TY - JOUR A1 - Nitze, Ingmar A1 - Grosse, Guido A1 - Jones, Benjamin M. A1 - Romanovsky, Vladimir E. A1 - Boike, Julia T1 - Remote sensing quantifies widespread abundance of permafrost region disturbances across the Arctic and Subarctic JF - Nature Communications N2 - Local observations indicate that climate change and shifting disturbance regimes are causing permafrost degradation. However, the occurrence and distribution of permafrost region disturbances (PRDs) remain poorly resolved across the Arctic and Subarctic. Here we quantify the abundance and distribution of three primary PRDs using time-series analysis of 30-m resolution Landsat imagery from 1999 to 2014. Our dataset spans four continental-scale transects in North America and Eurasia, covering similar to 10% of the permafrost region. Lake area loss (-1.45%) dominated the study domain with enhanced losses occurring at the boundary between discontinuous and continuous permafrost regions. Fires were the most extensive PRD across boreal regions (6.59%), but in tundra regions (0.63%) limited to Alaska. Retrogressive thaw slumps were abundant but highly localized (< 10(-5)%). Our analysis synergizes the global-scale importance of PRDs. The findings highlight the need to include PRDs in next-generation land surface models to project the permafrost carbon feedback. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1038/s41467-018-07663-3 SN - 2041-1723 VL - 9 PB - Nature Publ. Group CY - London ER - TY - JOUR A1 - Mattern, M. A1 - Pudell, Jan-Etienne A1 - Laskin, G. A1 - von Reppert, A. A1 - Bargheer, Matias T1 - Analysis of the temperature- and fluence-dependent magnetic stress in laser-excited SrRuO3 JF - Structural Dynamics N2 - We use ultrafast x-ray diffraction to investigate the effect of expansive phononic and contractive magnetic stress driving the picosecond strain response of a metallic perovskite SrRuO3 thin film upon femtosecond laser excitation. We exemplify how the anisotropic bulk equilibrium thermal expansion can be used to predict the response of the thin film to ultrafast deposition of energy. It is key to consider that the laterally homogeneous laser excitation changes the strain response compared to the near-equilibrium thermal expansion because the balanced in-plane stresses suppress the Poisson stress on the picosecond timescale. We find a very large negative Grüneisen constant describing the large contractive stress imposed by a small amount of energy in the spin system. The temperature and fluence dependence of the strain response for a double-pulse excitation scheme demonstrates the saturation of the magnetic stress in the high-fluence regime. KW - Thin films KW - Thermodynamic properties KW - Bragg peak KW - Ultrafast X-ray diffraction KW - Thermal effects KW - Phonons KW - Magnetism KW - Lattice dynamics KW - Lasers KW - Perovskites Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1063/4.0000072 SN - 2329-7778 ER - TY - JOUR A1 - Kaboth-Bahr, Stefanie A1 - Bahr, André A1 - Zeeden, Christian A1 - Yamoah, Kweku A. A1 - Lone, Mahjoor Ahmad A1 - Chuang, Chih-Kai A1 - Löwemark, Ludvig A1 - Wei, Kuo-Yen T1 - A tale of shifting relations BT - East Asian summer and winter monsoon variability during the Holocene JF - Scientific Reports N2 - Understanding the dynamics between the East Asian summer (EASM) and winter monsoon (EAWM) is needed to predict their variability under future global warming scenarios. Here, we investigate the relationship between EASM and EAWM as well as the mechanisms driving their variability during the last 10,000 years by stacking marine and terrestrial (non-speleothem) proxy records from the East Asian realm. This provides a regional and proxy independent signal for both monsoonal systems. The respective signal was subsequently analysed using a linear regression model. We find that the phase relationship between EASM and EAWM is not time-constant and significantly depends on orbital configuration changes. In addition, changes in the Atlantic Meridional Overturning circulation, Arctic sea-ice coverage, El Niño-Southern Oscillation and Sun Spot numbers contributed to millennial scale changes in the EASM and EAWM during the Holocene. We also argue that the bulk signal of monsoonal activity captured by the stacked non-speleothem proxy records supports the previously argued bias of speleothem climatic archives to moisture source changes and/or seasonality. KW - Environmental sciences KW - Ocean sciences KW - Solid Earth sciences Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1038/s41598-021-85444-7 SN - 2045-2322 VL - 11 PB - Macmillan Publishers Limited, part of Springer Nature CY - London ER - TY - JOUR A1 - Schaefer, Laura V. A1 - Bittmann, Frank N. T1 - Paired personal interaction reveals objective differences between pushing and holding isometric muscle action JF - PLOS One N2 - In sports and movement sciences isometric muscle function is usually measured by pushing against a stable resistance. However, subjectively one can hold or push isometrically. Several investigations suggest a distinction of those forms. The aim of this study was to investigate whether these two forms of isometric muscle action can be distinguished by objective parameters in an interpersonal setting. 20 subjects were grouped in 10 same sex pairs, in which one partner should perform the pushing isometric muscle action (PIMA) and the other partner executed the holding isometric muscle action (HIMA). The partners had contact at the distal forearms via an interface, which included a strain gauge and an acceleration sensor. The mechanical oscillations of the triceps brachii (MMGtri) muscle, its tendon (MTGtri) and the abdominal muscle (MMGobl) were recorded by a piezoelectric-sensor-based measurement system. Each partner performed three 15s (80% MVIC) and two fatiguing trials (90% MVIC) during PIMA and HIMA, respectively. Parameters to compare PIMA and HIMA were the mean frequency, the normalized mean amplitude, the amplitude variation, the power in the frequency range of 8 to 15 Hz, a special power-frequency ratio and the number of task failures during HIMA or PIMA (partner who quit the task). A “HIMA failure” occurred in 85% of trials (p < 0.001). No significant differences between PIMA and HIMA were found for the mean frequency and normalized amplitude. The MMGobl showed significantly higher values of amplitude variation (15s: p = 0.013; fatiguing: p = 0.007) and of power-frequency-ratio (15s: p = 0.040; fatiguing: p = 0.002) during HIMA and a higher power in the range of 8 to 15 Hz during PIMA (15s: p = 0.001; fatiguing: p = 0.011). MMGtri and MTGtri showed no significant differences. Based on the findings it is suggested that a holding and a pushing isometric muscle action can be distinguished objectively, whereby a more complex neural control is assumed for HIMA. KW - neural-control KW - task failure KW - lengthening contractions KW - force KW - oscillations KW - load KW - time KW - synchronization KW - activation KW - principles Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0238331 SN - 1932-6203 VL - 16 IS - 5 PB - PLOS CY - San Francisco ER - TY - JOUR A1 - Rohn, Sascha A1 - Petzke, Klaus-Jürgen A1 - Rawel, Harshadrai Manilal A1 - Kroll, Jürgen T1 - Reactions of chlorogenic acid and quercetin with a soy protein isolate - Influence on the in vivo food protein quality in rats JF - Molecular nutrition & food research : bioactivity, chemistry, immunology, microbiology, safety, technology N2 - Plant phenolic compounds are known to interact with proteins producing changes in the food (e.g., biological value (BV), color, taste). Therefore, the in vivo relevance, especially, of covalent phenolprotein reactions on protein quality was studied in a rat bioassay. The rats were fed protein derivatives at a 10% protein level. Soy proteins were derivatized with chlorogenic acid and quercetin (derivatization levels: 0.056 and 0.28 mmol phenolic compound/gram protein). Analysis of nitrogen in diets, urine, and fecal samples as well as the distribution of amino acids were determined. Depending on the degree of derivatization, the rats fed with soy protein derivatives showed an increased excretion of fecal and urinary nitrogen. As a result, true nitrogen digestibility, BV, and net protein utilization were adversely affected. Protein digestibility corrected amino acid score was decreased for lysine, tryptophan, and sulfur containing amino acids. KW - amino acid score KW - plant phenolic compounds KW - protein derivatization KW - protein digestibility KW - soy protein Y1 - 2006 U6 - https://doi.org/10.1002/mnfr.200600043 SN - 1613-4125 VL - 50 SP - 696 EP - 704 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Rawel, Harshadrai Manilal A1 - Frey, Simone K. A1 - Meidtner, Karina A1 - Kroll, Jürgen A1 - Schweigert, Florian J. T1 - Determining the binding affinities of phenolic compounds to proteins by quenching of the intrinsic tryptophan fluorescence JF - Molecular nutrition & food research : bioactivity, chemistry, immunology, microbiology, safety, technology N2 - The noncovalent binding of selected phenolic compounds (chlorogenic-, ferutic-, gallic acid, quercetin, rutin, and isoquercetin) to proteins (HSA, BSA, soy glycinin, and lysozyme) was studied by an indirect method applying the quenching of intrinsic tryptophan fluorescence. From the data obtained, the binding constants were calculated by nonlinear regression (one site binding; y = Bx/k + x). It has been reported that tannins inhibit human salivary amylase and that these complexes may reduce the development of cariogenic plaques. Further, amylase contains two tryptophan residues in its active site. Therefore, in a second part of the study involving 31 human subjects, evidence was sought for noncovalent interactions between the phenols of green tea and saliva proteins as measured by the fluorescence intensity. Amylase activity was determined before and after the addition of green tea to saliva of 31 subjects. Forty percent of the subjects showed an increase in amylase activity contrary to studies reporting only a decrease in activity. The interactions of tannin with amylase result in a decrease of its activity. It still remains to be elucidated why amylase does not react uniformly under conditions of applying green tea to saliva. Further, in terms of using phenols as caries inhibitors this finding should be of importance. KW - amylase activity KW - green tea phenols KW - protein-phenol binding KW - saliva proteins KW - tryptophan quenching Y1 - 2006 U6 - https://doi.org/10.1002/mnfr.200600013 SN - 1613-4125 VL - 50 IS - 8 SP - 705 EP - 713 PB - Wiley CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Garcia, Ada Lizbeth A1 - Raila, Jens A1 - Koebnick, Corinna A1 - Eulenberger, Klaus A1 - Schweigert, Florian J. T1 - Great apes show highly selective plasma carotenoids and have physiologically high plasma retinyl esters compared to humans JF - American journal of physical anthropology N2 - Great apes are the closest living relatives of humans. Physiological similarities between great apes and humans provide clues to identify which biological features in humans are primitive or derived from great apes. Vitamin A (VA) and carotenoid metabolism have been only partially studied in great apes, and comparisons between great apes and humans are not available. We aimed to investigate VA and carotenoid intake and plasma concentrations in great apes living in captivity, and to compare them to healthy humans. Dietary intakes of humans (n = 20) and, among the great apes, chimpanzees (n = 15) and orangutans (n = 5) were calculated. Plasma retinol (ROH), retinol-binding protein (RBP), retinyl esters, and major carotenoids were analyzed. The great ape diet was higher in VA than in humans, due to high intake of provitamin A carotenoids. Plasma ROH concentrations in great apes were similar to those in humans, but retinyl esters were higher in great apes than in humans. Differences in plasma carotenoid concentrations were observed between great apes and humans. Lutein was the main carotenoid in great apes, while P-carotene was the main carotenoid for humans. RBP concentrations did not differ between great apes and humans. The molar ratio of ROH to RBP was close to 1.0 in both great apes and humans. In conclusion, great apes show homeostatic ROH regulation, with high but physiological retinyl esters circulating in plasma. Furthermore, great apes show great selectivity in their plasmatic carotenoid concentration, which is not explained by dietary intake. KW - vitamin A KW - diet KW - retinol-binding protein KW - chimpanzee KW - orangutan Y1 - 2006 U6 - https://doi.org/10.1002/ajpa.20428 SN - 0002-9483 VL - 131 IS - 2 SP - 236 EP - 242 PB - Wiley CY - Hoboken ER - TY - JOUR A1 - Ulmann, Bernd A1 - Wendt, Martin A1 - Klöckl, Ingo ED - Höltgen, Stefan T1 - Medientechnisches Wissen JF - Band 3: Mathematik, Physik, Chemie N2 - Das mehrbändige Lehrbuch vermittelt Studierenden und Medienwissenschaftlern eine Einführung aus den Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften und Technik-Disziplinen. Dabei steht im Zentrum, die Lesekompetenz für die jeweilige Disziplin zu etablieren und zu verbessern, damit innerhalb medien- und kulturwissenschaftlicher Studienprogramme Fachtexte der einzelnen Disziplinen diskutiert werden können N2 - This multi-volume textbook provides media students and professionals an introduction to disciplines in the natural sciences, engineering, and technology. It focuses on establishing and improving scientific literacy to facilitate the discussion of technical disciplines in media and cultural studies Y1 - 2020 SN - 978-3-11-049626-0 SN - 978-3-11-049627-7 SN - 978-3-11-049359-7 U6 - https://doi.org/10.1515/9783110496277 PB - de Gruyter CY - Berlin ER - TY - JOUR A1 - Abebe, Zeweter A1 - Haki, Gulelat Desse A1 - Schweigert, Florian J. A1 - Henkel, Ina M. A1 - Baye, Kaleab T1 - Low breastmilk vitamin A concentration is prevalent in rural Ethiopia JF - European journal of clinical nutrition N2 - Background There is scant information on the breastmilk vitamin A (BMVA) concentration of lactating women in developing countries, partly due to lack of methods applicable in-field. Objective To assess BMVA concentrations of samples collected from lactating women of children aged 6-23 months, in Mecha district, Ethiopia. Subjects/methods Data on socio-demographic and anthropometric characteristics were collected from randomly selected lactating women (n = 104). Breast milk samples were collected and vitamin A concentrations were analyzed using HPLC and iCheck FLUORO then the two measurements were compared. Results The prevalence of underweight (BMI < 18.5 kg/m(2)) among lactating women was 17%. Seventy six percent of the BMVA values were < 1.05 mu mol/l and 81% were < 8 mu g/g fat. The mean BMVA concentration accounted to 41% of the estimated average value for mothers in developing countries. The BMVA values from HPLC and iCheck were correlated (r = 0.59, p = < 0.001), but it was not strong. Conclusions The result indicates the low vitamin A status of the lactating women and their children. It further indicates that intake assessments should not use average BMVA composition. The possibility of using iCheck for monitoring interventions designed to improve vitamin A status of lactating women with low BMVA requires further investigation. Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1038/s41430-018-0334-4 SN - 0954-3007 SN - 1476-5640 VL - 73 IS - 8 SP - 1110 EP - 1116 PB - Nature Publ. Group CY - London ER - TY - JOUR A1 - Salzwedel, Annett A1 - Koran, Iryna A1 - Langheim, Eike A1 - Schlitt, Axel A1 - Nothroff, Jörg A1 - Bongarth, Christa A1 - Wrenger, Markus A1 - Sehner, Susanne A1 - Reibis, Rona Katharina A1 - Wegscheider, Karl A1 - Völler, Heinz T1 - Patient-reported outcomes predict return to work and health-related quality of life six months after cardiac rehabilitation BT - Results from a German multi-centre registry (OutCaRe) JF - PLoS ONE N2 - Background Multi-component cardiac rehabilitation (CR) is performed to achieve an improved prognosis, superior health-related quality of life (HRQL) and occupational resumption through the management of cardiovascular risk factors, as well as improvement of physical performance and patients’ subjective health. Out of a multitude of variables gathered at CR admission and discharge, we aimed to identify predictors of returning to work (RTW) and HRQL 6 months after CR. Design Prospective observational multi-centre study, enrolment in CR between 05/2017 and 05/2018. Method Besides general data (e.g. age, sex, diagnoses), parameters of risk factor management (e.g. smoking, hypertension), physical performance (e.g. maximum exercise capacity, endurance training load, 6-min walking distance) and patient-reported outcome measures (e.g. depression, anxiety, HRQL, subjective well-being, somatic and mental health, pain, lifestyle change motivation, general self-efficacy, pension desire and self-assessment of the occupational prognosis using several questionnaires) were documented at CR admission and discharge. These variables (at both measurement times and as changes during CR) were analysed using multiple linear regression models regarding their predictive value for RTW status and HRQL (SF-12) six months after CR. Results Out of 1262 patients (54±7 years, 77% men), 864 patients (69%) returned to work. Predictors of failed RTW were primarily the desire to receive pension (OR = 0.33, 95% CI: 0.22–0.50) and negative self-assessed occupational prognosis (OR = 0.34, 95% CI: 0.24–0.48) at CR discharge, acute coronary syndrome (OR = 0.64, 95% CI: 0.47–0.88) and comorbid heart failure (OR = 0.51, 95% CI: 0.30–0.87). High educational level, stress at work and physical and mental HRQL were associated with successful RTW. HRQL was determined predominantly by patient-reported outcome measures (e.g. pension desire, self-assessed health prognosis, anxiety, physical/mental HRQL/health, stress, well-being and self-efficacy) rather than by clinical parameters or physical performance. Conclusion Patient-reported outcome measures predominantly influenced return to work and HRQL in patients with heart disease. Therefore, the multi-component CR approach focussing on psychosocial support is crucial for subjective health prognosis and occupational resumption. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0232752 SN - 1932-6203 VL - 15 IS - 5 PB - Plos 1 CY - San Francisco ER - TY - BOOK A1 - Cockshott, William Paul A1 - Cottrell, Allin A1 - Dapprich, Jan Philipp T1 - Economic planning in an age of climate crisis N2 - Faced with an accelerating climate crisis caused by burning fossil fuels we have to change the way the economy works. We can no longer go on with a system that just maximises private profit without consideration for its effects. Instead we have to conciously plan how to change to a fossil fuel free society. The need is urgent. The transformation will be vast. Nothing similar has been done in the West since the days of wartime mobilisation. This book explains the basic science of climate change before looking at the transformations needed to our energy and basic industries. It looks at the previous successful history of deliberate planning practiced in the UK from 1939 to the 1960s and how, using modern computing techniques it will be possible to organise resources so as to effect the change. Y1 - 2022 SN - 979-8-36012-556-3 ER - TY - CHAP A1 - Bronstert, Axel A1 - Crisologo, Irene A1 - Heistermann, Maik A1 - Öztürk, Ugur A1 - Vogel, Kristin A1 - Wendi, Dadiyorto T1 - Flash-floods: more often, more severe, more damaging? BT - An analysis of hydro-geo-environmental conditions and anthropogenic impacts T2 - Climate change, hazards and adaptation options: handling the impacts of a changing climate N2 - In recent years, urban and rural flash floods in Europe and abroad have gained considerable attention because of their sudden occurrence, severe material damages and even danger to life of inhabitants. This contribution addresses questions about possibly changing environmental conditions which might have altered the occurrence frequencies of such events and their consequences. We analyze the following major fields of environmental changes. Altered high intensity rain storm conditions, as a consequence of regionalwarming; Possibly altered runoff generation conditions in response to high intensity rainfall events; Possibly altered runoff concentration conditions in response to the usage and management of the landscape, such as agricultural, forest practices or rural roads; Effects of engineering measures in the catchment, such as retention basins, check dams, culverts, or river and geomorphological engineering measures. We take the flash-flood in Braunsbach, SW-Germany, as an example, where a particularly concise flash flood event occurred at the end of May 2016. This extreme cascading natural event led to immense damage in this particular village. The event is retrospectively analyzed with regard to meteorology, hydrology, geomorphology and damage to obtain a quantitative assessment of the processes and their development. The results show that it was a very rare rainfall event with extreme intensities, which in combination with catchment properties and altered environmental conditions led to extreme runoff, extreme debris flow and immense damages. Due to the complex and interacting processes, no single flood cause can be identified, since only the interplay of those led to such an event. We have shown that environmental changes are important, but-at least for this case study-even natural weather and hydrologic conditions would still have resulted in an extreme flash flood event. KW - Flash flood KW - Climate change KW - Extreme rainfall KW - Anthropogenic impacts Y1 - 2020 SN - 978-3-030-37425-9 SN - 978-3-030-37424-2 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-030-37425-9_12 SN - 1610-2010 SP - 225 EP - 244 PB - Springer CY - Cham ER - TY - JOUR A1 - Wojcik, Laurie Anne A1 - Ceulemans, Ruben A1 - Gaedke, Ursula T1 - Functional diversity buffers the effects of a pulse perturbation on the dynamics of tritrophic food webs JF - Ecology and Evolution N2 - Biodiversity decline causes a loss of functional diversity, which threatens ecosystems through a dangerous feedback loop: This loss may hamper ecosystems’ ability to buffer environmental changes, leading to further biodiversity losses. In this context, the increasing frequency of human-induced excessive loading of nutrients causes major problems in aquatic systems. Previous studies investigating how functional diversity influences the response of food webs to disturbances have mainly considered systems with at most two functionally diverse trophic levels. We investigated the effects of functional diversity on the robustness, that is, resistance, resilience, and elasticity, using a tritrophic—and thus more realistic—plankton food web model. We compared a non-adaptive food chain with no diversity within the individual trophic levels to a more diverse food web with three adaptive trophic levels. The species fitness differences were balanced through trade-offs between defense/growth rate for prey and selectivity/half-saturation constant for predators. We showed that the resistance, resilience, and elasticity of tritrophic food webs decreased with larger perturbation sizes and depended on the state of the system when the perturbation occurred. Importantly, we found that a more diverse food web was generally more resistant and resilient but its elasticity was context-dependent. Particularly, functional diversity reduced the probability of a regime shift toward a non-desirable alternative state. The basal-intermediate interaction consistently determined the robustness against a nutrient pulse despite the complex influence of the shape and type of the dynamical attractors. This relationship was strongly influenced by the diversity present and the third trophic level. Overall, using a food web model of realistic complexity, this study confirms the destructive potential of the positive feedback loop between biodiversity loss and robustness, by uncovering mechanisms leading to a decrease in resistance, resilience, and potentially elasticity as functional diversity declines. KW - functional diversity KW - nutrient spike KW - pulse perturbation KW - regime shift KW - robustness KW - tritrophic food web Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/ece3.8214 SN - 2045-7758 N1 - Wojcik and Ceulemans shared first authorship. VL - 11 IS - 22 SP - 15639 EP - 15663 PB - John Wiley & Sons, Inc. CY - Hoboken (New Jersey) ER - TY - JOUR A1 - Reeg, Jette A1 - Strigl, Lea A1 - Jeltsch, Florian T1 - Agricultural buffer zone thresholds to safeguard functional bee diversity BT - Insights from a community modeling approach JF - Ecology and Evolution N2 - Wild bee species are important pollinators in agricultural landscapes. However, population decline was reported over the last decades and is still ongoing. While agricultural intensification is a major driver of the rapid loss of pollinating species, transition zones between arable fields and forest or grassland patches, i.e., agricultural buffer zones, are frequently mentioned as suitable mitigation measures to support wild bee populations and other pollinator species. Despite the reported general positive effect, it remains unclear which amount of buffer zones is needed to ensure a sustainable and permanent impact for enhancing bee diversity and abundance. To address this question at a pollinator community level, we implemented a process-based, spatially explicit simulation model of functional bee diversity dynamics in an agricultural landscape. More specifically, we introduced a variable amount of agricultural buffer zones (ABZs) at the transition of arable to grassland, or arable to forest patches to analyze the impact on bee functional diversity and functional richness. We focused our study on solitary bees in a typical agricultural area in the Northeast of Germany. Our results showed positive effects with at least 25% of virtually implemented agricultural buffer zones. However, higher amounts of ABZs of at least 75% should be considered to ensure a sufficient increase in Shannon diversity and decrease in quasi-extinction risks. These high amounts of ABZs represent effective conservation measures to safeguard the stability of pollination services provided by solitary bee species. As the model structure can be easily adapted to other mobile species in agricultural landscapes, our community approach offers the chance to compare the effectiveness of conservation measures also for other pollinator communities in future. KW - agricultural landscape KW - buffer zones KW - community model KW - functional traits KW - solitary bees KW - spatially explicit Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1002/ece3.8748 SN - 2045-7758 VL - 12 SP - 1 EP - 17 PB - Wiley Online Library CY - Hoboken, New Jersey, USA ET - 3 ER - TY - JOUR A1 - Melnick, Daniel A1 - Li, Shaoyang A1 - Moreno, Marcos A1 - Cisternas, Marco A1 - Jara-Munoz, Julius A1 - Wesson, Robert A1 - Nelson, Alan A1 - Baez, Juan Carlos A1 - Deng, Zhiguo T1 - Back to full interseismic plate locking decades after the giant 1960 Chile earthquake JF - Nature Communications N2 - Great megathrust earthquakes arise from the sudden release of energy accumulated during centuries of interseismic plate convergence. The moment deficit (energy available for future earthquakes) is commonly inferred by integrating the rate of interseismic plate locking over the time since the previous great earthquake. But accurate integration requires knowledge of how interseismic plate locking changes decades after earthquakes, measurements not available for most great earthquakes. Here we reconstruct the post-earthquake history of plate locking at Guafo Island, above the seismogenic zone of the giant 1960 (M-w = 9.5) Chile earthquake, through forward modeling of land-level changes inferred from aerial imagery (since 1974) and measured by GPS (since 1994). We find that interseismic locking increased to similar to 70% in the decade following the 1960 earthquake and then gradually to 100% by 2005. Our findings illustrate the transient evolution of plate locking in Chile, and suggest a similarly complex evolution elsewhere, with implications for the time- and magnitude-dependent probability of future events. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1038/s41467-018-05989-6 SN - 2041-1723 VL - 9 PB - Nature Publ. Group CY - London ER - TY - JOUR A1 - Benard, Antoine A1 - Klimm, Kevin A1 - Woodland, Alan B. A1 - Arculus, Richard J. A1 - Wilke, Max A1 - Botcharnikov, Roman E. A1 - Shimizu, Nobumichi A1 - Nebel, Oliver A1 - Rivard, Camille A1 - Ionov, Dmitri A. T1 - Oxidising agents in sub-arc mantle melts link slab devolatilisation and arc magmas JF - Nature Communications N2 - Subduction zone magmas are more oxidised on eruption than those at mid-ocean ridges. This is attributed either to oxidising components, derived from subducted lithosphere (slab) and added to the mantle wedge, or to oxidation processes occurring during magma ascent via differentiation. Here we provide direct evidence for contributions of oxidising slab agents to melts trapped in the sub-arc mantle. Measurements of sulfur (S) valence state in sub-arc mantle peridotites identify sulfate, both as crystalline anhydrite (CaSO4) and dissolved SO42- in spinel-hosted glass (formerly melt) inclusions. Copper-rich sulfide precipitates in the inclusions and increased Fe3+/Sigma Fe in spinel record a S6+-Fe2+ redox coupling during melt percolation through the sub-arc mantle. Sulfate-rich glass inclusions exhibit high U/Th, Pb/Ce, Sr/Nd and delta S-34 (+ 7 to + 11%), indicating the involvement of dehydration products of serpentinised slab rocks in their parental melt sources. These observations provide a link between liberated slab components and oxidised arc magmas. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1038/s41467-018-05804-2 SN - 2041-1723 VL - 9 PB - Nature Publ. Group CY - London ER - TY - JOUR A1 - Otto, Nils A1 - Marelja, Zvonimir A1 - Schoofs, Andreas A1 - Kranenburg, Holger A1 - Bittern, Jonas A1 - Yildirim, Kerem A1 - Berh, Dimitri A1 - Bethke, Maria A1 - Thomas, Silke A1 - Rode, Sandra A1 - Risse, Benjamin A1 - Jiang, Xiaoyi A1 - Pankratz, Michael A1 - Leimkühler, Silke A1 - Klämbt, Christian T1 - The sulfite oxidase Shopper controls neuronal activity by regulating glutamate homeostasis in Drosophila ensheathing glia JF - Nature Communications N2 - Specialized glial subtypes provide support to developing and functioning neural networks. Astrocytes modulate information processing by neurotransmitter recycling and release of neuromodulatory substances, whereas ensheathing glial cells have not been associated with neuromodulatory functions yet. To decipher a possible role of ensheathing glia in neuronal information processing, we screened for glial genes required in the Drosophila central nervous system for normal locomotor behavior. Shopper encodes a mitochondrial sulfite oxidase that is specifically required in ensheathing glia to regulate head bending and peristalsis. shopper mutants show elevated sulfite levels affecting the glutamate homeostasis which then act on neuronal network function. Interestingly, human patients lacking the Shopper homolog SUOX develop neurological symptoms, including seizures. Given an enhanced expression of SUOX by oligodendrocytes, our findings might indicate that in both invertebrates and vertebrates more than one glial cell type may be involved in modulating neuronal activity. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1038/s41467-018-05645-z SN - 2041-1723 VL - 9 PB - Nature Publ. Group CY - London ER - TY - JOUR A1 - Alonso, Sergio A1 - Stange, Mai Ke A1 - Beta, Carsten T1 - Modeling random crawling, membrane deformation and intracellular polarity of motile amoeboid cells JF - PLoS one N2 - Amoeboid movement is one of the most widespread forms of cell motility that plays a key role in numerous biological contexts. While many aspects of this process are well investigated, the large cell-to-cell variability in the motile characteristics of an otherwise uniform population remains an open question that was largely ignored by previous models. In this article, we present a mathematical model of amoeboid motility that combines noisy bistable kinetics with a dynamic phase field for the cell shape. To capture cell-to-cell variability, we introduce a single parameter for tuning the balance between polarity formation and intracellular noise. We compare numerical simulations of our model to experiments with the social amoeba Dictyostelium discoideum. Despite the simple structure of our model, we found close agreement with the experimental results for the center-of-mass motion as well as for the evolution of the cell shape and the overall intracellular patterns. We thus conjecture that the building blocks of our model capture essential features of amoeboid motility and may serve as a starting point for more detailed descriptions of cell motion in chemical gradients and confined environments. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0201977 SN - 1932-6203 VL - 13 IS - 8 PB - PLoS CY - San Fransisco ER - TY - JOUR A1 - Jousset, Philippe A1 - Reinsch, Thomas A1 - Ryberg, Trond A1 - Blanck, Hanna A1 - Clarke, Andy A1 - Aghayev, Rufat A1 - Hersir, Gylfi P. A1 - Henninges, Jan A1 - Weber, Michael A1 - Krawczyk, Charlotte M. T1 - Dynamic strain determination using fibre-optic cables allows imaging of seismological and structural features JF - Nature Communications N2 - Natural hazard prediction and efficient crust exploration require dense seismic observations both in time and space. Seismological techniques provide ground-motion data, whose accuracy depends on sensor characteristics and spatial distribution. Here we demonstrate that dynamic strain determination is possible with conventional fibre-optic cables deployed for telecommunication. Extending recently distributed acoustic sensing (DAS) studies, we present high resolution spatially un-aliased broadband strain data. We recorded seismic signals from natural and man-made sources with 4-m spacing along a 15-km-long fibre-optic cable layout on Reykjanes Peninsula, SW-Iceland. We identify with unprecedented resolution structural features such as normal faults and volcanic dykes in the Reykjanes Oblique Rift, allowing us to infer new dynamic fault processes. Conventional seismometer recordings, acquired simultaneously, validate the spectral amplitude DAS response between 0.1 and 100 Hz bandwidth. We suggest that the networks of fibre-optic telecommunication lines worldwide could be used as seismometers opening a new window for Earth hazard assessment and exploration. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1038/s41467-018-04860-y SN - 2041-1723 VL - 9 PB - Nature Publ. Group CY - London ER - TY - GEN A1 - Siska, Veronika A1 - Jones, Eppie Ruth A1 - Jeon, Sungwon A1 - Bhak, Youngjune A1 - Kim, Hak-Min A1 - Cho, Yun Sung A1 - Kim, Hyunho A1 - Lee, Kyusang A1 - Veselovskaya, Elizaveta A1 - Balueva, Tatiana A1 - Gallego-Llorente, Marcos A1 - Hofreiter, Michael A1 - Bradley, Daniel G. A1 - Eriksson, Anders A1 - Pinhasi, Ron A1 - Bhak, Jong A1 - Manica, Andrea T1 - Genome-wide data from two early Neolithic East Asian individuals dating to 7700 years ago T2 - Postprints der Universität Potsdam Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Ancient genomes have revolutionized our understanding of Holocene prehistory and, particularly, the Neolithic transition in western Eurasia. In contrast, East Asia has so far received little attention, despite representing a core region at which the Neolithic transition took place independently similar to 3 millennia after its onset in the Near East. We report genome-wide data from two hunter-gatherers from Devil's Gate, an early Neolithic cave site (dated to similar to 7.7 thousand years ago) located in East Asia, on the border between Russia and Korea. Both of these individuals are genetically most similar to geographically close modern populations from the Amur Basin, all speaking Tungusic languages, and, in particular, to the Ulchi. The similarity to nearby modern populations and the low levels of additional genetic material in the Ulchi imply a high level of genetic continuity in this region during the Holocene, a pattern that markedly contrasts with that reported for Europe. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 791 KW - Mitochondrial-DNA analysis KW - positive selection KW - jomon skeletons KW - ancient DNA KW - pigmentation KW - population KW - admixture KW - edar KW - gene KW - polymorohism Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-439977 SN - 1866-8372 IS - 791 ER - TY - JOUR A1 - Brown, J. M. M. A1 - Fanselow, Gisbert A1 - Hall, Rebecca A1 - Kliegl, Reinhold T1 - Middle ratings rise regardless of grammatical construction BT - Testing syntactic variability in a repeated exposure paradigm JF - PLOS ONE / Public Library of Science N2 - People perceive sentences more favourably after hearing or reading them many times. A prominent approach in linguistic theory argues that these types of exposure effects (satiation effects) show direct evidence of a generative approach to linguistic knowledge: only some sentences improve under repeated exposure, and which sentences do improve can be predicted by a model of linguistic competence that yields natural syntactic classes. However, replications of the original findings have been inconsistent, and it remains unclear whether satiation effects can be reliably induced in an experimental setting at all. Here we report four findings regarding satiation effects in wh-questions across German and English. First, the effects pertain to zone of well-formedness rather than syntactic class: all intermediate ratings, including calibrated fillers, increase at the beginning of the experimental session regardless of syntactic construction. Second, though there is satiation, ratings asymptote below maximum acceptability. Third, these effects are consistent across judgments of superiority effects in English and German. Fourth, wh-questions appear to show similar profiles in English and German, despite these languages being traditionally considered to differ strongly in whether they show effects on movement: violations of the superiority condition can be modulated to a similar degree in both languages by manipulating subject-object initiality and animacy congruency of the wh-phrase. We improve on classic satiation methods by distinguishing between two crucial tests, namely whether exposure selectively targets certain grammatical constructions or whether there is a general repeated exposure effect. We conclude that exposure effects can be reliably induced in rating experiments but exposure does not appear to selectively target certain grammatical constructions. Instead, they appear to be a phenomenon of intermediate gradient judgments. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0251280 SN - 1932-6203 VL - 16 IS - 5 PB - PLOS CY - San Fransisco ER - TY - GEN A1 - Ceulemans, Ruben A1 - Gaedke, Ursula A1 - Klauschies, Toni A1 - Guill, Christian T1 - The effects of functional diversity on biomass production, variability, and resilience of ecosystem functions in a tritrophic system T2 - Postprints der Universität Potsdam Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Diverse communities can adjust their trait composition to altered environmental conditions, which may strongly influence their dynamics. Previous studies of trait-based models mainly considered only one or two trophic levels, whereas most natural system are at least tritrophic. Therefore, we investigated how the addition of trait variation to each trophic level influences population and community dynamics in a tritrophic model. Examining the phase relationships between species of adjacent trophic levels informs about the strength of top-down or bottom-up control in non-steadystate situations. Phase relationships within a trophic level highlight compensatory dynamical patterns between functionally different species, which are responsible for dampening the community temporal variability. Furthermore, even without trait variation, our tritrophic model always exhibits regions with two alternative states with either weak or strong nutrient exploitation, and correspondingly low or high biomass production at the top level. However, adding trait variation increased the basin of attraction of the high-production state, and decreased the likelihood of a critical transition from the high- to the lowproduction state with no apparent early warning signals. Hence, our study shows that trait variation enhances resource use efficiency, production, stability, and resilience of entire food webs. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 744 KW - early-warning signals KW - top-down control KW - community ecology KW - regime shifts KW - food webs KW - compensatory dynamics KW - consumer diversity KW - metabolic theory KW - rapid evolution KW - stable states Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-435439 SN - 1866-8372 IS - 744 ER - TY - GEN A1 - Heuer, Leonie A1 - Orland, Andreas T1 - Cooperation in the Prisoner’s Dilemma BT - an experimental comparison between pure and mixed strategies T2 - Postprints der Universität Potsdam Wirtschafts- und Sozialwissenschaftliche Reihe N2 - Cooperation is — despite not being predicted by game theory — a widely documented aspect of human behaviour in Prisoner’s Dilemma (PD) situations. This article presents a comparison between subjects restricted to playing pure strategies and subjects allowed to play mixed strategies in a one-shot symmetric PD laboratory experiment. Subjects interact with 10 other subjects and take their decisions all at once. Because subjects in the mixed-strategy treatment group are allowed to condition their level of cooperation more precisely on their beliefs about their counterparts’ level of cooperation, we predicted the cooperation rate in the mixed-strategy treatment group to be higher than in the pure-strategy control group. The results of our experiment reject our prediction: even after controlling for beliefs about the other subjects’ level of cooperation, we find that cooperation in the mixed-strategy group is lower than in the pure-strategy group. We also find, however, that subjects in the mixedstrategy group condition their cooperative behaviour more closely on their beliefs than in the pure-strategy group. In the mixed-strategy group, most subjects choose intermediate levels of cooperation. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Wirtschafts- und Sozialwissenschaftliche Reihe - 107 KW - cooperation KW - experiment KW - human behaviour KW - Prisoner's Dilemma Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-435929 SN - 1867-5808 IS - 107 ER - TY - THES A1 - Alfine, Eugenia T1 - Investigation of Sirtuin 3 overexpression as a genetic model of fasting in hypothalamic neurons Y1 - 2021 ER - TY - JOUR A1 - Schaefer, Laura V. A1 - Löffler, Nils A1 - Klein, Julia A1 - Bittmann, Frank T1 - Mechanomyography and acceleration show interlimb asymmetries in Parkinson patients without tremor compared to controls during a unilateral motor task JF - Scientific reports N2 - The mechanical muscular oscillations are rarely the objective of investigations regarding the identification of a biomarker for Parkinson's disease (PD). Therefore, the aim of this study was to investigate whether or not this specific motor output differs between PD patients and controls. The novelty is that patients without tremor are investigated performing a unilateral isometric motor task. The force of armflexors and the forearm acceleration (ACC) were recorded as well as the mechanomyography of the biceps brachii (MMGbi), brachioradialis (MMGbra) and pectoralis major (MMGpect) muscles using a piezoelectric-sensor-based system during a unilateral motor task at 70% of the MVIC. The frequency, a power-frequency-ratio, the amplitude variation, the slope of amplitudes and their interlimb asymmetries were analysed. The results indicate that the oscillatory behavior of muscular output in PD without tremor deviates from controls in some parameters: Significant differences appeared for the power-frequency-ratio (p=0.001, r=0.43) and for the amplitude variation (p=0.003, r=0.34) of MMGpect. The interlimb asymmetries differed significantly concerning the power-frequency-ratio of MMGbi (p=0.013, r=0.42) and MMGbra (p=0.048, r=0.39) as well as regarding the mean frequency (p=0.004, r=0.48) and amplitude variation of MMGpect (p=0.033, r=0.37). The mean (M) and variation coefficient (CV) of slope of ACC differed significantly (M: p=0.022, r=0.33; CV: p=0.004, r=0.43). All other parameters showed no significant differences between PD and controls. It remains open, if this altered mechanical muscular output is reproducible and specific for PD. KW - Diseases KW - Neurology KW - Neuroscience Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1038/s41598-021-81672-z SN - 2045-2322 VL - 11 IS - 1 PB - Macmillan CY - London ER - TY - JOUR A1 - Schaefer, Laura V. A1 - Bittmann, Frank N. T1 - Parkinson patients without tremor show changed patterns of mechanical muscle oscillations during a specific bilateral motor task compared to controls JF - Scientific Reports N2 - The pathophysiology of Parkinson’s disease (PD) is still not understood. There are investigations which show a changed oscillatory behaviour of brain circuits or changes in variability of, e.g., gait parameters in PD. The aim of this study was to investigate whether or not the motor output differs between PD patients and healthy controls. Thereby, patients without tremor are investigated in the medication off state performing a special bilateral isometric motor task. The force and accelerations (ACC) were recorded as well as the Mechanomyography (MMG) of the biceps brachii, the brachioradialis and of the pectoralis major muscles using piezoelectric-sensors during the bilateral motor task at 60% of the maximal isometric contraction. The frequency, a specific power ratio, the amplitude variation and the slope of amplitudes were analysed. The results indicate that the oscillatory behaviour of motor output in PD patients without tremor deviates from controls: thereby, the 95%-confidence-intervals of power ratio and of amplitude variation of all signals are disjoint between PD and controls and show significant differences in group comparisons (power ratio: p = 0.000–0.004, r = 0.441–0.579; amplitude variation: p = 0.000–0.001, r = 0.37–0.67). The mean frequency shows a significant difference for ACC (p = 0.009, r = 0.43), but not for MMG. It remains open, whether this muscular output reflects changes of brain circuits and whether the results are reproducible and specific for PD. Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1038/s41598-020-57766-5 SN - 2045-2322 VL - 10 PB - Macmillan Publishers Limited, part of Springer Nature CY - London ER - TY - JOUR A1 - Schaefer, Laura V. A1 - Dech, Silas A1 - Aehle, Markus A1 - Bittmann, Frank T1 - Disgusting odours affect the characteristics of the adaptive force in contrast to neutral and pleasant odours JF - Scientific Reports N2 - The olfactomotor system is especially investigated by examining the sniffing in reaction to olfactory stimuli. The motor output of respiratory-independent muscles was seldomly considered regarding possible influences of smells. The Adaptive Force (AF) characterizes the capability of the neuromuscular system to adapt to external forces in a holding manner and was suggested to be more vulnerable to possible interfering stimuli due to the underlying complex control processes. The aim of this pilot study was to measure the effects of olfactory inputs on the AF of the hip and elbow flexors, respectively. The AF of 10 subjects was examined manually by experienced testers while smelling at sniffing sticks with neutral, pleasant or disgusting odours. The reaction force and the limb position were recorded by a handheld device. The results show, inter alia, a significantly lower maximal isometric AF and a significantly higher AF at the onset of oscillations by perceiving disgusting odours compared to pleasant or neutral odours (p < 0.001). The adaptive holding capacity seems to reflect the functionality of the neuromuscular control, which can be impaired by disgusting olfactory inputs. An undisturbed functioning neuromuscular system appears to be characterized by a proper length tension control and by an earlier onset of mutual oscillations during an external force increase. This highlights the strong connection of olfaction and motor control also regarding respiratory-independent muscles. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1038/s41598-021-95759-0 SN - 2045-2322 VL - 11 SP - 1 EP - 16 PB - Springer Nature CY - London ER - TY - CHAP A1 - Lück, Erika A1 - Balderjahn, Ingo A1 - Kamm, Birgit A1 - Greil, Holle A1 - Wallschläger, Hans-Dieter A1 - Jessel, Beate A1 - Böckmann, Christine A1 - Oberhänsli, Roland A1 - Soyez, Konrad A1 - Schmeer, Ernst A1 - Blumenstein, Oswald A1 - Berndt, Klaus-Peter A1 - Edeling, Thomas A1 - Friedrich, Sabine A1 - Kaden, Klaus A1 - Scheller, Frieder W. A1 - Petersen, Hans-Georg A1 - Asche, Hartmut A1 - Bronstert, Axel A1 - Giest, Hartmut A1 - Gaedke, Ursula A1 - Löhmannsröben, Hans-Gerd A1 - Jeltsch, Florian A1 - Jänkel, Ralph A1 - Gzik, Axel A1 - Bork, Hans-Rudolf A1 - Bork, Hans-Rudolf T1 - Umweltforschung für das Land Brandenburg : Arbeitsgruppen und Professuren Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3797 ER - TY - JOUR A1 - Lin, Chiao-I A1 - Khajooei, Mina A1 - Engel, Tilman A1 - Nair, Alexandra A1 - Heikkila, Mika A1 - Kaplick, Hannes A1 - Mayer, Frank T1 - The effect of chronic ankle instability on muscle activations in lower extremities JF - PLOS ONE / Public Library of Science N2 - Background/Purpose Muscular reflex responses of the lower extremities to sudden gait disturbances are related to postural stability and injury risk. Chronic ankle instability (CAI) has shown to affect activities related to the distal leg muscles while walking. Its effects on proximal muscle activities of the leg, both for the injured- (IN) and uninjured-side (NON), remain unclear. Therefore, the aim was to compare the difference of the motor control strategy in ipsilateral and contralateral proximal joints while unperturbed walking and perturbed walking between individuals with CAI and matched controls. Materials and methods In a cross-sectional study, 13 participants with unilateral CAI and 13 controls (CON) walked on a split-belt treadmill with and without random left- and right-sided perturbations. EMG amplitudes of muscles at lower extremities were analyzed 200 ms after perturbations, 200 ms before, and 100 ms after (Post100) heel contact while walking. Onset latencies were analyzed at heel contacts and after perturbations. Statistical significance was set at alpha≤0.05 and 95% confidence intervals were applied to determine group differences. Cohen’s d effect sizes were calculated to evaluate the extent of differences. Results Participants with CAI showed increased EMG amplitudes for NON-rectus abdominus at Post100 and shorter latencies for IN-gluteus maximus after heel contact compared to CON (p<0.05). Overall, leg muscles (rectus femoris, biceps femoris, and gluteus medius) activated earlier and less bilaterally (d = 0.30–0.88) and trunk muscles (bilateral rectus abdominus and NON-erector spinae) activated earlier and more for the CAI group than CON group (d = 0.33–1.09). Conclusion Unilateral CAI alters the pattern of the motor control strategy around proximal joints bilaterally. Neuromuscular training for the muscles, which alters motor control strategy because of CAI, could be taken into consideration when planning rehabilitation for CAI. KW - Ankles KW - Walking KW - Electromyography KW - Hip KW - Skeletal joints KW - Knees KW - Legs KW - Musculoskeletal injury Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0247581 SN - 1932-6203 VL - 16 IS - 2 PB - PLOS CY - San Francisco ER - TY - THES A1 - Späker, Oliver C. T1 - Structure-property-function relationships in the cornea of Limulus polyphemus Y1 - 2022 ER - TY - JOUR A1 - Miklashevsky, Alex T1 - Catch the star! Spatial information activates the manual motor system JF - PLoS ONE N2 - Previous research demonstrated a close bidirectional relationship between spatial attention and the manual motor system. However, it is unclear whether an explicit hand movement is necessary for this relationship to appear. A novel method with high temporal resolution–bimanual grip force registration–sheds light on this issue. Participants held two grip force sensors while being presented with lateralized stimuli (exogenous attentional shifts, Experiment 1), left- or right-pointing central arrows (endogenous attentional shifts, Experiment 2), or the words "left" or "right" (endogenous attentional shifts, Experiment 3). There was an early interaction between the presentation side or arrow direction and grip force: lateralized objects and central arrows led to a larger increase of the ipsilateral force and a smaller increase of the contralateral force. Surprisingly, words led to the opposite pattern: larger force increase in the contralateral hand and smaller force increase in the ipsilateral hand. The effect was stronger and appeared earlier for lateralized objects (60 ms after stimulus presentation) than for arrows (100 ms) or words (250 ms). Thus, processing visuospatial information automatically activates the manual motor system, but the timing and direction of this effect vary depending on the type of stimulus. Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0262510 SN - 1932-6203 SP - 1 EP - 30 PB - PLOS CY - San Francisco, California, US ER - TY - JOUR A1 - Zingraff-Hamed, Aude A1 - Hüesker, Frank A1 - Lupp, Gerd A1 - Begg, Chloe A1 - Huang, Josh A1 - Oen, Amy M. P. A1 - Vojinović, Zoran A1 - Kuhlicke, Christian A1 - Pauleit, Stephan T1 - Stakeholder mapping to co-create nature-based solutions BT - who is on board? JF - Sustainability N2 - Nature-based solutions (NBS) are inspired and supported by nature but designed by humans. Historically, governmental stakeholders have aimed to control nature using a top-down approach; more recently, environmental governance has shifted to collaborative planning. Polycentric governance and co-creation procedures, which include a large spectrum of stakeholders, are assumed to be more effective in the management of public goods than traditional approaches. In this context, NBS projects should benefit from strong collaborative governance models, and the European Union is facilitating and encouraging such models. While some theoretical approaches exist, setting-up the NBS co-creation process (namely co-design and co-implementation) currently relies mostly on self-organized stakeholders rather than on strategic decisions. As such, systematic methods to identify relevant stakeholders seem to be crucial to enable higher planning efficiency, reduce bottlenecks and time needed for planning, designing, and implementing NBS. In this context, this contribution is based on the analysis of 16 NBS and 359 stakeholders. Real-life constellations are compared to theoretical typologies, and a systematic stakeholder mapping method to support co-creation is presented. Rather than making one-fit-all statements about the "right" stakeholders, the contribution provides insights for those "in charge" to strategically consider who might be involved at each stage of the NBS project. KW - ecosystem-based KW - natural hazard mitigation KW - participative planning KW - co-design KW - polycentric governance KW - living labs KW - societal resilience KW - sustainable development goals Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.3390/su12208625 SN - 2071-1050 VL - 12 IS - 20 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Paraskevopoulou, Sofia A1 - Dennis, Alice B. A1 - Weithoff, Guntram A1 - Tiedemann, Ralph T1 - Temperature-dependent life history and transcriptomic responses in heat-tolerant versus heat-sensitive Brachionus rotifers JF - Scientific Reports N2 - Thermal stress response is an essential physiological trait that determines occurrence and temporal succession in nature, including response to climate change. We compared temperature-related demography in closely related heat-tolerant and heat-sensitive Brachionus rotifer species. We found significant differences in heat response, with the heat-sensitive species adopting a strategy of long survival and low population growth, while the heat-tolerant followed the opposite strategy. In both species, we examined the genetic basis of physiological variation by comparing gene expression across increasing temperatures. Comparative transcriptomic analyses identified shared and opposing responses to heat. Interestingly, expression of heat shock proteins (hsps) was strikingly different in the two species and mirrored differences in population growth rates, showing that hsp genes are likely a key component of a species’ adaptation to different temperatures. Temperature induction caused opposing patterns of expression in further functional categories including energy, carbohydrate and lipid metabolism, and in genes related to ribosomal proteins. In the heat-sensitive species, elevated temperatures caused up-regulation of genes related to meiosis induction and post-translational histone modifications. This work demonstrates the sweeping reorganizations of biological functions that accompany temperature adaptation in these two species and reveals potential molecular mechanisms that might be activated for adaptation to global warming. KW - Ecology KW - Evolution KW - Oyster Crassostrea-gigas KW - cryptic species complex KW - pacific oyster KW - thermal-stress KW - genetic differentiation KW - expression patterns KW - molecular phylogeny KW - shock proteins KW - evolutionary KW - hsp70 Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1038/s41598-020-70173-0 SN - 2045-2322 VL - 10 PB - Macmillan Publishers Limited, part of Springer Nature CY - London ER - TY - JOUR A1 - Zhu, Fangjun A1 - Schlupp, Ingo A1 - Tiedemann, Ralph T1 - Allele-specific expression at the androgen receptor alpha gene in a hybrid unisexual fish, the Amazon molly (Poecilia formosa) JF - PLoS one N2 - The all-female Amazon molly (Poecilia formosa) is the result of a hybridization of the Atlantic molly (P. mexicana) and the sailfin molly (P. latipinna) approximately 120,000 years ago. As a gynogenetic species, P. formosa needs to copulate with heterospecific males including males from one of its bisexual ancestral species. However, the sperm only triggers embryogenesis of the diploid eggs. The genetic information of the sperm donor typically will not contribute to the next generation of P. formosa. Hence, P. formosa possesses generally one allele from each of its ancestral species at any genetic locus. This raises the question whether both ancestral alleles are equally expressed in P. formosa. Allele-specific expression (ASE) has been previously assessed in various organisms, e.g., human and fish, and ASE was found to be important in the context of phenotypic variability and disease. In this study, we utilized Real-Time PCR techniques to estimate ASE of the androgen receptor alpha (arα) gene in several distinct tissues of Amazon mollies. We found an allelic bias favoring the maternal ancestor (P. mexicana) allele in ovarian tissue. This allelic bias was not observed in the gill or the brain tissue. Sequencing of the promoter regions of both alleles revealed an association between an Indel in a known CpG island and differential expression. Future studies may reveal whether our observed cis-regulatory divergence is caused by an ovary-specific trans-regulatory element, preferentially activating the allele of the maternal ancestor. Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0186411 SN - 1932-6203 VL - 12 IS - 10 SP - 1 EP - 14 PB - PLoS CY - Lawrence, Kan. ER - TY - GEN A1 - Schnitzler, Joseph G. A1 - Pinzone, Marianna A1 - Autenrieth, Marijke A1 - van Neer, Abbo A1 - IJsseldijk, Lonneke L. A1 - Barber, Jonathan L. A1 - Deaville, Rob A1 - Jepson, Paul A1 - Brownlow, Andrew A1 - Schaffeld, Tobias A1 - Thomé, Jean-Pierre A1 - Tiedemann, Ralph A1 - Das, Krishna A1 - Siebert, Ursula T1 - Inter-individual differences in contamination profiles as tracer of social group association in stranded sperm whales T2 - Postprints der Universität Potsdam Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Ecological and physiological factors lead to different contamination patterns in individual marine mammals. The objective of the present study was to assess whether variations in contamination profiles are indicative of social structures of young male sperm whales as they might reflect a variation in feeding preferences and/or in utilized feeding grounds. We used a total of 61 variables associated with organic compounds and trace element concentrations measured in muscle, liver, kidney and blubber gained from 24 sperm whales that stranded in the North Sea in January and February 2016. Combining contaminant and genetic data, there is evidence for at least two cohorts with different origin among these stranded sperm whales; one from the Canary Island region and one from the northern part of the Atlantic. While genetic data unravel relatedness and kinship, contamination data integrate over areas, where animals occured during their lifetime. Especially in long-lived animals with a large migratory potential, as sperm whales, contamination data may carry highly relevant information about aggregation through time and space. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 692 KW - porpoises phococena-phococena KW - North-sea KW - physeter-macrocephalus KW - Galapagos-Islands KW - harbor porpoises KW - cetacean strandings KW - aggregations KW - pollutants KW - behavior KW - mammals Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-426525 SN - 1866-8372 IS - 692 ER - TY - JOUR A1 - Zhu, Fangjun A1 - Schlupp, Ingo A1 - Tiedemann, Ralph T1 - Sequence Evolution and Expression of the Androgen Receptor and Other Pathway-Related Genes in a Unisexual Fish, the Amazon Molly, Poecilia formosa, and Its Bisexual Ancestors JF - PLoS one N2 - The all-female Amazon molly (Poecilia formosa) originated from a single hybridization of two bisexual ancestors, Atlantic molly (Poecilia mexicana) and sailfin molly (Poecilia latipinna). As a gynogenetic species, the Amazon molly needs to copulate with a heterospecific male, but the genetic information of the sperm-donor does not contribute to the next generation, as the sperm only acts as the trigger for the diploid eggs’ embryogenesis. Here, we study the sequence evolution and gene expression of the duplicated genes coding for androgen receptors (ars) and other pathway-related genes, i.e., the estrogen receptors (ers) and cytochrome P450, family19, subfamily A, aromatase genes (cyp19as), in the Amazon molly, in comparison to its bisexual ancestors. Mollies possess–as most other teleost fish—two copies of the ar, er, and cyp19a genes, i.e., arα/arβ, erα/erβ1, and cyp19a1 (also referred as cyp19a1a)/cyp19a2 (also referred to as cyp19a1b), respectively. Non-synonymous single nucleotide polymorphisms (SNPs) among the ancestral bisexual species were generally predicted not to alter protein function. Some derived substitutions in the P. mexicana and one in P. formosa are predicted to impact protein function. We also describe the gene expression pattern of the ars and pathway-related genes in various tissues (i.e., brain, gill, and ovary) and provide SNP markers for allele specific expression research. As a general tendency, the levels of gene expression were lowest in gill and highest in ovarian tissues, while expression levels in the brain were intermediate in most cases. Expression levels in P. formosa were conserved where expression did not differ between the two bisexual ancestors. In those cases where gene expression levels significantly differed between the bisexual species, P. formosa expression was always comparable to the higher expression level among the two ancestors. Interestingly, erβ1 was expressed neither in brain nor in gill in the analyzed three molly species, which implies a more important role of erα in the estradiol synthesis pathway in these tissues. Furthermore, our data suggest that interactions of steroid-signaling pathway genes differ across tissues, in particular the interactions of ars and cyp19as. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PONE.0156209 SN - 1932-6203 VL - 11 IS - 6 PB - PLoS CY - Lawrence, Kan. ER - TY - THES A1 - Bomm, Jana T1 - Von Gold Plasmonen und Exzitonen : Synthese, Charakterisierung und Applikationen von Gold Nanopartikeln T1 - Of gold plasmons and excitons : synthesis, characterization and applications of gold nanoparticles N2 - In dieser Arbeit wurden sphärische Gold Nanopartikel (NP) mit einem Durchmesser größer ~ 2 nm, Gold Quantenpunkte (QDs) mit einem Durchmesser kleiner ~ 2 nm sowie Gold Nanostäbchen (NRs) unterschiedlicher Länge hergestellt und optisch charakterisiert. Zudem wurden zwei neue Synthesevarianten für die Herstellung thermosensitiver Gold QDs entwickelt werden. Sphärische Gold NP zeigen eine Plasmonenbande bei ~ 520 nm, die auf die kollektive Oszillation von Elektronen zurückzuführen ist. Gold NRs weisen aufgrund ihrer anisotropen Form zwei Plasmonenbanden auf, eine transversale Plasmonenbande bei ~ 520 nm und eine longitudinale Plasmonenbande, die vom Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis der Gold NRs abhängig ist. Gold QDs besitzen keine Plasmonenbande, da ihre Elektronen Quantenbeschränkungen unterliegen. Gold QDs zeigen jedoch aufgrund diskreter Energieniveaus und einer Bandlücke Photolumineszenz (PL). Die synthetisierten Gold QDs besitzen eine Breitbandlumineszenz im Bereich von ~ 500-800 nm, wobei die Lumineszenz-eigenschaften (Emissionspeak, Quantenausbeute, Lebenszeiten) stark von den Herstellungs-bedingungen und den Oberflächenliganden abhängen. Die PL in Gold QDs ist ein sehr komplexes Phänomen und rührt vermutlich von Singulett- und Triplett-Zuständen her. Gold NRs und Gold QDs konnten in verschiedene Polymere wie bspw. Cellulosetriacetat eingearbeitet werden. Polymernanokomposite mit Gold NRs wurden erstmals unter definierten Bedingungen mechanisch gezogen, um Filme mit optisch anisotropen (richtungsabhängigen) Eigenschaften zu erhalten. Zudem wurde das Temperaturverhalten von Gold NRs und Gold QDs untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine lokale Variation der Größe und Form von Gold NRs in Polymernanokompositen durch Temperaturerhöhung auf 225-250 °C erzielt werden kann. Es zeigte sich, dass die PL der Gold QDs stark temperaturabhängig ist, wodurch die PL QY der Proben beim Abkühlen (-7 °C) auf knapp 30 % verdoppelt und beim Erhitzen auf 70 °C nahezu vollständig gelöscht werden konnte. Es konnte demonstriert werden, dass die Länge der Alkylkette des Oberflächenliganden einen Einfluss auf die Temperaturstabilität der Gold QDs hat. Zudem wurden verschiedene neuartige und optisch anisotrope Sicherheitslabels mit Gold NRs sowie thermosensitive Sicherheitslabel mit Gold QDs entwickelt. Ebenso scheinen Gold NRs und QDs für die und die Optoelektronik (bspw. Datenspeicherung) und die Medizin (bspw. Krebsdiagnostik bzw. -therapie) von großem Interesse zu sein. N2 - In this thesis, the synthesis and optical characterization of spherical gold nanoparticles (NP) with diameters larger than ~ 2 nm, gold quantum dots (QDs) with diameters smaller than ~ 2 nm and gold nanorods (NRs) with different lengths are presented. In addition, a novel one-pot synthesis for the preparation of thermosensitive gold QDs is introduced. Gold NP solutions appear red colored due to their strong absorption in the visible range at ~ 520 nm. This absorption band is a result of surface plasmon resonance, which is caused by the coherent oscillation of conduction band electrons induced by an electromagnetic field. In contrast to spherical gold NPs, gold NRs show two surface plasmon bands due to their anisotropic shape, a transverse plasmon band at ~ 520 nm and a longitudinal plasmon band depending on the aspect ratio (length-to-width-ratio) of the gold NRs. If the size of the gold NPs decreases to values below ~ 2 nm, quantum-size confinement occurs and the surface plasmon band disappears. Additionally, the overlap between conduction band and valence band disappears, discrete electronic levels arise and a band gap is created. As a consequence of quantum confinement, the gold QDs show photoluminescence (PL) upon UV-irradiation. The gold QDs synthesized via the one-pot synthesis exhibit a broadband luminescence between 500 nm and 800 nm. The luminescence properties (emission peak, quantum yield, lifetime) strongly depend on the synthetic parameters like reaction temperature, stoichiometry and the surface ligand. Gold NRs and gold QDs were incoroporated into different polymers (e.g. cellulose triacetate). Polymer nanocomposite films showing optical anisotropy are obtainded by stretching polymer films containing gold NRs uniaxial in a tensile test machine. In addition to the optical characterization of gold NRs and QDs, their thermal behavior in solution as well as in different nanocomposites is studied. A shortening of the gold NRs or a transformation into spherical gold NP is observed, if the polymer nanocomposites containing gold NRs are heated above a temperature of 200 °C. The PL of the synthesized gold QDs strongly depends on the ambient temperature. An increase of PL quantum yield (QY) and PL lifetime occur, if the solutions are cooled. The best PL QY of 16.6 % was observed for octadecyl mercaptan capped gold QDs at room temperature, which could be improved to 28.6 % when cooling the solutions to -7 °C. Furthermore, optically anisotropic security labels containing gold NRs and thermosensitive security devices containing gold QDs are developed. Due to their unique optical properties, gold NRs and QDs are interesting candidates for optoelectronical as well as data storage devices and medical applications like biomedical imaging or cancer therapy. KW - Gold KW - Nanopartikel KW - Quantenpunkte KW - Nanostäbchen KW - Oberflächenplasmonenlasmonen KW - gold KW - nanoparticles KW - quantum dots KW - nanorods KW - surface plasmons Y1 - 2012 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66402 ER - TY - THES A1 - Guiducci, Lorenzo T1 - Passive biomimetic actuators : the role of material architecture T1 - Passive biomimetische aktuatoren : die Rolle der Materialarchitektur N2 - Passive plant actuators have fascinated many researchers in the field of botany and structural biology since at least one century. Up to date, the most investigated tissue types in plant and artificial passive actuators are fibre-reinforced composites (and multilayered assemblies thereof) where stiff, almost inextensible cellulose microfibrils direct the otherwise isotropic swelling of a matrix. In addition, Nature provides examples of actuating systems based on lignified, low-swelling, cellular solids enclosing a high-swelling cellulosic phase. This is the case of the Delosperma nakurense seed capsule, in which a specialized tissue promotes the reversible opening of the capsule upon wetting. This tissue has a diamond-shaped honeycomb microstructure characterized by high geometrical anisotropy: when the cellulosic phase swells inside this constraining structure, the tissue deforms up to four times in one principal direction while maintaining its original dimension in the other. Inspired by the example of the Delosoperma nakurense, in this thesis we analyze the role of architecture of 2D cellular solids as models for natural hygromorphs. To start off, we consider a simple fluid pressure acting in the cells and try to assess the influence of several architectural parameters onto their mechanical actuation. Since internal pressurization is a configurational type of load (that is the load direction is not fixed but it “follows” the structure as it deforms) it will result in the cellular structure acquiring a “spontaneous” shape. This shape is independent of the load but just depends on the architectural characteristics of the cells making up the structure itself. Whereas regular convex tiled cellular solids (such as hexagonal, triangular or square lattices) deform isotropically upon pressurization, we show through finite element simulations that by introducing anisotropic and non-convex, reentrant tiling large expansions can be achieved in each individual cell. The influence of geometrical anisotropy onto the expansion behaviour of a diamond shaped honeycomb is assessed by FEM calculations and a Born lattice approximation. We found that anisotropic expansions (eigenstrains) comparable to those observed in the keels tissue of the Delosoperma nakurense are possible. In particular these depend on the relative contributions of bending and stretching of the beams building up the honeycomb. Moreover, by varying the walls’ Young modulus E and internal pressure p we found that both the eigenstrains and 2D elastic moduli scale with the ratio p/E. Therefore the potential of these pressurized structures as soft actuators is outlined. This approach was extended by considering several 2D cellular solids based on two types of non-convex cells. Each honeycomb is build as a lattice made of only one non-convex cell. Compared to usual honeycombs, these lattices have kinked walls between neighbouring cells which offers a hidden length scale allowing large directed deformations. By comparing the area expansion in all lattices, we were able to show that less convex cells are prone to achieve larger area expansions, but the direction in which the material expands is variable and depends on the local cell’s connectivity. This has repercussions both at the macroscopic (lattice level) and microscopic (cells level) scales. At the macroscopic scale, these non-convex lattices can experience large anisotropic (similarly to the diamond shaped honeycomb) or perfectly isotropic principal expansions, large shearing deformations or a mixed behaviour. Moreover, lattices that at the macroscopic scale expand similarly can show quite different microscopic deformation patterns that include zig-zag motions and radical changes of the initial cell shape. Depending on the lattice architecture, the microscopic deformations of the individual cells can be equal or not, so that they can build up or mutually compensate and hence give rise to the aforementioned variety of macroscopic behaviours. Interestingly, simple geometrical arguments involving the undeformed cell shape and its local connectivity enable to predict the results of the FE simulations. Motivated by the results of the simulations, we also created experimental 3D printed models of such actuating structures. When swollen, the models undergo substantial deformation with deformation patterns qualitatively following those predicted by the simulations. This work highlights how the internal architecture of a swellable cellular solid can lead to complex shape changes which may be useful in the fields of soft robotics or morphing structures. N2 - Passive pflanzliche Aktuatoren sind bewegliche Strukturen, die eine komplexe Bewegung ohne jegliche metabolische Energiequelle erzeugen können. Diese Fähigkeit entstammt dabei der Materialverteilung mit unterschiedlicher Quellbarkeit innerhalb der Gewebsstruktur.Die bis heute am besten untersuchten Gewebearten pflanzlicher und künstlicher Passivaktuatoren sind Faserverbundwerkstoffe, in denen steife, fast undehnbare Zellulosemikrofibrillen die ansonsten isotrope Schwellung einer Matrix leiten. Darüber hinaus gibt es in der Natur Beispiele für Aktuationssysteme, wie z.B. die Delosoperma nakurense Samenkapsel, in der das Aktuatorgewebe eine Wabenstruktur aufweist, deren Zellen mit einem hochquellenden Material gefüllt sind. Dabei hat die Wabenstruktur des Gewebes eine hohe geometrische Anisotropie, so dass sich das Gewebe bei Wasseraufnahme bis zur vierfachen Länge entlang einer Hauptrichtung ausdehnt und somit die reversible Öffnung der Kapsel angetrieben wird. Inspiriert durch das Vorbild der Delosoperma nakurense, wird in der vorliegenden Arbeit die Rolle der Architektur von 2D-Zellulärmaterialien als Modell für natürliche passive Aktuatoren analysiert. Zunächst wird anhand eines einfachen Flüssigkeitsdrucks in den Zellen der Einfluss verschiedener architektonischer Parameter auf deren mechanische Betätigung untersucht. Wohingegen regelmäßige konvexe Wabenstrukturen (wie z. B. sechseckige, dreieckige oder quadratische Gitter) sich unter Druck isotropisch verformen, wird durch Finite-Elemente-Simulationen gezeigt, dass es bei anisotropen und nicht-konvexen Zellen zu großen Ausdehnungen jeder einzelnen Zelle kommt. Auch wenn nur eine einzelne Zellgeometrie betrachtet wird, können hierbei viele verschiedene Gitter entstehen. Die Ausdehnungsrichtung des Gitters ist variabel und hängt von der lokalen Konnektivität der Zellen ab. Dies hat Auswirkungen sowohl auf makroskopischer (Gitter-) als auch auf mikroskopischer (Zell-) Ebene. Auf makroskopischer Ebene erfahren diese nicht-konvexen Gitter entweder große anisotrope (ähnlich der Delosperma nakurense Samenkapsel) oder vollkommen isotrope Eigendehnungen, große Scherverformungen oder jeweilige Mischformen. Überdies können Gitter mit ähnlichem makroskopischem Verhalten gänzlich unterschiedliche mikroskopische Verformungsmuster zeigen, wie z.B. Zick-Zack-Bewegungen oder radikale Änderungen der ursprünglichen Zellform. Dies verursacht auch eine entsprechende Änderung der elastischen Eigenschaften. In Abhängigkeit der Gitterarchitektur kann es zu gleichen oder unterschiedlichen mikroskopischen Zelldeformationen kommen, die sich in Summe entweder verstärken oder ausgleichen, und somit die Vielzahl an makroskopischen Verhalten erklären. Interessanterweise lassen sich mit Hilfe einfacher geometrischer Argumente aus der nichtdeformierten Zellform und Zellkonnektivität die Ergebnisse der FE-Simulationen vorhersagen. Die Ergebnisse der Finite-Elemente-Simulationen wurden durch Laborversuche bestätigt, in denen (mit 3D-Drucktechnik gefertigte) Modellgitter ähnliches Ausdehnungsverhalten beim Quellen zeigen. Diese Arbeit zeigt auf, wie die Innenarchitektur eines quellfähigen zellulären Feststoffs zu komplexen Formänderungen führen kann, die in den Bereichen der Soft-Robotik oder bei Morphing-Strukturen angewandt werden können. KW - Aktuatoren KW - Zellulärmaterialien KW - Sorption KW - cellular materials KW - actuating materials KW - swelling KW - reconfigurable matter KW - architectured materials Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70446 ER - TY - THES A1 - Feldmann, Johannes T1 - Stability of the West Antarctic Ice Sheet BT - From the concept of similitude to dynamic modeling Y1 - 2015 ER - TY - JOUR A1 - von Reppert, Alexander A1 - Puddell, J. A1 - Koc, A. A1 - Reinhardt, M. A1 - Leitenberger, Wolfram A1 - Dumesnil, K. A1 - Zamponi, Flavio A1 - Bargheer, Matias T1 - Persistent nonequilibrium dynamics of the thermal energies in the spin and phonon systems of an antiferromagnet JF - Structural dynamics N2 - We present a temperature and fluence dependent Ultrafast X-Ray Diffraction study of a laser-heated antiferromagnetic dysprosium thin film. The loss of antiferromagnetic order is evidenced by a pronounced lattice contraction. We devise a method to determine the energy flow between the phonon and spin system from calibrated Bragg peak positions in thermal equilibrium. Reestablishing the magnetic order is much slower than the cooling of the lattice, especially around the Néel temperature. Despite the pronounced magnetostriction, the transfer of energy from the spin system to the phonons in Dy is slow after the spin-order is lost. Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1063/1.4961253 SN - 2329-7778 VL - 3 PB - AIP Publishing LLC CY - Melville, NY ER - TY - GEN A1 - von Reppert, Alexander A1 - Puddell, J. A1 - Koc, A. A1 - Reinhardt, M. A1 - Leitenberger, Wolfram A1 - Dumesnil, K. A1 - Zamponi, Flavio A1 - Bargheer, Matias T1 - Persistent nonequilibrium dynamics of the thermal energies in the spin and phonon systems of an antiferromagnet N2 - We present a temperature and fluence dependent Ultrafast X-Ray Diffraction study of a laser-heated antiferromagnetic dysprosium thin film. The loss of antiferromagnetic order is evidenced by a pronounced lattice contraction. We devise a method to determine the energy flow between the phonon and spin system from calibrated Bragg peak positions in thermal equilibrium. Reestablishing the magnetic order is much slower than the cooling of the lattice, especially around the Néel temperature. Despite the pronounced magnetostriction, the transfer of energy from the spin system to the phonons in Dy is slow after the spin-order is lost. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 272 Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98710 ER - TY - JOUR A1 - Klauschies, Toni A1 - Vasseur, David A. A1 - Gaedke, Ursula T1 - Trait adaptation promotes species coexistence in diverse predator and prey communities JF - Ecology and evolution N2 - Species can adjust their traits in response to selection which may strongly influence species coexistence. Nevertheless, current theory mainly assumes distinct and time-invariant trait values. We examined the combined effects of the range and the speed of trait adaptation on species coexistence using an innovative multispecies predator–prey model. It allows for temporal trait changes of all predator and prey species and thus simultaneous coadaptation within and among trophic levels. We show that very small or slow trait adaptation did not facilitate coexistence because the stabilizing niche differences were not sufficient to offset the fitness differences. In contrast, sufficiently large and fast trait adaptation jointly promoted stable or neutrally stable species coexistence. Continuous trait adjustments in response to selection enabled a temporally variable convergence and divergence of species traits; that is, species became temporally more similar (neutral theory) or dissimilar (niche theory) depending on the selection pressure, resulting over time in a balance between niche differences stabilizing coexistence and fitness differences promoting competitive exclusion. Furthermore, coadaptation allowed prey and predator species to cluster into different functional groups. This equalized the fitness of similar species while maintaining sufficient niche differences among functionally different species delaying or preventing competitive exclusion. In contrast to pre- vious studies, the emergent feedback between biomass and trait dynamics enabled supersaturated coexistence for a broad range of potential trait adaptation and parameters. We conclude that accounting for trait adaptation may explain stable and supersaturated species coexistence for a broad range of environmental conditions in natural systems when the absence of such adaptive changes would preclude it. Small trait changes, coincident with those that may occur within many natural populations, greatly enlarged the number of coexisting species. KW - Coadaptation KW - equalizing and stabilizing mechanisms KW - maintenance of functional diversity KW - niche and fitness differences KW - supersaturated species coexistence KW - trait convergence and divergence Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/ece3.2172 SN - 2045-7758 PB - John Wiley & Sons, Inc. ER - TY - GEN A1 - Klauschies, Toni A1 - Vasseur, David A. A1 - Gaedke, Ursula T1 - Trait adaptation promotes species coexistence in diverse predator and prey communities N2 - Species can adjust their traits in response to selection which may strongly influence species coexistence. Nevertheless, current theory mainly assumes distinct and time-invariant trait values. We examined the combined effects of the range and the speed of trait adaptation on species coexistence using an innovative multispecies predator–prey model. It allows for temporal trait changes of all predator and prey species and thus simultaneous coadaptation within and among trophic levels. We show that very small or slow trait adaptation did not facilitate coexistence because the stabilizing niche differences were not sufficient to offset the fitness differences. In contrast, sufficiently large and fast trait adaptation jointly promoted stable or neutrally stable species coexistence. Continuous trait adjustments in response to selection enabled a temporally variable convergence and divergence of species traits; that is, species became temporally more similar (neutral theory) or dissimilar (niche theory) depending on the selection pressure, resulting over time in a balance between niche differences stabilizing coexistence and fitness differences promoting competitive exclusion. Furthermore, coadaptation allowed prey and predator species to cluster into different functional groups. This equalized the fitness of similar species while maintaining sufficient niche differences among functionally different species delaying or preventing competitive exclusion. In contrast to previous studies, the emergent feedback between biomass and trait dynamics enabled supersaturated coexistence for a broad range of potential trait adaptation and parameters. We conclude that accounting for trait adaptation may explain stable and supersaturated species coexistence for a broad range of environmental conditions in natural systems when the absence of such adaptive changes would preclude it. Small trait changes, coincident with those that may occur within many natural populations, greatly enlarged the number of coexisting species. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 227 KW - Coadaptation KW - equalizing and stabilizing mechanisms KW - maintenance of functional diversity KW - niche and fitness differences KW - supersaturated species coexistence KW - trait convergence and divergence Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-91498 SN - 1866-8372 ER - TY - THES A1 - Al-Saffar, Loay Talib Ahmed T1 - Analysing prerequisites, expectations, apprehensions, and attitudes of University students studying computer science Y1 - 2016 ER - TY - JOUR A1 - Roder, Phillip A1 - Hille, Carsten T1 - A Multifunctional Frontloading Approach for Repeated Recycling of a Pressure-Controlled AFM Micropipette JF - PLoS ONE N2 - Fluid force microscopy combines the positional accuracy and force sensitivity of an atomic force microscope (AFM) with nanofluidics via a microchanneled cantilever. However, adequate loading and cleaning procedures for such AFM micropipettes are required for various application situations. Here, a new frontloading procedure is described for an AFM micropipette functioning as a force- and pressure-controlled microscale liquid dispenser. This frontloading procedure seems especially attractive when using target substances featuring high costs or low available amounts. Here, the AFM micropipette could be filled from the tip side with liquid from a previously applied droplet with a volume of only a few μL using a short low-pressure pulse. The liquid-loaded AFM micropipettes could be then applied for experiments in air or liquid environments. AFM micropipette frontloading was evaluated with the well-known organic fluorescent dye rhodamine 6G and the AlexaFluor647-labeled antibody goat anti-rat IgG as an example of a larger biological compound. After micropipette usage, specific cleaning procedures were tested. Furthermore, a storage method is described, at which the AFM micropipettes could be stored for a few hours up to several days without drying out or clogging of the microchannel. In summary, the rapid, versatile and cost-efficient frontloading and cleaning procedure for the repeated usage of a single AFM micropipette is beneficial for various application situations from specific surface modifications through to local manipulation of living cells, and provides a simplified and faster handling for already known experiments with fluid force microscopy. Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0144157 SN - 1932-6203 VL - 10 IS - 12 PB - Public Library of Science CY - Lawrence, Kan. ER - TY - GEN A1 - Roder, Phillip A1 - Hille, Carsten T1 - A Multifunctional Frontloading Approach for Repeated Recycling of a Pressure-Controlled AFM Micropipette N2 - Fluid force microscopy combines the positional accuracy and force sensitivity of an atomic force microscope (AFM) with nanofluidics via a microchanneled cantilever. However, adequate loading and cleaning procedures for such AFM micropipettes are required for various application situations. Here, a new frontloading procedure is described for an AFM micropipette functioning as a force- and pressure-controlled microscale liquid dispenser. This frontloading procedure seems especially attractive when using target substances featuring high costs or low available amounts. Here, the AFM micropipette could be filled from the tip side with liquid from a previously applied droplet with a volume of only a few μL using a short low-pressure pulse. The liquid-loaded AFM micropipettes could be then applied for experiments in air or liquid environments. AFM micropipette frontloading was evaluated with the well-known organic fluorescent dye rhodamine 6G and the AlexaFluor647-labeled antibody goat anti-rat IgG as an example of a larger biological compound. After micropipette usage, specific cleaning procedures were tested. Furthermore, a storage method is described, at which the AFM micropipettes could be stored for a few hours up to several days without drying out or clogging of the microchannel. In summary, the rapid, versatile and cost-efficient frontloading and cleaning procedure for the repeated usage of a single AFM micropipette is beneficial for various application situations from specific surface modifications through to local manipulation of living cells, and provides a simplified and faster handling for already known experiments with fluid force microscopy. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 209 Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-86592 ER - TY - THES A1 - Jacobs, Simone T1 - Biological mechanisms of the association between proportions of fatty acids in erythrocyte membranes and type 2 diabetes risk in the EPIC-Potsdam-Study Y1 - 2015 ER - TY - THES A1 - Lincke, Jens T1 - Evolving Tools in a Collaborative Self-supporting Development Environment Y1 - 2014 ER - TY - JOUR A1 - Henze, Andrea A1 - Homann, Thomas A1 - Rohn, Isabelle A1 - Aschner, Michael A. A1 - Link, Christopher D. A1 - Kleuser, Burkhard A1 - Schweigert, Florian J. A1 - Schwerdtle, Tanja A1 - Bornhorst, Julia T1 - Caenorhabditis elegans as a model system to study post-translational modifications of human transthyretin JF - Scientific reports N2 - The visceral protein transthyretin (TTR) is frequently affected by oxidative post-translational protein modifications (PTPMs) in various diseases. Thus, better insight into structure-function relationships due to oxidative PTPMs of TTR should contribute to the understanding of pathophysiologic mechanisms. While the in vivo analysis of TTR in mammalian models is complex, time- and resource-consuming, transgenic Caenorhabditis elegans expressing hTTR provide an optimal model for the in vivo identification and characterization of drug-mediated oxidative PTPMs of hTTR by means of matrix assisted laser desorption/ionization – time of flight – mass spectrometry (MALDI-TOF-MS). Herein, we demonstrated that hTTR is expressed in all developmental stages of Caenorhabditis elegans, enabling the analysis of hTTR metabolism during the whole life-cycle. The suitability of the applied model was verified by exposing worms to D-penicillamine and menadione. Both drugs induced substantial changes in the oxidative PTPM pattern of hTTR. Additionally, for the first time a covalent binding of both drugs with hTTR was identified and verified by molecular modelling. KW - n-acetyl-cysteine KW - s-glutathionylation KW - force-field KW - c. elegans KW - life-span KW - protein KW - cells KW - menadione KW - disease KW - binding Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1038/srep37346 SN - 2045-2322 VL - 6 PB - Nature Publishing Group CY - London ER - TY - GEN A1 - Henze, Andrea A1 - Homann, Thomas A1 - Rohn, Isabelle A1 - Aschner, Michael A. A1 - Link, Christopher D. A1 - Kleuser, Burkhard A1 - Schweigert, Florian J. A1 - Schwerdtle, Tanja A1 - Bornhorst, Julia T1 - Caenorhabditis elegans as a model system to study post-translational modifications of human transthyretin N2 - The visceral protein transthyretin (TTR) is frequently affected by oxidative post-translational protein modifications (PTPMs) in various diseases. Thus, better insight into structure-function relationships due to oxidative PTPMs of TTR should contribute to the understanding of pathophysiologic mechanisms. While the in vivo analysis of TTR in mammalian models is complex, time- and resource-consuming, transgenic Caenorhabditis elegans expressing hTTR provide an optimal model for the in vivo identification and characterization of drug-mediated oxidative PTPMs of hTTR by means of matrix assisted laser desorption/ionization – time of flight – mass spectrometry (MALDI-TOF-MS). Herein, we demonstrated that hTTR is expressed in all developmental stages of Caenorhabditis elegans, enabling the analysis of hTTR metabolism during the whole life-cycle. The suitability of the applied model was verified by exposing worms to D-penicillamine and menadione. Both drugs induced substantial changes in the oxidative PTPM pattern of hTTR. Additionally, for the first time a covalent binding of both drugs with hTTR was identified and verified by molecular modelling. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 312 KW - binding KW - c. elegans KW - cells KW - disease KW - force-field KW - life-span KW - menadione KW - n-acetyl-cysteine KW - protein KW - s-glutathionylation Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-103674 ER - TY - THES A1 - Ma, Lan T1 - Mercaptursäure und Nukleosidaddukt im Harn als Biomarker in 1-Hydroxymethylpyren-exponierten Ratten N2 - 1-Methylpyren (MP) ist hepatokanzerogen in neugeborenen männlichen Mäusen. Durch Hydroxylierung an der benzylischen Stelle und anschließende Sulfonierung wird MP zu DNA-reaktivem 1-Sulfooxymethylpyren (SMP) aktiviert. In der Ratte führt die Exposition des benzylischen Alkohols, 1-Hydroxymethylpyren (HMP), zur DNA-Adduktbildung in verschiedenen Geweben. Eventuelle Konsequenz der Toxifizierung ist die Ausscheidung entsprechender Mercaptursäure und Nukleosidaddukt im Harn, welche aufgrund ihrer Herkunft als Biomarker eignen könnten. In dieser Arbeit wird die Ausscheidung der Mercaptursäure und des N2-Desoxyguanosinadduktes in HMP-exponierten Ratten untersucht. Nach der Applikation von HMP bzw. MP wurden weniger als 1 % der Dosis als MPMA über Urin und Faeces ausgeschieden (0 - 48 h). Die Ausscheidung erfolgt hauptsächlich in den ersten 24 h nach der Applikation. MPdG konnte weder in Urin noch in Faeces der HMP-behandelten Tieren identifiziert werden. Nach direkter SMP-Applikation wurde MPdG nur in sehr geringe Menge (weniger als 0,9 ppm in 12 h) im Urin gefunden. Aufgrund der geringen Menge eignet sich MPdG nicht als Biomarker. MPMA dagegen, lässt sich analytisch gut erfassen. Es sollte daher untersucht werden, ob MPMA die Toxifizierung des HMP wiederspiegelt. Die Voraussetzung dafür ist die Kenntnisse über das Metabolismusmuster von HMP. Es wurde daher umfassende Untersuchungen zum Metabolismus des HMP durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass mehr als 80 % der Metaboiten in ihrer oxidierten Form (PCS, deren Glucuronsäure-Konjugate sowie phenolische Sulfatester der PCS) ausgeschieden wurden. Demnach spielt die Oxidation des HMP zu PCS eine sehr wichtige Rolle bei der Detoxifizierung und Ausscheidung von HMP. Ferne konnte nachgewiesen werden, dass die Enzyme Alkohol- und Aldehyd-Dehydrogenase an der Oxidation von HMP beteiligt waren. Die Inhibitoren Disulfiram und Ethanol der o. g. Enzyme wurde daher zur Modulation der Detoxifizierung in vivo eingesetzt. Die Veränderungen in der Toxifizierung von HMP zu SMP wurden durch die SMP-Konzentration im Plasma, die DNA-Addukthäufigkeit und die MPMA-Ausscheidung erfasst. Die Vorbehandlung von Disulfiram und Ethanol führte zu tendentielle Erhöhung der SMP-Konzentration im Plasma, DNA-Addukthäufigkeit in der Leber und die MPMA-Ausscheidung. Bemerkenswert ist jedoch, dass bereits eine Dosis von 0,2 g Ethanol/kg Körpermasse bereits zu statistisch signifikanten Erhöhungen der MPMA-Ausscheidung bei weiblichen Ratten. N2 - 1-Methylpyrene is hepatocarcinogenic in rodents. It is metabolized primarily to 1-hydroxymethylpyrene (HMP) by various cDNA-expressed rat and human cytochromes P450. HMP is activated to a highly reactive sulfuric acid ester, 1-sulfooxymethylpyrene (SMP), by sulphotransferases. In the rat, this activation pathway leads to the formation of DNA adducts in various tissues. Possible consequences of the toxification could be the excretion of the corresponding mercapturic acid and nucleosidadduct in urine and feces. Because of their origin, these substances should reflex the toxification process may be used as biomarkers. We investigate the excretion of 1-methylpyrenyl-mercapturic acid (MPMA) and the excretion of N2-(1-methylpyrenyl)-desoxyguanosin (MPdG) in urine and feces of HMP-treated rats. These studies showed that only a minor portion (< 1 %) of the administered dose of 1-HMP was excreted as mercapturic acid. MPdG could not be identified in urine and feces of HMP-treated rats. Treating rats with the active spieces sulfooxymethylpyrene, 0.9 ppm of the dose was found excreted within 12 h. I now investigated the alternative metabolic pathways of HMP. More than 50 % of the dose (administered intraperitoneally) was excreted as free 1-pyrenyl carboxylic acid and its glucuronic acid conjugate primarily in the urine. Other major urinary metabolites were phenolic sulpho conjugates of ring-oxidized 1-pyrenyl carboxylic acid (> 30 %). Minor metabolites were phenolic sulpho conjugates of HMP (< 5 %). The glucuronic acid conjugate of HMP was found in very small amounts. In total, > 80 % of the metabolites excreted were oxidized at the exocyclic carbon. This side-chain oxidation, probably catalyzed by alcohol and aldehyde dehydrogenases, appears to represent a detoxification pathway. Indeed, administration of ethanol shortly before the administration of HMP to rats increased the levels of SMP detected in blood, of DNA adducts formed in tissues and of mercapturic acid excreted. These effects were observed even at very low dose levels of ethanol (0.2 g per kg body weight). Similar effects were shown after administration of Disulfiram, an inhibitor of aldehyde dehydrogenase. KW - 1-Hydroxymethylpyren KW - Metabolismus KW - Mercaptursäure KW - Nukleosidaddukt KW - Ethanol KW - Biomarker KW - 1-hydroxymethylpyrene KW - metablism KW - mercapturic acid KW - nucleosidadduct KW - ethanol KW - biomarker Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000351 ER - TY - THES A1 - Rätsch, Gunnar T1 - Robust boosting via convex optimization N2 - In dieser Arbeit werden statistische Lernprobleme betrachtet. Lernmaschinen extrahieren Informationen aus einer gegebenen Menge von Trainingsmustern, so daß sie in der Lage sind, Eigenschaften von bisher ungesehenen Mustern - z.B. eine Klassenzugehörigkeit - vorherzusagen. Wir betrachten den Fall, bei dem die resultierende Klassifikations- oder Regressionsregel aus einfachen Regeln - den Basishypothesen - zusammengesetzt ist. Die sogenannten Boosting Algorithmen erzeugen iterativ eine gewichtete Summe von Basishypothesen, die gut auf ungesehenen Mustern vorhersagen. Die Arbeit behandelt folgende Sachverhalte: o Die zur Analyse von Boosting-Methoden geeignete Statistische Lerntheorie. Wir studieren lerntheoretische Garantien zur Abschätzung der Vorhersagequalität auf ungesehenen Mustern. Kürzlich haben sich sogenannte Klassifikationstechniken mit großem Margin als ein praktisches Ergebnis dieser Theorie herausgestellt - insbesondere Boosting und Support-Vektor-Maschinen. Ein großer Margin impliziert eine hohe Vorhersagequalität der Entscheidungsregel. Deshalb wird analysiert, wie groß der Margin bei Boosting ist und ein verbesserter Algorithmus vorgeschlagen, der effizient Regeln mit maximalem Margin erzeugt. o Was ist der Zusammenhang von Boosting und Techniken der konvexen Optimierung? Um die Eigenschaften der entstehenden Klassifikations- oder Regressionsregeln zu analysieren, ist es sehr wichtig zu verstehen, ob und unter welchen Bedingungen iterative Algorithmen wie Boosting konvergieren. Wir zeigen, daß solche Algorithmen benutzt werden koennen, um sehr große Optimierungsprobleme mit Nebenbedingungen zu lösen, deren Lösung sich gut charakterisieren laesst. Dazu werden Verbindungen zum Wissenschaftsgebiet der konvexen Optimierung aufgezeigt und ausgenutzt, um Konvergenzgarantien für eine große Familie von Boosting-ähnlichen Algorithmen zu geben. o Kann man Boosting robust gegenüber Meßfehlern und Ausreissern in den Daten machen? Ein Problem bisheriger Boosting-Methoden ist die relativ hohe Sensitivität gegenüber Messungenauigkeiten und Meßfehlern in der Trainingsdatenmenge. Um dieses Problem zu beheben, wird die sogenannte 'Soft-Margin' Idee, die beim Support-Vector Lernen schon benutzt wird, auf Boosting übertragen. Das führt zu theoretisch gut motivierten, regularisierten Algorithmen, die ein hohes Maß an Robustheit aufweisen. o Wie kann man die Anwendbarkeit von Boosting auf Regressionsprobleme erweitern? Boosting-Methoden wurden ursprünglich für Klassifikationsprobleme entwickelt. Um die Anwendbarkeit auf Regressionsprobleme zu erweitern, werden die vorherigen Konvergenzresultate benutzt und neue Boosting-ähnliche Algorithmen zur Regression entwickelt. Wir zeigen, daß diese Algorithmen gute theoretische und praktische Eigenschaften haben. o Ist Boosting praktisch anwendbar? Die dargestellten theoretischen Ergebnisse werden begleitet von Simulationsergebnissen, entweder, um bestimmte Eigenschaften von Algorithmen zu illustrieren, oder um zu zeigen, daß sie in der Praxis tatsächlich gut funktionieren und direkt einsetzbar sind. Die praktische Relevanz der entwickelten Methoden wird in der Analyse chaotischer Zeitreihen und durch industrielle Anwendungen wie ein Stromverbrauch-Überwachungssystem und bei der Entwicklung neuer Medikamente illustriert. N2 - In this work we consider statistical learning problems. A learning machine aims to extract information from a set of training examples such that it is able to predict the associated label on unseen examples. We consider the case where the resulting classification or regression rule is a combination of simple rules - also called base hypotheses. The so-called boosting algorithms iteratively find a weighted linear combination of base hypotheses that predict well on unseen data. We address the following issues: o The statistical learning theory framework for analyzing boosting methods. We study learning theoretic guarantees on the prediction performance on unseen examples. Recently, large margin classification techniques emerged as a practical result of the theory of generalization, in particular Boosting and Support Vector Machines. A large margin implies a good generalization performance. Hence, we analyze how large the margins in boosting are and find an improved algorithm that is able to generate the maximum margin solution. o How can boosting methods be related to mathematical optimization techniques? To analyze the properties of the resulting classification or regression rule, it is of high importance to understand whether and under which conditions boosting converges. We show that boosting can be used to solve large scale constrained optimization problems, whose solutions are well characterizable. To show this, we relate boosting methods to methods known from mathematical optimization, and derive convergence guarantees for a quite general family of boosting algorithms. o How to make Boosting noise robust? One of the problems of current boosting techniques is that they are sensitive to noise in the training sample. In order to make boosting robust, we transfer the soft margin idea from support vector learning to boosting. We develop theoretically motivated regularized algorithms that exhibit a high noise robustness. o How to adapt boosting to regression problems? Boosting methods are originally designed for classification problems. To extend the boosting idea to regression problems, we use the previous convergence results and relations to semi-infinite programming to design boosting-like algorithms for regression problems. We show that these leveraging algorithms have desirable theoretical and practical properties. o Can boosting techniques be useful in practice? The presented theoretical results are guided by simulation results either to illustrate properties of the proposed algorithms or to show that they work well in practice. We report on successful applications in a non-intrusive power monitoring system, chaotic time series analysis and a drug discovery process. --- Anmerkung: Der Autor ist Träger des von der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam vergebenen Michelson-Preises für die beste Promotion des Jahres 2001/2002. KW - Boosting KW - Klassifikation mit großem Margin KW - Support-Vector Lernen KW - Regression KW - Regularisierung KW - Mathematische Optimierung KW - Stromverbrauchüberwachung KW - Boosting KW - Large Margin Classification KW - Support Vectors KW - Regression KW - Regularization KW - Mathematical Optimization KW - Power Monitoring KW - Time Series Analysis Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000399 ER - TY - THES A1 - Gehrke, Janin T1 - Untersuchungen zu tanninbindenden Speichelproteinen des Rehs und anderer Wiederkäuer T1 - Investigation of tannin binding salivary proteins of roe deer and other ruminants N2 - Am Beispiel der Wiederkäuer wurde unter Zuhilfenahme von biochemischen und molekularbiologischen Methoden die Adaptation von Pflanzenfressern (Herbivoren) an pflanzliche Sekundärmetabolite wie z.B. Tannine untersucht. Tannine können in nicht an ihren Verzehr adaptierten Spezies durch ihr Proteinbindungsvermögen die Nahrungsverwertung und damit Wachstum und Gesundheit des Pflanzenfressers beeinträchtigen (antinutritive Wirkung). Einige Wiederkäuerarten wie z.B. das Reh (Capreolus capreolus) haben in ihrem Nahrungsspektrum viele stark tanninhaltige Pflanzen, leiden aber nicht unter den erwähnten postdigestiven Konsequenzen. Eine Möglichkeit, die antinutritive Wirkung von Tanninen zu neutralisieren, besteht in der Produktion tanninbindender Speichelproteine. Der Speichel verschiedener Wiederkäuerarten wurde auf das Vorhandensein tanninbindender Proteine untersucht. Diese Arten wurden so ausgewählt, dass alle drei Ernährungstypen (Konzentratselektierer, Intermediärtyp, Gras- und Rauhfutterfresser) in den Vergleich eingeschlossen werden konnten. Als Referenzspezies wurde der Konzentratselektierer Reh herangezogen. Die Speichelproteine des Rehs und die der Intermediärtypen (Rentier, Rangifer tarandus; Damhirsch, Cervus dama; Moschusochse, Ovibos moschatus) banden ungefähr doppelt so effektiv an hydrolysierbare Tannine (Tanninsäure), wie die der untersuchten Gras- und Rauhfutterfresser (Rind, Bos taurus; und Mufflon, Ovis orientalis musimon). Diese Abstufung zeigte sich auch bei der Untersuchung der Bindung an kondensierte Tannine (Quebracho). Eine Ausnahme stellte Mufflonspeichel dar, dieser band ebenso gut an Quebracho wie die Speichelproteine der anderen Ernährungstypen. Über eine Aminosäuretotalanalyse konnte festgestellt werden, dass der Speichel einiger untersuchter Wiederkäuerarten prolinreiche Proteine (PRPs) enthielt. Unter Ausnutzung ihrer Trichloressigsäure (TCA)-Löslichkeit wurden diese angereichert und genauer untersucht. Die Analyse der TCA-löslichen Speichelproteine der Konzentratselektierer (Reh, Elch) ergab einen relativen Prolingehalt von über 35 %, während beim Moschusochsen noch 29 % gemessen wurden. In Damhirsch- und Rinderspeichel wurden keine prolinreichen Proteine gefunden. Für die TCA-löslichen Speichelproteine des Rehs konnte eine hohe Tanninbindungskapazität nachgewiesen werden. Diese banden 24 - 30 x effektiver an Tannine als die TCA-löslichen Speichelproteine des Rindes. Die Tanninbindungskapazitäten der TCA-löslichen Speichelproteine von Moschusochse und Damhirsch waren ebenfalls höher als die des Rindes, aber niedriger als die des Rehs. Die Kohlenhydrat-Analyse der TCA-löslichen Speichelproteine des Rehs erbrachte, dass es sich bei ihnen um Glykoproteine handelt. Mittels Gelfiltration und zweidimensionaler Polyacrylamidgelektrophorese konnten fünf Proteingruppen mit Molekulargewichten zwischen 15 und 50 kd sowie isoelektrischen Punkten zwischen 4,0 und 8,2 detektiert werden. Von 15 dieser Proteine konnten die N-terminalen Aminosäuresequenzen ermittelt werden. Ausgehend von diesen Informationen wurden Reh-PRP spezifische mRNAs isoliert und partiell sequenziert. Die meisten dieser Fragmente hatten eine gemeinsame 18 Aminosäuren lange C-terminale Sequenz PPPEEQPEE/QSPDEE/DSPSE. Die Suche nach Übereinstimmungen der analysierten Sequenzen mit anderen Säugetier-PRPs in der Genbank ergab keine sinnvollen Ähnlichkeiten. Die Ergebnisse können zu Informationen über tanninbindende Proteine anderer Wiederkäuer führen. Die Sequenzinformationen stellen einen Ausgangspunkt bei der Analyse der evolutiven Zusammenhänge der Cerviden dar. N2 - Investigation of tannin binding salivary proteins of roe deer and other ruminants: In this work the adaptation of herbivores to plant secondary metabolites was investigated with help of biochemical and molecular biological methods. In unadapted species plant secondary metabolites as tannins can reduce food digestibility and thus diminish growth rate and health status (antinutritive action). Tannins act through its astringency, that means the high capacity to bind proteins, other macromolecules and metal ions. Some ruminant species feed on tannin containing plant but do not suffer from the mentioned nutritive consequences. The production of tannin binding proteins is one possible adaptation mechanism to neutralize the effects of the tannins. Saliva of six different ruminant species was investigated for the presence of tannin binding proteins. All three feeding types (concentrate selector, intermediate type and grass and roughage eater) were included in the comparison. Salivary proteins from roe deer (Capreolus capreolus, concentrate selector) and from the intermediate feeding types (rein deer, Rangifer tarandus; fallow deer, Cervus dama; musk ox, Ovibos moschatus) bound twice as effective to hydrolysable tannins (tannic acid) as those from the investigated grass and roughage eaters (cattle, Bos taurus; moufflon, Ovis orientalis). This differentiation could also be observed investigating the binding capacities to condensed tannins (quebracho) except for moufflon. Moufflon salivary proteins bound with the same intensity to quebracho as the salivary proteins from the other feeding types. Proline rich proteins (PRPs) could be accumulated from roe deer, moose and musk ox saliva by use of its solubility properties in 5 % trichloro acetic acid (TCA). Roe deer and moose TCA soluble salivary proteins contained more than 35 %, musk ox proteins 29 % proline. In fallow deer and cattle saliva PRPs could not be detected. A tannin binding assay demonstrated for the TCA soluble salivary proteins from roe deer, musk ox and fallow deer but not from cattle, that they are able to bind tannins. Roe deer salivary proteins bound 24 to 30 more effective to tannins as cattle proteins. Tannin binding capacity of the proteins from musk ox and fallow deer saliva was higher as those from cattle but lower as those from roe deer. For further analysis of ruminant tannin binding proteins we chose roe deer as reference species. Carbohydrate analysis of TCA soluble proteins from roe deer saliva showed that they were glycoproteins. With help of gel filtration and two dimensional polyacrylamid gel electrophoresis five proteins groups with molecular weights from 15 to 50 kd and isoelectric points from 4.0 to 8.2 could be detected. N-terminal amino acid sequences of 15 of the roe deer salivary TCA soluble proteins were determined by Edmann degradation. This information led to partially sequenced roe deer PRP specific cDNA. An 18 amino acid long C-terminal sequence was common in most of the clones. The obtained roe deer PRP sequences did not match with known mammalian PRP sequences from data banks. The finding in this work can lead to information about salivary tannin binding proteins in other ruminants. The sequence information represent a starting-point for the investigation of cervid evolution. KW - Speichel KW - tanninbindende Speichelproteine KW - prolinreiche Proteine KW - Wiederkäuer KW - Reh KW - saliva KW - tannin binding salivary proteins KW - proline rich proteins KW - ruminant KW - roe deer Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000444 ER - TY - THES A1 - Boeuf, Stéphane T1 - Comparative study of gene expression during the differentiation of white and brown preadipocytes N2 - Einleitung Säugetiere haben zwei verschiedene Arten von Fettgewebe: das weiße Fettgewebe, welches vorwiegend zur Lipidspeicherung dient, und das braune Fettgewebe, welches sich durch seine Fähigkeit zur zitterfreien Thermogenese auszeichnet. Weiße und braune Adipozyten sind beide mesodermalen Ursprungs. Die Mechanismen, die zur Entwicklung von Vorläuferzellen in den weißen oder braunen Fettzellphenotyp führen, sind jedoch unbekannt. Durch verschiedene experimentelle Ansätze konnte gezeigt werden, daß diese Adipocyten vermutlich durch die Differenzierung zweier Typen unterschiedlicher Vorläuferzellen entstehen: weiße und braune Preadipozyten. Von dieser Hypothese ausgehend, war das Ziel dieser Studie, die Genexpression weißer und brauner Preadipozyten auf Unterschiede systematisch zu analysieren. Methoden Die zu vergleichenden Zellen wurden aus primären Zellkulturen weißer und brauner Preadipozyten des dsungarischen Zwerghamsters gewonnen. „Representational Difference Analysis“ wurde angewandt, um potentiell unterschiedlich exprimierte Gene zu isolieren. Die daraus resultierenden cDNA Fragmente von Kandidatengenen wurden mit Hilfe der Microarraytechnik untersucht. Die Expression dieser Gene wurde in braunen und weißen Fettzellen in verschiedenen Differenzierungsstadien und in braunem und weißem Fettgewebe verglichen. Ergebnisse 12 Gene, die in braunen und weißen Preadipozyten unterschiedlich exprimiert werden, konnten identifiziert werden. Drei Komplement Faktoren und eine Fettsäuren Desaturase werden in weißen Preadipozyten höher exprimiert; drei Struktur Gene (Fibronectin, Metargidin und a Actinin 4), drei Gene verbunden mit transkriptioneller Regulation (Necdin, Vigilin und das „small nuclear ribonucleoprotein polypeptide A“) sowie zwei Gene unbekannter Funktion werden in braunen Preadipozyten höher exprimiert. Mittels Clusteranalyse (oder Gruppenanalyse) wurden die gesamten Genexpressionsdaten charakterisiert. Dabei konnten die Gene in 4 typischen Expressionsmuster aufgeteilt werden: in weißen Preadipozyten höher exprimierte Gene, in braunen Preadipozyten höher exprimierte Gene, während der Differenzierung herunter regulierte Gene und während der Differenzierung hoch regulierte Gene. Schlußfolgerungen In dieser Studie konnte gezeigt werden, daß weiße und braune Preadipozyten aufgrund der Expression verschiedener Gene unterschieden werden können. Es wurden mehrere Kandidatengene zur Bestimmung weißer und brauner Preadipozyten identifiziert. Außerdem geht aus den Genexpressionsdaten hervor, daß funktionell unterschiedliche Gruppen von Genen eine wichtige Rolle bei der Differenzierung von weißen und braunen Preadipozyten spielen könnten, wie z.B. Gene des Komplementsystems und der extrazellulären Matrix. N2 - Introduction Mammals have two types of adipose tissue: the lipid storing white adipose tissue and the brown adipose tissue characterised by its capacity for non-shivering thermogenesis. White and brown adipocytes have the same origin in mesodermal stem cells. Yet nothing is known so far about the commitment of precursor cells to the white and brown adipose lineage. Several experimental approaches indicate that they originate from the differentiation of two distinct types of precursor cells, white and brown preadipocytes. Based on this hypothesis, the aim of this study was to analyse the gene expression of white and brown preadipocytes in a systematic approach. Experimental approach The white and brown preadipocytes to compare were obtained from primary cell cultures of preadipocytes from the Djungarian dwarf hamster. Representational difference analysis was used to isolate genes potentially differentially expressed between the two cell types. The thus obtained cDNA libraries were spotted on microarrays for a large scale gene expression analysis in cultured preadipocytes and adipocytes and in tissue samples. Results 4 genes with higher expression in white preadipocytes (3 members of the complement system and a fatty acid desaturase) and 8 with higher expression in brown preadipocytes were identified. From the latter 3 coded for structural proteins (fibronectin, metargidin and a actinin 4), 3 for proteins involved in transcriptional regulation (necdin, vigilin and the small nuclear ribonucleoprotein polypeptide A) and 2 are of unknown function. Cluster analysis was applied to the gene expression data in order to characterise them and led to the identification of four major typical expression profiles: genes up-regulated during differentiation, genes down-regulated during differentiation, genes higher expressed in white preadipocytes and genes higher expressed in brown preadipocytes. Conclusion This study shows that white and brown preadipocytes can be distinguished by different expression levels of several genes. These results draw attention to interesting candidate genes for the determination of white and brown preadipocytes (necdin, vigilin and others) and furthermore indicate that potential importance of several functional groups in the differentiation of white and brown preadipocytes, mainly the complement system and extracellular matrix. KW - Säugetiere ; Fettgewebe ; Zelldifferenzierung ; Genexpression KW - Preadipozyt KW - Adipozyt KW - Fettzelle KW - braunes Fettgewebe KW - Differenzierung KW - Genexpression KW - Microarray KW - preadipocyte KW - adipocyte KW - brown adipose tissue KW - differentiation KW - gene expression KW - microarray Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000542 ER - TY - JOUR ED - Jänkel, Ralph ED - Loschelder, Wolfgang T1 - Umweltforschung an der Universität Potsdam JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam N2 - Darstellung der an der Universität mit umweltwissenschaftlicher Forschung befassten Strukturen und ihrer Projekte: 1. Projekte - Humanökologie / Umweltbezogene Handlungsstrukturen / Umweltbildung BERNDT, K.-P.: Interdisziplinäres multimediales Lehr- und Lernprojekt "Biodiversität in Großökosystemen" ; FELGENTREFF, C.: Hochwasser im Kontext. Zur Rekonstruktion des Oderhochwassers 1997 in Brandenburg und seiner Folgen ; GIEST, H.; WALGENBACH, W.: Entwicklung von Multimedia-Bausteinen zur Ökologischen Grundbildung ; GREIL, H. et al.: Anthropometrische Grundlagen für die Entwicklung maßgerechter 3D-Computersimulationen des menschlichen Körpers zum Einsatz bei der Gestaltung körpernaher Umweltelemente ; SCHEFFLER, C. et al.: Maß- und funktionsgerechte Gestaltung der körpernahen Umwelt älterer Menschen ; SCHILITZ, A. et al.: Körperliche Entwicklung von Brandenburger Schülern und Schülerinnen als Indikator für komplexe Veränderungen von Umweltbedingungen ; SEGERT, A.; ZIERKE, I.: Handlungsstrukturen in einer ökologisch orientierten Genossenschaft ; WIPPER, R.: Interaktive multimediale Bildungssoftware "Ökosystem Wald - Artenvielfalt in Brandenburg" - Umwelt und Ökonomie / Nachhaltigkeit BALDERJAHN, I.; KRUEGER, C.: Produkte und Prozesse mit dem Ziel Nachhaltigkeit Teilprojekt: "Marketing, Kommunikation, Informationsmanagement" ; MÜLLER, K. et al: Ansätze für eine dauerhaft umweltgerechte landwirtschaftliche Produktion: Modellgebiet Nordost-Deutschland (GRANO) ; PETERSEN, H.-G.; MÜLLER, K.: GRANO - Projektbereich 1: Dezentrale Bewertungs- und Koordinationsmechanismen - Teilprojekt 2: Honorierung ökologischer Leistungen ; SCHULTZ, P.; SOYEZ, K.: Der ökologische Friedhof - Ein Ort des Lebens ; THRÄN, D.: Nachhaltiges Stoffstrommanagement ländlich strukturschwacher Regionen - Ökologie und Naturschutz / Landschaftsplanung / Landschaftsentwicklung BISSINGER, V.; TITTEL, J.: Process rates and growth limiting factors of planktonic algae (Chlamydomonas sp.) from extremely acidic (pH 2,5 - 3) mining lakes in Germany ; BORK, H.-R. et al.: Erodierte Autos und Brunnen in Oregon, USA ; BRONSTERT, A. et al.: Bewirtschaftunsmöglichkeiten im Einzugsgebiet der Havel ; JELTSCH, F. et al.: Beweidung als Degradationsfaktor in ariden und semiariden Weidesystemen ; JELTSCH, F. et al.: Entstehung und Bedeutung räumlicher Vegetationsstrukturen in Trockensavannen: Baum-Graskoexistenz und Artenvielfalt ; JESSEL, B. et al.: Bodenbewertung für Planungs- und Zulassungsverfahren in Brandenburg ; JESSEL, B.; ZSCHALICH, A.: Erarbeitung von Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen für die Wert- und Funktionselemente des Landschaftsbildes ; RÖßLING, H. et al.: Umsetzung von Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen beim Ausbau der Bundesautobahn A 9 ; SPINDLER, J.; GAEDKE, U.: Estimating production in plankton food webs from biomass size spectra and allometric relationships ; TIELBÖRGER, K. et al.: Sukzessionsprozesse in einem Sanddünengebiet nach Ausschluß von Beweidung ; TIELBÖRGER, K. et al.: Populationsdynamische Funktionen von Ausbreitung und Dormanz ; TIELBÖRGER, K. et al.: Raum-zeitliche Populationsdynamik von einjährigen Wüstenpflanzen ; TITTEL, J. et al.: Ressourcennutzung und -weitergabe im planktischen Nahrungsnetz eines extrem sauren (pH 2,7) Tagebausees ; WALLSCHLÄGER, D.; WIEGLEB, G.: Offenland-Management auf ehemaligen und in Nutzung befindlichen Truppenübungsplätzen im pleistozänen Flachland Nordostdeutschlands: Naturschutzfachliche Grundlagen und praktische Anwendungen ; WEITHOFF, G.; GAEDKE, U.: Planktische Räuber-Beute-Systeme: Experimentelle Untersuchung von ökologischen Synchronisationen - Schutzgüter Wasser, Boden, Luft BLUMENSTEIN, O.: Investigation of Environmental Quality and Social Structures in a Mining Area in the North West Province of South Africa ; BRONSTERT, A.; GÜNTNER, A.: A large-scale hydrological model for the semi-arid environment of north-eastern Brazil ; BRONSTERT, A. et al.: Hochwasserproblematik und der Zusammenhang mit Landnutzungs- und Klimaänderungen ; FRIEDRICH, S.: Vergleichende Untersuchungen zur Wasserqualität des anfallenden Regenwassers an den 14 Regenwassereinläufen der Stadt Potsdam ; GELDMACHER, K. et al.: Bodenzerstörung im Palouse, Washington, USA ; ITZEROTT, S.; KADEN, K.: Modellierung der flächenhaften Verdunstung im Gebiet der Unteren Havel ; KNÖSCHE, R.: Das remobilisierbare Nährstoffpotential in Augewässersedimenten einer Tieflandflußaue ; - Umweltanalytik / Umweltmeßtechnik / Informationssysteme ASCHE, H.: Zur Visualisierung von Umweltdaten in Umweltinformationssystemen: ein Modul digitaler Basiskarten für das brandenburgische Landesumweltinformationssystem LUIS-BB ; BÖCKMANN, C.: Evaluation of Multi-spectral Lidar Measurements of the Tropo- and Stratosphere via Modern Mathematical Methods for Inverse Ill-posed Problems to Determine the Aerosol Size Distribution ; LAUE, S.: Klimaeinfluß auf die Zerstörung von Baudenkmälern durch lösliche Salze am Beispiel des Grottensaals im Neuen Palais, Potsdam ; LÖHMANNSRÖBEN; H.-G. et al.: In-situ Analytik von organischen Bodenkontaminationen mit Laser-induzierter Fluoreszenz ; LÖHMANNSRÖBEN; H.-G. et al.: Entwicklung eines optischen Meßsystems zur in-situ Bestimmung von Fluoreszenztracern, Sauerstoff und pH-Wert in Gewässern (FLUTRAS: Fluorescence Tracer Detection System) ; LÖHMANNSRÖBEN; H.-G. et al.: Untersuchung von organischer Bodensubstanz und Bodengasen mit laser-spektroskopischer in-situ Meßtechnik ; LÜCK, E. et al.: Automatisierung der Leckageerkennung an Deponieoberflächen- abdichtungen ; LÜCK, E. et al.: Einführung geophysikalischer Meßverfahren zur Ermittlung von Bodenkennwerten für die teilflächenspezifische Bewirtschaftung in der KSG Agrargesellschaft mbH Kassow ; MAKOWER, A.: Entwicklung von Labormustern zur Analyse von phosphororganischen Verbindungen und Pestiziden ; SCHELLER, F.W.: Biomolekulare Erkennungssysteme für die Biochemische Analytik ; SCHELLER, F.W.: Biosensor-Stabilität ; STÖCKLEIN, W.: Biosensoren für die direkte vor-Ort Überwachung von Umwelt- Schadstoffen ; WOLLENBERGER, U.: Integrierte Immuno-Extraktions-Probenahme und tragbarer Biosensor-Prototyp für vor-Ort Messungen - Ökotechnologie / Regenerative Energien BAIER, D.; SOYEZ, K.: Dekontamination von Altholz ; BAIER, D. et al.: Untersuchungen zur Kompostierbarkeit von paraffinbeschichteten Verpackungsmaterialien ; KAISER, J.; SOYEZ, K.: Zum Wasser- und Wärmehaushalt des Intensivrotteprozesses der mechanisch-biologischen Abfallbehandlung ; KAMM, B. et al.: Green Biorefinery - European Network for the Implementation of Biorefineries (NIB) ; KAMM, B. et al.: Grüne Bioraffinerie Brandenburg ; KOLLER, M.; HERMANN, T.: Entscheidungshilfen für die ökologische Optimierung der Entsorgung häuslicher Restabfälle ; SCHMEER, E.: Solarthermie 2000 ; SCHMEER, E.: Forschungs- und Demonstrationsanlage zur Photovoltaik ; SOYEZ, K. et al.: Verbundvorhaben "Mechanisch-biologische Restabfallbehandlung" ; STARKE, I. et al.: Carbohydrates as raw material from a Green BioRefinery 2. Arbeitsgruppen / Professuren T3 - Brandenburgische Umwelt-Berichte - 8 Y1 - 2000 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7912 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 IS - 8 ER - TY - THES A1 - Schlichter, Susanne T1 - Einfluss des Flavonoids Quercetin auf die epitheliale Barrierefunktion der humanen Kolonkarzinom-Zelllinie Caco-2 T1 - The influence of the flavonoid quercetin on the epithelial barrier function in a human colonic carcinoma cell line Caco-2 N2 - Ein hoher Verzehr von Obst und Gemüse scheint das Risiko der Inzidenz verschiedener Erkrankungen zu reduzieren. Es wird vermutet, dass eine Gruppe sekundärer Pflanzeninhaltsstoffe, die Flavonoide, hierfür verantwortlich sind. Mögliche Effekte auf die intestinale Barrierefunktion dieser Substanzklasse sind jedoch weitgehend ungeklärt. Parazelluläre Eigenschaften epithelialer Zellen werden hauptsächlich durch die Zell-Zell-Kontakte der Tight Junction (TJ) insbesondere durch die Proteine Occludin und die Claudine definiert. Ziel dieser Arbeit war es, die Effekte des am häufigsten vorkommenden Flavonoids Quercetin auf die Barrierefunktion der Kolonkarzinom-Zelllinie Caco-2 zu untersuchen. Hierbei zeigte sich, dass Quercetin konzentrationsabhängig (50-200 µM) den transepithelialen Widerstand erhöhte. Die Wirkung von 200 µM Quercetin war bereits nach 4 h Inkubation erkennbar und erreichte nach 48 h maximale Werte. Der Wirkverlust, welcher nach 72 h Inkubation eintrat, konnte durch eine tägliche Gabe des Flavonoids verhindert werden. Weiterhin zeigte sich, dass der Quercetin-induzierte Widerstandsanstieg durch mukosale oder serosale Zugabe gleichermaßen auslösbar war. Western Blot-Analysen der TJ-Proteine Occludin, Claudin-1, -3, -4 und -7 ergaben, dass der durch Quercetin-induzierte Widerstandsanstieg insbesondere mit einer Zunahme der Expression des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-4 einherging. Quercetin erhöhte ebenfalls die mRNA-Expression von Claudin-4 (quantitative RT-PCR) und bewirkte eine Aktivierung des Claudin-4-Promotors (Luciferase-Reportergen-Analysen). Mittels Immunfluoreszenz-Färbungen und Laserscanning-Mikroskopie konnte ein vermehrter Einbau von Claudin-4 in die TJ nachgewiesen werden. Funktionelle Untersuchungen mittels radioaktiven Fluxmessungen zeigten, dass das Flavonoid die parazelluläre Permeabilität für Natrium und Chlorid reduzierte, aber die Durchlässigkeit von Mannitol als parazellulärer Marker unverändert blieb. Wir konnten hiermit erstmals nachweisen, dass Quercetin die Expression des abdichtenden TJ-Proteins Claudin-4 in den TJ-Komplex verstärkte, wodurch die Ionen-Durchlässigkeit für Natrium und Chlorid vermindert wurde. Das führte zu einer Abdichtung der intestinalen Barriere. Dieser direkte Effekte von Quercetin könnte eine neue Möglichkeit für die Behandlung oder Prävention von Diarrhöe-bedingten intestinalen Barrieredefekten darstellen. N2 - High dietary intake of fruits and vegetables is associated with a reduced disease risk. A group of secondary plant compounds, the flavonoids, are supposed to be important in this respect, but there is still limited information about their effects on intestinal barrier function. Paracellular properties of epithelial cells are defined for the most part by the tight junctional complex with the corresponding tight junction (TJ) proteins occludin and the claudin gene family. Therefore, the aim of our study was to elucidate the effects of quercetin, a common flavonoid, on the barrier function of the colonic epithelial cell line Caco-2. Addition of quercetin to the Caco-2 monolayer applied to the mucosal and serosal culture medium increased transepithelial resistance in a concentration-dependent manner (50-200 µM). The effect of 200 µM quercetin was already observable after 4 hours and reached maximal levels after 48 hours. The loss of action after 72 hours was blocked by a daily addition of the flavonoid. The effect of quercetin was not different after mucosal or serosal addition. Western blot analysis of occludin, claudin-1, -3, -4, and -7 revealed that the resistance rise was associated specifically with an elevated expression of the barrier-sealing TJ protein claudin-4. The mRNA expression and the promotor activity of claudin-4 were found increased by the flavonoid using quantitative RT-PCR and luciferase reporter gene assays. Immunofluorescent staining analyzed by confocal laser scanning microscopy primarily revealed a strong increase of claudin-4, localized within the TJ as well as in subjunctional regions. Radioactive tracer fluxes revealed a reduced paracellular permeability of sodium and chloride by quercetin, whereas the permeability of the uncharged solute mannitol was not altered. We demonstrated that the flavonoid quercetin increases the expression of claudin-4 within the tight junctional complex, which caused a decrease of the paracellular permeability for sodium and chloride. This leads to a sealing of the intestinal barrier for ions. Thus, this novel direct effect of quercetin may be utilized for the treatment or prevention of diarrhea-causing intestinal barrier defects in inflammatory bowel diseases. KW - Flavonoid KW - Quercetin KW - Tight Junction KW - Claudin-4 KW - Caco-2 KW - flavonoid KW - quercetin KW - tight junction KW - claudin-4 KW - Caco-2 Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-15269 ER - TY - THES A1 - Gründel, Sindy T1 - Akuteffekte des polyphenolreichen unlöslichen Carobballaststoffes auf Parameter des Metabolischen Syndroms bei gesunden Erwachsenen T1 - Acute effects of carob fibre preparation rich in polyphenols on parameters of the metabolic syndrome in healthy adults N2 - Das Metabolische Syndrom stellt eine Kombination verschiedener metabolischer Anomalien in einem Individuum dar. Starkes Übergewicht gilt als maßgebende Größe in der Genese des Syndroms, welches mit einem enormen Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen einhergeht. Um die stark steigende Prävalenz des Metabolischen Syndroms einzudämmen, sind dringend Konzepte für die Behandlung, vor allem jedoch für die Prävention von Übergewicht erforderlich. Einen wichtigen Beitrag leisten diesbezüglich Ballaststoffe in der Ernährung. Sie tragen auf unterschiedlichen Wegen zur Gewichtskontrolle bei und beeinflussen zudem verschiedene mit dem Metabolischen Syndrom assoziierte Blutparameter. Ebenso werden protektive Effekte von Polyphenolen, welche zur Gruppe der sekundären Pflanzenstoffe zählen, beschrieben. Diese wirken u. a. auf den Glukose- sowie den Insulinhaushalt und greifen darüber hinaus in die Regulation der Fettverbrennung sowie des Energieverbrauches ein. Die Kombination beider Substanzgruppen verspricht bedeutendes gesundheitsförderndes Potential; dieses wurde gegenwärtig jedoch kaum untersucht. Carobballaststoff ist ein polyphenolreicher und vorwiegend unlöslicher Extrakt der Frucht des Johannisbrotbaumes (Ceratonia siliqua L). Bislang publizierte Studien zur physiologischen Wirksamkeit dieses Ballaststoffpräparates weisen sowohl beim Tier als auch beim Menschen bemerkenswerte hypocholesterinämische Eigenschaften nach. Inwiefern sich der Verzehr des Carobballaststoffes ebenso auf die Entwicklung von Übergewicht sowie anderen Messgrößen des Metabolischen Syndroms auswirkt, ist allerdings nicht bekannt. Die Zielstellung der Promotionsarbeit bestand darin, die postprandialen Wirkungen des Carobballaststoffverzehrs mit Hilfe einer Humanstudie aufzuzeigen. In die randomisierten, einfach verblindeten Untersuchungen im cross-over-Design wurden 20 gesunde Erwachsene im Alter zwischen 22 und 62 Jahren eingeschlossen. Unter Verwendung variierender Begleitmahlzeiten wurden die postprandialen Effekte verschiedener Mengen des Carobballaststoffes untersucht. Hierbei standen die Veränderungen der Plasmakonzentrationen von Glukose, Triglyceriden (TG), totalem und acyliertem Ghrelin sowie der Serumkonzentrationen von Insulin und nicht-veresterten Fettsäuren (NEFA) im Mittelpunkt der Betrachtungen. Der Verzehr des Carobballaststoffes in Kombination mit 200 ml Wasser und 50 g Glukose erhöhte die postprandialen Glukose- und Insulinkonzentrationen gegenüber der Glukoselösung ohne Ballaststoffzusatz. In Kombination mit 400 ml einer Flüssigmahlzeit verzehrt, senkte Carobballaststoff die postprandialen TG-, NEFA- und Ghrelin- (acyliert) Antworten. Die Untersuchung des respiratorischen Quotienten nach Zusatz von Carobballaststoff zur Flüssigmahlzeit mittels indirekter Respirationskalorimetrie bekräftigte die bereits bekannten Effekte auf den Lipidmetabolismus und wies zudem eine Steigerung der Fettverwertung unter Verminderung der Glukoseoxidation nach. Wurde Carobballaststoff schließlich in Lebensmittel eingebracht, sanken nach dem Verzehr dieser Lebensmittel erneut die postprandialen Konzentrationen an TG und NEFA. Gleichzeitig erhöhten sich die Glukose-, Insulin- sowie Ghrelin- (acyliert) Antworten. Carobballaststoff löst in Abhängigkeit von der jeweils verzehrten Begleitmatrix unterschiedliche Effekte aus. Das Präparat weist beachtliche Wirkungen auf die Blutlipide sowie den Energieverbrauch auf, hat indes ungünstige Wirkungen auf die Blutglukose, sofern er in Kombination mit einer veränderten Nährstoffmatrix aufgenommen wird. Carobballaststoff besitzt starkes gesundheitsförderndes Potential; jedoch sind weitere Studien notwendig, um seine Wirkungen sowie deren Voraussetzungen besser zu verstehen. Ferner sollten Untersuchungen über einen längeren Zeitraum vorgenommen werden, um die langfristige Relevanz der gewonnenen Ergebnisse darzulegen. Danach stellt die Anreicherung spezieller Lebensmittel mit Carobballaststoff einen geeigneten Weg dar, um von den viel versprechenden protektiven Wirkungen des Präparates zu profitieren. N2 - The metabolic syndrome is a clustering of metabolic abnormalities and cardiovascular risk factors that occur in one individual. Since many individuals suffering of the metabolic syndrome are overweight, dietary treatment should primarily focus on weight reduction and control to handle and, much more importantly, to prevent the genesis of the syndrome. Dietary fiber could play a role in the management of the metabolic syndrome through its ability to control body weight as well as several parameters associated to the syndrome. Beside this, dietary polyphenols have been shown to influence glucose and insulin metabolism. Furthermore, studies in mice and men showed that polyphenols might increase fat oxidation and energy expenditure. The combination of both, dietary fiber and polyphenols, may exert beneficial health effects, which are not known up to now. A polyphenol-rich insoluble dietary fiber preparation from carob pulp (Ceratonia siliqua L; carob fiber) showed significant hypocholesterolemic activity in different animal trails and two human studies indicating that carob fiber may have potent health effects. However, short term effects on parameters associated with the control of the metabolic syndrome are not known. Therefore, a study was conducted to investigate the postprandial effects of carob fiber in healthy humans using different background food matrices. The study was designed as a randomized single-blind cross-over study in 20 subjects, aged 22 to 62 years. During several examinations plasma glucose, triglycerides (TG), total and acylated ghrelin, cholecystokinin (CCK) and peptide YY (PYY) as well as serum insulin and non-esterified fatty acids (NEFA) were repeatedly assessed before and after ingestion of carob fiber in combination with different test meals. The study results showed that carob fiber, consumed within a glucose load, increased plasma glucose and serum insulin compared to control. Plasma PYY increased after consumption of carob-enriched glucose solution. In a second part of the study, postprandial changes were assessed before and after ingestion of an isocaloric standardized liquid meal with or without carob fiber. Carob fiber intake lowered acylated ghrelin, triglycerides, and NEFA compared to control meal. Postprandial energy expenditure was increased and RQ was reduced after liquid meal with carob fiber compared to control meal. Finally, effects of the consumption of carob fiber-enriched foods were investigated at the subsequent day. Enrichment of foods increased plasma glucose and acylated ghrelin responses. Plasma triglycerides and serum NEFA responses were lower after bread ingestion compared to control. These results indicate that the effects of polyphenol-rich carob fiber on different blood parameters depend on the meal composition. Carob fiber showed beneficial effects on blood lipids as well as energy homeostasis, but also a deteriorated glycemic control when administered within a different food matrix. Further studies are needed to clarify observed effects and the mechanisms behind. Additionally, present study shows only short-term effects of carob fiber consumption, which might be less pronounced after long-term consumption due to adaptation mechanisms. Thus, future studies should elucidate the relevance of observed effects in long-term. KW - Carobballaststoff KW - Polyphenole KW - Metabolisches Syndrom KW - Substratverwertung KW - carob fibre KW - polyphenols KW - metabolic syndrome KW - substrate utilisation Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14899 ER - TY - THES A1 - Wasiolka, Bernd T1 - The impact of overgrazing on reptile diversity and population dynamics of Pedioplanis l. lineoocellata in the southern Kalahari T1 - Der Einfluss von Überweidung auf Reptiliendiversität und die Poplationsdynamik von Pedioplanis l. lineoocellata in der südlichen Kalahari N2 - Die Vegetationskomposition und –struktur, beispielsweise die unterschiedliche Architektur von Bäumen, Sträuchern, Gräsern und Kräutern, bietet ein großes Spektrum an Habitaten und Nischen, die wiederum eine hohe Tierdiversität in den Savannensystemen des südlichen Afrikas ermöglichen. Dieses Ökosystem wurde jedoch über Jahrzehnte weltweit durch intensive anthropogene Landnutzung (z.B. Viehwirtschaft) nachhaltig verändert. Dabei wurden die Zusammensetzung, Diversität und Struktur der Vegetation stark verändert. Überweidung in Savannensystemen führt zu einer Degradation des Habitates einhergehend mit dem Verlust von perennierenden Gräsern und krautiger Vegetation. Dies führt zu einem Anstieg an vegetationsfreien Bodenflächen. Beides, sowohl der Verlust an perennierenden Gräsern und krautiger Vegetation sowie der Anstieg an vegetationsfreien Flächen führt zu verbesserten Etablierungsbedingungen für Sträucher (z.B. Rhigozum trichotomum, Acacia mellifera) und auf lange Sicht zu stark verbuschten Flächen. Die Tierdiversität in Savannen ist hiervon entscheidend beeinflusst. Mit sinkender struktureller Diversität verringert sich auch die Tierdiversität. Während der Einfluss von Überweidung auf die Vegetation relativ gut untersucht ist sind Informationen über den Einfluss von Überweidung auf die Tierdiversität, speziell für Reptilien, eher spärlich vorhanden. Zusätzlich ist sehr wenig bekannt zum Einfluss auf die Populationsdynamik (z.B. Verhaltensanpassungen, Raumnutzung, Überlebensrate, Sterberate) einzelner Reptilienarten. Ziel meiner Doktorarbeit ist es den Einfluss von Überweidung durch kommerzielle Farmnutzung auf die Reptiliengemeinschaft und auf verschiedene Aspekte der Populationsdynamik der Echse Pedioplanis lineoocellata lineoocellata zu untersuchen. Hinsichtlich bestimmter Naturschutzmaßnahmen ist es einerseits wichtig zu verstehen welchen Auswirkungen Überweidung auf die gesamte Reptiliengemeinschaft hat. Und zum anderen wie entscheidende Faktoren der Populationsdynamik beeinflusst werden. Beides führt zu einem besseren Verständnis der Reaktion von Reptilien auf Habitatdegradation zu erlangen. Die Ergebnisse meiner Doktorarbeit zeigen eindeutig einen negativen Einfluss der Überweidung und der daraus resultierende Habitatdegradation auf (1) die gesamte Reptiliengemeinschaft und (2) auf einzelne Aspekte der Populationsdynamik von P. lineoocellata. Im Teil 1 wird die signifikante Reduzierung der Reptiliendiversität und Abundanz in degradierten Habitaten beschrieben. Im zweiten Teil wird gezeigt, dass P. lineoocellata das Verhalten an die verschlechterten Lebensbedingungen anpassen kann. Die Art bewegt sich sowohl häufiger als auch über einen längeren Zeitraum und legt dabei größere Distanzen zurück. Zusätzlich vergrößerte die Art ihr Revier (home range) (Teil 3). Im abschließenden Teil wird der negative Einfluss von Überweidung auf die Populationsdynamik von P. lineoocellata beschrieben: In degradierten Habitaten nimmt die Populationsgröße von adulten und juvenilen Echsen ab, die Überlebens- und Geburtenrate sinken, währen zusätzlich das Prädationsrisiko ansteigt. Verantwortlich hierfür ist zum einen die ebenfalls reduzierte Nahrungsverfügbarkeit (Arthropoden) auf degradierten Flächen. Dies hat zur Folge, dass die Populationsgröße abnimmt und die Fitness der Individuen verringert wird, welches sich durch eine Reduzierung der Überlebens- und Geburtenrate bemerkbar macht. Und zum anderen ist es die Reduzierung der Vegetationsbedeckung und der Rückgang an perennierenden Gräsern welche sich negativ auswirken. Als Konsequenz hiervon gehen Nischen und Mikrohabitate verloren und die Möglichkeiten der Reptilien zur Thermoregulation sind verringert. Des Weiteren hat dieser Verlust an perennierender Grasbedeckung auch ein erhöhtes Prädationsrisikos zur Folge. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nicht nur Bäume und Sträucher, wie in anderen Studien gezeigt, eine bedeutende Rolle für die Diversität spielen, sondern auch das perennierende Gras eine wichtige Rolle für die Faunendiversität spielt. Weiterhin zeigte sich, dass Habitatdegradation nicht nur die Population als gesamtes beeinflusst, sondern auch das Verhalten und Populationsparameter einzelner Arten. Des Weiteren ist es Reptilien möglich durch Verhaltensflexibilität auf verschlechterte Umweltbedingen zu reagieren. N2 - In semi-arid savannah ecosystems, the vegetation structure and composition, i.e. the architecture of trees, shrubs, grass tussocks and herbaceous plants, offer a great variety of habitats and niches to sustain animal diversity. In the last decades intensive human land use practises like livestock farming have altered the vegetation in savannah ecosystems worldwide. Extensive grazing leads to a reduction of the perennial and herbaceous vegetation cover, which results in an increased availability of bare soil. Both, the missing competition with perennial grasses and the increase of bare soils favour shrub on open ground and lead to area-wide shrub encroachment. As a consequence of the altered vegetation structure and composition, the structural diversity declines. It has been shown that with decreasing structural diversity animal diversity decline across a variety of taxa. Knowledge on the effects of overgrazing on reptiles, which are an important part of the ecosystem, are missing. Furthermore, the impact of habitat degradation on factors of a species population dynamic and life history, e.g., birth rate, survival rate, predation risk, space requirements or behavioural adaptations are poorly known. Therefore, I investigated the impact of overgrazing on the reptile community in the southern Kalahari. Secondly I analysed population dynamics and the behaviour of the Spotted Sand Lizard, Pedioplanis l. lineoocellata. All four chapters clearly demonstrate that habitat degradation caused by overgrazing had a severe negative impact upon (i) the reptile community as a whole and (ii) on population parameters of Pedioplanis l. lineoocellata. Chapter one showed a significant decline of regional reptile diversity and abundance in degraded habitats. In chapter two I demonstrated that P. lineoocellata moves more frequently, spends more time moving and covers larger distances in degraded than in non-degraded habitats. In addition, home range size of the lizard species increases in degraded habitats as shown by chapter three. Finally, chapter four showed the negative impacts of overgrazing on several population parameters of P. lineoocellata. Absolute population size of adult and juvenile lizards, survival rate and birth rate are significantly lower in degraded habitats. Furthermore, the predation risk was greatly increased in degraded habitats. A combination of a variety of aspects can explain the negative impact of habitat degradation on reptiles. First, reduced prey availability negatively affects survival rate, the birth rate and overall abundance. Second, the loss of perennial plant cover leads to a loss of niches and to a reduction of opportunities to thermoregulate. Furthermore, a loss of cover and is associated with increased predation risk. A major finding of my thesis is that the lizard P. lineoocellata can alter its foraging strategy. Species that are able to adapt and change behaviour, such as P. lineoocellata can effectively buffer against changes in their environment. Furthermore, perennial grass cover can be seen as a crucial ecological component of the vegetation in the semi-arid savannah system of the southern Kalahari. If perennial grass cover is reduced to a certain degree reptile diversity will decline and most other aspects of reptile life history will be negatively influenced. Savannah systems are characterised by a mixture of trees, shrubs and perennial grasses. These three vegetation components determine the composition and structure of the vegetation and accordingly influence the faunal diversity. Trees are viewed as keystone structures and focal points of animal activity for a variety of species. Trees supply animals with shelter, shade and food and act as safe sites, nesting sites, observation posts and foraging sites. Recent research demonstrates a positive influence of shrub patches on animal diversity. Moreover, it would seem that intermediate shrub cover can also sustain viable populations in savannah landscapes as has been demonstrated for small carnivores and rodent species. The influence of perennial grasses on faunal diversity did not receive the same attention as the influence of trees and shrubs. In my thesis I didn’t explicitly measure the direct effects of perennial grasses but my results strongly imply that it has an important role. If the perennial grass cover is significantly depleted my results suggest it will negatively influence reptile diversity and abundance and on several populations parameters of P. lineoocellata. Perennial grass cover is associated with the highest prey abundance, reptile diversity and reptile abundance. It provides reptiles both a refuge from predators and opportunities to optimise thermoregulation. The relevance of each of the three vegetation structural elements is different for each taxa and species. In conclusion, I can all three major vegetation structures in the savannah system are important for faunal diversity. KW - Shrub encroachment KW - overgrazing KW - biodiversity KW - reptiles Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16611 ER - TY - THES A1 - Pereira da Silva, Tiago T1 - Synchronization in active networks T1 - Synchronisation in Aktiven Netzwerken N2 - In nature one commonly finds interacting complex oscillators which by the coupling scheme form small and large networks, e.g. neural networks. Surprisingly, the oscillators can synchronize, still preserving the complex behavior. Synchronization is a fundamental phenomenon in coupled nonlinear oscillators. Synchronization can be enhanced at different levels, that is, the constraints on which the synchronization appears. Those can be in the trajectory amplitude, requiring the amplitudes of both oscillators to be equal, giving place to complete synchronization. Conversely, the constraint could also be in a function of the trajectory, e.g. the phase, giving place to phase synchronization (PS). In this case, one requires the phase difference between both oscillators to be finite for all times, while the trajectory amplitude may be uncorrelated. The study of PS has shown its relevance to important technological problems, e.g. communication, collective behavior in neural networks, pattern formation, Parkinson disease, epilepsy, as well as behavioral activities. It has been reported that it mediates processes of information transmission and collective behavior in neural and active networks and communication processes in the Human brain. In this work, we have pursed a general way to analyze the onset of PS in small and large networks. Firstly, we have analyzed many phase coordinates for compact attractors. We have shown that for a broad class of attractors the PS phenomenon is invariant under the phase definition. Our method enables to state about the existence of phase synchronization in coupled chaotic oscillators without having to measure the phase. This is done by observing the oscillators at special times, and analyzing whether this set of points is localized. We have show that this approach is fruitful to analyze the onset of phase synchronization in chaotic attractors whose phases are not well defined, as well as, in networks of non-identical spiking/bursting neurons connected by chemical synapses. Moreover, we have also related the synchronization and the information transmission through the conditional observations. In particular, we have found that inside a network clusters may appear. These can be used to transmit more than one information, which provides a multi-processing of information. Furthermore, These clusters provide a multichannel communication, that is, one can integrate a large number of neurons into a single communication system, and information can arrive simultaneously at different places of the network. N2 - In oder Natur sind interagierende komplexe Oszillatoren, die Netzwerke bilden, häufig anzutreffen. Erstaunlich ist, dass sich diese Oszillatoren synchronisieren, ohne ihr eigenes komplexes Verhalten zu verlieren. Diese Fähigkeit zur Synchronisation ist eine wesentliche Eigenschaft von gekoppelten nichtlinearen Oszillatoren. Die Fähigkeit zur Synchronisation kann auf unterschiedliche Weise durch Eingriff in die Bedingungen, die zur Synchronisation führen, verbessert werden. Es kann sowohl eine Synchronisation der Amplituden als auch der Phasen stattfinden bzw. erzwungen werden. Insbesondere Phase Synchronisation über die Phase (PS) hat sich in den wichtigen Bereichen der Technik, Kommunikation, Soziologie und Neurologie als Modellierungsgrundlage bewiesen. Bekannte Beispiele aus der Neurologie sind Parkinson und Epilepsie. In der vorliegenden Arbeit haben wir nach einem verallgemeinerten Weg gesucht, das Phänomen der PS in Netzwerken analysieren zu können. Zuerst haben wir viele Phasendefinitionen für einfache Attraktoren (Oszillatoren mit definierten Phaseneigenschaften) untersucht und festgestellt, dass das Phänomen der PS unabhängig von der Definition der Phase ist. Als nächstes haben wir begonnen, die maximale Abweichungen abzuschätzen, bei der die Synchronisation für bei einer gegebene Phase nicht verlorengeht. Abschließend haben wir eine Methode entwickelt, mittels derer Synchronisation in chaotischen System festgestellt werden kann, ohne die Phase selbst messen zu müssen. Dazu wird zu geeigneten Zeitpunkten der Zustandsraum untersucht. Wir können zeigen, dass mittels dieser Methode in chaotisch Systemen sowohl die Grössenordnung der Synchronisation als auch die Bereiche, in denen Synchronisation stattfindet, untersucht werden können. Dabei kann festgestellt werden, dass der Grad der Synchronisation mit der Menge an Information in Beziehung steht, die an verschieden Stellen eines Netzwerks gleichzeitig übermittelt wird. Dies kann zur Modellierung der Informationsübertragung über die Synapsen im Gehirn verwendet werden. KW - Synchronisation KW - Netzwerk KW - Phase KW - Information KW - Synchronization KW - Networks KW - Phase KW - Information Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14347 ER - TY - THES A1 - Nerlich, Annika T1 - Die Rolle der Phosphatidylserin Decarboxylase für die mitochondriale Phospholipid-Biosynthese in Arabidopsis thaliana T1 - Role of phosphatidylserine decarboxylase in mitochondrial phospholipid biosynthesis of Arabidopsis thaliana N2 - Die durch Phosphatidylserin Decarboxylase (PSD) katalysierte Decarboxylierung von Phosphatidylserin (PS) zu Phosphatidylethanolamin (PE) ist für Mitochondrien in Hefe und Mäusen von essentieller Bedeutung. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde erstmals die Rolle dieses PE-Syntheseweges in Pflanzen untersucht. Die drei in Arabidopsis identifizierten PSD Gene atPSD1, atPSD2, atPSD3 codieren für Enzyme, die in Membranen der Mitochondrien (atPSD1), der Tonoplasten (atPSD2) und des Endoplasmatischen Retikulums (atPSD3) lokalisiert sind. Der Beitrag der einzelnen PSDs zur PE-Synthese wurde anhand von psd Null-Mutanten untersucht. Dabei stellte sich atPSD3 als das Enzym mit der höchsten Aktivität heraus. Alternativ zum PSD-Weg wird in Arabidopsis PE auch mittels Aminoalkohol-phosphotransferase synthetisiert. Der Verlust der gesamten PSD-Aktivität, wie es in der erzeugten psd Dreifachmutante der Fall ist, wirkt sich ausschließlich auf die Lipidzusammensetzung in der Mitochondrienmembran aus. Demzufolge wird extramitochondriales PE hauptsächlich über die Aminoalkoholphosphotransferase synthetisiert. Die veränderte Lipidzusammensetzung der Mitochondrienmembran hatte jedoch keinen Einfluss auf die Anzahl, Größe und Ultrastruktur der Mitochondrien sowie auf das ADP/ATP-Verhältnis und die Respiration. Neben der Bereitstellung von Reduktionsäquivalenten beeinflusst die Funktionalität der Mitochondrien auch die Bildung von Blüten- und Staubblättern. Diese Blütenorgane waren in der psd Dreifachmutante stark verändert, und der Blütenphänotyp ähnelte der APETALA3-Mutante. Dieses homöotische Gen ist für die Ausbildung von Blüten- und Staubblättern verantwortlich. Für die Erzeugung der Mutanten psd2-1 und psd3-1 wurde ein T-DNA Vektor verwendet, der den Promotor des APETALA3 Gens enthielt, welcher in den Mutanten psd2-1, psd3-1 sowie psd2-1psd3-1 und der psd1psd2-1psd3-1 Dreifachmutante eine vergleichbare Co-Suppression des APETALA3 Gens hervorruft. Der Blütenphänotyp trat jedoch nur in der psd Dreifachmutante auf, da nur in ihr die Kombination von geringen Funktionstörungen der Mitochondrien, hervorgerufen durch veränderte Lipidzusammensetzung, mit der Co-Suppression von APETALA3 auftritt. N2 - Decarboxylation of phosphatidylserine (PS) to form phosphatidylethanolamine (PE) catalyzed by phosphatidylserine decarboxylase (PSD) is an essential reaction for mitochondria in yeast and mice. This dissertation describes the role of this biosynthesis pathway in plants for the first time. Three PSD genes were identified in Arabidopsis, atPSD1, atPSD2, atPSD3. The gene products localize to mitochondria (atPSD1), tonoplast (atPSD2) and endoplasmatic retikulum (atPSD3). Contribution to PE-synthesis of each PSD was analyzed using T-DNA insertion mutants. Thereby, atPSD3 was found to be the most active isoform. Alternatively, PE is also synthesized by the action of aminoalcohol phosphotransferase. Complete loss of PSD activity, like in the psd triple mutant, resulted in changes in lipid composition of mitochondria membranes exclusively. In conclusion the bulk of PE is synthesized by aminoalcohol phosphotransferase. Changed lipid composition of mitochondria did not result in changes of mitochondria number, structure, ADP/ATP ratio and respiration. Mitochondria functionality was formerly shown to effect formation of petals and stamens. These flower organs were drastically morphologically changed in psd triple mutants and showed strong similarities to APETALA3 mutants. APETALA3 is a homeotic gene responsible for specifying petals and stamens. Mutants psd2-1 and psd3-1 used for crossing psd double and triple mutants contained a T-DNA vector which include the promoter for APETALA3. This promoter caused co-suppression of the endogenous APETALA3 gene in all mutants isolated from the Arabidopsis Knockout Facility, whereas changed flower morphology occurred only in the triple mutant concluding a combined effect of co-suppression and a reduced functionality of mitochondria, caused by changed lipid composition. KW - Phospholipide KW - Phosphatidylserin Decarboxylase KW - Phosphatidylserin KW - Phosphatidylethanolamin KW - Mitochondrien KW - phospholipids KW - phosphatidylserine decarboxylase KW - phosphatidylserine KW - phosphatidylethanolamine KW - mitochondria Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14522 ER - TY - THES A1 - Schaefer, Laura V. T1 - Synchronisationsphänomene myotendinöser Oszillationen interagierender neuromuskulärer Systeme T1 - Synchronization phenomena of myotendinal oscillations during interaction of neuromuscular systems BT - mit Betrachtung einer Hypothese bezüglich unterschiedlicher Qualitäten isometrischer Muskelaktion BT - considering a hypothesis regarding different qualities of isometric muscle action N2 - Muskeln oszillieren nachgewiesener Weise mit einer Frequenz um 10 Hz. Doch was geschieht mit myofaszialen Oszillationen, wenn zwei neuromuskuläre Systeme interagieren? Die Dissertation widmet sich dieser Fragestellung bei isometrischer Interaktion. Während der Testmessungen ergaben sich Hinweise für das Vorhandensein von möglicherweise zwei verschiedenen Formen der Isometrie. Arbeiten zwei Personen isometrisch gegeneinander, können subjektiv zwei Modi eingenommen werden: man kann entweder isometrisch halten – der Kraft des Partners widerstehen – oder isometrisch drücken – gegen den isometrischen Widerstand des Partners arbeiten. Daher wurde zusätzlich zu den Messungen zur Interaktion zweier Personen an einzelnen Individuen geprüft, ob möglicherweise zwei Formen der Isometrie existieren. Die Promotion besteht demnach aus zwei inhaltlich und methodisch getrennten Teilen: I „Single-Isometrie“ und II „Paar-Isometrie“. Für Teil I wurden mithilfe eines pneumatisch betriebenen Systems die hypothetischen Messmodi Halten und Drücken während isometrischer Aktion untersucht. Bei n = 10 Probanden erfolgte parallel zur Aufzeichnung des Drucksignals während der Messungen die Erfassung der Kraft (DMS) und der Beschleunigung sowie die Aufnahme der mechanischen Muskeloszillationen folgender myotendinöser Strukturen via Mechanomyo- (MMG) bzw. Mechanotendografie (MTG): M. triceps brachii (MMGtri), Trizepssehne (MTGtri), M. obliquus externus abdominis (MMGobl). Pro Proband wurden bei 80 % der MVC sowohl sechs 15-Sekunden-Messungen (jeweils drei im haltenden bzw. drückenden Modus; Pause: 1 Minute) als auch vier Ermüdungsmessungen (jeweils zwei im haltenden bzw. drückenden Modus; Pause: 2 Minuten) durchgeführt. Zum Vergleich der Messmodi Halten und Drücken wurden die Amplituden der myofaszialen Oszillationen sowie die Kraftausdauer herangezogen. Signifikante Unterschiede zwischen dem haltenden und dem drückenden Modus zeigten sich insbesondere im Bereich der Ermüdungscharakteristik. So lassen Probanden im haltenden Modus signifikant früher nach als im drückenden Modus (t(9) = 3,716; p = .005). Im drückenden Modus macht das längste isometrische Plateau durchschnittlich 59,4 % der Gesamtdauer aus, im haltenden sind es 31,6 % (t(19) = 5,265, p = .000). Die Amplituden der Single-Isometrie-Messungen unterscheiden sich nicht signifikant. Allerdings variieren die Amplituden des MMGobl zwischen den Messungen im drückenden Modus signifikant stärker als im haltenden Modus. Aufgrund dieser teils signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Messmodi wurde dieses Setting auch im zweiten Teil „Paar-Isometrie“ berücksichtigt. Dort wurden n = 20 Probanden – eingeteilt in zehn gleichgeschlechtliche Paare – während isometrischer Interaktion untersucht. Die Sensorplatzierung erfolgte analog zu Teil I. Die Oszillationen der erfassten MTG- sowie MMG-Signale wurden u.a. mit Algorithmen der Nichtlinearen Dynamik auf ihre Kohärenz hin untersucht. Durch die Paar-Isometrie-Messungen zeigte sich, dass die Muskeln und die Sehnen beider neuromuskulärer Systeme bei Interaktion im bekannten Frequenzbereich von 10 Hz oszillieren. Außerdem waren sie in der Lage, sich bei Interaktion so aufeinander abzustimmen, dass sich eine signifikante Kohärenz entwickelte, die sich von Zufallspaarungen signifikant unterscheidet (Patchanzahl: t(29) = 3,477; p = .002; Summe der 4 längsten Patches: t(29) = 7,505; p = .000). Es wird der Schluss gezogen, dass neuromuskuläre Komplementärpartner in der Lage sind, sich im Sinne kohärenten Verhaltens zu synchronisieren. Bezüglich der Parameter zur Untersuchung der möglicherweise vorhandenen zwei Formen der Isometrie zeigte sich bei den Paar-Isometrie-Messungen zwischen Halten und Drücken ein signifikanter Unterschied bei der Ermüdungscharakteristik sowie bezüglich der Amplitude der MMGobl. Die Ergebnisse beider Teilstudien bestärken die Hypothese, dass zwei Formen der Isometrie existieren. Fraglich ist, ob man überhaupt von Isometrie sprechen kann, da jede isometrische Muskelaktion aus feinen Oszillationen besteht, die eine per Definition postulierte Isometrie ausschließen. Es wird der Vorschlag unterbreitet, die Isometrie durch den Begriff der Homöometrie auszutauschen. Die Ergebnisse der Paar-Isometrie-Messungen zeigen u.a., dass neuromuskuläre Systeme in der Lage sind, ihre myotendinösen Oszillationen so aufeinander abzustimmen, dass kohärentes Verhalten entsteht. Es wird angenommen, dass hierzu beide neuromuskulären Systeme funktionell intakt sein müssen. Das Verfahren könnte für die Diagnostik funktioneller Störungen relevant werden. N2 - Muscles oscillate with a frequency of about 10 Hz. But what happens with myofascial oscillations if two neuromuscular systems interact? The dissertation is devoted to this question during isometric interaction. The test measurements provide hints for the presence of possibly two different forms of isometric muscle action. When two persons work against each other, each individual can subjectively choose to take up one of two modes: one can either hold isometrically – thus resist the force of the partner – or one can push isometrically – and therefore work against the resistance of the partner. In addition to the measurements to determine the interaction of neuromuscular systems, measurements with single individuals were done to evaluate the question, if probably two forms of isometric muscle action exist. The doctoral thesis consists of two separate parts concerning the content and methodology: I “Single Isometric” and II “Coupled Isometric”. For part I the hypothetical measurement modes - “holding” and “pushing” during isometric muscle action - were examined using a pneumatic system. During the measurements of n = 10 subjects the signal of pressure, force (strain gauge) and acceleration were recorded. Furthermore, the detection of the mechanic muscle oscillations of the following myotendinal structures occurred via Mechanomyo- (MMG) and Mechanotendography (MTG), respectively: triceps brachii muscle (MMGtri), tendon of triceps brachii muscle (MTGtri) and obliquus externus abdominis muscle (MMGobl). Each test person performed at 80 % of MVC six 15-seconds-measurements (three at holding and three at pushing mode, respectively; break: 1 min.) as well as four fatigue measurements (two at holding and two at pushing mode, respectively; break: 2 min.). In order to compare the two measurement modes holding and pushing, the amplitude of the myofascial oscillations as well as the force endurance were used. Significant differences between the holding and the pushing mode appeared especially when looking at the characteristics of fatigue. Subjects in the holding mode yielded earlier than during the pushing one (t(9) = 3.716; p = .005). In the pushing mode the longest isometric plateau amounts 59.4 % of the overall duration of the measurement. During holding it lasted 31.6 % (t(19) = 5.265, p = .000). The amplitudes of the single-isometric-measurements did not differ significantly. But the amplitude of the MMGobl varied significantly stronger during the pushing mode comparing to the holding one. Due to these partly significant differences between both measurement modes, this setting was considered for the second part „Coupled-Isometric“, too. For the coupled-isometric-measurements n = 20 subjects – divided into same-sex couples – were investigated during isometric interaction. The placement of the sensors is analogous to part I. The oscillations of the recorded MMG- and MTG-signals were analyzed regarding their coherence inter alia by algorithms of non-linear dynamics. Through the coupled-isometric-measurements it was shown, that also during isometric interaction the muscles and the tendons of both neuromuscular systems oscillate at the known frequency range of 10 Hz. Moreover, the systems are able to coordinate them in such a manner, that a significant coherence appears. This differed significantly from random pairings (number of patches: t(29) = 3.477; p = .002; Sum of 4 longest patches: t(29) = 7.505; p = .000). Thus it is concluded that neuromuscular complementary partners are able to synchronize themselves in the sense of coherent behavior. Regarding the parameters concerning the possibly existing forms of isometric muscle action, a significant difference at the coupled-isometric-measurements between holding and pushing appeared with respect to the characteristics of fatigue as well as the amplitudes of the MMGobl. The results of both sub studies strengthen the hypothesis that two forms of isometric muscle action exist. It is questionable whether one can talk of isometry at all, since each isometric muscle action consists of fine oscillations. This excludes a by definition postulated isometry. It is proposed to exchange this term with homeometry. The results of the coupled-isometric-measurements show inter alia, that neuromuscular systems are able to coordinate their myotendinal oscillations, so that coherent behavior arises. It is supposed that for this both systems have to be functionally intact. This procedure could become relevant for diagnostics of functional disorders. KW - Mechanomyografie KW - myofasziale Oszillationen KW - Isometrie KW - Interaktion KW - Synchronisation KW - mechanomyography KW - myofascial oscillations KW - isometric muscle action KW - interaction KW - synchronization Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72445 ER - TY - THES A1 - Bischoff, Juliane T1 - Microbial communities and their response to Pleistocene and Holocene climate variabilities in the Russian Arctic T1 - Mikrobielle Gemeinschaften und ihre Reaktion auf Klimaeveränderungen des Pleistozäns und Holozäns in der Russischen Arktis N2 - The Arctic is considered as a focal region in the ongoing climate change debate. The currently observed and predicted climate warming is particularly pronounced in the high northern latitudes. Rising temperatures in the Arctic cause progressive deepening and duration of permafrost thawing during the arctic summer, creating an ‘active layer’ with high bioavailability of nutrients and labile carbon for microbial consumption. The microbial mineralization of permafrost carbon creates large amounts of greenhouse gases, including carbon dioxide and methane, which can be released to the atmosphere, creating a positive feedback to global warming. However, to date, the microbial communities that drive the overall carbon cycle and specifically methane production in the Arctic are poorly constrained. To assess how these microbial communities will respond to the predicted climate changes, such as an increase in atmospheric and soil temperatures causing increased bioavailability of organic carbon, it is necessary to investigate the current status of this environment, but also how these microbial communities reacted to climate changes in the past. This PhD thesis investigated three records from two different study sites in the Russian Arctic, including permafrost, lake shore and lake deposits from Siberia and Chukotka. A combined stratigraphic approach of microbial and molecular organic geochemical techniques were used to identify and quantify characteristic microbial gene and lipid biomarkers. Based on this data it was possible to characterize and identify the climate response of microbial communities involved in past carbon cycling during the Middle Pleistocene and the Late Pleistocene to Holocene. It is shown that previous warmer periods were associated with an expansion of bacterial and archaeal communities throughout the Russian Arctic, similar to present day conditions. Different from this situation, past glacial and stadial periods experienced a substantial decrease in the abundance of Bacteria and Archaea. This trend can also be confirmed for the community of methanogenic archaea that were highly abundant and diverse during warm and particularly wet conditions. For the terrestrial permafrost, a direct effect of the temperature on the microbial communities is likely. In contrast, it is suggested that the temperature rise in scope of the glacial-interglacial climate variations led to an increase of the primary production in the Arctic lake setting, as can be seen in the corresponding biogenic silica distribution. The availability of this algae-derived carbon is suggested to be a driver for the observed pattern in the microbial abundance. This work demonstrates the effect of climate changes on the community composition of methanogenic archae. Methanosarcina-related species were abundant throughout the Russian Arctic and were able to adapt to changing environmental conditions. In contrast, members of Methanocellales and Methanomicrobiales were not able to adapt to past climate changes. This PhD thesis provides first evidence that past climatic warming led to an increased abundance of microbial communities in the Arctic, closely linked to the cycling of carbon and methane production. With the predicted climate warming, it may, therefore, be anticipated that extensive amounts of microbial communities will develop. Increasing temperatures in the Arctic will affect the temperature sensitive parts of the current microbiological communities, possibly leading to a suppression of cold adapted species and the prevalence of methanogenic archaea that tolerate or adapt to increasing temperatures. These changes in the composition of methanogenic archaea will likely increase the methane production potential of high latitude terrestrial regions, changing the Arctic from a carbon sink to a source. N2 - Die Arktis ist in den gegenwärtigen Diskussionen zum Klimawandel von besonderem Interesse. Die derzeitig beobachtete globale Erwärmung ist in den hohen nördlichen Breiten besonders ausgeprägt. Dies führt dazu, dass ehemals gefrorene Böden zunehmend tiefer auftauen und daher im Boden enthaltene Kohlenstoffquellen für die mikrobielle Umsetzung und Mineralisierung zur Verfügung stehen. Aufgrund dieser Prozesse entstehen klimarelevant Gase, darunter Kohlendioxid und Methan, die aus den Böden und Sedimenten freigesetzt werden können. Wenn man bedenkt, dass in den nördlichen Permafrostgebieten die Hälfte des weltweit unter der Bodenoberfläche gelagerten Kohlenstoffs gelagert ist, wird die Bedeutung dieser Region für das Verständnis des globalen Kohlenstoffkreislaufes und der möglichen Treibhaus-gasemissionen sichtbar. Trotz dieser Relevanz, sind die am Kohlenstoffumsatz beteiligten Mikroorganismen in der Arktis wenig untersucht und ihre Anpassungsfähigkeit an die gegenwärtigen Klimaveränderungen unbekannt. Die vorliegende Arbeit untersucht daher, wie sich Klimaveränderungen in der Vergangenheit auf die Anzahl und Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaften ausgewirkt haben. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf die methanbildenden Archaeen, um das Verständnis der mikrobiellen Methandynamik zu vertiefen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Bohrkerne aus zwei verschiedenen Standorten in der russischen Arktis untersucht, darunter terrestrischer Permafrost und Seesedimente aus Sibirien und Chukotka, Russland. Mittels der Identifikation und Quantifizierung von mikrobiellen Genen und charakteristischen Bestandteilen der mikrobiellen Zellmembran war es möglich, fossile mikrobielle Gemeinschaften in Seesedimenten mit einem Alter von bis zu 480 000 Jahren und in Permafrostablagerungen mit einem Alter von bis zu 42 000 Jahren zu rekonstruieren. Es wurde gezeigt, dass es während vergangener warmen Perioden zu einem Wachstum von Bakterien und Archaeen in allen untersuchten Standorten gekommen ist. Dieser Trend konnte auch für die Gemeinschaft der methanogenen Archaeen gezeigt werden, die während warmen und insbesondere feuchten Klimabedingungen in großer Anzahl und Diversität vorhanden waren, was wiederrum Rückschlüsse auf mögliche Methanemissionen erlaubt. In den terrestrischen Permafroststandorten wird der Temperaturanstieg als direkte Ursache für die gefundene Reaktion der mikrobiellen Gemeinschaft vermutet. Im Gegenzug dazu, führte der Temperaturanstieg im untersuchten arktischen See wahrscheinlich zu einer erhöhten Primärproduktion von organischem Kohlenstoff, die wiederum das Wachstum der Mikroorganismen antrieb. Weiterhin konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass Methanosarcina-verwandte Spezies in der Russischen Arktis weit verbreitet sind und sich an veränderte Umweltbedingungen gut anpassen können. Im Gegensatz dazu stehen Vertreter von Methanocellales und Methano-microbiales, die nicht in der Lage sich an veränderte Lebensbedingungen anzupassen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte erstmalig gezeigt werden, dass es in früheren Warmphasen zu einem vermehrten Wachstum der an der Umsetzung des organischen Kohlenstoffs beteiligten Mikroorganismen in der Russischen Arktis gekommen ist. Im Zusammenhang mit der zukünftigen Erwärmung der Arktis kann also von einer Veränderung der am Kohlenstoffkreislauf beteiligten Mikroorganismen ausgegangen werden kann. Mit den steigenden Temperaturen werden sich einige Vertreter der methanproduzierenden Mikroorganismen an die veränderten Bedingungen anpassen können, während Temperatur-empfindliche Vertreter aus dem Habitat verdrängt werden. Diese Veränderungen in der mikrobiellen Gemeinschaft können die Methanproduktion der hohen noerdlichen Breiten erhoehen und dazu beitragen, dass aus der Arktis als eine Kohlenstoffsenke eine Kohlenstoffquelle wird. KW - Arctic KW - climate change KW - microbial communities KW - lipid biomarkers Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-68895 ER - TY - GEN A1 - Mazurek, Nicole T1 - Untersuchungen zur Genexpression und Differenzierung muriner embryonaler Stammzellen in vitro zur Prädiktion eines embryotoxischen Potentials ausgewählter Chemikalien T1 - Investigations for gene expression and differentiation of murine embryonic stem cells in vitro to predict the embryotoxic potential of selected chemicals N2 - Der Embryonale Stammzelltest (EST) ist ein validierter In-vitro-Embryotoxizitätstest, der zur Untersuchung embryotoxischer Wirkungen von Chemikalien eingesetzt werden kann. Während des zehntägigen Differenzierungsassays differenzieren sich die pluripotenten murinen embryonalen Stammzellen (ES-Zellen) der Linie D3 in vitro in spontan kontrahierende Herzmuskelzellen. Dabei rekapitulieren sie Prozesse der frühen Embryogenese in vivo. Ein Zytotoxizitätsassay mit D3-Zellen und ausdifferenzierten, adulten 3T3-Maus-Fibroblasten dient der Ermittlung allgemeiner zytotoxischer Effekte und unterschiedlicher Sensitivitäten beider Zelllinien. Somit basiert der EST auf den beiden wichtigsten Mechanismen pränataler Toxizität, der Störung der Differenzierung und der Zytotoxizität. Ziel dieser Arbeit war es, mit Hilfe des EST das embryotoxische Potential der vier Chemikalien Trichostatin A (TSA), Methylazoxymethanolacetat (MAMac), Natriumdodecylsulfat (SDS) und Benzoesäure (BA) abzuschätzen. Dazu wurde mikroskopisch ermittelt, bei welcher Testsubstanzkonzentration in 50 % der während der In-vitro-Differenzierung gebildeten Embryonalkörperchen die Kardiomyozytendifferenzierung inhibiert wird (ID50). Außerdem wurde die halbmaximale Hemmkonzentration des Zellwachstums auf die beiden Zelllinien bestimmt (IC50D3 bzw. IC503T3). Als Erweiterung dieses konventionellen EST wurden mittels quantitativer Real Time-PCR an den Tagen 5, 7 und 10 der Differenzierung zusätzlich Genexpressionsanalysen etablierter herzmuskelspezifischer Markergene (Mesoderm Posterior 1, Tag 5; Myosin light chain 1, Tag 7 und 10) durchgeführt. Deren Expression korreliert in den ES-Zellen mit der embryonalen Herzdifferenzierung in vivo und kann zur Ermittlung der von der Prüfsubstanz hervorgerufenen halbmaximalen Hemmung der Genexpression in den Kardiomyozyten (IC50 Exp) herangezogen werden. Um letztlich embryotoxische Effekte in vivo auf Grundlage der ermittelten In-vitro-Daten abschätzen zu können, wurden die ermittelten Parameter mittels eines für den EST empirisch abgeleiteten mathematischen Prädiktionsmodells (PM) zur Klassifizierung der Testsubstanzen als nicht, schwach oder stark embryotoxisch herangezogen. Für jede der Substanzen waren die ermittelten Halbhemmkonzentrationen in den überwiegenden Fällen vergleichbar und führten unter Verwendung des PMs im konventionellen und im molekularen EST zu deren identischer Klassifizierung. TSA wurde als „stark embryotoxisch“ klassifiziert und beeinflusste insbesondere das Differenzierungspotential der ES-Zellen. Das als „schwach embryotoxisch“ klassifizierte SDS wirkte auf die D3-Zellen stärker differenzierungsinhibierend als zytotoxisch, hemmte jedoch das Wachstum der 3T3-Zellen bereits in deutlich niedrigeren Konzentrationen. MAMac und BA wurden als „nicht embryotoxisch“ klassifiziert. Bei ihnen stand die zytotoxische Wirkung deutlich im Vordergrund. Diese Prädiktionen stimmten mit In-vivo-Befunden überein, was von der Stabilität und der Brauchbarkeit der im konventionellen und molekularen EST ermittelten Parameter zeugte. Einzige Ausnahme war das als Entwicklungsneurotoxin in vivo bekannte MAMac. Da der EST auf mesodermaler Differenzierung basiert, können spezifische Effekte auf neuronale Entwicklungsprozesse offenbar nicht vollständig erfasst werden. Substanzkonzentrationen, die sich als differenzierungsinhibierend auf die morphologische Kardiomyozytendifferenzierung erwiesen haben, führten auch zu einer messbaren Repression der herzmuskelspezifischen Genexpression. Dabei erwies sich die IC50 Exp als ebenso sensitiv wie die konventionellen Parameter und als nutzbringende Ergänzung zu diesen, da sie bereits nach 5 bzw. 7 Tagen der In-vitro-Differenzierung eine mit dem mikroskopischen Parameter übereinstimmende Einschätzung des embryotoxischen Potentials der Chemikalien in vivo ermöglichte. Genexpressionsanalysen weiterer differenzierungsspezifischer Gene können zusätzlich zur Aufklärung zu Grunde liegender Mechanismen der Embryotoxizität von Testsubstanzen dienen. Somit kann der EST durch die Vorteile der Stammzelltechnologie und der Genexpressionsanalyse als neues prädiktives Screening-Instrument zur frühzeitigen Detektion embryotoxischer Substanzeffekte in der pharmazeutischen und chemischen Industrie genutzt werden. N2 - The embryonic stem cell test (EST) represents a validated in vitro embryotoxicity test that can be utilised for investigations of embryotoxic effects of chemical substances. During the 10-day differentiation assay the pluripotent murine embryonic stem cells (ES cells) of the D3 line differentiate in vitro into spontaneously beating cardiac muscle cells that can be observed microscopically. Thereby, ES cells recapitulate processes of early embryogenesis in vivo. A cytotoxicity assay with D3 cells as well as differentiated, adult 3T3 mouse fibroblasts is used to determine general cytotoxic effects and to consider differences in the sensitivity of both cell lines. Hence the EST is based on the two most important mechanisms of prenatal toxicity, such as inhibition of differentiation and cytotoxicity. The aim of the presented work consisted in the evaluation of the embryotoxic potential of the four chemicals trichostatin A (TSA), methylazoxymethanolacetate (MAMac), sodium dodecyl sulfate (SDS) and benzoic acid (BA) by means of the EST. For this purpose the concentration of the test substance that causes an inhibition of cardiomyocyte differentiation in 50 % of the embryoid bodies which are formed during the in vitro differentiation (ID50-value) and the halfmaximal inhibiting concentration of cell proliferation of D3 and 3T3 cell lines (IC50D3 and IC503T3) were determined. As extension of this conventional EST, the effect of test substances was investigated at the molecular level by gene expression analyses of cardiac specific genes (Mesoderm Posterior 1, day 5; Myosin light chain 1, day 7 and 10). Their expression in ES cells correlates with the embryonic heart differentiation in vivo. Quantitative Real Time-PCR gene expression analysis was used to determine the halfmaximal inhibition of the cardiomyocyte gene expression (IC50 Exp) caused by the test compound. To predict embryotoxic effects in vivo from the determined in vitro data, these parameters were used for the classification of the test chemicals as non, weak or strong embryotoxic via a mathematical prediction model (PM). In the majority of cases comparable halfmaximal inhibiting concentrations were calculated in the conventional and molecular EST that resulted in the identical classification of the tested chemicals concerning their embryotoxic potential. TSA was estimated as “strongly embryotoxic” and affected particularly the differentiation potential of the ES cells. SDS was classified as “weakly embryotoxic” and acted by inhibiting the differentiation of D3 cells at concentrations lower than cytotoxic concentrations but already repressed the growth of the 3T3 cells in significantly lower ranges. As to MAMac and BA that were classified as “non-embryotoxic” the cytotoxic effects on both cell lines predominated. These predictions were consistent with in vivo findings that testifies the stability and the usefulness of the parameters used in the conventional and molecular EST. MAMac, which is known as a developmental neurotoxin in vivo, represented the single exception. Its misclassification as compared to in vivo data may originate from the limitations of the model system that is based on mesodermal differentiation. Thus, specific effects on neuronal developmental processes obviously cannot be detected completely. Gene expression analysis showed that test substance concentrations which were proved to be inhibiting on the morphological differentiation of cardiomyocytes caused a repression of cardiac-specific marker gene expression as well. Thereby, IC50 Exp-values proved to be just as sensitive as the conventional parameters and can provide valuable and supportive data. They allowed a prediction of the embryotoxic potential of the chemicals in vivo already at day 5 and day 7 of in vitro differentiation. Moreover, gene expression analysis of appropriate differentiation specific genes could be used to investigate mechanisms that are responsible for embryotoxic properties of the test compounds. Thus, the EST is considered to represent a new, predictive screening test especially in the pharmaceutical industry to detect the embryotoxic potential of chemical compounds early in the process of compound development. KW - Embryonaler Stammzelltest (EST) KW - D3-Zellen KW - Differenzierungsassay KW - Zytotoxizitätsassay KW - Genexpressionsanalysen (qRT-PCR) KW - embryonic stem cell test (EST) KW - D3 cells KW - differentiation assay KW - cytotoxicity assay KW - gene expression analysis (qRT-PCR) Y1 - 2007 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-68912 ER - TY - THES A1 - Mostafa Kamel Abdelfatah, Ali T1 - Interactions of food proteins with plant phenolics – modulation of structural, techno- and bio-functional properties of proteins T1 - Wechselwirkungen der Nahrungsproteine mit Pflanzenphenolen - Modulation der strukturellen, techno- und biofunktionellen Eigenschaften der Proteine N2 - The phenolic compounds as food components represent the largest group of secondary metabolites in plant foods. The phenolic compounds, e.g. chlorogenic acid (CQA), are susceptible to oxidation by enzymes specially, polyphenol oxidase (PPO) and at alkaline conditions. Both enzymatic and non-enzymatic oxidations occur in the presence of oxygen and produce quinone, which normally further react with other quinone to produce colored compounds (dimers), as well as is capable of undergoing a nucleophilic addition to proteins. The interactions of proteins with the phenolic compounds have received considerable attention in the recent years where, plant phenolic compounds have drawn increasing attention due to their antioxidant properties and their noticeable effects in the prevention of various oxidative stress associated diseases. Green coffee beans are one of the richest sources of chlorogenic acids. Therefore, a green coffee extract would provide an eligible food relevant source for phenolic compounds for modification of proteins. The interaction between 5-CQA and amino acid lysine showed decrease in both free CQA and amino acid groups and only a slight effect on the antioxidative capacity depending on the reaction time was found. Furthermore, this interaction showed a large number of intermediary substances of low intensities. The reaction of lysine with 5-CQA in a model system initially leads to formation of 3-CQA and 4-CQA (both are isomers of 5-CQA), oxidation giving rise to the formation of a dimer which subsequently forms an adduct with lysine to finally result in a benzacridine derivative as reported and confirmed with the aid of HPLC coupled with ESI-MSn. The benzacridine derivative containing a trihydroxy structural element, was found to be yellow, being very reactive with oxygen yielding semiquinone and quinone type of products with characteristic green colors. Finally, the optimal conditions for this interaction as assessed by both the loss of CQA and free amino groups of lysine can be given at pH 7 and 25°C, the interaction increasing with incubation time and depending also on the amount of tyrosinase present. Green coffee bean has a higher diversity and content of phenolics, where besides the CQA isomers and their esters, other conjugates like feruloylquinic acids were also identified, thus documenting differences in phenolic profiles for the two coffee types (Coffea arabica and Coffea robusta). Coffee proteins are modified by interactions with phenolic compounds during the extraction, where those from C. arabica are more susceptible to these interactions compared to C. robusta, and the polyphenol oxidase activity seems to be a crucial factor for the formation of these addition products. Moreover, In-gel digestion combined with MALDI-TOF-MS revealed that the most reactive and susceptible protein fractions to covalent reactions are the α-chains of the 11S storage protein. Thus, based on these results and those supplied by other research groups, a tentative list of possible adduct structures was derived. The diversity of the different CQA derivatives present in green coffee beans complicates the series of reactions occurring, providing a broad palette of reaction products. These interactions influence the properties of protein, where they exposed changes in the solubility and hydrophobicity of proteins compared to faba bean proteins (as control). Modification of milk whey protein products (primarily b-lactoglobulin) with coffee specific phenolics and commercial CQA under enzymatic and alkaline conditions seems to be affecting their chemical, structural and functional properties, where both modifications led to reduced free amino-,thiol groups and tryptophan content. We propose that the disulfide-thiol exchange in the C-terminus of b-lactoglobulin may be initiated by the redox conditions provided in the presence of CQA. The protein structure b-lactoglobulin thereupon becomes more disordered as simulated by molecular dynamic calculation. This unfolding process may additionally be supported by the reaction of the CQA at the proposed sites of modification of -amino groups of lysine (K77, K91, K138, K47) and the thiol group of cysteine (C121). These covalent modifications also decreased the solubility and hydrophobicity of b-lactoglobulin, moreover they provide modified protein samples with a high antioxidative power, thermally more stable as reflected by a higher Td, require less amount of energy to unfold and when emulsified with lutein esters, exhibit their higher stability against UV light. The MALDI-TOF and SDS-PAGE results revealed that proteins treated at alkaline conditions were more strongly modified than those treated under enzymatic conditions. Finally, the results showed a slight change in emulsifying properties of modified proteins. N2 - Für die Verbesserung von Nahrungsmitteleigenschaften können Modifikationen an verschiedenen Inhaltsstoffen vorgenommen werden. Beispielsweise werden bereits Proteine miteinander verknüpft und bilden sogenannte „Crosslinks“ oder vernetzte Biomoleküle. Diese werden für die Herstellung fester, viskoelastischer Produkte, die zum Verdicken als auch zum Stabilisieren von Emulsionen oder Schäumen eingesetzt werden, genutzt. Da die Verbraucher sich Zunehmens mit gesundheitsfördernden Lebensmitteln befassen, ist das Einbringen von gesundheitsfördernden Inhaltsstoffen wie z.B. phenolische Verbindungen, immer mehr in den Fokus der Forschung gerückt. Demnach ist das wissenschaftliche Bestreben phenolische Verbindungen in die Vernetzung von Proteinen mit einzubeziehen und deren positive Wirkungen (antioxidativ) auszunutzen, vorteilhaft. Als Phenole werden Verbindungen bezeichnet, die eine oder mehrere Hydroxygruppen am Benzolring aufweisen. Phenole liegen in der Enolform vor, da diese, bedingt durch den Erhalt des aromatischen Benzolringes, energetisch begünstigt ist. Kaffeesäure ist eine Hydroxyzimtsäure und in Kaffeebohnen zu finden. Der am häufigsten anzutreffende Ester besteht aus Kaffee- und Chinasäure. Der einfachste Vertreter ist die Chlorogensäure (5-Caffeoylchinasäure, 5-CQA), die in vielen Pflanzenteilen enthalten ist. Chlorogensäure und ihre Derivate besitzen ebenfalls antioxidative Eigenschaften. Zusätzlich wirken sie auf Enzyme, die an entzündlichen- oder allergischen Reaktion teilnehmen, inhibierend. Während Verarbeitungs- und Lagerungsprozessen können phenolische Komponenten pflanzlicher Lebensmittel mit den Aminosäuren der Proteine in Lebensmitteln reagieren. Solche Reaktionen können die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Proteinen verändern und deren ernährungsphysiologische Wertigkeit vermindern. Proteine weisen verschiedene reaktive Seitengruppen (Sulfhydryl-, Hydroxyl-, Aminogruppen) auf, mit denen sie über kovalente und nicht-kovalente Wechselwirkungen mit Phenolen Verbindungen eingehen können. Zu den nicht-kovalenten Verbindungen gehören u. a. Wasserstoffbrückenbindungen, hydrophobe Wechselwirkungen und Ionenbindungen. Phenole (z.B. Chlorogensäuren) können bei Anwesenheit von Sauerstoff enzymatisch bzw. nichtenzymatisch oxidiert werden. Die Reaktionsprodukte (Chinone) bilden anschließend mit reaktiven Thiol- bzw. Aminogruppen von Proteinen Addukte. Die Erfassung dieser verschiedenen Facetten von Interaktionen stellt somit die primäre Forschungsaufgabe im Rahmen dieser Arbeit. Die primäre Aufgabe der vorliegenden Arbeit besteht demzufolge in der Etablierung der Analysen- und der Charakterisierungsmöglichkeiten solcher Wechselwirkungen (Bindung) pflanzlicher Verbindungen bzw. deren Reaktionsprodukten mit Proteinen u.a. über massenspektrometrische Methoden. Da die Wechselwirkung mit Proteinen auch zu Veränderungen der Proteinstruktur führt, können deren funktionelle Eigenschaften auch verändert sein. Dies soll anhand der Messung von isolierten Proteinen die an der Wechselwirkung beteiligt sind, nachgewiesen werden. Anschließend sollen über Docking-Untersuchungen die entsprechenden Bindungsstellen näher charakterisiert werden. Durch die vorliegenden Ergebnisse wurden mögliche Reaktionen von phenolischen Verbindungen mit Proteinen, näher charakterisiert. Es wurde festgestellt, dass die Apfelsorte Braeburn über die höchste PPO- Enzymaktivität beim gleichzeitigen niedrigen CQA Gehalt im Vergleich zu den anderen untersuchten Sorten verfügt. Die PPO/Tyrosinase modulierte Reaktionen zwischen CQA und Lysine wurden in Abhängigkeit der vorherrschenden Bedingungen optimiert und die Reaktionsprodukte analysiert. In dem zweiten Teil wurden solche Reaktionsmöglichkeiten in den Grünen Kaffeebohnen lokalisierte und modelliert. Dazu wurden die sortenabhängige CQA-Zusammensetzung ermittelt und die möglichen Reaktionen mit den Hauptspeicherproteinen des Kaffees dargestellt. Im letzten Teil wurden dann diese Reaktionen mit Molkenproteinen simuliert und Einflüsse auf die Struktur und die funktionellen Eigenschaften erfasst. Die Ergebnisse belegen eine umfangreiche und sehr heterogene Adduktbildung mit den Aminoseitenketten des Lysins und Cysteins. Ein Katalog der unterschiedlichen Reaktionsprodukte wurde erstellt und am Protein modelliert. Die entsprechende Veränderung an die Proteinstruktur wurde experimentell belegt und der Einfluss wurde in den technofunktionelle Eigenschaften (wie die Löslichkeit, Emulgierbarkeit usw.) wiederspiegelt. Ein Anstieg des antioxidativen Potentials der Proteine wurde erreicht und diese so modifizierten Proteine wurden weiter zur Stabilisierung und Produktentwicklung getestet. Die ersten Ergebnisse eröffnen Nutzungsmöglichkeiten der modifizierten Proteine zur Verkapselung von bioaktiven Sekundären Pflanzenstoffen. KW - Protein-Wechselwirkungen KW - Kaffeeproteine KW - Chlorogensäure KW - Molkenproteine KW - Proteinmodifizierung KW - protein interactions KW - coffee proteins KW - chlorogenic acid KW - whey proteins KW - protein modification Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69033 ER - TY - THES A1 - Jaiser, Ralf T1 - Dreidimensionale Diagnostik der großskaligen Zirkulation der Tropo- und Stratosphäre T1 - Three-dimensional diagnostics of the large-scale circulation in the troposphere and stratosphere N2 - In dieser Arbeit werden Konzepte für die Diagnostik der großskaligen Zirkulation in der Troposphäre und Stratosphäre entwickelt. Der Fokus liegt dabei auf dem Energiehaushalt, auf der Wellenausbreitung und auf der Interaktion der atmosphärischen Wellen mit dem Grundstrom. Die Konzepte werden hergeleitet, wobei eine neue Form des lokalen Eliassen-Palm-Flusses unter Einbeziehung der Feuchte eingeführt wird. Angewendet wird die Diagnostik dann auf den Reanalysedatensatz ERA-Interim und einen durch beobachtete Meerestemperatur- und Eisdaten angetriebenen Lauf des ECHAM6 Atmosphärenmodells. Die diagnostischen Werkzeuge zur Analyse der großskaligen Zirkulation sind einerseits nützlich, um das Verständnis der Dynamik des Klimasystems weiter zu fördern. Andererseits kann das gewonnene Verständnis des Zusammenhangs von Energiequellen und -senken sowie deren Verknüpfung mit synoptischen und planetaren Wellensystemen und dem resultierenden Antrieb des Grundstroms auch verwendet werden, um Klimamodelle auf die korrekte Wiedergabe dieser Beobachtungen zu prüfen. Hier zeigt sich, dass die Abweichungen im untersuchten ECHAM6-Modelllauf bezüglich des Energiehaushalts klein sind, jedoch teils starke Abweichungen bezüglich der Ausbreitung von atmosphärischen Wellen existieren. Planetare Wellen zeigen allgemein zu große Intensitäten in den Eliassen-Palm-Flüssen, während innerhalb der Strahlströme der oberen Troposphäre der Antrieb des Grundstroms durch synoptische Wellen verfälscht ist, da deren vertikale Ausbreitung gegenüber den Beobachtungen verschoben ist. Untersucht wird auch der Einfluss von arktischen Meereisänderungen ausgehend vom Bedeckungsminimum im August/September bis in den Winter. Es werden starke positive Temperaturanomalien festgestellt, welche an der Oberfläche am größten sind. Diese führen vor allem im Herbst zur Intensivierung von synoptischen Systemen in den arktischen Breiten, da die Stabilität der troposphärischen Schichtung verringert ist. Im darauffolgenden Winter stellen sich barotrope bis in die Stratosphäre reichende Änderungen der großskaligen Zirkulation ein, welche auf Meereisänderungen zurückzuführen sind. Der meridionale Druckgradient sinkt und führt so zu einem Muster ähnlich einer negativen Phase der arktischen Oszillation in der Troposphäre und einem geschwächten Polarwirbel in der Stratosphäre. Diese Zusammenhänge werden ebenfalls in einem ECHAM6-Modelllauf untersucht, wobei vor allem der Erwärmungstrend in der Arktis zu gering ist. Die großskaligen Veränderungen im Winter können zum Teil auch im Modelllauf festgestellt werden, jedoch zeigen sich insbesondere in der Stratosphäre Abweichungen für die Periode mit der geringsten Eisausdehnung. Die vertikale Ausbreitung planetarer Wellen von der Troposphäre in die Stratosphäre ist in ECHAM6 mit sehr großen Abweichungen wiedergegeben. Somit stellt die Wellenausbreitung insgesamt den größten in dieser Arbeit festgestellten Mangel in ECHAM6 dar. N2 - In this study concepts for the diagnostics of the large-scale circulation in the troposphere and the stratosphere are developed. Therefore the energy budget, wave propagation and the interaction between waves and the mean flow are analyzed. A corresponding set of diagnostic methods is derived. Furthermore a new type of localized Eliassen Palm Fluxes including moisture fluxes is introduced. These diagnostic methods are then applied to the ERA-Interim reanalysis and to a run of the ECHAM6 atmospheric model forced with observed sea surface temperatures and sea ice data. The diagnostics of the large scale circulation are useful to enhance the understanding of the climate system dynamics. Furthermore the knowledge of the relation between energy sources and sinks, atmospheric waves on planetary and synoptic scales and their forcing of the mean flow is applicable to validate global climate models. The results presented here show small deviations in terms of the energy balance in ECHAM6 but large discrepancies in terms of wave propagation. On the one hand Eliassen Palm fluxes connected to planetary waves are generally too strong. On the other hand the mean flow forcing within upper tropospheric jet streams by synoptic scale waves does not agree with observations, since the vertical propagation is shifted. A second part of this study analyses the influence of Arctic sea ice anomalies at the sea ice minimum in August/September on atmospheric conditions. Strong positive temperature anomalies with their maximum at the surface are observed. In autumn they lead to intensified synoptic scale systems, because of a reduced atmospheric vertical stability. A large-scale barotropic circulation pattern up to the stratosphere appears in winter related to previous late summer sea ice changes. A reduced meridional pressure gradient leads to a pattern related to a negative phase of the Arctic Oscillation in the troposp here as well as related to a weaker stratospheric polar vortex. The same analysis performed with an ECHAM6 model run shows a too small warming of Arctic latitudes. While tropospheric changes in the Arctic are covered by the model to some degree, the stratosphere shows large discrepancies in reproducing the observed changes in the low ice period. The vertical propagation of planetary waves from the troposphere into the stratosphere is reproduced with large differences. Accordingly this study shows the largest errors in ECHAM6 related to atmospheric wave propagation. KW - Energiehaushalt KW - Wellenausbreitung KW - Meereis KW - Eliassen-Palm-Fluss KW - Klimawandel KW - energy budget KW - wave propagation KW - sea ice KW - Eliassen Palm Flux KW - climate change Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-69064 ER - TY - THES A1 - Guzman-Perez, Valentina T1 - Effect of benzylglucosinolate on signaling pathways associated with type 2 diabetes prevention T1 - Wirkung von benzylglucosinolate auf Signalwege mit Type 2 diabetes Prävention zugeordnet N2 - Type 2 diabetes (T2D) is a health problem throughout the world. In 2010, there were nearly 230 million individuals with diabetes worldwide and it is estimated that in the economically advanced countries the cases will increase about 50% in the next twenty years. Insulin resistance is one of major features in T2D, which is also a risk factor for metabolic and cardiovascular complications. Epidemiological and animal studies have shown that the consumption of vegetables and fruits can delay or prevent the development of the disease, although the underlying mechanisms of these effects are still unclear. Brassica species such as broccoli (Brassica oleracea var. italica) and nasturtium (Tropaeolum majus) possess high content of bioactive phytochemicals, e.g. nitrogen sulfur compounds (glucosinolates and isothiocyanates) and polyphenols largely associated with the prevention of cancer. Isothiocyanates (ITCs) display their anti-carcinogenic potential by inducing detoxicating phase II enzymes and increasing glutathione (GSH) levels in tissues. In T2D diabetes an increase in gluconeogenesis and triglyceride synthesis, and a reduction in fatty acid oxidation accompanied by the presence of reactive oxygen species (ROS) are observed; altogether is the result of an inappropriate response to insulin. Forkhead box O (FOXO) transcription factors play a crucial role in the regulation of insulin effects on gene expression and metabolism, and alterations in FOXO function could contribute to metabolic disorders in diabetes. In this study using stably transfected human osteosarcoma cells (U-2 OS) with constitutive expression of FOXO1 protein labeled with GFP (green fluorescent protein) and human hepatoma cells HepG2 cell cultures, the ability of benzylisothiocyanate (BITC) deriving from benzylglucosinolate, extracted from nasturtium to modulate, i) the insulin-signaling pathway, ii) the intracellular localization of FOXO1 and iii) the expression of proteins involved in glucose metabolism, ROS detoxification, cell cycle arrest and DNA repair was evaluated. BITC promoted oxidative stress and in response to that induced FOXO1 translocation from cytoplasm into the nucleus antagonizing the insulin effect. BITC stimulus was able to down-regulate gluconeogenic enzymes, which can be considered as an anti-diabetic effect; to promote antioxidant resistance expressed by the up-regulation in manganese superoxide dismutase (MnSOD) and detoxification enzymes; to modulate autophagy by induction of BECLIN1 and down-regulation of the mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) pathway; and to promote cell cycle arrest and DNA damage repair by up-regulation of the cyclin-dependent kinase inhibitor (p21CIP) and Growth Arrest / DNA Damage Repair (GADD45). Except for the nuclear factor (erythroid derived)-like2 (NRF2) and its influence in the detoxification enzymes gene expression, all the observed effects were independent from FOXO1, protein kinase B (AKT/PKB) and NAD-dependent deacetylase sirtuin-1 (SIRT1). The current study provides evidence that besides of the anticarcinogenic potential, isothiocyanates might have a role in T2D prevention. BITC stimulus mimics the fasting state, in which insulin signaling is not triggered and FOXO proteins remain in the nucleus modulating gene expression of their target genes, with the advantage of a down-regulation of gluconeogenesis instead of its increase. These effects suggest that BITC might be considered as a promising substance in the prevention or treatment of T2D, therefore the factors behind of its modulatory effects need further investigation. N2 - Diabetes mellitus Typ 2 stellt auf der ganzen Welt ein Gesundheitsproblem dar. Im Jahr 2010 waren annähernd 230 Millionen Personen weltweit an Diabetes erkrankt und innerhalb der nächsten 20 Jahre wird in industrialisierten Ländern eine Steigerung der Fälle um 50% erwartet. Eines der Hauptmerkmale des Typ 2 Diabetes ist die Insulinresistenz, die auch als Risikofaktor für metabolische und kardio-vaskuläre Komplikationen gilt. Epidemiologische Studien und Tierversuche haben ergeben, dass durch Verzehr von Gemüse und Obst eine Prävention oder Verzögerung der Entwicklung dieser Krankheit erreicht werden kann, jedoch sind die zugrunde liegenden Mechanismen dieser Effekte noch nicht aufgeklärt. Brassica Spezies wie Broccoli (Brassica oleracea var. italica) und Nasturtium (Tropaeolum majus) enthalten einen hohen Anteil an bioaktiven Pflanzen-inhaltsstoffen, wie z. B. stickstoff- und schwefelhaltige Verbindungen (Glukosinolate und Isothiocyanate) und Polyphenole, die bisher hauptsächlich mit der Prävention von Krebs assoziiert wurden. Isothiocyanate (ITCs) erreichen ihr antikanzerogenes Potential durch die Induktion von entgiftenden Phase II Enzymen und eine Anhebung der Glutathion (GSH)-Spiegel im Gewebe. Diabetes Typ2 geht einher mit einem Anstieg der Glukoneogenese und Triglycerid-Synthese, sowie einer Reduktion der Fettsäure-Oxidation in Verbindung mit erhöhten Spiegeln an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) insgesamt als Resultat einer unangemessenen Insulinantwort. Forkhead box O (FOXO) Transkriptionsfaktoren spielen eine wesentliche Rolle in der Regulation der Insulineffekte in Bezug auf die vermittelte Genexpression und den Metabolismus, wobei Veränderungen in der Funktion von FOXO zu metabolischen Entgleisungen im Diabetes beitragen können. In dieser Studie wurde unter Verwendung von stabil transfizierten humanen Osteosarkoma-Zellen (U-2 OS) mit konstitutiver Expression von GFP (grün fluoreszierendes Protein)-markiertem FOXO1 und humanen Hepatoma-Zellen (HepG2) die Wirkung von Benzylisothiocyanat (BITC), dessen Vorstufe Benzylglukosinolat aus Nasturtium isoliert wurde, in Zellkulturen evaluiert wie Modulationen der i) Insulin-Signal-Kaskade, ii) intrazellulären Lokalisation von FOXO1 und iii) Expression beteiligter Proteine am Glucose Metabolismus, der ROS Detoxifikation, Zellzyklus-Fixierung und DNA-Reparatur. BITC erzeugte oxidativen Stress und induzierte als Antwort darauf eine Translokation von FOXO1 aus dem Zytoplasma in den Zellkern antagonisierend zum Insulin-Effekt. Eine Stimultion mit BITC war in der Lage, die Expression von Enzymen der Gluconeogenese herunter zu regulieren, was als antidiabetogener Effekt betrachtet werden kann, eine antioxidative Resistenz durch Induktion der Mangan-Superoxid-Dismutase (MnSOD) und entgiftender Enzyme zu erzeugen, Autophagie zu modulieren durch Induktion von BECLIN1 und Herunterregulation des „mammalian target of rapamycin complex1 (mTORC1)-Stoffwechselwegs, den Zellzyklus zu fixieren und DNA-Reparatur zu induzieren durch Hochregulation des Cyclin- abhängigen Kinase- Inhibitors p21CIP und GADD45 (growth arrest and DNA damage repair). Mit Ausnahme des nuklearen Faktors (erythroid derived)-like2 (NRF2) und dessen Einfluss auf die Genexpression von Entgiftungsenzymen waren alle beobachteten Effekte unabhängig von FOXO1, Proteinkinase B (PKB/AKT) und der NAD-abhängigen Deacetylase Sirtuin-1 (SIRT1). Die gegenwärtige Studie liefert Anhaltspunkte dafür, dass Isothiocayanate neben dem antikanzerogenen Potential eine Rolle bei der Prävention von Typ 2 Diabetes spielen könnten. BITC-Stimulationen ahmen einen Fastenzustand nach, in dem kein Insulin-Signal ausgelöst wird, FOXO Proteine im Zellkern verbleiben und die Expression von Target-Genen modulieren, mit dem Vorteil einer Herunterregulation der Glukoneogenese anstelle seiner Zunahme. Diese Effekte legen nahe, dass BITC als vielversprechende Substanz zur Prävention und Behandlung von Typ 2 Diabetes angesehen werden könnte. Deshalb benötigen die Faktoren, die dessen modulatorische Effekte hervorrufen, weitere Untersuchungen. KW - FOXO1 KW - Benzylisothiocyanat KW - Glukosinolaten KW - type 2 diabetes KW - Zellkulturen KW - FOXO1 KW - benzylisothiocyanate KW - glucosinolates KW - type 2 diabetes KW - cell cuture Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72351 ER - TY - JOUR A1 - Grösch, Rolf T1 - 100 Jahre NABU BT - Umweltbildung vom Handzettel zum Internet JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2903 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 4 SP - 7 EP - 12 ER - TY - THES A1 - Thierbach, René T1 - Identifikation des mitochondrialen Proteins Frataxin als stoffwechselmodulierenden Tumorsuppressor N2 - Die Krebsentstehung wurde vor rund 80 Jahren auf veränderten zellulären Energiestoffwechsel zurückgeführt. Diese Hypothese konnte bisher weder experimentell bewiesen noch widerlegt werden. Durch den Einsatz zweier Modellsysteme mit unterschiedlicher Expression des mitochondrialen Proteins Frataxin konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass der mitochondriale Energiestoffwechsel einen Einfluss auf die Tumorentstehung zu besitzen scheint. Eine Reduktion des mitochondrialen Energiestoffwechsels wurde durch die hepatozytenspezifische Ausschaltung des mitochondrialen Proteins Frataxin in Mäusen erreicht. Der durch das Cre-/loxP-Rekombinasesystem erreichte organspezifische Knock-out wurde auf Transkriptions- und Translationsebene nachgewiesen. Anhand verminderter Aconitaseaktivität, geringeren Sauerstoffverbrauches und reduzierten ATP-Gehaltes im Lebergewebe wurde ein signifikant verminderter Energiestoffwechsel dargestellt. Zwar entsprach die Genotypenverteilung in den Versuchsgruppen der erwarteten Mendelschen Verteilung, dennoch war die mittlere Lebenserwartung der Knock-out-Tiere mit ca. 30 Wochen stark reduziert. Bereits in jungem Alter war bei diesen Tieren die Ausbildung von präneoplastischen Herden zu beobachten. Mit proteinbiochemischen Nachweistechniken konnte in Lebergewebe 4-8 Wochen alter Tiere eine verstärkte Aktivierung des Apoptosesignalweges (Cytochrom C im Zytosol, verstärkte Expression von Bax) sowie eine Modulation stressassoziierter Proteine (geringere Phosphorylierungsrate p38-MAPK, vermehrte Expression HSP-25, verminderte Expression HSP-70) aufgezeigt werden. Im inversen Ansatz wurde eine Steigerung des mitochondrialen Energiestoffwechsels durch stabile transgene Frataxinüberexpression in zwei Kolonkarzinomzelllinien erreicht. Diese Steigerung zeigte sich durch erhöhte Aconitaseaktivität, erhöhten Sauerstoffverbrauch, gesteigertes mitochondriales Membranpotenzial und erhöhten ATP-Gehalt in den Zellen. Die frataxinüberexprimierenden Zellen wuchsen signifikant langsamer als Kontrollzellen und zeigten im Soft-Agar-Assay und im Nacktmausmodell ein deutlich geringeres Potenzial zur Ausbildung von Kolonien bzw. Tumoren. Mittels Immunoblot war hier eine vermehrte Phosphorylierung der p38-MAPK festzustellen. Die zusammenfassende Betrachtung beider Modelle zeigt, dass ein reduzierter mitochondrialer Energiestoffwechsel durch Regulation der p38-MAPK und apoptotischer Signalwege ein erhöhtes Krebsrisiko zu verursachen vermag. N2 - Eigthy years ago, it was suggested that impaired energy metabolism might cause cancer. Compelling experimental evidence for this hypothesis is lacking. By use of two different model systems here we show that impaired expression of the mitochondrial protein frataxin leading to impaired mitochondrial energy metabolism appears to be inversely related to tumour growth. To generate mice with reduced mitochondrial energy metabolism the expression of mitochondrial protein frataxin was disrupted in a hepatocyte-specific manner by using the cre/loxP-system. Presence, efficiency and specificity of disruption were shown at transcriptional and translational levels. Decreased activity of aconitase, reduced oxygen consumption and diminished ATP level in the liver revealed diminished energy metabolism. Although knock-out mice were born in the expected Mendelian frequency, they exhibited a significantly decreased life expectancy. Young mice exhibited hepatic preneoplasia. The use of proteinbiochemical techniques revealed activation of apoptotic pathways (cytochrome c in the cytosol, increased expression of bax) and modulation of stress-associated cascades (decreased phosphorylation of p38-MAPK, increased expression of HSP-25 and diminished expression of HSP-70). Inversely, transgenic overexpression of frataxin in colon cancer cell lines lead to increased mitochondrial energy metabolism as demonstrated by elevated activity of aconitase, increased oxygen consumption, elevated mitochondrial membrane potential and increased ATP levels. Frataxin-overexpressing colon cancer cells exhibit a concurrent decrease in replication rate. The colony forming capacity in soft-agar-assay and tumour formation in nude mice were clearly decreased. Immunoblotting revealed elevated phosphorylation of p38-MAPK. Taken together, these models suggest that reduced mitochondrial energy metabolism may promote cancer through regulation of p38-MAPK and apoptotic pathways. T2 - Identifikation des mitochondrialen Proteins Frataxin als stoffwechselmodulierenden Tumorsuppressor KW - Energiestoffwechsel KW - Krebs KW - Frataxin KW - Knock-out KW - Zelllinien KW - Tumor KW - Mitochondrien KW - metabolism KW - cancer KW - frataxin KW - knock-out KW - cell line KW - tumor KW - energy KW - mitochondria Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001943 ER - TY - JOUR A1 - Vogt, R. T1 - Möglichkeiten ziviler Nachnutzung großer Militärflächen JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2619 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 7 EP - 16 ER - TY - JOUR A1 - Kalke, Ralf T1 - Interpretation von Sukzessions- und Nutzungsspuren in der Döberitzer Heide aus historischen und aktuellen Luftbildern und Karten JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2659 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 31 EP - 38 ER - TY - JOUR A1 - Meckelmann, Hubertus T1 - Die Bedeutung ehemaliger Truppenübungsplätze für den Naturschutz in Brandenburg JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2645 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 28 EP - 30 ER - TY - JOUR A1 - Bischoff, Inge T1 - Die Wahner Heide, ein Naturschutzgebiet und Truppenübungsplatz in Nordrhein-Westfalen JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2661 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 39 EP - 47 ER - TY - JOUR A1 - Klapkarek, Nikolaj T1 - Sukzessionsmonitoring auf dem ehemaligen TÜP Jüterbog BT - eine methodische Übersicht JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2672 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 48 EP - 54 ER - TY - JOUR A1 - Zehle, S. A1 - Grzik, Axel A1 - Hahn, R. A1 - Kühling, Matthias T1 - Erste Ergebnisse eines blütenökologischen Monitoring von Sukzessionsflächen JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2683 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 55 EP - 64 ER - TY - JOUR A1 - Blumenstein, Oswald A1 - Schubert, Rudolf A1 - Bechmann, Wolfgang A1 - Bukowsky, Heinz A1 - Dautz, J. A1 - Kopp, Ingo A1 - Knösche, Rüdiger A1 - Portmann, H. - D. A1 - Schachtzabel, Hartmut A1 - Schneider, I. A1 - Tessmann, J. T1 - Erste Ergebnisse einer Fallstudie zur Stoffdynamik in naturschutzrelevanten Böden der Döberitzer Heide JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2690 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 65 EP - 77 ER - TY - JOUR A1 - Sciborski, Hans T1 - Landschaftspflege in der Döberitzer Heide JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2708 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 78 EP - 80 ER - TY - JOUR A1 - Großer, Karl-Heinz T1 - Neue Aufgaben und Chancen für die waldkundliche Grundlagenforschung unter Nutzung der ehemaligen Truppenübungsplätze in Brandenburg BT - Einrichtung und wissenschaftliche Bearbeitung von Waldreservaten JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2714 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 81 EP - 83 ER - TY - JOUR A1 - Bergmann, Hans-Joachim T1 - Konzeption der waldbaulichen Behandlung der Wälder des ehemaligen Truppenübungsplatzes Döberitzer Heide JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2726 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 84 EP - 90 ER - TY - JOUR A1 - Bauerschmidt, Jürgen T1 - Die Bedeutung von ökosystemaren Naturschutzkonzepten für Großschutzgebiete auf ehemaligen Truppenübungsplätzen JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2737 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 91 EP - 98 ER - TY - JOUR A1 - Haack, Silke T1 - Pflege- und Entwicklungsplanung auf ehemaligen Truppenübungsplätzen am Beispiel der ehemaligen Truppenübungsplätze Königsbrück und Zeithain in Nordsachsen JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2745 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 99 EP - 111 ER - TY - JOUR A1 - Baumgart, Bernd T1 - Vor- und nacheiszeitliche Großtierformen in Mitteleuropa und ihre Einpassung in das Ökosystem BT - Stand der Projektentwicklung zum Großtierschutzgebiet Teltow-Fläming JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-2758 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 1 SP - 118 EP - 129 ER - TY - JOUR A1 - Schröder, Inge A1 - Fritz, N. T1 - Schnittstelle Kinderhand BT - Computermaus JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3924 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 10 SP - 87 EP - 93 ER - TY - JOUR A1 - Scheffler, Christiane T1 - Bewegungsmuster in Alltagssituationen BT - Ein Altersvergleich JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3933 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 10 SP - 94 EP - 99 ER - TY - JOUR A1 - Nagel, Katja T1 - Anthropometrische Komfortbewertung des Fahrzeuginnenraumes JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3947 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 10 SP - 100 EP - 107 ER - TY - JOUR A1 - Hudelmaier, J. T1 - Die Erfassung personenindividueller Sichtverhältnisse im PKW BT - Das Sichtanalysesystem ARGUS JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 2001 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3952 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 10 SP - 108 EP - 115 ER - TY - BOOK A1 - Niehoff, Daniel T1 - Modellierung des Einflusses der Landnutzung auf die Hochwasserentstehung in der Mesoskala N2 - Seit 1990 waren mehrere der großen Flussgebiete Mitteleuropas wiederholt von extremen Hochwassern betroffen. Da sowohl die Landoberfläche als auch die Flusssysteme weiter Teile Mitteleuropas in der Vergangenheit weitreichenden Eingriffen ausgesetzt gewesen sind, wird bei der Suche nach den Ursachen für diese Häufung von Extremereignissen auch die Frage nach der Verantwortung des Menschen hierfür diskutiert. Gewässerausbau, Flächenversiegelung, intensive landwirtschaftliche Bodenbearbeitung, Flurbereinigung und Waldschäden sind nur einige Beispiele und Folgen der anthropogenen Eingriffe in die Landschaft. Aufgrund der Vielfalt der beteiligten Prozesse und deren Wechselwirkungen gibt es allerdings bislang nur Schätzungen darüber, wie sehr sich die Hochwassersituation hierdurch verändert hat. Vorrangiges Ziel dieser Arbeit ist es, mit Hilfe eines hydrologischen Modells systematisch darzustellen, in welcher Weise, in welcher Größenordnung und unter welchen Umständen die Art der Landnutzung auf die Hochwasserentstehung Einfluss nimmt. Dies wird anhand exemplarischer Modellanwendungen in der hydrologischen Mesoskala untersucht. Zu diesem Zweck wurde das deterministische und flächendifferenzierte hydrologische Modell wasim-eth ausgewählt, das sich durch eine ausgewogene Mischung aus physikalisch begründeten und konzeptionellen Ansätzen auszeichnet. Das Modell wurde im Rahmen dieser Arbeit um verschiedene Aspekte erweitert, die für die Charakterisierung des Einflusses der Landnutzung auf die Hochwasserentstehung wichtig sind: (1) Bevorzugtes Fließen in Makroporen wird durch eine Zweiteilung des Bodens in Makroporen und Bodenmatrix dargestellt, die schnelle Infiltration und Perkolation jenseits der hydraulischen Leitfähigkeit der Bodenmatrix ermöglicht. (2) Verschlämmung äußert sich im Modell abhängig von Niederschlagsintensität und Vegetationsbedeckungsgrad als Verschlechterung der Infiltrationsbedingungen an der Bodenoberfläche. (3) Das heterogene Erscheinungsbild bebauter Flächen mit einer Mischung aus versiegelten Bereichen und Freiflächen wird berücksichtigt, indem jede Teilfläche je nach Versiegelungsgrad in einen unversiegelten Bereich und einen versiegelten Bereich mit Anschluss an die Kanalisation aufgeteilt wird. (4) Dezentraler Rückhalt von Niederschlagswasser kann sowohl für natürliche Mulden als auch für gezielt angelegte Versickerungsmulden mit definierten Infiltrationsbedingungen simuliert werden. Das erweiterte Modell wird exemplarisch auf drei mesoskalige Teileinzugsgebiete des Rheins angewandt. Diese drei Gebiete mit einer Fläche von zwischen 100 und 500 km² wurden im Hinblick darauf ausgewählt, dass jeweils eine der drei Hauptlandnutzungskategorien Bebauung, landwirtschaftliche Nutzung oder Wald dominiert. Für die drei Untersuchungsgebiete sind räumlich explizite Landnutzungs- und Landbedeckungsszenarien entworfen worden, deren Einfluss auf die Hochwasserentstehung mit Hilfe des erweiterten hydrologischen Modells simuliert wird. Im Einzelnen werden die Auswirkungen von Verstädterung, Maßnahmen zur Niederschlagsversickerung in Siedlungsgebieten, Stilllegung agrarisch genutzter Flächen, veränderter landwirtschaftlicher Bodenbearbeitung, Aufforstung sowie von Sturmschäden in Wäldern untersucht. Diese Eingriffe beeinflussen die Interzeption von Niederschlag, dessen Infiltration, die oberflächennahen unterirdischen Fließprozesse sowie, zum Beispiel im Fall der Kanalisation, auch die Abflusskonzentration. Die hydrologischen Simulationen demonstrieren, dass die Versiegelung einer Fläche den massivsten Eingriff in die natürlichen Verhältnisse darstellt und deshalb die stärksten (negativen) Veränderungen der Hochwassersituation hervorbringt. Außerdem wird deutlich, dass eine bloße Änderung des Interzeptionsvermögens zu keinen wesentlichen Veränderungen führt, da die Speicherkapazität der Pflanzenoberflächen im Verhältnis zum Volumen hochwasserauslösender Niederschläge eher klein ist. Stärkere Veränderungen ergeben sich hingegen aus einer Änderung der Infiltrationsbedingungen. Die Grenzen der entwickelten Methodik zeigen sich am deutlichsten bei der Simulation veränderter landwirtschaftlicher Bewirtschaftungsmethoden, deren mathematische Beschreibung und zahlenmäßige Charakterisierung aufgrund der Komplexität der beteiligten Prozesse mit großen Unsicherheiten behaftet ist. Die Modellierungsergebnisse belegen darüber hinaus, dass pauschale Aussagen zum Einfluss der Landnutzung auf die Hochwasserentstehung aufgrund der entscheidenden Bedeutung der klimatischen und physiographischen Randbedingungen unzulässig sind. Zu den klimatischen Randbedingungen zählen sowohl Niederschlagsintensität und -dauer als auch die Feuchtebedingungen vor einem hochwasserauslösenden Niederschlag. Die physiographischen Randbedingungen sind von der geomorphologischen und geologischen Ausstattung des Gebiets vorgegeben. Weiterhin muss der räumliche und zeitliche Maßstab, über den Aussagen getroffen werden, klar definiert sein, da sich mit steigender Einzugsgebietsgröße die relative Bedeutung sowohl der verschiedenen Niederschlagstypen als auch der physiographischen Eigenschaften verschiebt. Dies wird in der vorliegenden Arbeit im Gegensatz zu vielen anderen Untersuchungen konsequent berücksichtigt. In Abhängigkeit von Randbedingungen und räumlichen Maßstab sind aufgrund der gewonnen Erkenntnisse folgende Aussagen zum Einfluss von Landnutzungsänderungen auf die Hochwasserentstehung möglich: (1) Für intensive konvektive Niederschlagsereignisse mit tendenziell geringer Vorfeuchte ist der Einfluss der Landnutzung größer als für langanhaltende advektive Niederschläge geringer Intensität, da im ersten Fall veränderte Infiltrationsbedingungen stärker zum Tragen kommen als bei kleinen Niederschlagsintensitäten. (2) In kleinen Einzugsgebieten, wo kleinräumige Konvektivzellen zu Hochwassern führen können, ist der Einfluss der Landnutzung dementsprechend größer als in großen Flussgebieten wie dem Rheingebiet, wo vor allem langanhaltende advektive Ereignisse (unter Umständen verbunden mit Schneeschmelze) relevant sind. (3) In Gebieten mit guten Speichereigenschaften wie mächtigen, gut durchlässigen Böden und gut durchlässigem Gesteinsuntergrund ist der Einfluss der Landnutzung größer als in Gebieten mit geringmächtigen Böden und geringdurchlässigem Festgestein. Dies ist darin begründet, dass in Gebieten mit guten Speichereigenschaften bei einer Verschlechterung der Infiltrationsbedingungen mehr Speicherraum für Niederschlag verloren geht als in anderen Gebieten. N2 - Since 1990, several of the large European river basins were affected repeatedly by extreme floods. As both the landscape and the river systems in large parts of Central Europe have undergone major changes in the past, during the search for the causes of this accumulation of extreme events also the impact of human activities on flooding has been discussed. River training, surface sealing, intensive agricultural land-use, consolidation of farmland, and damages to forests are only some examples and consequences of the anthropogenic interferences with the landscape. But due to the diversity of the processes and factors involved, by now it can only be estimated how far the flood situation has changed by these interferences. Therefore, the main target of this thesis is to describe systematically in which way, to what extent and under which circumstances the land-use exerts an influence on storm-runoff generation and subsequently the discharge of rivers. This is investigated by means of exemplary model applications at the hydrological meso-scale. For this task, the deterministic and distributed hydrological model wasim-eth was chosen due to its well-balanced mixture of physically-based and conceptual approaches. In the framework of this thesis, the model has been extended in order to cope with several phenomena which are important when aiming at a characterization of the influence of land-use on flood generation: (1) Preferential flow in macropores is treated by a division of the soil into macropores and a soil matrix. This so-called double-porosity approach allows for fast infiltration and percolation beyond the hydraulic conductivity of the soil matrix. (2) Siltation expresses itself within the model as a deterioration of infiltration conditions at the soil surface, depending on precipitation intensity and the degree of vegetation covering. (3) The heterogeneous appearance of built-up areas, consisting of both sealed areas and pervious areas, is taken into account by dividing each partial area into an unsealed part and a sealed part which is connected to the sewer system. (4) Decentralized storage can be simulated for natural depressions as well as for specific infiltration measures with defined infiltration conditions. The extended model is exemplarily applied to three meso-scale tributaries of the Rhine river. These three catchments with an area of between 100 and 500 km² were chosen with regard to their prevailing land-use, one of them being heavily urbanized, one dominated by agricultural use, and one being mainly forested. For these three catchments, spatially explicit land-use and land-cover scenarios were developed. The impact of these scenarios on storm-runoff generation is being simulated using the extended hydrological model. In this context, namely urbanization, infiltration measures in settlement areas, conversion of farmland to set-aside areas, altered agricultural management practices, affor estation and storm damages in forests are taken into account. These changes influence the interception of rainfall, its infiltration into the soil, the subsurface flow processes next to the soil surface as well as, for example in the case of sewer systems, also runoff concentration. The hydrological simulations demonstrate that sealing of the soil surface is the most intensive intervention in the natural conditions among the ones which are mentioned above. Therefore it results in the strongest (negative) changes of the flooding situation in a catchment. In addition to that, the simulations show that a simple alteration in the interception capacity does not yield significant changes in catchment response, because the storage capacity of vegetation surfaces is rather low compared to the volume of storm events which normally lead to significant floods. More pronounced changes arise from modifications in the infiltration conditions. The limits of the methodology which was chosen for this thesis become obvious when simulating altered agricultural management practices. Due the complexity of the processes involved, mathematical description and parameterization is difficult and therefore afflicted with high uncertainty. In addition to that, the modelling results prove that global statements on the influence of land-use on flood generation are illegitimate because of the paramount importance of the climatic and physiographic boundary conditions. Climatic boundary conditions are precipitation intensity and duration as well as the moisture conditions before a storm event. The physiographic boundary counditions are given by the geomorphological and geological catchment properties. Furthermore, with increasing scale there is a shift in the relative importance of the different types of rainfall as well as the different geophysical catchment properties. Therefore, the spatial and temporal scale for which the results are valid have to be clearly defined. This is taken into account consequently within this thesis – in contrast to many other studies on this topic. Depending on boundary conditions and spatial scale, the findings allow the following statements regarding the influence of land-use changes on storm-runoff generation: (1) For intensive convective storm events with generally low antecedent soil moisture, the influence of land-use is greater than for long-lasting advective storm events with low rainfall intensities, because in the first case changes in the infiltration conditions are more important than during times of low precipitation intensities. (2) In small catchments, where small-scale convective cells can lead to a flood, the influence of land-use is accordingly greater than in large river basins like the Rhine basin, where long-lasting advective rainfalls (possibly in combination with snowmelt) are relevant. (3) In areas with good storage conditions like thick, permeable soils and pervious rock underneath, the influence of land-use is greater than in areas with thin soils and only slightly permeable bedrock. This is due to the fact that in case of deteriorating infiltration conditions, more storage space for precipitation is lost in areas with good storage conditions than in other areas. T3 - Brandenburgische Umwelt-Berichte - 11 Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3988 SN - 1611-9339 SN - 1434-2375 IS - 11 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - BOOK A1 - Fritsch, Uta T1 - Entwicklung von Landnutzungsszenarien für landschaftsökologische Fragestellungen N2 - Die Landschaften Mitteleuropas sind das Resultat einer langwierigen Geschichte menschlicher Landnutzung mit ihren unterschiedlichen, z.T. konkurrierenden Nutzungsansprüchen. Durch eine überwiegend intensive Beanspruchung haben die direkten und indirekten Auswirkungen der Landnutzung in vielen Fällen zu Umweltproblemen geführt. Die Disziplin der Landschaftsökologie hat es sich zur Aufgabe gemacht, Konzepte für eine nachhaltige Nutzung der Landschaft zu entwickeln. Eine wichtige Fragestellung stellt dabei die Abschätzung der möglichen Folgen von Landnutzungsänderungen dar. Für die Analyse der relevanten Prozesse in der Landschaft werden häufig mathematische Modelle eingesetzt, welche es erlauben die Landschaft unter aktuellen Verhältnissen oder hinsichtlich veränderter Rahmenbedingungen zu untersuchen. Die hypothetische Änderung der Landnutzung, die als Landnutzungsszenario bezeichnet wird, verkörpert eine wesentliche Modifikation der Rahmenbedingungen, weil Landnutzung maßgeblich Einfluss auf die natürlichen Prozesse der Landschaft nimmt. Während die Antriebskräfte einer solchen Änderung überwiegend von sozio-ökonomischen und politischen Entscheidungen gesteuert werden, orientiert sich die exakte Verortung der Landnutzungsänderungen an den naturräumlichen Bedingungen und folgt z.T. erkennbaren Regeln. Anhand dieser Vorgaben ist es möglich, räumlich explizite Landnutzungsszenarien zu entwickeln, die als Eingangsdaten für die Modellierung verschiedener landschaftsökologischer Fragestellungen wie z.B. für die Untersuchung des Einflusses der Landnutzung auf den Wasserhaushalt, die Erosionsgefahr oder die Habitatqualität dienen können. Im Rahmen dieser Dissertation wurde das rasterbasierte deterministische Allokationsmodell luck (Land Use Change Scenario Kit) für die explizite Verortung der Landnutzungsänderungen entwickelt. Es basiert auf den in der Landschaftsökologie üblichen räumlichen Daten wie Landnutzung, Boden sowie Topographie und richtet sich bei der Szenarienableitung nach den Leitbildern der Landschaftsplanung. Das Modell fußt auf der Hypothese, dass das Landnutzungsmuster als Funktion seiner landschaftsökologischen Faktoren beschrieben werden kann. Das Veränderungspotenzial einer Landnutzungseinheit resultiert im Modell aus einer Kombination der Bewertung der relativen Eignung des Standortes für die jeweilige Landnutzung und der Berücksichtigung von Standorteigenschaften der umliegenden Nachbarn. Die Durchführung der Landnutzungsänderung im Modell ist iterativ angelegt, um den graduellen Prozess des Landschaftswandels nachvollziehen zu können. Als Fallbeispiel für die Anwendung solcher räumlich expliziten Landnutzungsszenarien dient die Fragestellung, inwieweit Landnutzungsänderungen die Hochwasserentstehung beeinflussen. Um den Einfluss auf die Hochwasserentstehung für jede der Landnutzungskategorien – bebaute, landwirtschaftlich genutzte und naturnahe Flächen – abschätzen zu können, wird im Landnutzungsmodell luck exemplarisch für jede Kategorie ein Teilmodell für die Veränderung von Landnutzung angeboten: 1) Ausdehnung der Siedlungsfläche: Dieses Teilmodell fußt auf der Annahme, dass sich Siedlungen nur in direkter Nachbarschaft bereits bestehender Bebauung und bevorzugt entlang von Entwicklungsachsen ausbreiten. Steile Hangneigungen stellen für potenzielle Standorte ein Hemmnis bei der Ausbreitung dar. 2) Stilllegung von Grenzertragsackerflächen: Gemäß der Hypothese, dass sich die Stilllegung von Ackerflächen an der potenziellen Ertragsleistung der Standorte orientiert, werden in diesem Teilmodell alle Ackerstandorte dahingehend bewertet und die Flächen mit der geringsten Leistungsfähigkeit stillgelegt. Bei homogenen Gebietseigenschaften werden die Stilllegungsflächen zufällig auf die Ackerfläche verteilt. 3) Etablierung von Schutzgebieten in Ufer- und Auenbereichen: Ausgehend von der These, dass sich entlang von Flüssen sensible Flächen befinden, deren Schutz positive Folgen für das Leistungsvermögen der Landschaft haben kann, werden in diesem Teilmodell schützenswerte Ufer- und Auenbereiche auf derzeit landwirtschaftlich genutzten Flächen ausgewiesen. Die Größe der Schutzgebietsfläche orientiert sich an der Morphologie der umgebenden Landschaft. Die drei Teilmodelle wurden hinsichtlich der implizierten Hypothesen mit vielen unterschiedlichen Ansätzen validiert. Das Resultat dieser intensiven Analyse zeigt für jedes Teilmodell eine zufriedenstellende Tauglichkeit. Die Modellierung der Landnutzungsänderungen wurden in drei mesoskaligen Flusseinzugsgebieten mit einer Fläche zwischen 100 und 500 km² durchgeführt, die sich markant in ihrer Landnutzung unterscheiden. Besonderer Wert wurde bei der Gebietsauswahl darauf gelegt, dass eines der Gebiete intensiv landwirtschaftlich genutzt wird, eines dicht besiedelt und eines vorwiegend bewaldet ist. Im Hinblick auf ihre Relevanz für die vorliegende Fragestellung wurden aus bestehenden Landnutzungstrends die Szenarien für (1) die prognostizierte Siedlungsfläche für das Jahr 2010, (2) die möglichen Konsequenzen des EU-weiten Beschlusses der Agenda 2000 und (3) die Novelle des Bundesnaturschutzgesetzes aus dem Jahr 2001 abgeleitet. Jedes Szenario wurde mit Hilfe des Modells auf die drei Untersuchungsgebiete angewendet. Dabei wurden für die Siedlungsausdehnung in allen drei Gebieten realistische Landnutzungsmuster generiert. Einschränkungen ergeben sich bei der Suche nach Grenzertragsstilllegungsflächen. Hier hat unter homogenen Gebietseigenschaften die zufällige Verteilung von Flächen für die Stilllegung zu einem unrealistischen Ergebnis geführt. Die Güte der Schutzgebietsausweisung ist maßgeblich an die aktuelle Landnutzung der Aue und die Morphologie des Geländes gebunden. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Flächen in den Ufer- und Auenbereichen mehrheitlich unter derzeitiger Ackernutzung stehen und der Flusslauf sich in das Relief eingetieft hat. Exemplarisch werden für jeden Landnutzungstrend die hydrologischen Auswirkungen anhand eines historischen Hochwassers beschrieben, aus denen jedoch keine pauschale Aussage zum Einfluss der Landnutzung abgeleitet werden kann. Die Studie demonstriert die Bedeutung des Landnutzungsmusters für die natürlichen Prozesse in der Landschaft und unterstreicht die Notwendigkeit einer räumlich expliziten Modellierung für landschaftsökologische Fragestellungen in der Mesoskala. N2 - Today′s landscapes in Central Europe are the result of a long history of land-use, which is characterised by many different demands. The immediate and long-term consequences of predominantly intensive land-use have led to environmental problems in many cases. Therefore it is necessary to develop strategies for the maintenance of landscape efficiency which take into account the different claims of utilisation. In this context the estimation of possible impacts of land-use changes represents an important statement of problem. For the analysis of the relevant processes within the landscape, it is common to apply mathematical models. Such models enable the investigation of the landscape under current conditions or with regard to modified boundary conditions. A hypothetic alteration of land-use, which is termed as land-use scenario, represents a substantial modification of the boundary conditions, because land-use exerts a strong influence on the natural processes of the landscape. While the driving forces are predominantly governed by socio-economical and political decisions, the exact location of land-use changes within the landscape mainly depends on the natural conditions and follows partly transparent rules. With these presumptions it is possible to develop land-use scenarios, which can serve as input data for the modelling of different questions of landscape ecology such as the influence of land-use on the water balance, the danger of erosion or the quality of habitat characteristics. In the context of this thesis the grid-based deterministic allocation model luck (Land Use Change Scenario Kit) for the allocation of land-use changes was developed. It is based upon the types of spatial data, which are commonly used in landscape ecology, such as information on land-use, soils as well as topography. The derivation of scenarios follows the approaches of landscape planning. The model is based upon the hypothesis, that land-use structure can be described as a function of its landscape ecological factors. The potential of a site to become subject to land-use changes, results from a combination of its local qualities and the site characteristics of its neighbourhood. Land-use change is realised iteratively in order to simulate the gradual process of changes in the landscape. The influence of land-use changes on flood generation serves as a case study to demonstrate the need for spatial explicit land-use scenarios. For each land-use category – built up areas, agriculturally used areas and natural/semi-natural land – the model luck offers a submodel for investigating the effect of land-use changes on flood generation: 1) Expansion of settlement area: This submodel is based upon the assumption that settlements spread only in the neighbourhood of already existing built-up areas and preferentially along infrastructural axes of development. Steep slopes inhibit the spreading on potential locations. 2) Set-aside of marginal yield sites under agricultural use: Setting-aside of arable land is based on the hypothesis that the selection of arable land to be set-aside depends on the potential yield efficiency of the locations. Within this submodel all fields under agricultural use are valued to that effect and the ones with the least productive efficiency are selected as set-aside locations. In case of homogeneous area qualities the set-aside locations are selected randomly. 3) Establishment of protected areas in waterside and ripearian areas: This submodel takes into consideration that the protection of sensitive areas along the river courses may have positive consequences for the efficiency of the landscape. Therefore this submodel establishes protection zones on waterside and ripearian sites under currently agricultural use, that might be of value for nature conservation. The size of the protection area depends on the morphology of the surrounding landscape. The three submodels were validated with respect to the implied hypotheses by the help of many different approaches. The result of this intensive analysis shows a satisfying suitability for each of the submodels. The simulation of land-use changes was carried out for three mesoscale river catchments with an area between 100 and 500 km². Special attention was paid to the fact that these areas should be markingly different in their land-use: One study area is predominantly under intensive agricultural use, one is densely populated and the third one is covered by forest in large parts of the area. With regard to their relevance to the onhand question from existing land-use trends scenarios were derived for the prognosed settlement area for the year 2010, for the possible consequences of the EU-wide agreement of Agenda 2000 and for the amending federal conservation law dating to the year 2001, which enhances the enlargement of protected areas. Each scenario was applied to the three study areas utilizing the model luck. For the expansion of the settlement areas in all three study areas realistic land-use patterns were generated. Limitations arose only in the context of the search for marginal yield fields. Here, the random distribution of areas to be set-aside under homogeneous conditions led to unrealistic results. The quality of the establishment of protected areas in waterside and ripearian areas is substantially bound to current land-use and the morphology of the area. The best results for this submodel are achieved if waterside and ripearian areas are mainly arable land and if the river has lowered its course into the morphology. The hydrological consequences are described exemplarily for each land-use trend with a historical flood event. The interpretation of the hydrographs does not allow global statements about the influence of land-use. The study demonstrates the significance of land-use pattern for the natural processes in the landscape and underlines the necessity of spatially explicit modelling for landscape ecological questions at the mesoscale. T3 - Brandenburgische Umwelt-Berichte - 12 Y1 - 2002 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3996 SN - 3-935024-48-7 SN - 978-3-935024-48-8 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 IS - 12 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Mühle, Ralf-Udo T1 - Tierleben BT - ein zoologischer Überblick zur Unteren Havelniederung JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-4056 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 13 SP - 82 EP - 97 ER - TY - JOUR A1 - Bormki, G. A1 - Knösche, Ralf A1 - Schneider, Ingo T1 - Untersuchungen zur N-Mineralisation und -Remobilisierung im Sediment eines extrem flachen Auensees (Schollener See) JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-4081 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 13 SP - 114 EP - 120 ER - TY - JOUR A1 - Ackermann, Peter A1 - Widekind, Justus v. A1 - Fierment, Gerold A1 - Lindloff, Karsten A1 - Schneider, Lothar A1 - Günther, B. A1 - Müller, O. A1 - Jischa, M.-F. T1 - Konzepte und Instrumentarien für die Gestaltung einer nachhaltig zukunftsverträglichen Entwicklung N2 - Konzepte und Instrumentarien für die Gestaltung einer nachhaltig zukunftsverträglichen Entwicklung ; ACKERMANN, P.: Nachhaltige Entwicklung – ein neues gesellschaftliches Paradigma? ; WIDEKIND, J.v.: Agenda 21 – Von Rio bis Brandenburg ; FIERMENT, G.; ACKERMANN, P.: Lokale Agenda 21-Prozesse – Werkzeug für die lokale Gestaltung einer nachhaltig zukunftsverträglichen Entwicklung ; LINDLOFF, K.; SCHNEIDER, L.: Integrierte Umweltberatung – Regionale Vernetzung von Umweltakteuren und partizipatorische Entwicklung ökologischer Ziele ; GÜNTHER, B.; MÜLLER, E.O.: Der Runde Tisch zur nachhaltigen Entwicklung in Berlin und Brandenburg: Beispiel für eine lernende Organisation ; JISCHA, M.F.: Das Leitbild Nachhaltigkeit und das Konzept Technikbewertung Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-4115 ER - TY - JOUR A1 - Krohn, Arne A1 - Materne, Stefanie A1 - Schlutow, A. A1 - Wilhelm, R. A1 - Metzdorf, R. A1 - Wilk, B. A1 - Förster, B. A1 - Schade, Bernd A1 - Kitzig, Angelika A1 - Müller, Jörg A1 - Haase, Walter A1 - Rückert-John, Jana T1 - Agenda 21-Prozesse für zukunftsfähige Kommunen in Brandenburg N2 - Agenda 21-Prozesse für zukunftsfähige Kommunen in Brandenburg KROHN, A.: Stadtentwicklung und Lokale Agenda 21 – Zwei Seiten einer Medaille ; MATERNE, S.: Agenda 21 in Oranienburg – die Entwicklung eines Leitbildes ; SCHLUTOW, A.; WILHELM, B.; METZDORF, R.; WILK, B., FÖRSTER, B.: Interessengemeinschaft "Ökologie 2000 - Unternehmer für die Umwelt" – Anstoß der Wirtschaft für eine lokale Agenda 21 in Strausberg ; SCHADE, B.: Agenda 21 im Landkreis Potsdam-Mittelmark – Rahmen für lokale Aktivitäten ; KITZIG, A.: Potsdam, Stadt der Toleranz – unterwegs mit Geschichts- und Verantwortungsbewußtsein für die Zukunft. Die Lokale Agenda 21 ; MÜLLER, J.: Umsetzung eines Klimaschutzkonzeptes – Schritte zu einer nachhaltigen Entwicklung der Stadt Eberswalde , HAASE, W.: Eine lokale Agenda 21 für Kleinmachnow , RÜCKERT-JOHN, J.: Auf dem Weg zur Nachhaltigkeit. Ergebnisse einer Dorfstudie Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-4120 ER - TY - THES A1 - Fuchs, Iris Judith T1 - Untersuchungen zur chemischen Transformation von intestinalen Epithelzellen der Ratte und des Menschen durch 2-Hydroxyamino-1-methyl-6-phenylimidazo(4,5-b)pyridin T1 - Investigations to chemical transformation of rat and human intestinal epithelial cells by 2-hydroxyamino-1-methyl-6-phenylimidazo(4,5-b)pyridine N2 - Die Zahl der Kolonkarzinome in den westlichen Industrieländern steigt in den letzten Jahren stetig an. Zu den Verbindungen, die mit der Zubereitung der Nahrung entstehen, mit ihr aufgenommen werden und die Kolonkanzerogenese möglicherweise begünstigen, gehört das heterozyklische aromatische PhIP, das bei der Erhitzung proteinreicher Nahrungsmittel entsteht. Neben zahlreichen Fütterungsversuchen an Nagern existieren auch Zellkulturmodelle zur Untersuchung der molekularen Mechanismen der PhIP-induzierten Kolonkanzerogenese. Die chemische Transformation von Zellen sollte durch wiederholte Exposition gegenüber dem hydroxylierten Metaboliten des Kanzerogens (N2-OH-PhIP) erzielt werden. Es wurden IEC-18-Zellen der Ratte und HCEC-Zellen des Menschen zur Untersuchung verwendet. Die Behandlung der IEC-18-Zellen führt nach 25 Behandlungszyklen mit Konzentrationen von 5 bis 20 µM nicht zur Transformation der Zellen. Die Anwesenheit von N2-OH-PhIP führt zu einer zehnfach erhöhten Induktion der GST-Aktivität, insbesondere der Untereinheiten GST-A1, -A3, -Pi und -T2, die für die effiziente Detoxifizierung des N-Acetoxy-Metaboliten vom N2-OH-PhIP verantwortlich sind. Bereits nach drei Behandlungen mit 1,5 µM N2-OH-PhIP konnte eine maligne Transformation der HCEC-Zellen erzielt werden. Die Zellen zeigten die charakteristischen Zeichen der Transformation: veränderte Wachstumseigenschaften wie klonales dreidimensionales Zellwachstum („pilling up“), Hemmung der Zell-Zell-Kontaktinhibierung, verkürzte Populationsverdopplungszeiten und tumorigene und metastasierende Eigenschaften. Außerdem exprimierten die N2-OH-PhIP-exponierten humanen Kolonzellen mit steigender Anzahl der Behandlungen größere Mengen des trunkierten APC-Proteins. Die bekannten PhIP-spezifischen Mutationen im APC-Gen resultieren in der Expression eines trunkierten Proteinproduktes und werden als frühe Ereignisse in der Kolonkanzerogenese betrachtet. Die zusammenfassende Betrachtung aller Ergebnisse zeigt, dass die IEC-18-Zelllinie zur chemischen Transformation durch N2-OH-PhIP ungeeignet ist. Dagegen wurde erstmalig eine vollständige chemische Transformation von Humandickdarmepithelzellen in vitro durch Exposition der humanen Kolonepithelzelllinie HCEC gegenüber dem Kolonkarzinogen N2-OH-PhIP erzielt. N2 - In the last few years a strong increase in the incidence of colorectal cancer has been observed. As to the specific components in processed food responsible for the induction of colon cancerogenesis , it has been suggested that heterocyclic aromatic amines (HAA), e.g. the most abundant HAA 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine (PhIP), which is formed in protein rich food, when it is cooked at high temperatures or over an open flame, might be involved in this process. Whereas a number of in vivo-models to study PhIP-mediated colon carcinogenesis are known, only a limited number of cell culture systems to study the HAA-mediated transformation of intestinal epithelial cells do in fact exist. In the present study IEC-18 cells (rat intestinal epithelial cells) and HCEC cells (human colon epithelial cells) were incubated with N2-OH-PhIP, the N-hydroxylated metabolite of PhIP. The IEC-18 cells could not be transformed despite 25 treatment cycles with 5 to 20 µM N2-OH-PhIP. This might be due to the fact that GST activity as well as the expression of the GST -A1, -A3, -Pi and -T2 units, which are responsible for the detoxication of the N-acetoxy derivative of PhIP were strongly induced by N2-OH-PhIP. In contrast, HCEC cells were malignantly transformed when exposed three times to 1.5 µM N2-OH-PhIP. The chemically-treated cells showed a reduced population doubling time, they lost cell-cell contact inhibition and started pilling up. Furthermore, if HCEC cells were injected subcutaneously into SCID mice tumors developed at the site of injection in all animals tested. The transformed HCEC cells also express high amounts of truncated APC protein, which in vivo appears at an early stage of colon cancerogenesis. Taken together, it has been shown that IEC-18 cells are not suitable for chemical transformation studies with the HAA metabolite N2-OH-PhIP. For the first time it has been shown that the HAA metabolite N2-OH-PhIP is indeed able to malignantly transform human colon epithelial cells in vitro. KW - maligne Transformation KW - Kolonkrebs KW - heterozyklische aromatische Amine KW - intestinale Epithelzellen KW - colorectal cancer KW - heterocyclic aromatic amines KW - intestinal epithelial cells KW - malignant transformation Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-11807 ER - TY - GEN A1 - Köchy, Martin T1 - Stochastic time series of daily precipitation for the interior of Israel N2 - This contribution describes a generator of stochastic time series of daily precipitation for the interior of Israel from c. 90 to 900 mm mean annual precipitation (MAP) as a tool for studies of daily rain variability. The probability of rainfall on a given day of the year is described by a regular Gaussian peak curve function. The amount of rain is drawn randomly from an exponential distribution whose mean is the daily mean rain amount (averaged across years for each day of the year) described by a flattened Gaussian peak curve. Parameters for the curves have been calculated from monthly aggregated, long-term rain records from seven meteorological stations. Parameters for arbitrary points on the MAP gradient are calculated from a regression equation with MAP as the only independent variable. The simple structure of the generator allows it to produce time series with daily rain patterns that are projected under climate change scenarios and simultaneously control MAP. Increasing within-year variability of daily precipitation amounts also increases among-year variability of MAP as predicted by global circulation models. Thus, the time series incorporate important characteristics for climate change research and represent a flexible tool for simulations of daily vegetation or surface hydrology dynamics. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 029 KW - stochastische Zeitreihen KW - täglicher Niederschlag KW - Israel KW - Klimawandel KW - stochastic time series KW - daily precipitation KW - Israel KW - climate change Y1 - 2006 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-13155 ER - TY - JOUR A1 - Pfeiffer, Jörg A1 - Ruge, Martin T1 - Die Sprache des Internet JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3003 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 4 SP - 80 EP - 86 ER - TY - JOUR A1 - Ruge, Klaus T1 - Homepage - statt Naturschutz heute? BT - Perspektiven der Öffentlichkeitsarbeit des NABU JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3016 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 4 SP - 87 EP - 91 ER - TY - JOUR A1 - Wipper, Renate T1 - Zusammenfassung der Diskussionen zu den Vorträgen "Internet" JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3027 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 4 SP - 92 EP - 93 ER - TY - JOUR A1 - Berndt, Klaus-Peter T1 - Arbeitsgruppe Multimedia JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3033 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 4 SP - 94 EP - 96 ER - TY - JOUR A1 - Parnow, Klaus T1 - Arbeitsgruppe Video JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3046 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 4 SP - 97 EP - 98 ER - TY - JOUR A1 - Wipper, Renate T1 - Arbeitsgruppe Internet JF - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3058 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 VL - 4 SP - 99 EP - 100 ER - TY - BOOK ED - Bronstert, Axel T1 - Möglichkeiten zur Minderung des Hochwasserrisikos durch Nutzung von Flutpoldern an Havel und Oder BT - Schlussbericht zum BMBF-Projekt im Rahmen des Vorhabens "Bewirtschaftungsmöglichkeiten im Einzugsgebiet der Havel" N2 - Die extremen Hochwasserereignisse an der Oder (Juli 1997) und Elbe (August 2002) haben erneut gezeigt, welch enorme Risiken für Leben und Sachgüter von Überschwemmungen ausgehen können. Eine wichtige Maßnahme im Rahmen eines Hochwasserrisikomanagements stellt die gezielte Flutung von Polderflächen zur Minderung des Hochwasserrisikos von stromab gelegenen Gebieten mit hohem Schadenpotential dar. So wurde durch die Flutung der Polder an der Unteren Havel während des Elbhochwassers 2002 der Hochwasserscheitel erfolgreich verringert, wodurch die Verteidigung der stromab gelegenen Deiche unterstützt und die Überschwemmungsgefahr u. a. für die Stadt Wittenberge reduziert wurde. Dies stellt den Hintergrund des durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projektes "Möglichkeiten zur Minderung des Hochwasserrisikos durch Nutzung von Flutpoldern an Havel und Oder" dar, das in enger Kooperation zwischen Universität, den Landesämtern für Landwirtschaft und Umwelt und Ingenieurbüros bearbeitet wurde. Untersuchungsgebiete waren die Neuzeller Niederung an der Oder und die Polder an der Unteren Havel, deren Nutzung als Flutpolder geprüft bzw. optimiert werden sollte. Die Ergebnisse des interdisziplinären Forschungsprojektes werden in dem vorliegenden Bericht dargestellt. N2 - With respect to the enormous damages floods have caused in Central Europe in the last few years (Odra 1997, Elbe 2002), the use of detention areas for reducing flood risk is of high importance in modern flood management. By the controlled flooding of sparsely populated areas with low damage potential the risk for downstream areas with higher vulnerability can be reduced. The report presents the results of a research project funded by the German Federal Ministry of Research. The aim of the project was to carry out a cost benefit analysis for different scenarios regarding flood hydrographs and flood management. Damages caused by the controlled flooding of the detention basins were compared to the resulting damage reduction downstream. Investigating several flood scenarios it could be shown that the use of detention basins can efficiently attenuate large river floods provided that the retention volume is large compared to the flood peak and the retention occurs in time of peak discharge. T3 - Brandenburgische Umwelt-Berichte - 15 Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-4160 SN - 3-937786-18-X SN - 978-3-937786-18-6 SN - 1434-2375 SN - 1611-9339 IS - 15 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER -