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Mit der Möglichkeit, Glas als Baustoff zu verwenden, beginnt die Ära der modernen Architektur. Bruno Traut gilt als einer der wichtigsten Protagonisten dieser expressionistischen Phase. Mit seinen funkelnden Kristallarchitekturen in den Alpen schuf er zumindest auf dem Papier Visionen von besonderer Strahlkraft. Im Geheimbund "Gläserne Kette" sahen er und seine Mitstreiter sich als Propheten und "übermenschliche Wächter" aller Künste. Die quasi religiös inspirierte Glasarchitektur wurde schon wenige Jahre später im Staatlichen Bauhaus Weimar durch Gropius' ästhetische Rationalität abgelöst.
The mammalian family of bears (Ursidae) comprises eight extant species, occurring on four different continents. Among them are the iconic and well-known brown and polar bears, both widely distributed across the Northern hemisphere. Their intraspecific genetic structuring has been extensively investigated, albeit with a focus on genetic markers from maternally inherited parts of their genomes (mitochondrial DNA). The evolutionary relationship and divergence time between brown and polar bears have recently triggered an extensive debate, while less focus has been put on to other parts of the ursid phylogeny, particularly to a clade of three Asian bear species. To date, whole genomes of more than 100 bear individuals from four different species have been sequenced. Yet, one fundamental part of the genome has been largely omitted from specific analyses, in bears as well as in most other mammals: the Y chromosome.
The mammalian Y chromosome provides a unique perspective on the evolutionary history of organisms due to its distinct features, and specifically reflects the patriline because of its male-specific inheritance. The characteristics of this chromosome make it well suited to complement and contrast evolutionary inferences based on other genetic markers, and to uncover processes like sex-biased gene flow and hybridization. The unique insights that can be gained from analyses of Y-linked genetic variation made me utilize this part of the genome to investigate the evolution of male lineages in bears. Studying the patriline is particularly promising in this taxonomic group because of male-biased dispersal and a complex and fast radiation of bears. The analysis of Y-chromosomal genetic markers is thus the common theme of this dissertation: I present the identification of large amounts of Y-chromosomal sequence, the development of male-specific markers from such sequences, and the application of these markers to trace the evolution of male lineages of different bear species.
Specifically, I developed a molecular sex determination system based on the detection of two Y-linked fragments that allows to reliably discriminate between females and males from seven different bear species (Bidon et al. 2013). The approach is highly sensitive, bear-specific, and can be applied in standard molecular laboratories. This makes it valuable in conservation genetics and forensic applications, e.g. to analyze non-invasively collected samples.
Furthermore, I used Y-linked markers in a comprehensive and range-wide sample of brown and polar bears, and show that male-biased gene flow plays an important role in distributing genetic material throughout the ranges of both species (Bidon et al. 2014). In brown bears, I detected a lack of paternal population structuring which is in strong contrast to the detailed structuring of the matriline.
Analyzing Y-chromosomal sequences from all eight bear species, I present a phylogeny of the patriline that largely resembles the topology from other nuclear markers but is different from the topology of the mitochondrial gene tree (Kutschera et al. 2014). This discordance among loci generates interesting hypotheses about inter-species gene flow, particularly among American and Asiatic black bears.
With the identification of almost two million basepairs of Y-chromosomal sequence and the analysis of an unprecedented large male-specific dataset in polar bears, a high-resolution view on the distribution of their intraspecific variation was obtained (Bidon et al. 2015). In particular, two clades that are divergent but do not show pronounced phylogeographic structure were detected, confirming the great dispersal capacity of males of this high arctic species.
This dissertation thus represents a comprehensive investigation of Y-linked genetic variation on the intra- and interspecific level in a non-model organism. With my research, I contribute to an increased understanding of the complex evolutionary history of bears. In particular, I show that male-biased gene flow strongly influences the distribution of nuclear genetic variation, and that the contrast between phylogenies of differentially inherited markers can help to understand interspecific hybridization between closely related species. Moreover, my findings demonstrate the potential of Y-chromosomal markers to uncover unknown evolutionary patterns and processes. This applies not only to bears but to many species, even such that are generally well known and well described.
"Vortreffliche Belichtung!" : die Erfindung des Oberlichts und der Weg zum modernen Kunstmuseum
(2015)
Der Umgang mit Licht ist beim Kuratieren von Ausstellungen und Sammlungspräsentationen von zentraler Bedeutung. Welchen Status erhalten die Exponate, welche Position nehmen sie innerhalb des Raums ein? Werden nur einzelne Objekte im Halbdunkel punktuell angestrahlt und geradezu auratisch inszeniert, oder wird der Raum gleichmäßig ausgeleuchtet? Die Debatte um diese Fragen erhielt durch den Bau der Kasseler Gemäldegalerie 1750 entscheidende Impulse.
"Mehr Licht!", um die "Seele" der Natur zu erfassen – das verband die Impressionisten mit der vorangegangenen Künstlergeneration um Camille Corot. Claude Monet und seine Kollegen suchten die Wälder und Parks auf, um Licht, Atmosphäre und Farbigkeit in ihrer Malerei festzuhalten. Dabei reagierten sie eher intuitiv auf die in jener Zeit intensiv erforschten optischen Gesetzmäßigkeiten.
Als sich am 16. Mai 1891 die Drehkreuze zur Internationalen Elektrotechnischen Ausstellung vor dem Frankfurter Bahnhof öffneten, gab es unter den Besuchern kaum noch Zweifel: Elektrizität und künstliche Helligkeit werden die westliche Zivilisation und ihre urbanen Lebenswelten geradezu revolutionär verändern. Das sollte sich bewahrheiten!
Mond und Sonne spielen als Hauptgestirne in der Mythologie vieler Völker Lateinamerikas eine bedeutende Rolle. Häufig sind sie maßgeblich an der Schöpfung beteiligt und werden mit der Fruchtbarkeit der Pflanzen sowie dem Wohlergehen der Menschen in Verbindung gebracht. Zahlreiche Mythen berichten von den Taten der beiden Gestirne, die manchmal als Geschwister oder auch als Liebespaar gelten.
Dass das Mittelalter "dunkel", gar "finster" gewesen sei, kann als handelsüblicher Topos gelten. Der stillschweigende Verweis etwa auf Autoritäten der Geistesgeschichte wie Luther, Voltaire oder Heine erübrigt jeglichen Beleg. Doch professionelle Mediävisten wagen, ein anderes Mittelalterbild zu zeichnen und werfen gleichzeitig ein Licht darauf, wie es zu diesem falschen Verständnis kam.
Dass nur das sonnenhafte Auge die Sonne erblicken kann, diese These geht wie so vieles letztlich auf Platon zurück. Der griechische Philosoph interessiert sich für Licht nicht in physikalischer, sondern in wahrnehmungstheoretischer Hinsicht. Und diese Hinsicht interessiert ihn wiederum, weil nach seiner Auffassung der Fall des Sehens zur Illustration des rationalen Erfassens von etwas dienen kann.
Leben braucht Licht und den täglichen Wechsel von Licht und Dunkel. Das gilt auch für den Menschen. Licht dient unserer Orientierung – nicht nur im Raum, sondern auch in der Zeit. Der Tag-Nacht-Wechsel ist der wichtigste Umweltreiz für die Taktung unserer Inneren Uhr. Zu wenig Licht am Tag und zu viel Licht in der Nacht kann sie aus dem Takt bringen und zu Schlafstörungen und Depressionen führen.
Photosynthese zwischen Überfluss und Mangel : wie Kieselalgen sich Lichtintensitäten anpassen
(2015)
Kieselalgen können auf hocheffiziente Weise Energie aus dem Sonnenlicht gewinnen. So überleben sie selbst lange Dunkelphasen im Meer. Doch wie schützen sie sich vor zu viel Strahlung, wenn Wind und Strömung sie in seichtes Wasser oder an die Oberfläche treiben? Dahinter steckt ein cleverer Regulations-Mechanismus.
Pflanzen, aber auch einige Bakterien und Archäen verfügen über hocheffiziente Mechanismen, Licht in Energie umzuwandeln. Photovoltaik-Zellen reichen an die Perfektion dieser natürlichen Systeme noch lange nicht heran. Deshalb versuchen Forscher, mit ultraschnellen spektroskopischen Methoden der Natur in die Karten zu schauen und von ihr zu lernen.
Der unscheinbare Fadenwurm "C. elegans" ist einer der ersten und bis heute wichtigsten Modellorganismen der Optogenetik. Zwei Frankfurter Arbeitsgruppen gelang es vor zehn Jahren erstmals, das Tier genetisch mit lichtaktivierbaren Ionenkanälen auszustatten und seine Bewegungen mit Licht zu steuern. Inzwischen studieren Forscher an dem durchsichtigen Wurm auch Prozesse, die für die medizinische Forschung bedeutsam sind – etwa die Entstehung und Behandlung genetisch bedingter Herz-Rhythmus-Störungen.
Mit der Optogenetik hat sich in der Neurowissenschaft eine Revolution vollzogen. Die Optogenetik erlaubt, Nervenzellen einfach mit Licht und mit bis dato nicht gekannter Genauigkeit zeitlich und räumlich elektrodenfrei an- und abzuschalten. Dies wird durch das Einbringen genetisch codierter Lichtschalter, sogenannter mikrobieller Rhodopsine, in den Nervenzellen erreicht. Die Methode, die in Frankfurt und in Regensburg ihren Ursprung genommen hat, wird heute in der Neurobiologie weltweit eingesetzt. Neben der Grundlagenforschung eröffnen sich dank der Optogenetik auch neue biomedizinische Perspektiven zur Gentherapie neurodegenerativer Krankheiten.
"Stellen Sie sich vor, wir könnten einzelne Zellen mit einer Art Fernbedienung von außen steuern", träumt Ralph Wieneke, Juniorgruppenleiter in der Zellulären Biochemie. Licht als Steuerungsquelle habe entscheidende Vorteile, schildert Institutsleiter Robert Tampé: "Es schadet Zellen nicht und kann schnell und sehr genau reguliert werden." Von ihrem Ziel ist die Arbeitsgruppe gar nicht so weit entfernt.
Um das komplizierte Geschehen in der Zelle entschlüsseln zu können, blockieren Forscher oft bestimmte Proteine oder Gene. Eine moderne und elegante Methode besteht darin, Lichtaktivierbare Moleküle als "Schalter" zu verwenden. Die Gruppe von Alexander Heckel entwickelt maßgeschneiderte Moleküle für Biologen, Biochemiker oder Mediziner.
Die Glühbirne hat ausgedient. Auch Energiesparlampen sind nur eine Übergangslösung. Große Hoffnungen richten sich auf organische Leuchtdioden, zumal man daraus auch großflächige und biegsame Displays und Flachbildschirme herstellen kann. Für eines der größten Probleme, das Ausbleichen der blauen Leuchtstoffe, findet man immer bessere Lösungen. Anwendungen, die heute noch wie Science-Fiction klingen, rücken damit in erreichbare Nähe.
Ein Laserblitz von unvorstellbarer Intensität pulverisiert im Labor ein Molekül. Wachsam zeichnen die Instrumente die Flugbahn und Geschwindigkeit jedes Bruchstücks auf. Physiker gewinnen daraus hochpräzise Informationen über die Molekülstruktur. Auch links- und rechtshändige Formen lassen sich unterscheiden.