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Strategies and effectiveness of zoo education in the field of conservation biology
(2020)
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Natalia Álvarez Montes
- Evidence is increasingly pointing towards a significant global decline in biodiversity. The drivers of this decline are numerous, including habitat change and overexploitation, rapid deforestation, pollution, exotic species and disease, and finally climate change as an emerging driver of biodiversity change (Nakamura, et al., 2013; Hancocks, 2001; Pereira, Navarro & Martins, 2012). Raising public awareness of the need to conserve biological diversity is essential to safeguard the richness of life forms all over the world (Lindemann-Matthies, 2002). In this regard, institutions such as science museums, zoos and aquariums have the potential to play an important role (Rennie & Stocklmayer, 2003). Especially, zoos can provide a productive learning environment (Miles & Tout, 1992), facilitating the promotion of public conservation awareness and the adoption of pro-environmental behaviours that would reduce negative human impacts on biodiversity (Barongi, et al., 2015).
Based on these concepts, my study contributes to the developing field of visitor studies. Taking as reference non-zoo visitors and zoo visitors, I have focused on reviewing some aspects of conservation education, such as people's awareness of conservation, people's interest in animals and people's feelings towards animals and attitudes towards zoos. The study identified differences between non-regular and regular zoo visitors in interests in animals, as well as visitor attitudes towards conservation issues and zoos. Therefore, the present study indicated that positive emotional reactions and, in particular, a perceived sense of connection to the animal were linked and depended on the frequency of zoo visits. It was as well remarkable, that conservation awareness was influenced by the interest in animals, the interest in visiting zoos, the attitudes towards these institutions, and the age and the country of origin. All these variables had a greater effect in the conservation consciousness of the participants. Additionally interestingly, the main reason for visiting zoos in every country was to learn something about animals. This highlights the educational role of zoos and broadly supports the idea that people want to visit zoos to learn something about animals, in turn facilitating pro-conservation learning and changes in attitude. They are uniquely positioned to interact with visitors, communities, and society and to contribute by providing an informative and entertaining environment. Visiting zoos could led to contribute to promoting animal connectedness and interest in species.
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Weiterentwicklung und Evaluation eines drei-dimensionalen Hautmodelles zur pharmakologischen Testung
(2008)
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Nadja Nicole Zöller
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Untersuchung der Ursachen des eingeschränkten Wirtstropismus des modifizierten Vacciniavirus Ankara unter Berücksichtigung der viralen Gene C7L, K1L und F11L
(2010)
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Joachim Zwilling
- Orthopockenviren sind große DNA-Viren, die im Zytoplasma der Wirtszelle replizieren und für über 200 Proteine kodieren. Sie besitzen ein breites Wirtszellspektrum (host-range) und modulieren auf komplexe Art und Weise zelluläre Prozesse, um ihre Replikation zu gewährleisten. Zu diesem Genus der Familie der Pockenviren gehört auch das modifizierte Vacciniavirus Ankara (MVA). MVA ist ein hoch attenuiertes, replikationsdefizientes Impfvirus, dem im Vergleich zu ursprünglichen Vacciniavirus-Stämmen viele virale Genfunktionen fehlen. Zu diesen verlorengegangenen Genen zählen so genannte host-range-Gene, die für das breite Wirtszellspektrum des Vacciniavirus (VACV) verantwortlich sind, deren molekulare Funktion aber größtenteils unbekannt ist. Diese Arbeit befasste sich zum einen mit der Untersuchung der Rolle der host-range-Gene K1L und C7L in der MVA-Infektion. Zum anderen sollte geprüft werden, ob der im MVA-Genom unvollständige Leserahmen F11L durch Wiederherstellung seiner Funktionalität den Wirtstropismus von MVA erweitern kann. Das Fehlen von K1L und C7L in MVA ist mit dem Verlust der späten viralen Genexpression verbunden. Als mögliche Ursache hierfür wurde in dieser Arbeit die Phosphorylierung des eukaryotischen Translationsinitiationsfaktors 2alpha (eIF2alpha) entdeckt, welche zum Abbruch der Proteinsynthese in der infizierten Zelle führt. Unter den möglichen Kinasen wurde die Proteinkinase R (PKR) als das verantwortliche Schlüsselenzym identifiziert und somit gezeigt, dass das K1- und C7-Protein den anti-viralen PKR-eIF2alpha-Signalweg inhibieren. Es stellte sich heraus, dass die eIF2alpha-Phosphorylierung alleine jedoch nicht für das Fehlen der späten Genexpression verantwortlich ist. Neben dem inhibitorischen Einfluss auf den PKR-eIF2alpha-Signalweg zeigte sich, dass C7 die Aktivierung des NFKB-Signalwegs reduziert, welcher für eine anti-virale Antwort der Wirtszelle wichtig ist. Ein weiterer Ansatz zur Aufklärung der K1- und C7-Funktion bestand darin, zelluläre Interaktionspartner zu identifizieren. Hierbei konnte das heterogene nukleäre Ribonukleoprotein K (HNRPK) als möglicher Interaktionspartner von C7 entdeckt werden. Neben den bisher bekannten host-range-Genen gibt es vermutlich weitere Gene, die den Wirtsbereich des VACV definieren. Das im MVA-Genom defekte F11L-Gen war ein guter Kandidat für eine solche Genfunktion, da es bei der Virionenmorphogenese, Virusausbreitung und der Migration VACV-infizierter Zellen eine Rolle zu spielen scheint. Deshalb wurde ein rekombinantes MVA mit vollständiger F11L-Gensequenz konstruiert und das Wirtszellspektrum dieses Virus untersucht. Die Reparatur des F11L-Gens ermöglichte MVA die Induktion von Zellbewegung nach Infektion, jedoch blieben seine unvollständige Morphogenese und eingeschränkte Vermehrungsfähigkeit in Säugetierzellen unbeeinflusst. F11L hat daher zumindest keine selbstständige Funktion als VACV host-range-Gen. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind ein Beitrag zum besseren Verständnis der komplexen Virus-Wirts-Interaktionen des VACV sowie des eingeschränkten Wirtstropismus des Impfvirus MVA.
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Neural organization of A3 mushroom body extrinsic neurons in the honeybee brain
(2018)
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Hanna Zwaka
Ruth Bartels
Bernd Grünewald
Randolf Menzel
- In the insect brain, the mushroom body is a higher order brain area that is key to memory formation and sensory processing. Mushroom body (MB) extrinsic neurons leaving the output region of the MB, the lobes and the peduncle, are thought to be especially important in these processes. In the honeybee brain, a distinct class of MB extrinsic neurons, A3 neurons, are implicated in playing a role in learning. Their MB arborisations are either restricted to the lobes and the peduncle, here called A3 lobe connecting neurons, or they provide feedback information from the lobes to the input region of the MB, the calyces, here called A3 feedback neurons. In this study, we analyzed the morphology of individual A3 lobe connecting and feedback neurons using confocal imaging. A3 feedback neurons were previously assumed to innervate each lip compartment homogenously. We demonstrate here that A3 feedback neurons do not innervate whole subcompartments, but rather innervate zones of varying sizes in the MB lip, collar, and basal ring. We describe for the first time the anatomical details of A3 lobe connecting neurons and show that their connection pattern in the lobes resemble those of A3 feedback cells. Previous studies showed that A3 feedback neurons mostly connect zones of the vertical lobe that receive input from Kenyon cells of distinct calycal subcompartments with the corresponding subcompartments of the calyces. We can show that this also applies to the neck of the peduncle and the medial lobe, where both types of A3 neurons arborize only in corresponding zones in the calycal subcompartments. Some A3 lobe connecting neurons however connect multiple vertical lobe areas. Contrarily, in the medial lobe, the A3 neurons only innervate one division. We found evidence for both input and output areas in the vertical lobe. Thus, A3 neurons are more diverse than previously thought. The understanding of their detailed anatomy might enable us to derive circuit models for learning and memory and test physiological data.
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Cross-species analysis between the maize smut fungi Ustilago maydis and Sporisorium reilianum highlights the role of transcriptional change of effector orthologs for virulence and disease
(2021)
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Weiliang Zuo
Jasper R. L. Depotter
Deepak Kumar Gupta
Marco Thines
Gunther Döhlemann
- The constitution and regulation of effector repertoires shape host–microbe interactions. Ustilago maydis and Sporisorium reilianum are two closely related smut fungi, which both infect maize but cause distinct disease symptoms. Understanding how effector orthologs are regulated in these two pathogens can therefore provide insights into the evolution of different infection strategies. We tracked the infection progress of U. maydis and S. reilianum in maize leaves and used two distinct infection stages for cross-species RNA-sequencing analyses. We identified 207 of 335 one-to-one effector orthologs as differentially regulated during host colonization, which might reflect the distinct disease development strategies. Using CRISPR-Cas9-mediated gene conversion, we identified two differentially expressed effector orthologs with conserved function between two pathogens. Thus, differential expression of functionally conserved genes might contribute to species-specific adaptation and symptom development. Interestingly, another differentially expressed orthogroup (UMAG_05318/Sr10075) showed divergent protein function, providing a possible case for neofunctionalization. Collectively, we demonstrated that the diversification of effector genes in related pathogens can be caused both by alteration on the transcriptional level and through functional diversification of the encoded effector proteins.
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The role of ephrin-B2 in glioblastoma invasion
(2010)
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Helge Zum Buttel
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Biogeography and conservation status of the pineapple family (Bromeliaceae)
(2019)
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Alexander Zizka
Josue Azevedo
Elton Leme
Beatriz Neves
Andrea Ferreira da Costa
Daniel Cáceres González
Georg Zizka
- Aim: To provide distribution information and preliminary conservation assessments for all species of the pineapple family (Bromeliaceae), one of the most diverse and ecologically important plant groups of the American tropics—a global biodiversity hotspot. Furthermore, we aim to analyse patterns of diversity, endemism and the conservation status of the Bromeliaceae on the continental level in the light of their evolutionary history.
Location: The Americas.
Methods: We compiled a dataset of occurrence records for 3,272 bromeliad species (93.4% of the family) and modelled their geographic distribution using either climate‐based species distribution models, convex hulls or geographic buffers dependent on the number of occurrences available. We then combined this data with information on taxonomy and used the ConR software for a preliminary assessment of the conservation status of all species following Criterion B of the International Union for the Conservation of Nature (IUCN).
Results: Our results stress the Atlantic Forest in eastern Brazil, the Andean slopes, Central America and the Guiana Highlands as centres of bromeliad diversity and endemism. Phylogenetically ancient subfamilies of bromeliads are centred in the Guiana highlands whereas the large radiations of the group spread across different habitats and large geographic area. A total of 81% of the evaluated bromeliad species are Possibly Threatened with extinction. We provide range polygons for 3,272 species, as well as newly georeferenced point localities for 911 species in the novel “bromeliad” r package, together with functions to generate diversity maps for individual taxonomic or functional groups.
Main conclusions: Diversity centres of the Bromeliaceae agreed with macroecological patterns of other plant and animal groups, but show some particular patterns related to the evolutionary origin of the family, especially ancient dispersal corridors. A staggering 2/3rds of Bromeliaceae species might be threatened with extinction, especially so in tropical rain forests, raising concerns about the conservation of the family and bromeliad‐dependent animal species.
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PaCATB : a secreted catalase protecting Podospora anserina against exogenous oxidative stress
(2011)
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Sandra Zintel
Dominik Bernhardt
Adelina Rogowska-Wrzesinska
Heinz D. Osiewacz
- A differential mass spectrometry analysis of secreted proteins from juvenile and senescentPodospora anserina cultures revealed age-related differences in protein profiles. Among other proteins with decreased abundance in the secretome of senescent cultures a catalase, termed PaCATB, was identified. Genetic modulation of the abundance of PaCATB identified differential effects on the phenotype of the corresponding strains. Deletion of PaCatB resulted in decreased resistance, over-expression in increased resistance against hydrogen peroxide. While the lifespan of the genetically modified strains was found to be unaffected under standard growth conditions, increased exogenous hydrogen peroxide stress in the growth medium markedly reduced the lifespan of the PaCatB deletion strain but extended the lifespan of PaCatB over-expressors. Overall our data identify a component of the secretome of P. anserina as a new effective factor to cope with environmental stress, stress that under natural conditions is constantly applied on organisms and influences aging processes.
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Untersuchungen zur Bedeutung von Superoxid-Dismutasen für die Alterung von Podospora anserina
(2012)
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Sandra Zintel
- Im Rahmen dieser vorliegenden Doktorarbeit sollte die Bedeutung von Superoxid-Dismutasen für das Resistenzverhalten und den Alterungsprozess bei P. anserina untersucht werden. Folgende Befunde aus den Analysen konnten erhalten werden:
1. Lokalisationsstudien der drei PaSods: Aus den biochemischen und fluoreszenzmikroskopischen Untersuchungen der drei verschiedenen PaSODs geht hervor, dass PaSOD1, eine Cu/ZnSOD, überwiegend im Cytosol und zu einem geringen Anteil im mitochondrialen Intermembranraum lokalisiert ist. Eine der beiden MnSODs, PaSOD2, wird vermutlich zur Abwehr von exogenem Superoxid sekretiert. Bei PaSOD3 handelt es sich um eine mitochondriale MnSOD.
2. Generierung von verschiedenen PaSod-Mutanten: Im Rahmen dieser Arbeit wurden von jeder PaSod mindestens drei unabhängige Überexpressionsstämme, ein GFP-Stamm- und ein Deletionsstamm hergestellt. Weiterhin wurden alle möglichen Doppel-Deletionsstämme und die Dreifach-Deletionsmutante erzeugt. Alle Stämme wurden auf DNA-Ebene verifiziert, zusätzlich wurde die Proteinmenge bzw. –Aktivität überprüft.
3. Einfluss der PaSODs auf die ROS-Toleranz: Die Analysen der ROS-Resistenzen haben gezeigt, dass PaSODs eine wichtige Rolle in der Entgiftung von Superoxiden spielt. So ließ sich bei den Deletionsstämmen der PaSods eine gesteigerte Sensitivität gegenüber Paraquat feststellen. Eine Aufsummierung der Sensitivität gegenüber Paraquat ist bei der PaSod-Tripelmutante (ΔPaSod1/2/3) zu erkennen.
Überraschenderweise kann durch die gesteigerten Mengen an aktiver PaSOD in den Überexpressionsstämmen (PaSod1-3_OEx) keine verbesserte Resistenz gegenüber Paraquat erzielt werden. Darüber hinaus führt die Überexpression des Gens für die mitochondriale SOD, PaSOD3, zu massiven negativen Effekten.
4. Einfluss auf die Lebensspanne: Durch eine fehlende Entgiftung von Superoxid in den PaSod-Deletionsmutanten ist eine Verminderung der Lebensspanne nicht festzustellen. Bei PaSod-Mutantenstämme, die eine erhöhte PaSOD-Aktivität und damit eine gesteigerte Abbaurate des Superoxids aufweisen, kann bei den PaSod1- und PaSod2-Überexpressionsstämmen keine verbesserte Lebensspanne unter den gewählten Standardbedingungen erzielt werden. Vielmehr noch ist die Lebensspanne der PaSod3-Überexpressionsstämme stark reduziert.
5. Einfluss der PaSod-Modulation auf andere Komponenten des ROS-Abbausystems: Die PaSOD-Aktivitäten scheinen miteinander co-reguliert zu werden. Des Weiteren scheint es ein Zusammenhang zwischen den beiden sekretierten Enzymen PaSOD2 und PaCATB zu geben. Deutlich wird auch, dass die Modulation der Superoxid-Dismutasen eine weitreichende Auswirkung auf andere Schutzsysteme hat. Beispielweise konnte gezeigt werden, dass Komponenten des mitochondrialen ROS-Schutzsystems und der Protein-Qualitätskontrolle in den PaSod3-Überexpressionsstämmen verändert sind.
Zusammenfassend lassen die Analysen der PaSod-modulierten Stämme den Schluss zu, dass die Superoxid-Dismutase in P. anserina ein wichtiges Enzym zum Abbau des schädlichen Superoxids darstellt, welches aber nur eine untergeordnete Rolle bei der Kontrolle der Lebensspanne unter den gewählten Wachstumsbedingungen im Labor ausübt. Des Weiteren haben die Analysen gezeigt, dass es durch die Modulation der PaSod-Gene zu weitreichenden Änderungen, die das ROS-Schutzsystem (PaSOD, PaCATB und PaPRX1) sowie die Protein-Qualitätskontrolle (PaHSP60, PaLON und PaCLPP) betreffen, kommt. Welche Auswirkung dabei diese Veränderungen in Bezug auf die Lebensspanne hat, kann nur schwer abgeschätzt werden und muss mit weiteren Untersuchungen geklärt werden.
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Schülerlabor Neurowissenschaften : ein biologiedidaktisches Forschungs- und Entwicklungsprojekt für die Oberstufe in einer außerschulischen Lernumgebung
(2019)
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Sandra A. C. Zimmermann
- Die Neurowissenschaften sind in Forschungsarbeiten für Schüler und Studierende immer wieder als eines der schwierigsten Teilgebiete der Biologie angeführt. Die Inhalte werden überwiegend nicht verstanden. Als mögliche Ursache gelten die seltenen praktischen Zugänge für die Lernenden aufgrund limitierter Ressourcen. Diese Ursache konnte in der vorliegenden Arbeit durch eine Befragung der Lehrkräfte zu ihren Praxisumsetzungen bestätigt werden. 70 % der Lehrkräfte gaben an, dass sie keine Experimente in der Schule zum Thema Nervenzellen anbieten. Experimente zur Verhaltensbiologie führen 65 % der Lehrkräfte nicht durch.
Um Schülern die Möglichkeit zu geben, sich experimentell mit den Themenfeldern der Neuro- und Verhaltensbiologie auseinanderzusetzen, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Schülerlabortage auf dem Feld der Neurowissenschaften konzipiert. Die Konzepte wurden schülerorientiert umgesetzt und neurowissenschaftliche Forschung durch den eigenen Umgang mit modernen Forschungsapparaturen erfahrbar gemacht. Die drei Labortage für die Sekundarstufe II wurden wissenschaftlich begleitet: 1) Verhaltensbiologie, 2) systemische Ebene der Elektrophysiologie, 3) elektrophysiologische Forschungsmethoden. Um die Qualität und Wirksamkeit der Labortage beurteilen zu können, wurden sie mit Feedbackerhebungen begleitet. Die drei Labortage wurden sowohl von den Lehrkräften als auch von den Schülern bezüglich ihrer Qualität positiv bewertet. Für die Schüler konnte gezeigt werden, dass die Beurteilung weitgehend unabhängig von einem zugrunde liegenden Interesse an Biologie und Forschung ausfällt. Anhand einer retrospektiven Erhebung wird außerdem gezeigt, dass alle drei Labortage eine höchst signifikante, selbsteingeschätzte Steigerung des „Wissens“, der „Anwendungszuversicht“ und des „Interesses“ bewirken. Schüler mit niedrigen Ausgangswerten zeigen einen besonders hohen Anstieg. Für das Interesse kann weiter gezeigt werden, dass auch Schüler mit hohem Ausgangswert eine große Interessenssteigerung durch den Labortag aufweisen. Das Interesse für den verhaltensbiologischen Labortag liegt etwas niedriger – die Labortage mit elektrophysiologischen Inhalten zeigen dagegen für die Anwendungszuversicht etwas niedrigere Werte.
Der Fokus der fachdidaktischen Forschung lag auf der Betrachtung des experimentellen Zugangs zur Elektrophysiologie über ein entwickeltes „EPhys-Setup“. Dabei handelt es sich um einen quasi-realen Messaufbau. Die Umsetzung kombiniert dazu Komponenten eines realen Elektrophysiologie-Setups (Hands-on Komponenten) mit einer speziell entwickelten schülerfreundlichen Software (Neurosimulation) und einem virtuellen Nervensystem in Form einer Platine. Als Modellnervensystem werden für diese Umsetzung Ganglien von Hirudo medicinalis verwendet – der Neurosimulation liegen originale elektrophysiologische Messspuren des Ganglions zugrunde. Experimentelle Vermittlungsansätze für die Elektrophysiologie finden sich kaum für den Schulbereich. Dem Bedarf einer entsprechenden Beforschung wurde mit verschiedenen Testinstrumenten nachgegangen, um den Vermittlungsansatz mit dem EPhys-Setup bewerten zu können. Dafür fand eine Wirksamkeitsanalyse über die Erhebung der Motivation der Schüler statt (Lab Motivation Scale; Dohn et al. 2016). Von Bedeutung war auch, inwiefern gegenüber der Umsetzung eine Technologieakzeptanz vorliegt (Technology Acceptance Model; Davis 1989), die im Schulkontext ausgehend von der steigenden Einbindung von Technologien einen entsprechenden Forschungsbedarf aufweist. Weiter wurde untersucht, ob sich die Bewertung des EPhys-Setups von der Bewertung einer Kontrollgruppe unterscheidet. Für die Kontrollgruppe wurde die Neurosimulation von den Hands-on Komponenten gelöst und die Schüler arbeiteten ausschließlich PC-basiert. Die Ergebnisse zeigen, dass beide Umsetzungen die Motivation förderten und eine Technologieakzeptanz bei den Schülern aufwiesen. Der Unterschied der Untersuchungsgruppen fällt gering aus. Die Abhängigkeiten, die für die verwendete Simulationsumsetzung gefunden wurden, beziehen sich ausschließlich auf Komponenten der „Freude“. Somit wird der intrinsische Bereich von den Schülern die am EPhys-Setup gearbeitet haben höher bewertet. Zur weiteren Analyse der Testinstrumente wurde auch eine Abhängigkeit der Bewertung vom zugrunde liegenden Biologieinteresse sowie von den Computerfähigkeiten vergleichend betrachtet. Der Einfluss auf die Bewertungen der drei Testskalen ist in vielen Fällen höher als der Einfluss der verwendeten Simulation. Vom individuellen Biologieinteresse der Schüler zeigen alle untersuchten Komponenten eine Abhängigkeit. Die größeren Effekte beziehen sich auf die Komponenten der „Lernwirksamkeit“ oder der „Freude“. Von den individuellen Computerfähigkeiten der Schüler zeigen Komponenten zur „Zuversicht bezüglich der Methoden und der Inhalte“ eine Abhängigkeit.
