt ist bisher nur wenig untersucht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung und Evolution von periglazialen Landschaften im nordsibirischen Laptevsee-Gebiet, die seit dem Beginn des Holozän von solchen klimatisch bedingten Veränderungen betroffen sind, und liefert damit ein Puzzleteil zum einen für die Rekonstruktion der Landschaft und Landschaftsentwicklung als auch Vorraussetzungen für das Verständnis der großräumig wirkenden geologischen und geomorphologischen Veränderungsprozesse. Die generellen Schwerpunkte, für die die vorliegende Arbeit Informationen liefert, sind die Charakterisierung von periglazialen Relief- und Oberflächentypen und die Bestimmung ihrer räumlichen Verbreitung, die Identifizierung und Quantifizierung einzelner geologischer und geomorphologischer Prozesse in diesen Landschaften, und die Rekonstruktion der Entwicklung periglazialer Landschaften im Spätquartär für Schlüsselgebiete im Küstengebiet der nordsibirischen Laptevsee. Um diese generellen Schwerpunkte zu erreichen, werden verschiedene Einzelziele in der Arbeit verfolgt: Die Entwicklung and Anwendung von Satellitenfernerkundungstechniken zur Analyse periglazialer Landschaften in Nordsibirien. Dazu werden hochauflösende Corona-Satellitendaten und multispektrale Landsat-7 Satellitendaten verwendet. Die Untersuchung von Satellitenbildern, mit dem Schwerpunkt auf Oberflächen, die von der Zersetzung des eisreichen Permafrosts betroffen sind Die Entwicklung von hochauflösenden digitalen Geländemodellen für die geomorphologische Analyse in zwei Schlüsselgebieten Die räumliche Untersuchung der gewonnenen Daten mit Hilfe von geographischen Informationssystemen, mit einem Schwerpunkt auf Form, Verteilung und Außmaß von holozänem Thermokarst Das Sammeln und Auswerten von Felddaten, mit Schwerpunkt auf Oberflächeneigenschaften periglazialer Landschaften und der Zusammensetzung der Permafrostablagerungen Die Anwendung der gewonnenen Daten zur Unterstützung, Verbesserung und Ausweitung der lokal gewonnenen Felddaten und Paläoumweltrekonstruktionen, sowie die datengestützte Entwicklung von Vorstellungen zur Landschaftsgenese Weite, Permafrost-dominierte Küstentiefländer der heutigen Laptevsee in Nordost-Sibirien sind durch die spätpleistozänen Ablagerungen des Eiskomplex aufgebaut. Diese zumeist schluffig bis mittelsandigen Ablagerungen sind durch einen sehr großen Eisgehalt in Form von verteiltem Grundeis und großer syngenetischer Eiskeile, sowie einem relativ hohen Anteil an organischen Resten gekennzeichnet. Mit Beginn der holozänen Klimaerwärmung kam es zur weitläufigen Bildung von Thermokarst.
KW  - Dauerfrostboden
KW  - Periglazial
KW  - Periglazialgeomorphologie
KW  - Sibirien <Nord>
KW  - Fernerkundung
KW  - Optische Fernerkundung
KW  - Geomorphologie
KW  - Permafrost
KW  - Thermokarst
KW  - Sibirien
KW  - Klimawandel
KW  - Siberia
KW  - Global change
KW  - Geomorphology
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5544
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sapei, Lanny
T1  - Characterisation of silica in Equisetum hyemale and its transformation into biomorphous ceramics
T1  - Charakterisierung von Siliciumdioxid in Winterschachtelhalmen und dessen Umwandlung in biomorphe Keramiken
N2  - Equisetum spp. (horsetail / “Schachtelhalm”) is the only surviving genus of the primitive Sphenopsids vascular plants which reached their zenith during the Carboniferous era. It is an herbaceous plant and is distinguished by jointed stems with fused whorl of nodal leaves. The plant has been used for scouring kitchen utensils and polishing wood during the past time due to its high silica encrustations in the epidermis. Equisetum hyemale (scouring rush) can accumulate silica up to 16% dry weight in its tissue, which makes this plant an interesting candidate as a renewable resource of silica for the synthesis of biomorphous ceramics. The thesis comprises a comprehensive experimental study of silica accumulations in E.hyemale using different characterisation techniques at all hierarchical levels. The obtained results shed light on the local distribution, chemical form, crystallinity, and nanostructure of biogenic silica in E.hyemale which were quite unclear until now. Furthermore, isolation of biogenic silica from E.hyemale to obtain high grade mesoporous silica with high purity is investigated. Finally, syntheses of silicon carbide (b-SiC) by a direct thermoconversion process of E.hyemale is attempted, which is a promising material for high performance ceramics. It is found that silica is deposited continuously on the entire epidermal layer with the highest concentration on the knobs. The highest silicon content is at the knob tips (≈ 33%), followed by epidermal flank (≈ 17%), and inner lower knob (≈ 6%), whereas there is almost no silicon found in the interior parts. Raman spectroscopy reveals the presence of at least two silica modifications in E.hyemale. The first type is pure hydrated amorphous silica restricted to the knob tips. The second type is accumulated on the entire continuous outer layer adjacent to the epidermis cell walls. It is lacking silanol groups and is intimately associated with polysaccharides (cellulose, hemicellulose, pectin) and inorganic compounds. Silica deposited in E.hyemale is found to be mostly amorphous with almost negligible amounts of crystalline silica in the form of a-quartz (< 7%). The silica primary particles have a plate-like shape with a thickness of about 2 nm. Pure mesoporous amorphous silica with an open surface area up to 400 m2/g can be obtained from E.hyemale after leaching the plant with HCl to remove the inorganic impurities followed by a calcination treatment. The optimum calcination temperature appears to be around 500°C. Calcination of untreated E.hyemale causes a collapse of the biogenic silica structure which is mainly attributed to the detrimental action of alkali ions present in the native plant. Finally, pure b-SiC with a surface area of about 12 m2/g is obtained upon direct pyrolysis of HCl-treated E.hyemale samples in argon atmosphere. The original structure of native E.hyemale is substantially retained in the biomorphous b-SiC. The results of this thesis lead to a better understanding of the silicification process and allow to draw conclusions about the role of silica in E.hyemale. In particular, a templating role of the plant biopolymers for the synthesis of the nanostructured silica within the plant body can be deduced. Moreover, the high grade ultrafine amorphous silica isolated from E.hyemale promises applications as adsorbent and catalyst support and as silica source for the fabrication of silica-based composites. The synthesis of biomorphous b-SiC from sustainable and low-cost E.hyemale is still in its initial stage. The present thesis demonstrates the principal possibility of carbothermal synthesis of SiC from E.hyemale with the prospect of potential applications, for instance as refractory materials, catalyst supports, or high performance advanced ceramics.
N2  - Equisetum spp. (Schachtelhalm) ist die einzige überlebende Gattung der Schachtelhalmgewächse, die ihren Zenit während der Karbon Ära erreichten. Der Schachtelhalm ist eine krautartige Pflanze und wird durch verbundene Stämme mit fixiertem Wirtel der Knotenblätter unterschieden. Aufgrund seiner hohen Siliciumdioxid Bedeckung in der Epidermis sind Winterschachtelhalmen lange Zeit zur Reinigung von Küchegeräten und zum Polieren von Holz verwendet worden. Der Winterschachtelhalm (auch Scheuerkraut genannt) kann Siliciumdioxid bis zu 16% Trockengewicht in seinem Gewebe ansammeln. Dies macht aus dieser Pflanze einen interessanten Kandidaten als erneubare Ressource von Siliciumdioxid für die Synthese von biomorphen Keramiken. Die vorliegende Doktorarbeit beinhaltet eine ausführliche experimentelle Studie der Siliciumdioxidansammlungen in Winterschachtelhalmen mittels unterschiedlicher Charakterisierungstechniken auf allen hierarchischen Ebenen. Die Ergebnisse der Arbeit werfen neues Licht auf die lokale Verteilung, die chemischen Form, die Kristallinität und die Nanostruktur des biogenen Siliciumdioxids, die bisher ziemlich unklar waren. Außerdem werden Möglichkeiten zur Isolierung des biogenen Siliciumdioxids aus Winterschachtelhalmen untersucht, um hochgradig reines Siliciumdioxid zu erhalten. Auch wird die direkte carbothermale Synthese von Siliciumkarbid (b-SiC) aus Schachtelhalmen untersucht, mit dem Ziel einer kostengünstigen Herstellung von Hochleistungskeramiken aus nachwachsenden Rohstoffen Es wird gezeigt, dass das Siliciumdioxid in einer kontinuierlichen Schicht in der Epidermis vorliegt, mit der höchsten Siliciumkonzentration in den auffälligen knopfartigen Ausbuchtungen. Den höchsten Siliciumgehalt zeigen die Knopfspitzen (≈ 33%), gefolgt von der epidermalen Flanke (≈ 17%) und inneren unteren Teile der Knöpfe (≈ 6%), während es in den inneren Teilen der Pflanze praktisch kein Silicium gibt. Ramanspektroskopie beweist eindeutig, dass mindestens zwei Siliciumdioxid Modifikationen vorhanden sind. Der erste Typ ist reines hydratisiertes amorphes Siliciumdioxid, das auf den Bereich der Knopfspitzen beschränkt ist. Der zweite Typ wird in der gesamten kontinuierlichen äußeren Schicht angesammelt, weist keine Ramanbanden von Silanolgruppen auf, und ist örtlich eng verknüpft mit Banden von Polysacchariden (Zellulose, Hemizellulose, Pektin) sowie anorganischen Verbindungen. Der Großteil des Siliciumdioxids in Winterschachtelhalmen ist amorph mit unwesentlichen Mengen an kristallinem a-Quarz (< 7%). Die primären Siliciumdioxidpartikel haben eine plattenähnliche Form mit einer Dicke von ungefähr 2 nm. Hochreines mesoporöses amorphes Siliciumdioxid mit offener Porosität und innerer Oberfläche bis zu 400 m2/g kann aus Winterschachtelhalmen isoliert werden. Dies wird erreicht indem man die Pflanze mit Salzsäure behandelt um die anorganischen Verunreinigungen zu entfernen, gefolgt von einer Kalzinierung, wobei die optimale Temperatur bei etwa 500°C liegt. Im Gegensatz zu den chemisch vorbehandelten Schachtelhalmen, verursacht die Kalzinierung von unbehandelten Winterschachtelhalmen einen Kollaps der biogenen Siliciumdioxidstruktur, und es werden nur sehr kleine innere Oberflächen erzielt. Dies wird hauptsächlich dem Einfluss der Alkaliionen zugeschrieben die in der unbehandelten Pflanze vorhanden sind. Es wird schließlich gezeigt, dass durch direkte Pyrolyse der HCl-behandelten Winterschachtelhalme in Argonatmosphäre reines b-SiC mit einer Oberfläche von ungefähr 12 m2/g erzeugt werden kann. Die ursprüngliche Struktur von natürlichen Winterschachtelhalmen bleibt dabei im Wesentlichen im biomorphen b-SiC erhalten. Die Ergebnisse dieser Arbeit führen zu einem besseren Verständnis des Silicifizierungsprozesses und erlauben es auch, Aussagen über die mögliche Rolle von Siliciumdioxid in E.hyemale zu treffen. Insbesondere kann den Pflanzenpolymeren die Rolle eines Templates bei der Synthese des biogenen Siliciumdioxids im Pflanzengewebe zugeschrieben werden. Das aus den Pflanzen isolierte ultrafeine amorphe Siliciumdioxid mit hoher Reinheit verspricht potentielle Anwendungen, z.B. als Adsorbent oder Katalysatorsupport, und auch als Füllmaterial für die Herstellung von Komopositmaterialien. Die Synthese von biomorphem b-SiC aus erneubaren und preiswerten Winterschachtelhalmen steht zwar erst am Anfang, jedoch konnte die vorliegende Arbeit die prinzipielle Machbarkeit aufzeigen. Dieses Material scheint sehr vielversprechend für eine Reihe technischer Anwendung, zum Beispiel als Refraktärmaterial, Katalysatorsupport oder neuartige Hochleistungskeramik.
KW  - Siliciumdioxid
KW  - Winterschachtelhalm
KW  - Raman
KW  - Röntgenbeugung
KW  - Mikrotomographie
KW  - silica
KW  - Equisetum hyemale
KW  - Raman
KW  - SAXS
KW  - microtomography
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15883
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tenenboim, Yehezkel
T1  - Characterization of a Chlamydomonas protein involved in cell division and autophagy
T1  - Charakterisierung eines an Zellteilung und Autophagie beteiligten Chlamydomonas-Proteins
N2  - The contractile vacuole (CV) is an osmoregulatory organelle found exclusively in algae and protists. In addition to expelling excessive water out of the cell, it also expels ions and other metabolites and thereby contributes to the cell's metabolic homeostasis. The interest in the CV reaches beyond its immediate cellular roles. The CV's function is tightly related to basic cellular processes such as membrane dynamics and vesicle budding and fusion; several physiological processes in animals, such as synaptic neurotransmission and blood filtration in the kidney, are related to the CV's function; and several pathogens, such as the causative agents of sleeping sickness, possess CVs, which may serve as pharmacological targets. The green alga Chlamydomonas reinhardtii has two CVs. They are the smallest known CVs in nature, and they remain relatively untouched in the CV-related literature. Many genes that have been shown to be related to the CV in other organisms have close homologues in C. reinhardtii. We attempted to silence some of these genes and observe the effect on the CV. One of our genes, VMP1, caused striking, severe phenotypes when silenced. Cells exhibited defective cytokinesis and aberrant morphologies. The CV, incidentally, remained unscathed. In addition, mutant cells showed some evidence of disrupted autophagy. Several important regulators of the cell cycle as well as autophagy were found to be underexpressed in the mutant. Lipidomic analysis revealed many meaningful changes between wild-type and mutant cells, reinforcing the compromised-autophagy observation. VMP1 is a singular protein, with homologues in numerous eukaryotic organisms (aside from fungi), but usually with no relatives in each particular genome. Since its first characterization in 2002 it has been associated with several cellular processes and functions, namely autophagy, programmed cell-death, secretion, cell adhesion, and organelle biogenesis. It has been implicated in several human diseases: pancreatitis, diabetes, and several types of cancer. Our results reiterate some of the observations in VMP1's six reported homologues, but, importantly, show for the first time an involvement of this protein in cell division. The mechanisms underlying this involvement in Chlamydomonas, as well as other key aspects, such as VMP1's subcellular localization and interaction partners, still await elucidation.
N2  - Die kontraktile Vakuole ist ein osmoregulatorisches Organell, das ausschließlich in Algen und Protisten vorkommt. Zusätzlich zu ihrer Rolle als Ausstoßer überflüßigen Wassers aus der Zelle heraus, stößt sie auch Ionen und andere Metaboliten aus, und trägt dabei zur metabolischen Homöostase der Zelle bei. Das Interesse an der kontraktilen Vakuole erstreckt sich über seine unmittelbare zelluläre Rolle hinaus. Die Funktion der kontraktilen Vakuole ist mit einigen grundsätzlichen zellulären Verfahren, wie Membrandynamik und Vesikelknospung und -fusion, verwandt; einige physiologische Verfahren in Tieren, zum Beispiel synaptische Neurotransmission und das Filtrieren des Blutes in den Nieren, sind mit der Funktion der Vakuole eng verwandt; und einige Pathogene—der Ursacher der Schlafkrankheit als Beispiel—besitzen kontraktile Vakuolen, die als Ziele von Medikamenten dienen könnten. Die grüne Alge Chlamydomonas reinhardtii verfügt über zwei Vakuolen. Sie sind die kleinsten bekannten in der Natur, und bleiben bisher verhältnismäßig unerforscht. Viele Gene, die in anderen Organismen als kontraktile-Vakuole-bezogen erwiesen wurden, haben Homologe in C. reinhardtii. Wir versuchten, diese Gene auszuschalten und den Einfluss auf die Vakuole zu beobachten. Die Ausschaltung eines unserer Gene, VMP1, verursachte starke, beachtliche Phänotype. Die Zellen zeigten gestörte Zytokinese und aberrante Zellformen. Die kontraktile Vakuole blieb jedoch verschont. Des Weiteren zeigten Mutantzellen einige Hinweise auf gestörte Autophagie. Einige wichtige Gene des Zellzyklus und der Autophagie waren unterexprimiert in Mutantzellen. Lipidomische Analyse zeigte mehrere bedeutsame Unterschiede zwischen Wildtyp und Mutant, die die Beobachtungen der gestörten Autophagie verstärkten. VMP1 ist ein singularisches Protein, mit Homologen in zähligen eukaryotischen Organismen (jedoch nicht in Pilzen), aber üblicherweise ohne Verwandte in den jeweiligen Genomen. Seit seiner Erstcharakterisierung 2002 wurde es mit etlichen zellulären Verfahren, wie Autophagie, programmiertem Zelltod, Sekretion, Zelladhäsion, und Biogenese der Organellen, assoziiert. Es wurde auch mit einigen menschlichen Krankheiten wie Diabetes, Pankreatitis, und einigen Arten von Krebs in Verbindung gebracht. Unsere Ergebnisse wiederholen einige Beobachtungen in anderen Organismen, zeigen dennoch zum ersten Mal eine Beteiligung von VMP1 an der Zellteilung. Die unterliegenden Mechanismen dieser Beteiligung in Chlamydomonas, sowie andere wichtige Aspekte, etwa die subzelluläre Lokalisierung von VMP1 und dessen Interaktionspartner, warten noch auf Aufklärung.
KW  - VMP1
KW  - autophagy
KW  - cytokinesis
KW  - chlamydomonas
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70650
ER  - 
TY  - THES
A1  - Alhajturki, Dema
T1  - Characterization of altered inflorescence architecture in Arabidopsis thaliana  BG-5 x Kro-0 hybrid
T1  - Charakterisierung veränderter Blütenstandarchitektur in Arabidopsis thaliana BG-5 x Kro-0-Hybrid
N2  - A reciprocal cross between two A. thaliana accessions, Kro-0 (Krotzenburg, Germany) and BG-5 (Seattle, USA), displays purple rosette leaves and dwarf bushy phenotype in F1 hybrids when grown at 17 °C and a parental-like phenotype when grown at 21 °C. This F1 temperature-dependent-dwarf-bushy phenotype is characterized by reduced growth of the primary stem together with an increased number of branches. The reduced stem growth was the strongest at the first internode. In addition, we found that a temperature switch from 21 °C to 17 °C induced the phenotype only before the formation of the first internode of the stem. Similarly, the F1 dwarf-bushy phenotype could not be reversed when plants were shifted from 17 °C to 21 °C after the first internode was formed. Metabolic analysis showed that the F1 phenotype was associated with a significant upregulation of anthocyanin(s), kaempferol(s), salicylic acid, jasmonic acid and abscisic acid. As it has been previously shown that the dwarf-bushy phenotype is linked to two loci, one on chromosome 2 from Kro-0 and one on chromosome 3 from BG-5, an artificial micro-RNA approach was used to investigate the necessary genes on these intervals. From the results obtained, it was found that two genes, AT2G14120 that encodes for a DYNAMIN RELATED PROTEIN3B and AT2G14100 that encodes a member of the Cytochrome P450 family protein CYP705A13, were necessary for the appearance of the F1 phenotype on chromosome 2. It was also discovered that AT3G61035 that encodes for another cytochrome P450 family protein CYP705A13 and AT3G60840 that encodes for a MICROTUBULE-ASSOCIATED PROTEIN65-4 on chromosome 3 were both necessary for the induction of the F1 phenotype. To prove the causality of these genes, genomic constructs of the Kro-0 candidate genes on chromosome 2 were transferred to BG-5 and genomic constructs of the chromosome 3 candidate genes from BG-5 were transferred to Kro-0. The T1 lines showed that these genes are not sufficient alone to induce the phenotype. In addition to the F1 phenotype, more severe phenotypes were observed in the F2 generations that were grouped into five different phenotypic classes. Whilst seed yield was comparable between F1 hybrids and parental lines, three phenotypic classes in the F2 generation exhibited hybrid breakdown in the form of reproductive failure. This F2 hybrid breakdown was less sensitive to temperature and showed a dose-dependent effect of the loci involved in F1 phenotype. The severest class of hybrid breakdown phenotypes was observed only in the population of backcross with the parent Kro-0, which indicates a stronger contribution of the BG-5 allele when compared to the Kro-0 allele on the hybrid breakdown phenotypes. Overall, the findings of my thesis provide a further understanding of the genetic and metabolic factors underlying altered shoot architecture in hybrid dysfunction.
N2  - Die reziproke Kreuzung der zwei A. thaliana-Akzessionen Kro-0 aus Krotzenburg (Deutschland) sowie BG-5  aus Seattle (USA) manifestiert sich in einem Zwergbusch-Phänotyp in den F1 Hybriden bei 17 °C. Dagegen zeigen die Nachkommen bei 21 °C einen Phänotyp, der den Eltern ähnelt. Somit handelt es sich bei dieser Kreuzung um einen temperaturabhängigen Phänotyp. Dieser ist gekennzeichnet durch einen gestörten Wuchs des Primärstammes sowie einer vermehrten Anzahl an gebildeten Seitenzweigen. Das gestörte Wachstum des Hauptsprosses ist am gravierendsten rund um das 1. Internodium der Pflanzen. Es konnte gezeigt werden, dass durch einen Temperaturwechsel von 21 °C auf 17 °C der Phänotyp nur induziert werden kann vor der Bildung des 1. Internodiums. Im Gegenzug dazu ist ebenfalls die Rettung des parentalen Phänotyps nur möglich vor der Bildung des 1. Internodiums am Hauptspross. Des Weiteren zeigten metabolische und hormonelle Analysen der F1 Hybriden eine signifikante Erhöhung von Anthozyanen, Kaempferol, Salizylsäure, Jasmonsäure sowie Abscisinsäure. In Vorarbeiten wurde der Phänotyp bereits mit zwei verschiedenen Loci verknüpft, einer befindet sich auf Chromosom 2 der Elternlinie Kro-0, der andere auf Chromosom 3 von BG-5. Mittels eines micro-RNA Versuches konnte ich zeigen, dass die zwei Gene AT2G14120 DYNAMIN RELATED PROTEIN3B und CYP705A13, welches zur Familie des Zytochrom P450 gehört, auf dem Chromosom 2 von Kro-0 involviert sind. Auf Chromosom 3 von BG-5 gehören die Gene CYP76C8P (AT3G61035) sowie MICROTUBULE-ASSOCIATED65-4  (AT3G60840) zu den verantwortlichen Genen. Es wurden genomische Konstrukte der Kro-0-Kandidatengene auf BG-5 übertragen sowie ebenfalls genomische Konstrukte der Chr3-Kandidatengene auf Kro-0 übertragen. Die T1-Linien bewiesen keines dieser Gene als allein ausreichend. Zusätzlich zu dem F1-Phänotyp wurden in den F2-Generationen, die in fünf verschiedene phänotypische Klassen eingeteilt waren, schwerwiegendere Phänotypen beobachtet. Während die Samenausbeute zwischen F1-Hybriden und Elternlinien vergleichbar war, zeigten drei phänotypische Klassen in der F2-Generationen einen Hybridabbau in Form von Fortpflanzungsversagen. Dieser F2-Hybridabbau war weniger temperaturempfindlich und zeigte einen dosisabhängigen Effekt, basierend auf der genetischen Architektur der am F1-Phänotyp beteiligten Loci. Die schwerste Klasse von hybriden Abbauphänotypen wurde nur in der Population von Rückkreuzungen mit dem Elternteil Kro-0 beobachtet, was einen stärkeren Beitrag des BG-5-Allels im Vergleich zu dem Kro-0-Allel auf den hybriden Abbauphänotypen anzeigt. Insgesamt liefern die Ergebnisse meiner Dissertation ein weiteres Verständnis der genetischen und metabolischen Faktoren, die der veränderten Sprossarchitektur bei hybrider Dysfunktion zugrunde liegen.
KW  - hybrid incompatibility
KW  - hybride Inkompatibilität
KW  - hybrid breakdown
KW  - Hybridzerfall
KW  - altered shoot branching
KW  - veränderte Triebverzweigung
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-420934
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schäfer, Arne
T1  - Characterization of ammoniumtransporters in Arabidopsis thaliana
T1  - Charakterisierung der Ammoniumtransporter in Arabidopsis thaliana
N2  - Nitrogen is often a limiting factor for plant growth due to its heterogenous distribution in the soil and to seasonal and diurnal changes in growth rates. In most soils, NH4+ and NO3 – are the predominant sources of inorganic nitrogen that are available for plant nutrition. In this context, plants have evolved mechanisms that enable them to optimize nitrogen acquisition, which include transporters specialized in the uptake of nitrogen and susceptible to a regulation that responds to nitrogen limiting or excess conditions. Although the average NH4+ concentrations of soils are generally 100 to 1000 times lower than those of NO3 – (Marschner, 1995), most plants preferentially take up NH4+ when both forms are present because unlike NO3– , NH4+ has not to be reduced prior to assimilation and thus requires less energy for assimilation (Bloom et al., 1992). Apart from high uptake rates in roots, high intracellular ammonium concentrations also result from quantitatively important internal breakdown of amino acids (Feng et al., 1998), and originates in high quantities during photorespiration (Mattson et al., 1997, Pearson et al., 1998). Thus, NH4+ is a key component of nitrogen metabolism for all plants and can accumulate to varying concentrations in all compartments of the cell, including the cytosol, the vacuole and in the apoplast (Wells and Miller, 2000; Nielsen and Schjoerring, 1998). Two related families of ammonium transporters (AMT1 and AMT2), containing six genes which encode transporter proteins that are specific for ammonium had been identified prior to this thesis and some genes had partially been characterised in Arabidopsis (Gazzarrini et al., 1999; Sohlenkamp et al. 2002; Kaiser et al., 2002). However, these studies were not sufficient to assign physiological functions to the individual transporters and AMT1.4 and AMT1.5 had not been studied prior to this thesis. Given this background, it was considered desirable to acquire a deeper knowledge of the physiological functions of the six Arabidopsis ammonium transporters. To this end, tissue specific expression profiles of the individual wildtype AtAMT genes were performed by quantitative real time PCR (qRT-PCR) and promoter-GUS expression. Modern approaches such as the use of T-DNA insertional mutants and RNAi hairpin constructs were employed to reduce the expression levels of AMT genes. Transcript levels were determined, and physiological, biochemical and developmental analysis such as growth tests on different media and 14C-MA and NH4+ uptake studies with the isolated insertional mutants and RNAi lines were performed to deepen the knowledge of the individual functions of the six AMTs in Arabidopsis. In addition, double mutants of the insertional mutants were created to investigate the extent in which homologous genes could compensate for lost transporter functions. The results described in this thesis show that the six AtAMT genes display a high degree of specifity in their tissue specific expression and are likely to play complementary roles in ammonium uptake into roots, in shoots, and in flowers. AtAMT1.1 is likely to be a ‘work horse’ for cellular ammonium transport and reassimilation. A major role is probably the recapture of photorespiratory NH3/NH4+ escaping from the cytosol. In roots, it is likely to transport NH4+ from the apoplast into cortical cells. AtAMT1.3 and AtAMT1.5 appear to be specialised in the acquisition of external NH4+ from the soil. Furthermore, AtAMT1.5 plays an additional role in the reassimilation of NH3/NH4+ released during the breakdown of storage proteins in the cotyledons of germinating seedlings. It was difficult to distinguish a specialisation between the transporters AtAMt1.2 and AtAMt1.1, however the root and flower specific expression patterns are different and indicate alternative functions of both. AtAMT1.4 has a very distinct expression which is restricted to the vascular bundels of leaves and to pollen only, where it is likely to be involved in the loading of NH4+ into the cells.The AtAMT2.1 expression pattern is confined to vascular bundels and meristematic active tissues in leaves where ammonium concentrations can reach very high levels. Additionally, the Vmax of AtAMT2 increases with increasing external pH, contrasting to AtAMT1.1. Thus, AtAMT2.1 it might be specialised in ammonium transport in ammonium rich environments, where the functions of other transporters are limited, enabling cells to take up NH4+ over a wide range of concentrations. The root hair expression ascribes an additional role in NH3/NH4+ acquisition where it possibly serves as a transporter that is able to acquire ammonium from basic soils where other transporters become less effective.RNAi lines showing a reduction in AtAMT gene mRNA levels and NH4+ transport kinetics, grew slower and flowering time was delayed. This indicates that NH4+ is a crucial and limiting factor for plant growth.
N2  - Ammonium stellt die von Pflanzen bevorzugte Aufnahmeform anorganischen Stickstoffes dar. Neben dem natürlichen Vorkommen im Boden, wird Ammonium während des Aminosäurestoffwechsels und der Photorespiration innerhalb des Pflanzenkörpers freigesetzt. Um Ammonium aus diesen Quellen zu assimlieren und zwischen den einzelnen Zellen zu transportieren hat die dikotyle Samenpflanze Arabidosis thaliana sechs veschiedene Ammoniumtransporter (AMT) evolviert. Zur Charakterisierung der spezifischen Funktionen der AMts wurden Expressionsprofile der jeweiligen Gene innerhalb der Wurzeln, des Sprosses und der Blüten unter verschiedenen Nährstoffbedingungen mittels quantitativer real-time PCR (qRT-PCT) und Promotor-GUS Expression erstellt. Weiter wurde die Fähigkeit zur spezifischen Regulation der einzelnen Transportergene in Abhängikeit des Stickstoffbedarfes der Pflanze analysiert. Zur Reduktion der mRNA Level der AMTs wurden RNA-Interferenz (RNAi) Mutanten erzeugt und um den Effekt des Verlustes einzelner AMTs zu studieren wurden T-DNA Insertionsmutanten dieser Gene isoliert. Von den mutanten Linien wurden die Transkriptionsraten durch qRT-PCR bestimmt und die NH4+ Transportleistungen durch 14C-Methylammonium (14C-MA) und Ammonium-Aufnahme Experimente analysiert. Weiter wurden Wachstumsanalysen der Mutanten auf verschiedenen Nährmedien durchgeführt und ihre vegetative und generative Entwicklung charakterisiert. Von den isolierten T-DNA Insertionsmutanten wurden Doppelmutanten aller Kombinationen hergestellt und phänotypisch analysiert.Es zeigte sich, daß der an der Plasmamembran lokalisierte AtAMT1.1 in allen Organen in hohen Konzentrationen exprimiert wird und unter Stickstoffmangelbedingungen vermehrt gebildet wird. Vermutlich dient er der generellen Assimilation von internen Ammonium und dessen Transport vom Apoplasten in den Symplasten. AtAMT1.3 und AtAMT1.5 sind in den Wurzeln und hier besonders in den epidermalen Wurzelhaaren exprimiert, die unter anderem der Aufnahme externer Nährsalze dienen. Beide unterliegen starker Regulation durch den internen Stickstoffbedarf der Pflanze. Es ist zu vermuten, daß sie primär der Aufnahme von Ammonium aus dem Boden dienen. AtAMT1.2 wird überwiegend an den vaskulären Geweben und den Blattparenchymzellen exprimiert. Überlappende Expressionsmuster mit AtAMT1.1 machen es schwierig eine spezifische Funktion zu identifizieren. AtAMT1.4 wird ausschließlich im männlichen Gametophyten exprimiert und dient hier vermutlich der Versorgung des Pollen mit Nährsalzen. AtAMT2 wird u.a. in den Wurzelhaaren exprimiert. Seine steigende Affinität zu Ammonium in basischem Milieu, umgekehrt zu AtAMT1.1, läßt vermuten, daß er der Pflanze die Ammoniumaufnahme bei steigendem pH ermöglicht. Im oberirdischen Sproß ist er überwiegend in Meristemen aktiv. Die in der Ammoniumaufnahme beeinträchtigten RNAi-Linien zeigten langsames Wachstum und blühten später als der Wildtyp. Es sind die ersten beschriebenen Ammoniumtransportermutanten, die einen solchen Phänotyp zeigen.
KW  - Ammonium
KW  - Ammoniumassimilation
KW  - Pflanzenernährung
KW  - Ammonium
KW  - Ammoniumtransporter
KW  - AMT
KW  - AtAMT1.1
KW  - AtAMT1.2
KW  - AtAMT1.3
KW  - AtAMT1.4
KW  - AtAMT1.5
KW  - ÁtAMT2
KW  - ammonium
KW  - ammoniumtransporter
KW  - AMT
KW  - AtAMT1.1
KW  - AtAMT1.2
KW  - AtAMT1.3
KW  - AtAMT1.4
KW  - AtAMT1.5
KW  - ÁtAMT2
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5937
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ramezani Ziarani, Maryam
T1  - Characterization of atmospheric processes related to hydro-meteorological extreme events over the south-central Andes
N2  - The significant environmental and socioeconomic consequences of hydrometeorological extreme events, such as extreme rainfall, are constituted as a most important motivation for analyzing these events in the south-central Andes of NW Argentina. The steep topographic and climatic gradients and their interactions frequently lead to the formation of deep convective storms and consequently trigger extreme rainfall generation.

In this dissertation, I focus on identifying the dominant climatic variables and atmospheric conditions and their spatiotemporal variability leading to deep convection and extreme rainfall in the south-central Andes.

This dissertation first examines the significant contribution of temperature on atmospheric humidity (dew-point temperature, Td) and on convection (convective available potential energy, CAPE) for deep convective storms and hence, extreme rainfall along the topographic and climatic gradients. It was found that both climatic variables play an important role in extreme rainfall generation. However, their contributions differ depending on topographic and climatic sub-regions, as well as rainfall percentiles.

Second,  this dissertation explores if (near real-time) the measurements conducted by the Global Navigation Satellite System (GNSS) on integrated water vapor (IWV) provide reliable data for explaining atmospheric humidity. I argue that GNSS-IWV, in conjunction with other atmospheric stability parameters such as CAPE, is able to decipher the extreme rainfall in the eastern central Andes. In my work, I rely on a multivariable regression analysis described by a theoretical relationship and fitting function analysis.


Third, this dissertation identifies the local impact of convection on extreme rainfall in the eastern Andes. Relying on a Principal Component Analysis (PCA) it was found that during the existence of moist and warm air, extreme rainfall is observed more often during local night hours. The analysis includes the mechanisms for this observation.

Exploring the atmospheric conditions and climatic variables leading to extreme rainfall is one of the main findings of this dissertation. The conditions and variables are a prerequisite for understanding the dynamics of extreme rainfall and predicting these events in the eastern Andes.
N2  - Die entscheidenden ökologischen und sozioökonomischen Folgen hydrometeorologischer Extremereignisse, wie z.B. extremer Niederschläge, stellen eine wichtige Motivation für die Analyse dieser Ereignisse in den südlich-zentralen Anden von NW Argentinien dar. Die steilen topographischen und klimatischen Gradienten und deren Wechselwirkungen führen häufig zu einer starken konvektiven Regenfallbildung und sind häufig auch die Auslöser von Starkniederschlägen.

In dieser Dissertation konzentriere ich mich auf die Identifizierung der dominanten klimatischen Variablen und atmosphärischen Rahmenbedingungen und ihrer räumlich-zeitliche Variabilität, die zu starker Konvektion und extremen Niederschlägen in den südlich-zentralen Anden führt.

Diese Dissertation untersucht zunächst den wichtigen Beitrag der Temperatur zur Luftfeuchtigkeit(Taupunkttemperatur, Td) und zur Konvektion (konvektive verfügbare potenzielle Energie, CAPE) für starke, konvektive Stürme und damit extreme Niederschläge entlang der topographischen und klimatischen Gradienten. Es wurde festgestellt, dass beide klimatischen Variablen eine wichtige Rolle bei der Erzeugung extremer Niederschläge spielen. Ihr Beitrag hängt jedoch von den topographischen und klimatischen Teilregionen sowie den Niederschlagsperzentilen ab.

Zweitens, auf der Grundlage einer multivariablen Regressionsanalyse, die durch eine theoretische Beziehungs- und Anpassungsfunktionsanalyse beschrieben wird, untersucht diese Arbeit, ob integrierter Wasserdampf (IWV) auf der Grundlage von GNSS (Global Navigation Satellite System) Messungen zuverlässige Daten sind, um die Luftfeuchtigkeit zu erklären. Das GNSS-IWV in Verbindung mit anderen atmosphärischen Stabilitätsparametern wie z.B. CAPE ist in der Lage, die extremen Niederschläge in den östlichen zentralen Anden zu entschlüsseln.

Drittens, diese Dissertation identifiziert die lokalen Auswirkungen der Konvektion auf extreme Niederschläge in den östlichen Anden. Auf der Grundlage einer Hauptkomponentenanalyse (PCA) wurde
festgestellt, dass die extremen Niederschläge häufiger während der lokalen Nachtstunden beobachtet werden, wenn feuchte und warme Luft vorhanden ist.

Die Erforschung der atmosphärischen Rahmenbedingungen und klimatischen Variablen, die zu extremen Niederschlägen führen, ist eines der wichtigste Ergebnisse dieser Arbeit. Sie ist Voraussetzung für das Verständnis der Dynamik von extremen Niederschlägen und wichtig für die Vorhersage dieser Ereignisse in den östlichen Anden.
T2  - Charakterisierung der atmosphärischen Prozesse im Zusammenhang mit hydro-meteorologischen Extremereignissen über den süd-zentralen Anden
KW  - eastern south–central Andes
KW  - extreme rainfall
KW  - deep convection
KW  - östlich-südzentrale Anden
KW  - Extremniederschläge
KW  - starker Konvektion
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-471755
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kruse, Marlen
T1  - Characterization of biomolecules and their interactions using electrically controllable DNA nanolevers
N2  - In this work, binding interactions between biomolecules were analyzed by a technique that is based on electrically controllable DNA nanolevers. The technique was applied to virus-receptor interactions for the first time. As receptors, primarily peptides on DNA nanostructures and antibodies were utilized. The DNA nanostructures were integrated into the measurement technique and enabled the presentation of the peptides in a controllable geometrical order. The number of peptides could be varied to be compatible to the binding sites of the viral surface proteins.
Influenza A virus served as a model system, on which the general measurability was demonstrated. Variations of the receptor peptide, the surface ligand density, the measurement temperature and the virus subtypes showed the sensitivity and applicability of the technology. Additionally, the immobilization of virus particles enabled the measurement of differences in oligovalent binding of DNA-peptide nanostructures to the viral proteins in their native environment.
When the coronavirus pandemic broke out in 2020, work on binding interactions of a peptide from the hACE2 receptor and the spike protein of the SARS-CoV-2 virus revealed that oligovalent binding can be quantified in the switchSENSE technology. It could also be shown that small changes in the amino acid sequence of the spike protein resulted in complete loss of binding. Interactions of the peptide and inactivated virus material as well as pseudo virus particles could be measured. Additionally, the switchSENSE technology was utilized to rank six antibodies for their binding affinity towards the nucleocapsid protein of SARS-CoV-2 for the development of a rapid antigen test device.
The technique was furthermore employed to show binding of a non-enveloped virus (adenovirus) and a virus-like particle (norovirus-like particle) to antibodies. Apart from binding interactions, the use of DNA origami levers with a length of around 50 nm enabled the switching of virus material. This proved that the technology is also able to size objects with a hydrodynamic diameter larger than 14 nm.
A theoretical work on diffusion and reaction-limited binding interactions revealed that the technique and the chosen parameters enable the determination of binding rate constants in the reaction-limited regime.
Overall, the applicability of the switchSENSE technique to virus-receptor binding interactions could be demonstrated on multiple examples. While there are challenges that remain, the setup enables the determination of affinities between viruses and receptors in their native environment. Especially the possibilities regarding the quantification of oligo- and multivalent binding interactions could be presented.
N2  - In dieser Arbeit wurden Bindungsinteraktionen zwischen biologischen Molekülen mit Hilfe von elektrisch kontrollierbaren DNA-Nanohebeln untersucht. Die Technologie wurde zum ersten Mal auf Virus-Rezeptor Interaktionen angewendet. Als Rezeptoren wurden überwiegend Peptide und Antikörper untersucht. Die Peptide wurden auf vierarmigen DNA-Nanohebeln angeordnet. Ihre geometrische Anordnung entsprach der Anordnung der Rezeptorbindungsstellen
der Proteine auf der Virusoberfläche.
An Influenza A Viren wurde die Machbarkeit der Bindungsmessung zuerst demonstriert. Dabei konnte die Anwendbarkeit und Sensitivität der Technologie durch Variation der Peptide, der Ligandendichte auf der Sensoroberfläche, der Messtemperatur und der Virussubtypen gezeigt werden. Weiterhin wurde Virusmaterial auf der Sensoroberfläche immobilisiert und anschließend wurden quantitative Bindungsmessungen mit den oligovalenten DNA-Peptid-Strukturen durchgeführt. Dieser Versuchsaufbau ermöglichte die Messung der Bindungsstärke in Abhängigkeit der Anzahl der pro DNA-Struktur gekoppelten Peptide.
Im Zuge des Ausbruchs der Coronavirus-Pandemie im Jahr 2020 wurden Bindungsinteraktionsmessungen zwischen einem Peptid aus dem hACE2-Rezeptor und SARS-CoV-2 Spike Proteinen durchgeführt. Auch hier konnten oligovalente Bindungseffekte quantifiziert werden. Außerdem wurde festgestellt, dass Veränderungen an der Aminosäuresequenz des SARS-CoV-2 Proteins starke Auswirkungen auf das Bindungsverhalten hatten. Auch Interaktionen zwischen dem Peptid und sowohl inaktiviertem Virusmaterial als auch Pseudoviruspartikeln wurden gemessen.
Für die Entwicklung eines Antigenschnelltests wurden die Affinitäten von sechs Antikörpern an das Nucleocapsidprotein des SARS-CoV-2 bestimmt. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass mit der Technologie auch die Bindung von unbehüllten Viren (am Beispiel von Adenoviren) und Virus-ähnlichen Partikeln (am Beispiel von Norovirus-ähnlichen Partikeln) an Antikörper vermessen werden kann.
Neben Bindungsinteraktionen, wurden auch Größenbestimmungen mit Hilfe von DNA Origamis durchgeführt. Die Hebellänge von ca. 50 nm ermöglichte die elektrische Bewegung ("switching") von Virusmaterial. Es konnte so gezeigt werden, dass die Technologie es ermöglicht, Objekte mit einem hydrodynamischen
Durchmesser von mehr als 14 nm zu bewegen.
In einer theoretischen Betrachtung der Experimente konnte gezeigt werden, dass der Sensoraufbau und die verwendeten Parameter die Messung von Bindungsratenkonstanten in einem Reaktions-limitierten Bereich ermöglichen.
Insgesamt konnte die Arbeit an vielen Beispielen zeigen, dass die switch-SENSE Technologie für die Messung von Virus-Rezeptor Interaktionen geeignet ist. Während es weiterhin Herausforderungen gibt, so ermöglicht der Aufbau doch die Bestimmung von Affinitäten zwischen Viren und Rezeptoren. Insbesondere die Möglichkeiten zur Quantifizierung von oligo- und multivalenten Bindungsinteraktionen konnten aufgezeigt werden.
T2  - Charakterisierung von Biomolekülen und deren Interaktionen mittels elektrisch kontrollierbarer DNA Nanohebel
KW  - biomolecule
KW  - binding interactions
KW  - switchSENSE
KW  - virus
KW  - receptor
KW  - Biomoleküle
KW  - Bindungsinteraktion
KW  - switchSENSE Technologie
KW  - Virus
KW  - Rezeptor
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-577384
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jüppner, Jessica
T1  - Characterization of metabolomic dynamics in synchronized Chlamydomonas reinhardtii cell cultures and the impact of TOR inhibition on cell cycle, proliferation and growth
T1  - Charakterisierung der metabolischen Dynamik in synchronisierten Chlamydomonas reinhardtii Zellkulturen und der Einfluss der TOR-Inhibition auf Zellzyklus, Proliferation und Wachstum
N2  - The adaptation of cell growth and proliferation to environmental changes is essential for the surviving of biological systems. The evolutionary conserved Ser/Thr protein kinase “Target of Rapamycin” (TOR) has emerged as a major signaling node that integrates the sensing of numerous growth signals to the coordinated regulation of cellular metabolism and growth. Although the TOR signaling pathway has been widely studied in heterotrophic organisms, the research on TOR in photosynthetic eukaryotes has been hampered by the reported land plant resistance to rapamycin. Thus, the finding that Chlamydomonas reinhardtii is sensitive to rapamycin, establish this unicellular green alga as a useful model system to investigate TOR signaling in photosynthetic eukaryotes. 
The observation that rapamycin does not fully arrest Chlamydomonas growth, which is different from observations made in other organisms, prompted us to investigate the regulatory function of TOR in Chlamydomonas in context of the cell cycle. Therefore, a growth system that allowed synchronously growth under widely unperturbed cultivation in a fermenter system was set up and the synchronized cells were characterized in detail. In a highly resolved kinetic study, the synchronized cells were analyzed for their changes in cytological parameters as cell number and size distribution and their starch content. Furthermore, we applied mass spectrometric analysis for profiling of primary and lipid metabolism. This system was then used to analyze the response dynamics of the Chlamydomonas metabolome and lipidome to TOR-inhibition by rapamycin 
The results show that TOR inhibition reduces cell growth, delays cell division and daughter cell release and results in a 50% reduced cell number at the end of the cell cycle. Consistent with the growth phenotype we observed strong changes in carbon and nitrogen partitioning in the direction of rapid conversion into carbon and nitrogen storage through an accumulation of starch, triacylglycerol and arginine. Interestingly, it seems that the conversion of carbon into triacylglycerol occurred faster than into starch after TOR inhibition, which may indicate a more dominant role of TOR in the regulation of TAG biosynthesis than in the regulation of starch. 
This study clearly shows, for the first time, a complex picture of metabolic and lipidomic dynamically changes during the cell cycle of Chlamydomonas reinhardtii and furthermore reveals a complex regulation and adjustment of metabolite pools and lipid composition in response to TOR inhibition.
N2  - Die Anpassung der Wachstumsrate an Umweltveränderungen ist essentiell für das Überleben biologischer Systeme. Mit der Identifikation der evolutionär konservierten Serin/Threonin Kinase “Target of Rapamycin” (TOR) war ein zentraler Regulator gefunden, der in Abhängigkeit einer Vielzahl von Wachstumsfaktoren den zellulären Metabolismus und das Wachstum reguliert. Während zum heutigen Zeitpunkt schon relativ gute Kenntnisse über die Funktionen und Signalwege dieser Kinase in heterotrophen Organismen gewonnen werden konnten, wurden die Untersuchungen des TOR-Signalweges in photoautotrophen Organismen durch deren Resistenz gegenüber dem TOR-spezifischen Inhibitor Rapamycin für lange Zeit erschwert. Daher bietet die Entdeckung, dass die einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii eine natürliche Sensitivität gegenüber Rapamycin aufweist, eine gute Grundlage zur Erforschung des TOR-Signalweges in photosynthetisch aktiven Eukaryoten.
Aufgrund der Beobachtung, dass das Wachstum von Chlamydomonas nicht vollständig durch Rapamycin inhibiert werden konnte, was im Gegensatz zu Beobachtungen in anderen Organismen steht, entschieden wir uns für eine detailliertere Analyse des Einflusses von TOR auf den Zellzyklus. Dazu wurde ein System etabliert das eine Synchronisation der Zellen unter weitestgehend ungestörten Bedingungen in einem Fermenter-system erlaubte. Dieses System wurde dann für eine detaillierte Charakterisierung der synchronisierten Zellen genutzt. Mittels einer hochaufgelösten Zeitreihe wurden Veränderungen zytologischer Parameter (Zellzahl und Zellgrößenverteilung) und des Stärkegehalts analysiert. Zusätzlich wurden massenspektrometrische Verfahren zur Analyse des Primär- und Lipidmetabolismus verwendet. Dieses System wurde des Weiteren dazu genutzt dynamische Veränderungen im Metabolom und Lipidom von Chlamydomonas nach Inhibition der TOR Kinase durch Rapamycin zu untersuchen
Die Ergebnisse der TOR-Inhibition zeigen ein vermindertes Wachstum, eine Verzögerung in der Zellteilung und der Entlassung der Tochterzellen und resultieren in einer um 50% verringerten Zellzahl am Ende des Zellzyklus. Des Weiteren konnte eine Akkumulation von Kohlenstoff– und Stickstoff-Reserven in Form von Stärke und Triacylglyceriden, sowie Arginin beobachtet werden. Dabei ist vor allem interessant, dass die der Einbau von Kohlenstoff in Triacylglyceride offenbar schneller erfolgt als der in Stärke, was auf eine dominantere Rolle von TOR in der Regulation der Triacylglycerid-Biosynthese gegenüber der Stärkesynthese hindeutet. 
Diese Studie zeigt zum ersten Mal eine komplexe Analyse der dynamischen Veränderungen im Primär- und Lipidmetabolismus im Verlauf des Zellzyklus von Chlamydomonas und zeigt weiterhin die komplexe Regulation und Adjustierung des Metabolit-Pools und der Lipidzusammensetzung als Antwort auf die Inhibition von TOR.
KW  - chlamydomonas reinhardtii
KW  - metabolites
KW  - Metaboliten
KW  - lipids
KW  - Lipide
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-76923
ER  - 
TY  - THES
A1  - Raschke, Stefanie
T1  - Characterization of selenium and copper in cell systems of the neurovascular unit
T1  - Charakterisierung von Selen und Kupfer in Zellsystemen der neurovaskulären Einheit
N2  - The trace elements, selenium (Se) and copper (Cu) play an important role in maintaining normal brain function. Since they have essential functions as cofactors of enzymes or structural components of proteins, an optimal supply as well as a well-defined homeostatic regulation are crucial. Disturbances in trace element homeostasis affect the health status and contribute to the incidence and severity of various diseases. The brain in particular is vulnerable to oxidative stress due to its extensive oxygen consumption and high energy turnover, among other factors. As components of a number of antioxidant enzymes, both elements are involved in redox homeostasis. However, high concentrations are also associated with the occurrence of oxidative stress, which can induce cellular damage. Especially high Cu concentrations in some brain areas are associated with the development and progression of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease (AD). In contrast, reduced Se levels were measured in brains of AD patients. The opposing behavior of Cu and Se renders the study of these two trace elements as well as the interactions between them being particularly relevant and addressed in this work.
N2  - Die Spurenelemente Selen (Se) und Kupfer (Cu) spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung einer normalen Ge¬hirnfunktion. Da sie wesentliche Funktionen als Cofaktoren von Enzymen oder Strukturbestandteile von Proteinen haben, sind eine optimale Versorgung sowie eine genau definierte homöostatische Regulierung von entscheidender Bedeutung. Störungen der Spurenelement-homöostase beeinträchtigen den Gesund¬heitszustand und tragen zum Auftreten und zur Schwere verschiedener Krankheiten bei. Insbesondere das Gehirn ist aufgrund seines hohen Sauerstoffverbrauchs und seines hohen Energieumsatzes anfällig für oxi¬dativen Stress. Als Bestandteile einer Reihe von antioxidativen Enzymen sind beide Elemente an der Redox-Homöostase beteiligt. Hohe Konzentrationen werden jedoch auch mit dem Auftreten von oxidati¬vem Stress in Verbindung gebracht, der zu Zellschäden führen kann. Besonders hohe Cu-Konzentrationen in einigen Hirnregionen werden mit der Entwicklung und der Progression neurodegenerativer Erkran¬kungen wie Alzheimer in Verbindung gebracht. Im Gegensatz dazu wurden in den Gehirnen von Alzheimer-Patienten geringere Se-Konzentrationen gemessen. Das gegensätzliche Verhalten von Cu und Se verdeutlicht die Relevanz der Untersuchung dieser beiden Spurenelemente sowie deren Wechselwirkungen und wird in dieser Arbeit thematisiert.
KW  - selenium
KW  - copper
KW  - Selen
KW  - Kupfer
KW  - Blut-Hirn-Schranke
KW  - Neuronen
KW  - Astrozyten
KW  - blood-brain barrier
KW  - neurons
KW  - astrocytes
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-603666
ER  - 
TY  - THES
A1  - Foti, Alessandro
T1  - Characterization of the human aldehyde oxidase
T1  - Charakterisierung der menschlichen Aldehydoxidase
BT  - Studies on the FAD active site and ROS generation
N2  - In this work the human AOX1 was characterized and detailed aspects regarding the expression, the enzyme kinetics and the production of reactive oxygen species (ROS) were investigated. The hAOX1 is a cytosolic enzyme belonging to the molybdenum hydroxylase family. Its catalytically active form is a homodimer with a molecular weight of 300 kDa. Each monomer (150 kDa) consists of three domains: a N-terminal domain (20 kDa) containing two [2Fe-2S] clusters, a 40 kDa intermediate domain containing a flavin adenine dinucleotide (FAD), and a C-terminal domain (85 kDa) containing the substrate binding pocket and the molybdenum cofactor (Moco). The hAOX1 has an emerging role in the metabolism and pharmacokinetics of many drugs, especially aldehydes and N- heterocyclic compounds.
In this study, the hAOX1 was hetereogously expressed in E. coli TP1000 cells, using a new codon optimized gene sequence which improved the expressed protein yield of around 10-fold compared to the previous expression systems for this enzyme. To increase the catalytic activity of hAOX1, an in vitro chemical sulfuration was performed to favor the insertion of the equatorial sulfido ligand at the Moco with consequent increased enzymatic activity of around 10-fold. Steady-state kinetics and inhibition studies were performed using several substrates, electron acceptors and inhibitors. The recombinant hAOX1 showed higher catalytic activity when molecular oxygen was used as electron acceptor. The highest turn over values were obtained with phenanthridine as substrate. Inhibition studies using thioridazine (phenothiazine family), in combination with structural studies performed in the group of Prof. M.J. Romão, Nova Universidade de Lisboa, showed a new inhibition site located in proximity of the dimerization site of hAOX1. The inhibition mode of thioridazine resulted in a noncompetitive inhibition type. Further inhibition studies with loxapine, a thioridazine-related molecule, showed the same type of inhibition. Additional inhibition studies using DCPIP and raloxifene were carried out.
Extensive studies on the FAD active site of the hAOX1 were performed. Twenty new hAOX1 variants were produced and characterized. The hAOX1 variants generated in this work were divided in three groups: I) hAOX1 single nucleotide polymorphisms (SNP) variants; II) XOR- FAD loop hAOX1 variants; III) additional single point hAOX1 variants. The hAOX1 SNP variants G46E, G50D, G346R, R433P, A439E, K1231N showed clear alterations in their catalytic activity, indicating a crucial role of these residues into the FAD active site and in relation to the overall reactivity of hAOX1.
Furthermore, residues of the bovine XOR FAD flexible loop (Q423ASRREDDIAK433) were introduced in the hAOX1. FAD loop hAOX1 variants were produced and characterized for their stability and catalytic activity. Especially the variants hAOX1 N436D/A437D/L438I, N436D/A437D/L438I/I440K and Q434R/N436D/A437D/L438I/I440K showed decreased catalytic activity and stability. hAOX1 wild type and variants were tested for reactivity toward NADH but no reaction was observed.
Additionally, the hAOX1 wild type and variants were tested for the generation of reactive oxygen species (ROS). Interestingly, one of the SNP variants, hAOX1 L438V, showed a high ratio of superoxide prodction. This result showed a critical role for the residue Leu438 in the mechanism of oxygen radicals formation by hAOX1. Subsequently, further hAOX1 variants having the mutated Leu438 residue were produced. The variants hAOX1 L438A, L438F and L438K showed superoxide overproduction of around 85%, 65% and 35% of the total reducing equivalent obtained from the substrate oxidation.
The results of this work show for the first time a characterization of the FAD active site of the hAOX1, revealing the importance of specific residues involved in the generation of ROS and effecting the overall enzymatic activity of hAOX1. The hAOX1 SNP variants presented here indicate that those allelic variations in humans might cause alterations ROS balancing and clearance of drugs in humans.
N2  - Aldehydoxidasen (AOX) sind Molybdo-enzyme, die durch breite Substratspezifität gekennzeichnet sind,  aromatische/aliphatische Aldehyde in die entsprechenden Carbonsäuren oxidieren und verschiedene heteroaromatische Ringe hydroxylieren. Die Enzyme verwenden Sauerstoff als terminalen Elektronenakzeptor und produzieren reduzierte Sauerstoffspezies während des Umsatzes. Die physiologische Funktion von Säugetier-AOX-Isoenzymen ist noch unklar, aber menschliches AOX (hAOX1) ist ein  Enzym von Phase-I-Wirkstoff-Metabolismus.  Weiterhin, wurden zahlreiche Einzelnukleotidpolymorphismen (SNP) und weitere hAOX1-Mutanten im hAOX1-Gen identifiziert. SNPs sind eine Hauptquelle für die interindividuelle Variabilität in der menschlichen Population, und SNP-basierte Aminosäureaustausche in hAOX1 modulieren die katalytische Funktion des Enzyms entweder positiv oder negativ. In diesem Bericht haben wir zehn neue SNPs ausgewählt, die zu Aminosäureaustauschen in der Nähe der FAD-Cofaktor von hAOX1 führen und die gereinigten Enzyme nach heterologen Expression in Escherichia coli charakterisieren. Darüber hinaus haben wir zehn weitere FAD-Varianten produziert. Die hAOX1-Varianten wurden sorgfältig durch quantitative Unterschiede in ihrer Fähigkeit zur Herstellung von Superoxidradikal charakterisiert. ROS repräsentieren markante Schlüsselmoleküle in physiologischen und pathologischen Zuständen in der Zelle. Unsere Daten zeigen signifikante Veränderungen der Superoxid-Anionenproduktion unter den Varianten. Insbesondere führte der Rest L438 in der Nähe des Isoalloxanzinringes des FAD-Cofaktors zu einer erhöhten Superoxid-Radikalproduktion von 75-85%. In Anbetracht der hohen Toxizität des Superoxid-Anions in der Zelle ist die hAOX1-L438V SNP-Variante ein eventueller Kandidat für kritische oder pathologische Rollen dieser natürlichen Variante innerhalb der menschlichen Population.
KW  - aldehyde
KW  - oxidase
KW  - ROS
KW  - reactive oxygen species
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-410107
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
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ohliger, Matthias
T1  - Characterizing and measuring properties of continuous-variable quantum states
T1  - Charakterisierung und Messung der Eigenschaften von Quantenzuständen mit kontinuierlichen Variablen
N2  - We investigate properties of quantum mechanical systems in the light of quantum information theory. We put an emphasize on systems with infinite-dimensional Hilbert spaces, so-called continuous-variable systems'', which are needed to describe quantum optics beyond the single photon regime and other Bosonic quantum systems. We present methods to obtain a description of such systems from a series of measurements in an efficient manner and demonstrate the performance in realistic situations by means of numerical simulations. We consider both unconditional quantum state tomography, which is applicable to arbitrary systems, and tomography of matrix product states. The latter allows for the tomography of many-body systems because the necessary number of measurements scales merely polynomially with the particle number, compared to an exponential scaling in the generic case. We also present a method to realize such a tomography scheme for a system of ultra-cold atoms in optical lattices. Furthermore, we discuss in detail the possibilities and limitations of using continuous-variable systems for measurement-based quantum computing. We will see that the distinction between Gaussian and non-Gaussian quantum states and measurements plays an crucial role. We also provide an algorithm to solve the large and interesting class of naturally occurring Hamiltonians, namely frustration free ones, efficiently and use this insight to obtain a simple approximation method for slightly frustrated systems. To achieve this goals, we make use of, among various other techniques, the well developed theory of matrix product states, tensor networks, semi-definite programming, and matrix analysis.
N2  - Die stürmische Entwicklung der Quanteninformationstheorie in den letzten Jahren brachte einen neuen Blickwinkel auf quantenmechanische Probleme. Insbesondere die fundamentale Eigenschaft der Verschränkung von Quantenzuständen spielt hierbei eine Schlüsselrolle. Einstein, Podolsky und Rosen haben 1935 versucht die Unvollständigkeit der Quantenmechanik zu demonstrieren, indem sie zeigten, dass sie keine lokale, realistische Therie ist und der Ausgang einer Messung an einem Ort von Messungen abhängen kann, die an beliebig weit entfernten Orten gemacht wurden. John Bell stellte 1964 eine, später nach ihm benannte, Ungleichung auf, die eine Grenze an mögliche Korrelationen von Messergebnissen in lokalen, realistischen Theorien gibt. Die Vorhersagen der Quatenmechanik verletzen diese Ungleichung, eine Tatsache, die 1981 von Alain Aspect und anderen auch experimentell bestätigt wurde. Solche nicht-lokalen Quantenzustände werden verschränkt'' genannt. In neuerer Zeit wurde Verschränkung nicht mehr nur als mysteriöse Eigenschaft der Quantenmechanik sondern auch als Resource für Aufgaben der Informationsverarbeitung gesehen. Ein Computer, der sich diese Eigenschaften der Quantenmechanik zu nutze macht, ein sogenannter Quantencomputer, würde es erlauben gewisse Aufgaben schnell zu lösen für die normale'' Computer zu lange brauchen. Das wichtigste Beispiel hierfür ist die Zerlegung von großen Zahlen in ihre Primfaktoren, für die Shor 1993 einen Quantenalgorithmus präsentierte. In dieser Arbeit haben wir uns mit den Eigenschaften von Quantensystemen, die durch sogenannte kontinuierliche Variablen beschrieben werden, beschäftigt. Diese sind nicht nur theoretisch sonder auch experimentell von besonderem Interesse, da sie quantenoptische Systeme beschreiben, die sich verhältnismäßig leicht im Labor präparieren, manipulieren und messen lassen. Wenn man eine vollständige Beschreibung eines Quantenzustandes erhalten will, braucht man, auf Grund der Heisenberg'schen Unschärferelation, mehrere Kopien von ihm an denen man dann Messungen durchführt. Wir haben eine Methode, compressed-sensing genannt, eingeführt um die Anzahl der nötigen Messungen substantiell zu reduzieren. Wir haben die theoretische Effizienz dieser Methode bewiesen und durch numerische Simulationen auch ihre Praktikabilität demonstriert. Desweiteren haben wir beschrieben, wie man compressed-sensing für die schon erwähnten optischen Systemen sowie für ultrakalte Atome experimentell realisieren kann. Ein zweites Hauptthema dieser Arbeit war messbasiertes Quantenrechnen. Das Standardmodell des Quantenrechnens basiert auf sogenannten Gattern, die eine genaue Kontrolle der Wechselwirkung zwischen den Bestandteilen des Quantencomputers erfordern. Messbasiertes Quantenrechnen hingegen kommt mit der Präparation eines geeigneten Quantenzustands, Resource genannt, gefolgt von einfachen Messungen auf diesem Zustand aus. Wir haben gezeigt, dass Systeme mit kontinuierlichen Variablen eine vorteilhafte Realisierung eines Quantencomputers in diesem Paradigma erlauben, es jedoch auch wichtige Beschränkungen gibt, die kompliziertere Zustandspräparationen und Messungen nötig machen.
KW  - Quantencomputer
KW  - Quantenoptik
KW  - Vielteilchentheorie
KW  - quantum computer
KW  - quantum optics
KW  - quantum many-body theory
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-62924
ER  - 
TY  - THES
A1  - Banerjee, Abhirup
T1  - Characterizing the spatio-temporal patterns of extreme events
BT  - from recurrence to prediction
N2  - Over the past decades, there has been a growing interest in ‘extreme events’ owing to the increasing threats that climate-related extremes such as floods, heatwaves, droughts, etc., pose to society. While extreme events have diverse definitions across various disciplines, ranging from earth science to neuroscience, they are characterized mainly as dynamic occurrences within a limited time frame that impedes the normal functioning of a system. Although extreme events are rare in occurrence, it has been found in various hydro-meteorological and physiological time series (e.g., river flows, temperatures, heartbeat intervals) that they may exhibit recurrent behavior, i.e., do not end the lifetime of the system. The aim of this thesis to develop some
sophisticated methods to study various properties of extreme events.

One of the main challenges in analyzing such extreme event-like time series is that they have large temporal gaps due to the paucity of the number of observations of extreme events. As a result, existing time series analysis tools are usually not helpful to decode the underlying
information. I use the edit distance (ED) method to analyze extreme event-like time series in their unaltered form. ED is a specific distance metric, mainly designed to measure the similarity/dissimilarity between point process-like data. I combine ED with recurrence plot techniques to identify the recurrence property of flood events in the Mississippi River in the United States. I also use recurrence quantification analysis to show the deterministic properties
and serial dependency in flood events.

After that, I use this non-linear similarity measure (ED) to compute the pairwise dependency in extreme precipitation event series. I incorporate the similarity measure within the framework of complex network theory to study the collective behavior of climate extremes. Under this architecture, the nodes are defined by the spatial grid points of the given spatio-temporal climate dataset. Each node is associated with a time series corresponding to the temporal evolution
of the climate observation at that grid point. Finally, the network links are functions of the pairwise statistical interdependence between the nodes. Various network measures, such as degree, betweenness centrality, clustering coefficient, etc., can be used to quantify the network’s topology. We apply the methodology mentioned above to study the spatio-temporal coherence pattern of extreme rainfall events in the United States and the Ganga River basin, which reveals its relation to various climate processes and the orography of the region.

The identification of precursors associated with the occurrence of extreme events in the near future is extremely important to prepare the masses for an upcoming disaster and mitigate the potential risks associated with such events. Under this motivation, I propose an in-data prediction recipe for predicting the data structures that typically occur prior to extreme events using the Echo state network, a type of Recurrent Neural Network which is a part of the reservoir
computing framework. However, unlike previous works that identify precursory structures in the same variable in which extreme events are manifested (active variable), I try to predict these structures by using data from another dynamic variable (passive variable) which does not show large excursions from the nominal condition but carries imprints of these extreme events. Furthermore, my results demonstrate that the quality of prediction depends on the magnitude
of events, i.e., the higher the magnitude of the extreme, the better is its predictability skill. I show quantitatively that this is because the input signals collectively form a more coherent pattern for an extreme event of higher magnitude, which enhances the efficiency of the machine to predict the forthcoming extreme events.
N2  - In den letzten Jahrzehnten hat das Interesse an ‘Extremereignissen’ aufgrund der zunehmenden Bedrohung, die klimabedingte Extreme wie Überschwemmungen, Hitzewellen, Dürren usw. für die Gesellschaft darstellen, zugenommen. Obwohl Extremereignisse in verschiedenen Disziplinen - von der Geowissenschaft bis zu den Neurowissenschaften - unterschiedlich definiert werden, werden sie hauptsächlich als dynamische Ereignisse innerhalb eines begrenzten Zeitrahmens
charakterisiert, die das normale Funktionieren eines Systems beeinträchtigen. Obwohl Extremereignisse selten vorkommen, wurde festgestellt, dass verschiedene hydro-meteorologische und physiologische Zeitreihen (z. B. Stromabflussmengen, Temperaturen, Herzschlagintervalle) rekurrentes Verhalten. Das heißt, sie enden nicht an der Lebensdauer des Systems. Das Ziel dieser Arbeit ist es, fortschrittliche Methoden zur Untersuchung verschiedener Eigenschaften
von Extremereignissen zu entwickeln.

Eine der größten Herausforderungen bei der Analyse solcher extremen Ereignisse ist, dass sie große zeitliche Lücken aufweisen, da die Anzahl beobachteter Extremereignissen gering ist. Bestehende Zeitreihenanalysetools sind daher in der Regel nicht hilfreich, um die zugrundeliegenden Informationen zu entschlüsseln. Ich verwende die Edit-Distanz (ED) Methode, um extremeereignisähnliche Zeitreihen in ihrer unveränderten Form zu analysieren. ED ist eine spezielle Abstandsmetrik, die hauptsächlich zur Messung der Ähnlichkeit/Unähnlichkeit zwischen punktprozessähnlichen Daten entwickelt wurde. Ich kombiniere ED mit Rekurrenzplots, um die Wiederkehr-Eigenschaften von Hochwasserereignissen am Mississippi in den Vereinigten
Staaten zu ermitteln. Außerdem werte ich die Wiederkehr-Eigenschaften quantitativ aus, um die deterministische Charakteristik und die serielle Abhängigkeit bei Hochwasserereignissen aufzuzeigen.

Anschließend verwende ich dieses nichtlineare Ähnlichkeitsmaß(ED), um die paarweise Abhängigkeit in extremen Niederschlagsereignisreihen zu berechnen. Ich verknüpfe das Ähnlichkeitsmaß mit der Theorie komplexer Netzwerke, um das kollektive Verhalten von Klimaextremen zu untersuchen. In diesem Fall werden die Knoten durch die räumlichen Gitterpunkte des zu untersuchenden raumzeitlichen Klimadatensatzes definiert. Jeder Knoten repräsentiert eine Zeitreihe, die die zeitliche Entwicklung der Klimabeobachtung an diesem Gitterpunkt beschreibt. Schließlich sind die Netzwerkverbindungen Funktionen der paarweisen statistischen Interdependenz zwischen den Knotenpunkten. Zur Quantifizierung der Netztopologie können verschiedene Netzwerkmaße wie unter anderem der Grad, die Betweenness-Zentralität, oder der Clustering-Koeffizient verwendet werden. Wir wenden die oben erwähnte Methodik an, um das raumzeitliche Kohärenzmuster extremer Niederschlagsereignisse in den Vereinigten Staaten und im Einzugsgebiet des Ganges zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass ein Zusammenhang zwischen dem Kohärenzmuster und verschiedenen Klimaprozessen und der Orographie der Region besteht.

Die Identifizierung von Vorläufern, die mit dem Auftreten von Extremereignissen in naher
Zukunft verbunden sind, ist äußerst wichtig, um die Bevölkerung auf eine bevorstehende Katastrophe vorzubereiten und potenziell resultierende Risiken zu mindern. Deshalb schlage ich ein datenbasiertes Vorhersageverfahren zur Bestimmung der Datenstrukturen vor, die typischerweise vor extremen Ereignissen auftreten. Das Verfahren basiert auf dem Echo-State Netzwerk, einem rekurrenten neuronalen Netz, das dem Reservoir-Computing zugeordnet wird. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten, die Vorläuferstrukturen in der Variablen identifizieren, in der sich Extremereignisse manifestieren (aktive Variable), versuche ich die Strukturen anhand anderer dynamischer Variablen (passive Variablen) vorherzusagen. Diese Variablen weichen selbst nicht sonderlich von ihrem eigenen Sollzustand ab, aber sie besitzen eine Aussagekraft gegenüber den Extremereignissen. Meine Ergebnisse zeigen, dass die Qualität der Vorhersage von der Magnitude der Ereignisse abhängt, d.h. je extremer ein Ereignis ist, desto besser kann es vorhergesagt werden. Ich belege quantitativ, dass dieser Zusammenhang darauf basiert, dass die gesammelten Eingangssignale aussagekräftigere Kohärenzmuster für Extremereignisse hoher Magnitude bilden. Dies erhöht die Wirksamkeit des Ansatzes bei der Vorhersage bevorstehender Extremereignisse.
KW  - extreme events
KW  - Extremereignisse
KW  - floods
KW  - extreme precipitation
KW  - edit distance
KW  - recurrence plot
KW  - complex network
KW  - echo state network
KW  - Überschwemmungen
KW  - Extremniederschläge
KW  - Edit-Distanz
KW  - Rekurrenzplot
KW  - komplexes Netzwerk
KW  - Echo-State Netzwerk
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-559839
ER  - 
TY  - THES
A1  - Urban, Alexander
T1  - Charakterisierung der Funktion der Rhodanese YnjE für die Molybdänkofaktor Biosynthese in Escherichia coli
T1  - Characterization of the Rhodanese YnjE regarding Molybdenum Cofaktor Biosynthesis in E. coli
N2  - Die ubiquitär verbreitete Molybdänkofaktorbiosynthese ist in Escherichia coli (E. coli) bisher am umfassendsten untersucht. Bislang war jedoch nicht bekannt, welche physiologische Schwefelquelle im zweiten Schritt dieses Syntheseweges zur Bildung der charakteristischen Dithiolengruppe genutzt wird. Erste Untersuchungen deuteten auf eine der Cysteindesulfurasen E. colis hin, welche in Verbindung mit einem rhodaneseähnlichen Protein den Schwefel in Form eines Persulfids übertragen. Ähnliche Mechanismen wurden bereits in der humanen Moco-Biosynthese und der Thiaminbiosynthese identifiziert. In dieser Arbeit wurde das E. coli Protein YnjE näher charakterisiert. Es handelt sich bei YnjE um ein rhodaneseähnliches Protein aus drei Rhodanesedomänen. Durch Proteinkristallisation und anschliessender Röntgenstrukturanalyse wurde die Tertiärstruktur des YnjE-Proteins analysiert. Die hergestellten Kristalle konnten zur Gewinnung von Strukturdaten vermessen und eine Proteinkristallstruktur für YnjE berechnet werden. Desweiteren besitzt YnjE ein N-terminales Typ I Sekretionssystem abhängiges Sipnalpeptid. Durch Lokalisieungsexperimente wurde die Bedeutung des Signalpeptids für das YnjE-Protein untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass endogenes YnjE sowohl im peri- als auch im cytoplasmatischen Raum lokalisiert ist. Auf Grund von vorhergehenden Studien, wurde eine Funktion des YnjE-Proteins innerhalb der Molybdänkofaktorbiosynthese in der Schwefelübertragung auf das Protein MoaD in E. coli vermutet und deshalb in dieser Arbeit näher untersucht. Es wurde eine Interaktion des YnjE-Proteins mit dem MoeB-Protein, welches für die Thiocarboxylierung des MoaD-Proteins essentiell ist, durch Tandem-Affinitätsreinigung und Antikörper-basierte Affinitätsreinigung nachgewiesen und ein signifikanter positiver Einfluss YnjEs auf die Bildung von Molybdopterin, einer Vorstufe des Molybdänkofaktors, bestätigt. Dabei wurde sowohl der Sulfurierungsgrad des MoaD-Proteins in YnjE und Cysteindesulfurase-knock-out Mutanten untersucht, als auch die Bildung von Molybdopterin in einem in vitro Ansatz in Abhängigkeit von steigenden YnjE-Konzentrationen analysiert. Im Ergebnis kann man daraus schließen, dass der Mechanismus der Schwefelübertragung ähnlich der Thiaminbiosynthese, über eine der drei Cysteindesulfurasen CsdA, SufS oder IscS geschieht, welche Schwefel in Form eines Persulfids auf YnjE übertragen können. Thiosulfat und Mercaptopyruvat, die Substrate für die beiden Familien der rhodaneseähnlichen Proteine, Thiosulfat-Sulfurtransferasen und Mercaptopyruvat-Sulfurtransferasen, dienen nicht als Substrate für eine Persulfurierung YnjEs. Durch eine Austauschmutante des Cysteinrestes der aktiven Schleife von YnjE konnte nicht bestätigt werden, dass dieser Aminosäurerest und damit die Bildung eines YnjE-gebundenen Persulfids für die positive Beeinflussung der MPT-Synthese essentiell ist. Vielmehr kann durch diese Arbeit von einer Vermittlung der Interaktionen zwischen MoeB, IscS und der MPT-Synthase durch YnjE ausgegangen werden wobei die Cysteindesulfurase IscS den Schwefel für die Thiocarboxylierung des MoaD-Proteins liefert.
N2  - The rhodanese-like protein YnjE was characterized in this study. After protein christallization the stucture of the YnjE protein was analyzed. Subzellular localization experiments revealed, that the YnjE protein is present both in cytoplasm and periplasm. Interaction studies and in vitro synthesis of Molybdopterin revealed an influence of YnjE on Molybdenum Cofactor Biosynthesis.A sulfur transfer from L-Cystein to YnjE by a Cystein desulfurase was not responsible for the the effects on Molybdenum Cofaktor Biosynthesis, since a YnjE cysteine 385 to alanine mutant showed the same effect on Molybdenum Cofaktor Biosynthesis.
KW  - Molybdänkofaktor
KW  - Rhodanese
KW  - YnjE
KW  - Sulfurtransferase
KW  - Escherichia coli
KW  - Molybdenum Cofaktor
KW  - Rhodanese
KW  - YnjE
KW  - sulfur transferase
KW  - Escherichia coli
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-29018
ER  - 
TY  - THES
A1  - Blankenburg, Stefanie
T1  - Charakterisierung der GABAB-Rezeptor Subtypen 1 und 2 der Amerikanischen Großschabe Periplaneta americana
T1  - Characterization of GABAB receptor subtypes 1 and 2 of the American Cockroach Periplaneta americana
N2  - Die nichtproteinogene Aminosäure GABA (γ-Aminobuttersäure) gilt als der wichtigste inhibitorische Neurotransmitter im Zentralnervensystem von Vertebraten sowie Invertebraten und vermittelt ihre Wirkung u. a. über die metabotropen GABAB-Rezeptoren. Bisher sind diese Rezeptoren bei Insekten nur rudimentär untersucht. Für die Amerikanische Großschabe als etablierter Modellorganismus konnte pharmakologisch eine modulatorische Rolle der GABAB-Rezeptoren bei der Bildung von Primärspeichel nachgewiesen werden. Ziel dieser Arbeit war eine umfassende Charakterisierung der GABAB-Rezeptor-Subtypen 1 und 2 von Periplaneta americana. Unter Verwendung verschiedenster Klonierungsstrategien sowie der Kooperationsmöglichkeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. T. Miura (Hokkaido, Japan) in Hinsicht auf eine dort etablierte P. americana EST-Datenbank gelang die Klonierung von zwei Rezeptor-cDNAs. Die Analyse der abgeleiteten Aminosäuresequenzen auf GB-spezifische Domänen und konservierte Aminosäure-Reste, sowie der Vergleich zu bekannten GB Sequenzen anderer Arten legen nahe, dass es sich bei den isolierten Sequenzen um die GABAB-Rezeptor-Subtypen 1 und 2 (PeaGB1 und PeaGB2) handelt. Für die funktionelle und pharmakologische Charakterisierung des Heteromers aus PeaGB1 und PeaGB2 wurden Expressionskonstrukte für die Transfektion in HEK-flpTM-Zellen hergestellt. Das Heteromer aus PeaGB1 und PeaGB2 hemmt bei steigenden GABA-Konzentrationen die cAMP-Produktion. Die Substanzen SKF97541 und 3-APPA konnten als Agonisten identifiziert werden. CGP55845 und CGP54626 wirken als vollwertige Antagonisten. Das in vitro ermittelte pharmakologische Profil im Vergleich zur Pharmakologie an der isolierten Drüse bestätigt, dass die GABA-Wirkung in der Speicheldrüse tatsächlich von GBs vermittelt wird. Für die immunhistochemische Charakterisierung konnte ein spezifischer polyklonaler Antikörper gegen die extrazelluläre Schleife 2 des PeaGB1 generiert werden. Ein weiterer Antikörper, welcher gegen den PeaGB2 gerichtet ist, erwies sich hingegen nicht als ausreichend spezifisch. Western-Blot-Analysen bestätigen das Vorkommen beider Subtypen im Zentralnervensystem von P. americana. Zudem wird der PeaGB1 in der Speicheldrüse und in den Geschlechtsdrüsen der Schabenmännchen exprimiert. Immunhistochemische Analysen zeigen eine PeaGB1-ähnliche Markierung in den GABAergen Fasern der Speicheldrüse auf. Demnach fungiert der PeaGB1 hier als Autorezeptor. Weiterhin konnte eine PeaGB1-ähnliche Markierung in nahezu allen Gehirnneuropilen festgestellt werden. Auch die akzessorischen Drüsen der Männchen, Pilzdrüse und Phallusdrüse, sind PeaGB1-immunreaktiv.
N2  - The non-proteinogenic amino acid GABA (γ-aminobutyric acid) is the major inhibitory neurotransmitter in the central nervous system of vertebrates and invertebrates, and GABA mediates its action among others via metabotropic GABAB receptors (GBs). So far, these receptors are only rudimentary characterized in insects. In the American Cockroach, which is an established model organism, pharmacological studies have pointed out a modulatory role of GBs in the production of primary saliva in the salivary gland. Therefore, the aim of this study is the profound characterization of the GABAB receptor subtypes 1 and 2 of Periplaneta americana. Diverse cloning strategies and the access to a Periplaneta EST-database enabled the cloning of two receptor-cDNAs. The analysis of the deduced amino acid sequences for GB-specific domains and conserved amino acid-residues, and the comparison to known GB-sequences of other species revealed that the sequences correspond to GABAB receptor subtypes 1 and 2 (PeaGB1 and PeaGB2). Next, we functionally and pharmacologically characterized the receptor-heteromer of PeaGB1 and PeaGB2. Therefore, we established expression constructs for the transfection of HEK-flpTM-cells. The PeaGB1/PeaGB2 heteromer inhibits dose-dependently the production of cAMP. The substances SKF97541 and 3-APPA imitate the GABA effect. In contrast, CGP54626 and CGP55845 are considered to be proper antagonists. The comparison of the in vitro with the known pharmacology of isolated glands reveals that GBs indeed mediate the effect of GABA in the salivary gland. For immunohistochemical localization, a specific polyclonal antibody was raised against the extracellular loop 2 of PeaGB1. A second antibody, which was raised against the analogous region of the PeaGB2, must be considered to be non-specific. Western blot analyses demonstrate the localization of both subtypes in the central nervous system of P. americana. Additionally, PeaGB1 is expressed in the salivary gland and in male accessory glands. Immunohistochemical analyses reveal the expression of PeaGB1 in GABAergic nerve fibers of the salivary gland. As a consequence, PeaGB1 must act as an autoreceptor in this organ. A widespread distribution of PeaGB1 in almost all neuropiles was detected in the cockroach brain. In the male accessory glands mushroom gland and phallic (conglobate) gland, an intense PeaGB1-like immunoreactivity was measured.
KW  - GABA
KW  - Insekt
KW  - Pharmakologie
KW  - Gehirn
KW  - Speicheldrüse
KW  - GABA
KW  - insect
KW  - pharmacology
KW  - brain
KW  - salivary gland
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69648
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmidt, Andreas
T1  - Charakterisierung der Lipopolysaccharid-Bindungseigenschaften von Adhäsionsproteinen aus Salmonella-Bakteriophagen
T1  - Characterization of lipopolysaccharide-binding properties of adhesion proteins from Salmonella-bacteriophages
N2  - Die Interaktionen von komplexen Kohlenhydraten und Proteinen sind ubiquitär. Sie spielen wichtige Rollen in vielen physiologischen Prozessen wie Zelladhäsion, Signaltransduktion sowie bei viralen Infektionen. Die molekularen Grundlagen der Interaktion sind noch nicht komplett verstanden. Ein Modellsystem für Kohlenhydrat-Protein-Interaktionen besteht aus Adhäsionsproteinen (Tailspikes) von Bakteriophagen, die komplexe Kohlenhydrate auf bakteriellen Oberflächen (O-Antigen) erkennen. Das Tailspike-Protein (TSP), das in dieser Arbeit betrachtet wurde, stammt aus dem Bakteriophagen 9NA (9NATSP). 9NATSP weist eine hohe strukturelle Homologie zum gut charakterisierten TSP des Phagen P22 (P22TSP) auf, bei einer niedriger sequenzieller Ähnlichkeit. Die Substratspezifitäten beider Tailspikes sind ähnlich mit Ausnahme der Toleranz gegenüber den glucosylierten Formen des O-Antigens. Die Struktur der beiden Tailspikes ist bekannt, sodass sie ein geeignetes System für vergleichende Bindungsstudien darstellen, um die strukturellen Grundlagen für die Unterschiede der Spezifität zu untersuchen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde der ELISA-like tailspike adsorption assay (ELITA) etabliert, um Binderpaare aus TSPs und O-Antigen zu identifizieren. Dabei wurden 9NATSP und P22TSP als Sonden eingesetzt, deren Bindung an die intakten, an die Mikrotiterplatte adsorbierten Bakterien getestet wurde. Beim Test einer Sammlung aus 44 Salmonella-Stämmen wurden Stämme identifiziert, die bindendes O-Antigen exprimieren. Gleichzeitig wurden Unterschiede in der Bindung der beiden TSPs an Salmonella-Stämme mit gleichem O-Serotyp beobachtet. Die Ergebnisse der ELITA-Messung wurden qualitativ durch eine FACS-basierte Bindungsmessung bestätigt. Zusätzlich ermöglichte die FACS-Messung bei Stämmen, die teilweise modifizierte O-Antigene herstellen, den Anteil an Zellen mit und ohne Modifikation zu erfassen.
Die Oberflächenplasmonresonanz (SPR)-basierten Interaktionsmessungen wurden eingesetzt, um Bindungsaffinitäten für eine TSP-O-Antigen Kombination zu quantifizieren. Dafür wurden zwei Methoden getestet, um die Oligosaccharide auf einem SPR-Chip zu immobilisieren. Zum einen wurden die enzymatisch hergestellten O-Antigenfragmente mit einem bifunktionalen Oxaminadapter derivatisiert, der eine primäre Aminogruppe für die Immobilisierung bereitstellt. Ein Versuch, diese Oligosaccharidfragmente zu immobilisieren, war jedoch nicht erfolgreich. Dagegen wurde das nicht derivatisierte Polysaccharid, bestehend aus repetitivem O-Antigen und einem konservierten Kernsaccharid, erfolgreich auf einem SPR-Chip immobilisiert. Die Immobilisierung wurde durch Interaktionsmessungen mit P22TSP bestätigt. Durch die Immobilisierung des Polysaccharids sind somit quantitative SPR-Bindungsmessungen mit einem polydispersen Interaktionspartner möglich.
Eine Auswahl von Salmonella-Stämmen mit einer ausgeprägt unterschiedlichen Bindung von 9NATSP und P22TSP im ELITA-Testsystem wurde hinsichtlich der Zusammensetzung des O-Antigens mittels HPLC, Kapillargelelektrophorese und MALDI-MS analysiert. Dabei wurden nicht-stöchiometrische Modifikationen der O-Antigene wie Acetylierung und Glucosylierung detektiert. Das Ausmaß der Glucosylierung korrelierte negativ mit der Effizienz der Bindung und des Verdaus durch die beiden TSPs, wobei der negative Effekt bei 9NATSP weniger stark ausgeprägt war als bei P22TSP. Dies stimmt mit den Literaturdaten zu Infektivitätsstudien mit 9NA und P22 überein, die mit Stämmen mit vergleichbaren O-Antigenvarianten durchgeführt wurden. Die Korrelation zwischen der Glucosylierung und Bindungseffizienz konnte strukturell interpretiert werden.
Auf Grundlage der O-Antigenanalysen sowie der Ergebnisse der ELITA- und FACS-Bindungstests wurden die Salmonella-Stämme Brancaster und Kalamu identifiziert, die annähernd quantitativ glucosyliertes O-Antigen exprimieren. Damit eignen sich diese Stämme für weiterführende Studien, um die Zusammenhänge zwischen der Spezifität und der Organisation der Bindestellen der beiden TSPs zu untersuchen.
N2  - Interactions between complex carbohydrates and proteins are ubiquitous. They play a major role in plenty of physiological processes as cell adhesion, signal transduction, as well as viral infections. The molecular details of the interaction are not completely understood. A model system for protein-carbohydrate interactions consists of adhesion proteins (Tailspikes) of bacteriophages, which recognize complex carbohydrates on the bacterial surface (O-antigen).  A Tailspike primary used in this work originates from the bacteriophage 9NA (9NATSP). 9NATSP shows a remarkable structural similarity to the extensively studied TSP of the bacteriophage P22 (P22TSP), showing a low sequential similarity. Since structures of both TSP's are known, they provide an appropriate system for comparative interaction studies.
An ELISA-like Tailspike-adsorbtion assay (ELITA) was established in this work which allows identification of binding pairs consisting of TSP's and O-antigens. In this approach 9NATSP and P22TSP were used as probes. Their binding to intact bacteria adsorbed to a multi-well plate was tested. In a collection of 44 Salmonella-strains a set of strains was identified which express a binding O-antigen. Additionally different binding efficiencies were observed among the strains of the same O-serotype. Binding data of the ELITA were qualitatively resembled in a FACS-based binding test. Additionally FACS-measurements allowed estimation of the extent of non-stoichiometric modifications of the O-antigens in strains expressing modified O-antigen variants.
The surface plasmone resonance (SPR) interaction-measurements were used to quantify affinities of TSP-O-antigen binding. For this, two carbohydrate immobilization strategies were tested. An O-antigen fragment, produced by enzymatic digestion, was derivatized by a bi-functional Oxamine-spacer. The spacer provides a primary amine-functionality for the immobilization. Despite the successful derivatization, sufficient amount of the O-antigen fragment could not be immobilized. Oppositely, the non-derivatized whole polysaccharide was successfully immobilized. The immobilization was confirmed by SPR-measurements with P22TSP. This approach allows quantitative measurements with polysaccharide as ligand, despite of its polydisperse characteristics.
A set of Salmonella-strains with a distinctively different binding to 9NATSP and P22TSP in ELITA were characterized in terms of the content of their O-antigen by HPLC, capillary gel electrophoresis and MALDI-MS. Non-stoichiometric modifications of the O-antigens as acetylation and glucosylation were identified. The extent of glucosylation correlated negatively with the binding efficiencies to both TSP's, identifying 9NATSP as  more susceptible to the glucosylation. That finding resembles with published data from early studies on the infectivity of bacteriophages 9NA and P22. Observed data could be interpreted in a structural context.
The results of the O-antigen analysis as well as the results of ELITA and FACS-based interaction tests two Salmonella-strains, were identified, which produce almost completely glucosylated O-antigen: Salmonella Brancaster and Salmonella Kalamu. These strains are suitable for further studies to investigate the interdependence of the specificity and the structure of the binding sites of both TSP's.
KW  - Lipopolysaccharid
KW  - O-Antigen
KW  - nicht-stöchiometrische Modifikationen
KW  - Glycosylierung
KW  - Bakteriophagen
KW  - Adhäsionsproteine
KW  - Tailspike
KW  - Protein-Kohlenhydrat Interaktionen
KW  - lipopolysaccharide
KW  - O-antigen
KW  - non-stoichiometric modifications
KW  - glycosylation
KW  - bacteriophages
KW  - adhesion proteins
KW  - Tailspikes
KW  - protein-carbohydrate interactions
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-79529
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kobabe, Svenja
T1  - Charakterisierung der mikrobiellen Lebensgemeinschaft eines sibirischen Permafrostbodens
T1  - Characterisation of microbial community composition of a Siberian tundra soil
N2  - Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des multidisziplinären Deutsch-Russischen Verbundprojektes "Laptev See 2000" erstellt. Die dargestellten bodenkundlichen und mikro-biologischen Untersuchungen verfolgten das Ziel die mikrobielle Lebensgemeinschaft eines Permafrostbodens im sibirischen Lena Delta zu charakterisieren, wobei den methanogenen Archaea besondere Beachtung zukam. Die Probennahme wurde im August 2001 im zentralen Lenadelta, auf der Insel Samoylov durchgeführt. Das Delta liegt im Bereich des kontinuierlichen Permafrostes, was bedeutet, dass nur eine flache saisonale Auftauschicht während der Sommermonate auftaut. Das untersuchte Bodenprofil lag im Zentrum eines für die Landschaft repräsentativen Low Center Polygons. Zum Zeitpunkt der Beprobung betrug die Auftautiefe des untersuchten Bodens 45 cm.. Der Wasserstand lag zum Untersuchungszeitpunkt 18 cm unter der Geländeoberfläche, so dass alle tiefer liegenden Horizonte durch anaerobe Verhältnisse charakterisiert waren. Die Untersuchung der bodenkundlichen Parameter ergab unter anderem eine mit zunehmender Tiefe abnehmende Konzentration von Kohlenstoff und Stickstoff, sowie eine Abnahme von Temperatur und Wurzeldichte. Um die Auswirkungen der sich mit der Tiefe verändernden Bodeneigenschaften auf die Mikroorganismen zu ermitteln, wurden die Mikroorganismenpopulationen der verschiedenen Bodentiefen mit Hilfe der Fluoreszenz in situ Hybridisierung hinsichtlich ihrer Anzahl, Aktivität und Zusammensetzung beschrieben. Für die Charakterisierung des physiologischen Profils dieser Gemeinschaften, bezüglich der von ihr umsetzbaren Kohlenstoffverbindungen, wurden BIOLOG Mikrotiterplatten unter den in situ Bedingungen angepassten Bedingungen eingesetzt. Die sich im Profil verändernden Bodenparameter, vor allem die abnehmende Substratversorgung, die geringe Temperatur und die anaeroben Verhältnisse in den unteren Bodenschichten führten zu einer Veränderung der Mikroorganismenpopulation im Bodenprofil. So nahm von oben nach unten die Gesamtanzahl der ermittelten Mikroorganismen von 23,0 × 108 auf 1,2 × 108 Zellen g-1 ab. Gleichzeitig sank der Anteil der aktiven Zellen von 59% auf 33%. Das bedeutet, dass im Bereich von 0-5 cm 35mal mehr aktive Zellen g-1 als im Bereich von 40-45 cm gefunden wurden. Durch den Einsatz spezieller rRNS-Sonden konn-te zusätzlich eine Abnahme der Diversität mit zunehmender Bodentiefe nachgewiesen werden. Die geringere Aktivität der Population in den unteren Horizonten sowie die Unterschiede in der Zusammensetzung wirkten sich auf den Abbau der organischen Substanz aus. So wur-den die mit Hilfe der BIOLOG Mikrotiterplatten angebotenen Substanzen in größerer Tiefe langsamer und unvollständiger abgebaut. Insbesondere in den oberen 5 cm konnten einige der angebotenen Polymere und Kohlehydrate deutlich besser als im restlichen Profil umge-setzt werden. Das außerdem unter anaeroben Versuchsbedingungen diese Substrate deutlich schlechter umgesetzt wurden, kann so interpretiert werden, dass die konstant anaeroben Bedingungen in den unteren Horizonten ein Auftreten der Arten, die diese Substrate umset-zen, erschweren. Die in den oberen, aeroben Bodenabschnitten wesentlich höheren Zellzahlen und Aktivitäten und die dadurch schnellere C-Umsetzung führen auch zu einer besseren Substratversorgung der methanogenen Archaea in den makroskopisch aeroben Horizonten. Die erhöhte Substratverfügbarkeit erklärt die Tatsache, dass im Bereich von 0-5 cm die meisten methanogenen Archaea gefunden wurden, obwohl sich dieser Bereich zum Zeitpunkt der Probennahme oberhalb des wassergesättigten Bodenbereichs befand. Trotz der aeroben Bedingungen in, liegt im Bereich von 5 10 cm die für die methanogenen Archaea am besten geeignete Kombination aus Substratangebot und anaeroben Nischen vor. Hinzu kommt, dass in diesen Tiefen die Sommertemperaturen etwas höher liegen als in den tieferen Horizonten, was wiederum die Aktivität positiv beeinflusst. Bei zusammenfassender Betrachtung der Untersuchungsergebnisse von Anzahl, Aktivität, Zusammensetzung und Leistung der gesamten, aber im besonderen auch der methanogenen Mikroorganismenpopulation wird deutlich, dass in dem untersuchten Bodenprofil unter ökologischen Gesichtspunkten die oberen 15-20 cm den für den C-Umsatz relevantesten Bereich darstellen. Das Zusammenspiel wichtiger Bodenparameter wie Bodentemperatur, Wasserstand, Nährstoffversorgung und Durchwurzelung führt dazu, dass in dem untersuchten Tundraboden in den oberen 15-20 cm eine wesentlich größere und diversere Anzahl an Mikroorganismen existiert, die für einen schnelleren und umfassenderen Kohlenstoffumsatz in diesem Bereich des active layers sorgt.
N2  - The soil characteristics and the bacterial community of the active layer (0-45 cm) of a permafrost affected tundra soil were analysed. The composition of the bacterial community was investigated by fluorescence in situ hybridisation (FISH) while BIOLOG Ecoplates were used to characterize microbial communities by determining the ability of the communities to oxidize various carbon sources. Arctic tundra soils contain large amounts of organic carbon, accumulated in thick soil layers and are known as a major sink of atmospheric CO2. These soils are totally frozen throughout the year and only a thin active layer is unfrozen and shows biological activity during the short summer. To improve the understanding of how the carbon fluxes in the active layer are controlled, detailed analysis of composition, functionality and interaction of soil microorganisms was done. The FISH analyses of the active layer showed large variations in absolute cell numbers and in the composition of the active microbial community between the different horizons, which is caused by the different environmental conditions (e.g. soil temperature, amount of organic matter, aeration) in this vertically structured ecosystem. Results obtained by universal protein stain 5-(4,6-dichlorotriazin-2-yl)aminofluorescein (DTAF) showed an exponential decrease of total cell counts from the top to the bottom of the active layer (2.3 × 109 to 1.2 × 108 cells per g dry soil). By using FISH, up to 59% of the DTAF-detected cells could be detected in the surface horizon, and up to 84% of these FISH-detected cells could be affiliated to a known phylogenetic group. With increasing depth the amount of FISH-detectable cells decreased as well as the diversity of ascertained phylogenetic groups.  The turnover of substrates offered on the BIOLOG Ecoplates was slower and less complete in the deeper soil horizons. Especially in the upper 5 cm the turnover of some of the polymeric substances and some carbohydrates was much better than in deeper parts of the soil. The interaction of important soil parameters (water table, nutrient availability, roots) leads to a larger and more diverse community in the upper 20 cm of the soil, which again cause a faster and more complete turnover in this part of the active layer.
KW  - Mikrobiologie
KW  - Angewandte Mikrobiologie
KW  - Bodenmikrobiologie
KW  - Methanemission
KW  - Dauerfrostboden
KW  - Sibirien
KW  - Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung
KW  - Len
KW  - Microbiology
KW  - Soil
KW  - methane
KW  - Siberia
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5467
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TY  - THES
A1  - Kuhnert, Oliver
T1  - Charakterisierung der neuen centrosomalen Proteine CP148 und CP55 in Dictyostelium discoideum
T1  - Characterization of the new centrosomal proteins CP148 and CP55 in Dictyostelium discoideum
N2  - Das im Cytosol liegende Dictyostelium Centrosom ist aus einer geschichteten Core-Region aufgebaut, die von einer Mikrotubuli-nukleierenden Corona umgeben ist. Zudem ist es über eine spezifische Verbindung eng an den Kern geknüpft und durch die Kernmembran hindurch mit den geclusterten Centromeren verbunden. Beim G2/M Übergang dissoziiert die Corona vom Centrosom und der Core verdoppelt sich so dass zwei Spindelpole entstehen. CP55 und CP148 wurden in einer Proteom-Analyse des Centrosoms identifiziert. CP148 ist ein neues coiled-coil Protein der centrosomalen Corona. Es zeigt eine zellzyklusabhängige An- und Abwesenheit am Centrosom, die mit der Dissoziation der Corona in der Prophase und ihrer Neubildung in der Telophase korreliert. Während der Telophase erschienen in GFP-CP148 exprimierenden Zellen viele, kleine GFP-CP148-Foci im Cytoplasma, die zum Teil miteinander fusionierten und zum Centrosom wanderten. Daraus resultierte eine hypertrophe Corona in Zellen mit starker GFP-CP148 Überexpression. Ein Knockdown von CP148 durch RNAi führte zu einem Verlust der Corona und einem ungeordneten Interphase Mikrotubuli-Cytoskelett. Die Bildung der mitotischen Spindel und der astralen Mikrotubuli blieb davon unbeeinflusst. Das bedeutet, dass die Mikrotubuli-Nukleationskomplexe während der Interphase und Mitose über verschiedene Wege mit dem Core assoziiert sind. Des Weiteren bewirkte der Knockdown eine Dispersion der Centromere sowie eine veränderte Sun1 Lokalisation in der Kernhülle. Somit spielt CP148 ebenso eine Rolle in der Centrosomen-Centromer-Verbindung. Zusammengefasst ist CP148 ein essentielles Protein für die Bildung und Organisation der Corona, welche wiederum für die Centrosom/Centromer Verbindung benötigt wird. CP55 wurde als Protein der Core-Region identifiziert und verbleibt während des Zellzyklus am Centrosom. Dort besitzt es strukturelle Aufgaben, da die Mehrheit der GFP-CP55 Moleküle in der Interphase keine Mobilität zeigten. Die GFP-CP55 Überexpression führte zur Bildung von überzähligen Centrosomen mit der üblichen Ausstattung an Markerproteinen der Corona und des Cores. CP55 Knockout-Zellen waren durch eine erhöhte Ploidie, eine weniger strukturierte und leicht vergrößerte Corona sowie zusätzliche cytosolische Mikrotubuli-organisierende Zentren charakterisiert. Letztere entstanden in der Telophase und enthielten nur Corona- aber keine Core-Proteine. In CP55 k/o Zellen erfolgte die Rekrutierung des Corona-Organisators CP148 an den Spindelpol bereits in der frühen Metaphase anstatt, wie üblich, erst in der Telophase. Außerdem zeigten die Knockout-Zellen Wachstumsdefekte, deren Grund vermutlich Schwierigkeiten bei der Centrosomenverdopplung in der Prophase durch das Fehlen von CP55 waren. Darüber hinaus konnten die Knockout-Zellen phagozytiertes Material nicht verwerten, obwohl der Vorgang der Phagozytose nicht beeinträchtigt war. Dieser Defekt kann dem im CP55 k/o auftretenden dispergierten Golgi-Apparat zugeschrieben werden.
N2  - The Dictyostelium centrosome consists of a layered core structure surrounded by a microtubule-nucleating corona. A tight linkage through the nuclear envelope connects the cytosolic centrosome with the clustered centromeres within the nuclear matrix. At G2/M the corona dissociates, and the core structure duplicates yielding two spindle poles. The two proteins CP148 and CP55 were discovered in a proteomic analysis of Dictyostelium centrosomes. CP148 is a novel coiled-coil protein of the centrosomal corona. GFP-CP148 exhibited cell cycle dependent presence and absence at the centrosome, which correlates with dissociation of the corona in prophase and its reformation in late telophase. During telophase, GFP-CP148 formed cytosolic foci, which coalesced and joined the centrosome. This explains the hypertrophic appearance of the corona upon strong overexpression of GFP-CP148. Depletion of CP148 by RNAi caused virtual loss of the corona and disorganization of interphase microtubules. Surprisingly, formation of the mitotic spindle and astral microtubules was unaffected. Thus, microtubule nucleation complexes associate with centrosomal core components through different means during interphase and mitosis. Furthermore, CP148 RNAi caused dispersal of centromeres and altered Sun1 distribution at the nuclear envelope, suggesting a role of CP148 in the linkage between centrosomes and centromeres. Taken together, CP148 is an essential factor for the formation of the centrosomal corona, which in turn is required for centrosome/centromere linkage. As CP148, CP55 was also identified in a centrosomal proteome analysis. It is a component of the centrosomal core structure, and persists at the centrosome throughout the entire cell cycle. FRAP experiments revealed the majority of centrosomal GFP-CP55 is immobile indicating a structural task of CP55 at the centrosome. GFP-CP55 overexpression elicits supernumerary centrosomes containing the usual set of corona and core marker proteins. The CP55 null mutant is characterized by increased ploidy, a less structured, slightly enlarged corona, and by supernumerary, cytosolic MTOCs, containing only corona proteins and lacking a core structure. Live cell imaging showed that supernumerary MTOCs arise in telophase. Lack of CP55 also caused premature recruitment of the corona organizer CP148 to mitotic spindle poles, already in metaphase instead of telophase. Forces transmitted through astral microtubules may expel prematurely acquired or loosely attached corona fragments into the cytosol, where they act as independent MTOCs. CP55null cells were also impaired in growth, most probably due to difficulties in centrosome splitting during prophase. Furthermore, although they were still capable of phagocytosis, they appeared unable to utilize phagocytosed nutrients. This inability may be attributed to their disorganized Golgi apparatus.
KW  - Dictyostelium
KW  - Centrosom
KW  - Mikrotubuli
KW  - Zellkern
KW  - Mitose
KW  - Dictyostelium
KW  - Centrosome
KW  - Microtubules
KW  - Nucleus
KW  - Mitosis
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59949
ER  - 
TY  - THES
A1  - Thamm, Markus
T1  - Charakterisierung der Serotonin-Rezeptoren der Honigbiene Apis mellifera : von den Genen zum Verhalten
T1  - Characterization of serotonin receptors in the honeybee Apis mellifera : from genes to behavior
N2  - Das serotonerge System besitzt sowohl bei Invertebraten als auch bei Vertebraten eine große Bedeutung für die Kontrolle und Modulation vieler physiologischer Prozesse und Verhaltensleistungen. Bei der Honigbiene Apis mellifera spielt Serotonin (5-Hydroxytryptamin, 5-HT) eine wichtige Rolle bei der Arbeitsteilung und dem Lernen. Die 5-HT-Rezeptoren, die überwiegend zur Familie der G-Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCRs) gehören, besitzen eine Schlüsselstellung für das Verständnis der molekularen Mechanismen der serotonergen Signalweiterleitung. Ziel dieser Arbeit war es, 5-HT-Rezeptoren der Honigbiene zu charakterisieren. Dazu zählt die Identifizierung der molekularen Struktur, die Ermittlung der intrazellulären Signalwege, die Erstellung von pharmakologischen Profilen, die Ermittlung der Expressionsmuster und die Ermittlung der physiologischen Funktionen der Rezeptoren. Mit Hilfe der Informationen aus dem Honey Bee Genome Project, konnten drei RezeptorcDNAs kloniert werden. Vergleiche der abgeleiteten Aminosäuresequenzen mit den Aminosäuresequenzen bereits charakterisierter Rezeptoren legten nahe, dass es sich dabei um einen 5-HT1- (Am5-HT1) und zwei 5-HT2-Rezeptoren (Am5-HT2α und Am5-HT2β) handelt. Die strukturelle Analyse der abgeleiteten Aminosäuresequenz dieser Rezeptoren postuliert das Vorhandensein der charakteristischen heptahelikalen Architektur von GPCRs und zeigt starkkonservierte Motive, die bedeutend für die Ligandenbindung, die Rezeptoraktivierung und die Kopplung an G-Proteine sind. Für die beiden 5 HT2-Rezeptoren konnte zudem alternatives Spleißen nachgewiesen werden. Mit den cDNAs des Am5-HT1- und des Am5-HT2α-Rezeptors wurden HEK293-Zellen stabil transfiziert und anschließend die Rezeptoren funktionell und pharmakologisch analysiert. Am5-HT1 hemmt bei Aktivierung abhängig von der 5-HT-Konzentration die cAMPProduktion.Die Substanzen 5-Methoxytryptamin (5-MT) und 5-Carboxamidotryptamin konnten als Agonisten identifiziert werden. Methiothepin dagegen blockiert die 5-HTWirkung vollständig. Prazosin und WAY100635 stellen partielle Antagonisten des Am5-HT1-Rezeptors dar. Der Am5-HT2_-Rezeptor stimuliert bei Aktivierung die Synthese des sekundären Botenstoffs Inositoltrisphosphat, was wiederum zu einer messbaren Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration führt. 5-MT und 8-OH-DPAT zeigen eine deutliche agonistische Wirkung auf Am5-HT2α. Dagegen besitzen Clozapin, Methiothepin, Mianserin und Cyproheptadin die Fähigkeit, die 5-HT-Wirkung um 51-64 % zu vermindern. Die bereits erwähnte alternative Spleißvariante von Am5-HT2α wurde ebenfalls in HEK293-Zellen exprimiert und analysiert, scheint jedoch eigenständig nicht funktionell zu sein. Gegen die dritte cytoplasmatische Schleife (CPL3) wurde ein polyklonales Antiserum generiert. Dieses erkennt in Western-Blot-Analysen ein Protein mit einer Masse von ca. 50 kDa. Durch immunhistochemische Analysen am Bienengehirn wurde die Verteilung des Rezeptors genauer untersucht. Dabei zeigten die optischen Neuropile, besonders die Lamina und die Ocellarnerven, stets eine starke Markierung. Außerdem wird der Rezeptor in den α- und β-Loben sowie der Lippe, dem Basalring und dem Pedunculus der Pilzkörper exprimiert. Doppelmarkierungen zeigen stets eine enge Nachbarschaft von serotonergen Fasern und dem Am5-HT1-Rezeptor. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass der Am5-HT1-Rezeptor sehr wahrscheinlich an der Regulation des phototaktischen Verhalten der Honigbiene beteiligt ist. Verfütterung von 5-HT hat eine deutlich negative Wirkung auf das phototaktischen Verhalten. Diese kann durch den Am5-HT1-Rezeptor-Agonisten 5-CT imitiert werden. Schließlich konnte gezeigt werden, dass der Am5-HT1-Antagonist Prazosin die 5-HT-Wirkung deutlich vermindern kann.
N2  - The serotonergic system plays an important role in the control and modulation of many physiological and behavioral processes in both vertebrates and invertebrates. In the honeybee Apis mellifera, serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) has been implicated in the control and regulation of division of labor as well as learning and memory. A key role in understanding the serotonergic system plays the molecular and functional characterization of 5-HT receptor subtypes. In most cases, serotonin receptors represent G protein-coupled receptors (GPCRs). This work describes the characterization of honeybee serotonin receptors. This comprises the identification of their molecular structure, intracellular second messenger pathways, pharmacological properties, expression profiles and functions. By screening the honeybee genome, we found three candidate genes encoding for putative serotonin receptors. The cDNAs of these genes were cloned and the deduced amino acid sequences were analysed. The sequence information was used to isolate the cDNAs encoding for these three receptors. Comparison of the deduced amino acid sequences with sequences of other known receptors suggests that one receptor belongs to the 5-HT1 (Am5-HT1) and the other two receptors to the 5-HT2 receptor class (Am5-HT2α and Am5-HT2β). Major characteristics common to all GPCRs (e.g. the heptahelical architecture) were confirmed by structural analyses of the deduced amino acid sequences. Furthermore, truncated receptor transcripts representing alternative splice variants of both 5-HT2 receptors could be detected. HEK293 cells were stably transfected with the cDNAs of Am5-HT1 or Am5-HT2_ and functionally and pharmacologically analysed. The activation of Am5-HT1 by 5-HT results in the dose dependent attenuation of adenylyl cyclase activity. 5-methoxytryptamine (5-MT) and 5-carboxamidotryptamine are able to imitate the 5-HT effect. In contrast, methiothepin is able to block the entire 5-HT effect, whereas prazosine and WAY100635 block the 5-HT effect only partially. The Am5-HT2α receptor stimulates the synthesis of the second messenger inositol trisphosphate which in turn mediates an increase in the intracellular Ca2+. The substances 5-MT and 8-OH-DPAT were identified as agonists of the Am5-HT2α receptor. In contrast, clozapine, methiothepine, mianserine, and cyproheptadine show strong antagonistic actions. A truncated alternative splice variant of the Am5-HT2α-receptor was also analysed but didn’t show any functional coupling by itself. An antiserum was raised against the third cytoplasmic loop (CPL3) of the Am5-HT1 receptor. This antiserum detects a protein with a molecular mass of 50 kDa in western blot analyses. The expression of the Am5-HT1 receptor was studied in detail using immunohistochemistry. Strong Am5-HT1-like immunofluorescence was observed in the ocellar nerve, in the three optic ganglia and in the α- and β-lobes, the pedunculi, the lip and the basal ring of the mushroom bodies. Furthermore, co-labeling with an antibody against 5-HT showed that this receptor is expressed in close vicinity to serotonergic neurons. Finally, behavioral experiments suggest a possible role of the Am5-HT1 receptor in phototactic behavior. Feeding of 5-HT to worker honeybees results in a decrease of phototactic behavior. This 5-HT action could be mimiced by feeding of the Am5-HT1 agonist 5-CT. In contrast, the Am5-HT1 antagonist prazosine prevents the 5-HT-induced decrease in phototaxis.
KW  - Serotonin
KW  - Honigbiene
KW  - GPCR
KW  - serotonin
KW  - honeybee
KW  - GPCR
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-40736
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TY  - THES
A1  - Röser, Claudia
T1  - Charakterisierung der Serotonin-Rezeptoren in den Speicheldrüsen von Calliphora vicina
T1  - Characterization of serotonin receptors in the salivary gland of Calliphora vicina
N2  - Die Fähigkeit, mit anderen Zellen zu kommunizieren, ist eine grundlegende Eigenschaft aller lebenden Zellen und essentiell für die normale Funktionsweise vielzelliger Organismen. Die Speicheldrüsen der Schmeißfliege Calliphora vicina bilden ein ausgezeichnetes physiologisches Modellsystem um zelluläre Signaltransduktionsprozesse an einem intakten Organ zu untersuchen. Die Speichelsekretion wird dabei hormonell durch das biogene Amin Serotonin (5-Hydroxytryptamin; 5-HT) reguliert. 5-HT aktiviert in den sekretorischen Zellen der Drüsen über die Bindung an mindestens zwei membranständige G-Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCR) zwei separate Signalwege, den IP3/Ca2+- und den cAMP-Signalweg. Zur Identifizierung und Charakterisierung der 5-HT-Rezeptoren in den Speicheldrüsen von Calliphora wurden unter Anwendung verschiedener Klonierungsstrategien zwei cDNAs (Cv5-ht2α und Cv5-ht7) isoliert, die große Ähnlichkeit zu 5-HT2- und 5-HT7-Rezeptoren aus Säugetieren aufweisen. Die Hydropathieprofile der abgeleiteten Aminosäuresequenzen postulieren die für GPCRs charakteristische heptahelikale Architektur. Alle Aminosäuremotive, die für die Ligandenbindung, die Rezeptoraktivierung und die Kopplung an G-Proteine essentiell sind, liegen konserviert vor. Interessanterweise wurde für den Cv5-HT7-Rezeptor eine zusätzliche hydrophobe Domäne im N Terminus vorhergesagt. Die Cv5-HT2α-mRNA liegt in zwei alternativ gespleißten Varianten vor. Mittels RT-PCR-Experimenten konnte die Expression beider Rezeptoren in Gehirn und Speicheldrüsen adulter Fliegen nachgewiesen werden. Ein Antiserum gegen den Cv5-HT7 Rezeptor markiert in den Speicheldrüsen die basolaterale Plasmamembran. Die Expression der Rezeptoren in einem heterologen System (HEK 293-Zellen) bestätigte diese als funktionelle 5-HT Rezeptoren. So führte die Stimulation mit Serotonin für den Cv5-HT2α zu einer dosis-abhängigen Erhöhung der intrazellulären Ca2+ Konzentration ([Ca2+]i, EC50 = 24 nM). In Cv5-HT7-exprimierenden Zellen löste 5-HT dosisabhängig (EC50 = 4,1 nM) einen Anstieg der intrazellulären cAMP Konzentration ([cAMP]i) aus. Für beide heterolog exprimierten Rezeptoren wurden pharmakologische Profile erstellt. Liganden, die eine Rezeptorsubtyp-spezifische Wirkung vermuten ließen, wurden daraufhin auf ihre Wirkung auf das transepitheliale Potential (TEP) intakter Speicheldrüsenpräparate getestet. Drei 5-HT-Rezeptoragonisten: AS 19, R-(+)-Lisurid und 5-Carboxamidotryptamin führten zu einer cAMP-abhängigen Positivierung des TEP durch eine selektive Aktivierung der 5 HT7-Rezeptoren. Eine selektive Aktivierung des Ca2+-Signalweges durch den Cv5-HT2 Rezeptor ist mit Hilfe von 5-Methoxytryptamin möglich. Dagegen konnte Clozapin im TEP als selektiver Cv5-HT7-Rezeptorantagonist bestätigt werden. Die Kombination eines molekularen Ansatzes mit physiologischen Messungen ermöglichte somit die Identifikation selektiver Liganden für 5-HT2- bzw. 5-HT7-Rezeptoren aus Calliphora vicina. Dies ermöglicht zukünftig eine separate Aktivierung der 5-HT-gesteuerten Signalwege und erleichtert dadurch die weitere Erforschung der intrazellulären Signalwege und ihrer Wechselwirkungen.
N2  - Cellular communication is a fundamental property of living cells and essential for normal functioning of multicellular organisms. The salivary glands of the blowfly Calliphora vicina are a well established physiological model system to study cellular signaling in an intact organ. Fluid secretion in this gland is hormonally regulated by the biogenic amine serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT). In the secretory cells, 5-HT causes a parallel activation of the InsP3/Ca2+- and the cAMP-signaling pathways through binding and stimulation of at least two G protein coupled receptors (GPCR). In order to characterize the respective 5-HT receptors on the secretory cells, we have cloned two cDNAs (Cv5-ht2α, Cv5-ht7) that share high similarity with mammalian 5-HT2 and 5-HT7 receptor classes. Analysis of the deduced amino acid sequences postulates the typical heptahelical architecture of GPCRs for both receptors. Sequence motifs that are essential for ligand binding, receptor activation and coupling to G-proteins are well conserved. Interestingly, a computer-based structural analysis of Cv5-HT7 predicts an additional eighth hydrophobic region in the N-terminus of the receptor. We also found an alternative splice variant of the Cv5-HT2α mRNA. Using RT-PCR experiments, transcripts of both receptor mRNAs could be detected in brain and salivary gland tissue. An antiserum raised against the Cv5 HT7 receptor stained the basolateral region of the salivary glands. Heterologous receptor expression in HEK 293 cells leads to a dose-dependent increase in the intracellular Ca2+-concentration ([Ca2+]i) for Cv5-HT2α (EC50 = 24 nM) and cAMP-concentration for Cv5-HT7 (EC50 = 4,1 nM) upon application of 5-HT. A pharmacological profile was established for both receptors. Ligands that appeared to act as specific ligands of either Cv5-HT2α or Cv5-HT7 in this approach, were then tested for their effect on the transepithelial potential (TEP) of intact blowfly salivary gland preparations. Three 5-HT receptor agonists: AS 19, R-(+)-lisuride and 5-carboxamidotryptamine showed a cAMP dependent positivation of the TEP, caused by a selective activation of the Cv5-HT7 receptor. 5-methoxytryptamine exclusively activates the Ca2+ pathway via Cv5-HT2α. Clozapine antagonizes the effects of 5-HT in blowfly salivary glands and was confirmed as a Cv5-HT7 antagonist. The combination of a molecular approach with physiological measurements enabled us to identify selective ligands for 5-HT2 and 5-HT7 receptors of Calliphora vicina. These results facilitate a selective activation of the intracellular signaling pathways activated by 5-HT and will facilitate future research on different aspects of intracellular signaling and crosstalk mechanisms.
KW  - Calliphora
KW  - GPCR
KW  - Serotonin
KW  - Rezeptor
KW  - zelluläre Signalübertragung
KW  - Calliphora
KW  - G-protein-coupled receptors
KW  - serotonin
KW  - cellular signalling
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-61486
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TY  - THES
A1  - Stock, Maria
T1  - Charakterisierung der troposphärischen Aerosolvariabilität in der europäischen Arktis
T1  - Characterization of tropospheric aerosol variability in the european Arctic
N2  - Auf der Grundlage von Sonnenphotometermessungen an drei Messstationen (AWIPEV/ Koldewey in Ny-Ålesund (78.923 °N, 11.923 °O) 1995–2008, 35. Nordpol Driftstation – NP-35 (84.3–85.5 °N, 41.7–56.6 °O) März/April 2008, Sodankylä (67.37 °N, 26.65 °O) 2004–2007) wird die Aerosolvariabilität in der europäischen Arktis und deren Ursachen untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Frage des Zusammenhanges zwischen den an den Stationen gemessenen Aerosolparametern (Aerosol optische Dicke, Angström Koeffizient, usw.) und dem Transport des Aerosols sowohl auf kurzen Zeitskalen (Tagen) als auch auf langen Zeitskalen (Monate, Jahre). Um diesen Zusammenhang herzustellen, werden für die kurzen Zeitskalen mit dem Trajektorienmodell PEP-Tracer 5-Tage Rückwärtstrajektorien in drei Starthöhen (850 hPa, 700 hPa, 500 hPa) für die Uhrzeiten 00, 06, 12 und 18 Uhr berechnet. Mit Hilfe der nicht-hierarchischen Clustermethode k-means werden die berechneten Rückwärtstrajektorien dann zu Gruppen zusammengefasst und bestimmten Quellgebieten und den gemessenen Aerosol optischen Dicken zugeordnet. Die Zuordnung von Aerosol optischer Dicke und Quellregion ergibt keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Transport verschmutzter Luftmassen aus Europa oder Russland bzw. Asien und erhöhter Aerosol optischer Dicke. Dennoch ist für einen konkreten Einzelfall (März 2008) ein direkter Zusammenhang von Aerosoltransport und hohen Aerosol optischen Dicken nachweisbar. In diesem Fall gelangte Waldbrandaerosol aus Südwestrussland in die Arktis und konnte sowohl auf der NP-35 als auch in Ny-Ålesund beobachtet werden. In einem weiteren Schritt wird mit Hilfe der EOF-Analyse untersucht, inwieweit großskalige atmosphärische Zirkulationsmuster für die Aerosolvariabilität in der europäischen Arktis verantwortlich sind. Ähnlich wie bei der Trajektorienanalyse ist auch die Verbindung der atmosphärischen Zirkulation zu den Photometermessungen an den Stationen in der Regel nur schwach ausgeprägt. Eine Ausnahme findet sich bei der Betrachtung des Jahresganges des Bodendruckes und der Aerosol optischen Dicke. Hohe Aerosol optische Dicken treten im Frühjahr zum einen dann auf, wenn durch das Islandtief und das sibirische Hochdruckgebiet Luftmassen aus Europa oder Russland/Asien in die Arktis gelangen, und zum anderen, wenn sich ein kräftiges Hochdruckgebiet über Grönland und weiten Teilen der Arktis befindet. Ebenso zeigt sich, dass der Übergang zwischen Frühjahr und Sommer zumindest teilweise bedingt ist durch denWechsel vom stabilen Polarhoch im Winter und Frühjahr zu einer stärker von Tiefdruckgebieten bestimmten arktischen Atmosphäre im Sommer. Die geringere Aerosolkonzentration im Sommer kann zum Teil mit einer Zunahme der nassen Deposition als Aerosolsenke begründet werden. Für Ny-Ålesund wird neben den Transportmustern auch die chemische Zusammensetzung des Aerosols mit Hilfe von Impaktormessungen an der Zeppelinstation auf dem Zeppelinberg (474m ü.NN) nahe Ny-Ålesund abgeleitet. Dabei ist die positive Korrelation der Aerosoloptischen Dicke mit der Konzentration von Sulfationen und Ruß sehr deutlich. Beide Stoffe gelangen zu einem Großteil durch anthropogene Emissionen in die Atmosphäre. Die damit nachweisbar anthropogen geprägte Zusammensetzung des arktischen Aerosols steht im Widerspruch zum nicht eindeutig herstellbaren Zusammenhang mit dem Transport des Aerosols aus Industrieregionen. Dies kann nur durch einen oder mehrere gleichzeitig stattfindende Transformationsprozesse (z. B. Nukleation von Schwefelsäurepartikeln) während des Transportes aus den Quellregionen (Europa, Russland) erklärt werden.
N2  - On the base of sun photometer measurements conducted at three different research stations (AWIPEV/Koldewey in Ny-Ålesund (78.923 °N, 11.923 °E) 1995-2008, 35. Northpole Drifting Station – NP-35 (84.3–85.5 °N, 41.7–56.6 °E) March/April 2008, Sodankylä (67.37 °N, 26.65 °E) 2004-2007) the aerosol variability in the european Arctic and their cause is analyzed. The main focus is to quantify the correlation between the measured aerosol parameters (aerosol optical depth, Angström coefficient, etc.) and the transport of aerosol from Europe and Russia on short timescales (days) as well as on long timescales (months, years). For the short timescales 5-day backward trajectories were calculated with the trajectory model PEP-Tracer at three different starting heights (850 hPa, 700 hPa, 500 hPa) four times the day (00:00, 06:00, 12:00, 18:00 UTC). Afterwards the non-hierarchical cluster method k-means is used to group the backward trajectories in differend aerosol source regions and allocate to the respective sun photometer measurements. This allocation of aerosol source region and sun photometer measurements does not show a correlation between polluted air mass of european or russian/asian origin and enhanced aerosol optical depth. However, in one case (March 2008) a clear influence of anthropogenic aerosol on the photometer measurements occurs. In March 2008, aerosol originating at forest fires in southeast Russia was transported into the Arctic and detected over NP-35 as well as Ny-Ålesund. Furthermore, the EOF method is used to verify if large-scale atmospheric circulation patterns determine the arctic aerosol variability. However, the connection to the sun photometer measurements is very weak except for seasonal variability. It is shown, that in spring-time due to the Iclandic low and the Siberian high, air masses from Europe and Russia as well as a strong high pressure system at Greenland and most parts of the Arctic cause higher aerosol optical depths in Ny-Ålesund. The transition from spring to summer aerosol concentration can at least partially be assigned to the replacement of the stable polar high in winter and spring by low pressure systems in summer. In addition to the transport pattern, chemical composition of the scattering aerosol in Ny-Ålesund was deduced from measurements by the Zeppelin station at the Zeppelin mountain (474m above sea level) near Ny-Ålesund. A clear positive correlation between sulfate and black carbon concentration was found. Both chemicals are mostly emitted through anthropogenic processes (e.g. combustion). The verifiable anthropogenic influence on the composition of arctic aerosols disagree with the missing linkage of transport from industrial regions to aerosol optical depth. It can only be explained by one or more transformation processes (e.g. nucleation of sulfuric acid) during the transport from the source regions (Europe, Russia) to the Arctic.
KW  - Aerosol
KW  - Arktis
KW  - Trajektorien
KW  - EOF
KW  - Luftmassentransport
KW  - aerosol
KW  - Arctic
KW  - trajectories
KW  - EOF
KW  - air mass transport
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-49203
ER  -