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The information processing abilities of neural circuits arise from their synaptic connection patterns. Understanding the laws governing these connectivity patterns is essential for understanding brain function. The overall distribution of synaptic strengths of local excitatory connections in cortex and hippocampus is long-tailed, exhibiting a small number of synaptic connections of very large efficacy. At the same time, new synaptic connections are constantly being created and individual synaptic connection strengths show substantial fluctuations across time. It remains unclear through what mechanisms these properties of neural circuits arise and how they contribute to learning and memory. In this study we show that fundamental characteristics of excitatory synaptic connections in cortex and hippocampus can be explained as a consequence of self-organization in a recurrent network combining spike-timing-dependent plasticity (STDP), structural plasticity and different forms of homeostatic plasticity. In the network, associative synaptic plasticity in the form of STDP induces a rich-get-richer dynamics among synapses, while homeostatic mechanisms induce competition. Under distinctly different initial conditions, the ensuing self-organization produces long-tailed synaptic strength distributions matching experimental findings. We show that this self-organization can take place with a purely additive STDP mechanism and that multiplicative weight dynamics emerge as a consequence of network interactions. The observed patterns of fluctuation of synaptic strengths, including elimination and generation of synaptic connections and long-term persistence of strong connections, are consistent with the dynamics of dendritic spines found in rat hippocampus. Beyond this, the model predicts an approximately power-law scaling of the lifetimes of newly established synaptic connection strengths during development. Our results suggest that the combined action of multiple forms of neuronal plasticity plays an essential role in the formation and maintenance of cortical circuits.
Spirochetes belonging to the Borrelia (B.) burgdorferi sensu lato complex differ in their resistance to complement-mediated killing, particularly in regard to human serum. In the present study, we elucidate the serum and complement susceptibility of B. valaisiana, a genospecies with the potential to cause Lyme disease in Europe as well as in Asia. Among the investigated isolates, growth of ZWU3 Ny3 was not affected while growth of VS116 and Bv9 was strongly inhibited in the presence of 50% human serum. Analyzing complement activation, complement components C3, C4 and C6 were deposited on the surface of isolates VS116 and Bv9, and similarly the membrane attack complex was formed on their surface. In contrast, no surface-deposited components and no aberrations in cell morphology were detected for serum-resistant ZWU3 Ny3. While further investigating the protective role of bound complement regulators in mediating complement resistance, we discovered that none of the B. valaisiana isolates analyzed bound complement regulators Factor H, Factor H-like protein 1, C4b binding protein or C1 esterase inhibitor. In addition, B. valaisiana also lacked intrinsic proteolytic activity to degrade complement components C3, C3b, C4, C4b, and C5. Taken together, these findings suggest that certain B. valaisiana isolates differ in their capability to resist complement-mediating killing by human serum. The molecular mechanism utilized by B. valaisiana to inhibit bacteriolysis appears not to involve binding of the key host complement regulators of the alternative, classical, and lectin pathways as already known for serum-resistant Lyme disease or relapsing fever borreliae.
Das Sumpf-Herzblatt (Parnassia palustris), benannt nach dem bevorzugten Lebensraum und den oft herzförmigen Blättern, ist in Nordrhein-Westfalen eine Seltenheit und es wird immer seltener. Die Blüten wirken auf den ersten Blick schlicht, aber sie haben einige Überraschungen zu bieten, denn schaut man genau hin, dann stellt sich heraus, dass sie einerseits trickreich ihre Bestäuber betrügen und andererseits durch eine ausgeklügelte Blührhythmik dafür sorgen, dass ihre Blüten nicht selbstbestäubt werden können. Und man kann einer Blüte sogar ansehen, wie alt sie ist und wie viele Tage sie noch blühen wird.
Um auf die Problematik der Veränderung von Lebensräumen und ihre Zerstörung aufmerksam zu machen, wird jährlich von den deutschen ARBEITSKREISEN HEIMISCHE ORCHIDEEN (AHO) eine heimische Orchideenart zur "Orchidee des Jahres" gewählt. Für das Jahr 2012 wurde das Bleiche Knabenkraut (Orchis pallens) ausgewählt.
Die Europäische Lärche (Larix decidua = L. europaea) ist der einzige heimische Nadelbaum, der jährlich am Ende der Vegetationsperiode seine Nadeln abwirft (Abb. 1 & 2). Hierauf bezieht sich auch das Artepitethon "decidua", das "abfallend" bedeutet. Alle übrigen heimischen Koniferen wie Weiß-Tanne (Abies alba), Gew
hönliche Fichte (Picea abies), Wald- und Berg-Kiefer (Pinus sylvestris & P. mugo) sowie Gew
öhnlicher Wacholder und Sadebaum (Juniperus communis & J. sabina) sind immergrün. Durch ihre prächtige, gold-gelbe Herbstfärbung stellt die Lärche ein landschaftsprägendes Element dar und ist außerdem ein wichtiger heimischer Forstbaum. 2012 wurde die Europäische Lärche zum Baum des Jahres gewählt.
Die Sibirische Schwertlilie steht stellvertretend für eine Vielzahl von Arten, die aufgrund zunehmender Trockenlegung von Feuchtgebieten stark im Rückgang begriffen sind. Mit der Wahl zur "Blume des Jahres 2010" sollte auf das "Schicksal" solcher Arten aufmerksam gemacht werden. Während die Bestände der Sibirischen Schwertlilie in der freien Natur stark gefährdet sind, wird die Art in verschiedenen Sorten in Gärten als recht anspruchslose Staude immer beliebter, sodass sie regelmäßig im Gartenhandel angeboten wird. Der Aufbau von Iris-Blüten und ihre Anpassung an die Bestäuber sind eine Besonderheit in der heimischen Flora, weswegen es sich lohnt, sie genauer zu betrachten.
Exkursion: Wahner Heide
(2013)
Bei der Wahner Heide handelt es sich mit ca. 5000 ha um das größte Naturschutzgebiet der Rhein-Mittelterrasse mit sandig-kiesigem, manchmal auch tonigem Untergrund. Seit Anfang des 19. Jahrhunderts wurde es als Truppen
bungsplatz genutzt, davor jahrhundertelang als Weide, zur Brennholzgewinnung und als Abplaggungsgebiet. Bisher wurden
über 700 Organismen der Roten Listen NRWs nachgewiesen, wobei mehrere zoologische Gruppen (z. B. Arthropoden und Mollusken) noch nicht systematisch untersucht werden konnten. Im Exkursionsgebiet liegen Sandmagerrasen, Heiden, festgelegte Binnend
nen, S
mpfe und Moore. Einige der aufgesuchten Arten sind landesweit äußerst selten wie der Zwerglein (Radiola linoides) oder kommen in ganz Nordrhein-Westfalen heute nur im Gebiet der Wahner Heide vor, wie der Ysopblättrige Weiderich (Lythrum hyssopifolia) und die Wasserfalle (Aldrovanda versiculosa).
Der Verein zur Erhaltung der Nutzpflanzenvielfalt (VEN) bemüht sich um die Erhaltung von Arten und Sorten, die als Kulturpflanzen in Vergessenheit geraten oder zumindest zurückgegangen sind. Dazu gehört auch der Pastinak, im Femininum auch als Pastinake bezeichnet, mit wissenschaftlichem Namen Pastinaca sativa. Diese Art wurde im vergangenen Jahr vom VEN zur Gemüsepflanze der Jahre 2011 und 2012 ernannt. Doch damit ergeben sich sofort zwei Probleme: Wenn auch im Anbau seit Jahrzehnten vielerorts nicht mehr anzutreffen, erlebt sie doch in der Küche schon seit einigen Jahren eine erhebliche Renaissance, wie zahlreiche einschlägige Bücher zu Anbau und Zubereitung (u. a.) von Pastinak beweisen, von denen einige den Namen der Pflanze schon im Titel tragen: "Topinambur, Pastinak, Mangold und Co.” (SOMMER & MÖLLER-SCHLÖMANN 2000), "Pastinaken & Co: von fast vergessenen und längst bekannten Gemüsesorten" (TSCHIRNER & ENDRESS 2008), "Vergessene Gemüse: Feine Rezepte für Pastinake, Portulak und mehr" (REDDEN 2011) und einige weitere. Seitdem wird diese Art zumindest vereinzelt mehrfach angebaut und gehört gewiss nicht (mehr) zu den bedrohten Nutzpflanzen in vorderster Reihe, von alten hier zugehörigen Sorten einmal abgesehen. Hinzu kommt allerdings, dass der Pastinak zumindest regional gar keine alte Kulturpflanze zu sein scheint, sondern überhaupt erst in jüngerer Zeit angebaut wurde. Das zweite Problem betrifft die Identität des Pastinaks. Unter dem Namen Pastinaca sativa (im weiteren Sinne) werden traditionell alle in Mitteleuropa vorkommenden Sippen der Gattung zusammengefasst, wenn auch auf unterschiedlichem taxonomischen Niveau: So findet sich in der meisten bestimmungskritischen Literatur eine Gliederung in drei Unterarten, wobei die als Typus betrachtete Unterart nochmals in zwei Varietäten unterteilt wird. Wenn diese Gliederung akzeptiert wird, dann handelt es sich bei dem vom VEN gemeinten Taxon um die als Pastinaca sativa subsp. sativa var. sativa bezeichnete Sippe, jedenfalls die Kulturpflanze der Gruppe mit ausgebildeter Wurzelrübe. In vielen regionalen und lokalen Florenwerken wird dagegen allgemein von Pastinaca sativa gesprochen, ohne darauf hinzuweisen, welche Sippe gemeint ist; nur aus dem Zusammenhang ist meist zu erkennen, dass damit eine (oder mehrere) Wildsippe(n) angesprochen wird (werden). Wenn dann aber darauf hingewiesen wird, dass es sich um eine ursprünglich verwilderte Sippe handelt, ist das Chaos perfekt. Im vorliegenden Porträt wird in erster Linie die traditionell als Wurzelgemüse angebaute Sippe des Pastinaks behandelt. Allerdings ist es notwendig, zusätzlich auf die nicht als Gemüse genutzten Pastinaken zu sprechen zu kommen, insbesondere wegen der erwähnten und darüber hinausgehenden Verwechslungen und Zusammenfassungen, da der Gemüse-Pastinak Teil eines bestimmungskritischen Komplexes ist. Schließlich ist auch die wissenschaftliche Namenszuordnung bei den Pastinaken problematisch, wovon der Gemüse-Pastinak nicht ausgeschlossen ist. Aus diesen Gründen wird der gesamte Komplex von Pastinaca sativa, zu dem der Gemüse-Pastinak zählt, im Folgenden eingehender unter diesen Gesichtspunkten beleuchtet.
Zusätzlich zum Weihnachtsbaum werden bei uns Heim, Balkon und Garten mit weihnachtlichem "Tannengrün" geschmückt. Im Prinzip können Zweige jedes immergrünen Gehölzes aus dem Garten als "Weihnachtsgrün" dienen und tun es oft auch. Eine Zusammenstellung von Weihnachtsgrün ist daher nach oben offen. Wir wollen hier daher einerseits die vegetativen Merkmale der Arten besprechen, die regelmäß
ig in Gartencentern als Schnittgrün in Form von Zweigbündeln oder in Adventskränzen verarbeitet für die Dekoration verkauft werden. Hierbei ist das Angebot regional, aber auch von Gartencenter zu gut sortierten Blumengeschäften und Märkten verschieden. Andererseits beschreiben wir auch die immergrünen Koniferen, die man mit einer gewissen Regelmä
igkeit in Gärten und auf Friedhöfen findet. In Kombination mit den beiden Zusammenstellungen der "Weihnachtszapfen"(DÖRKEN & JAGEL 2010) und den "Zapfen der Zypressengewächse" (JAGEL & DÖRKEN 2014) sollte es dadurch möglich sein, den Gro
teil der bei uns in Gärten gepflanzten immergrünen Koniferen bestimmen zu können. Zweige von Koniferen lassen sich zwar nur selten bis auf die Zuchtsorten bestimmen, in der Regel kann man aber mit ein bisschen Übung die Arten erkennen. Die in Frage kommenden Arten gehören in die Pflanzenfamilien der Kieferngewächse (Pinaceae), Zypressengewächse (Cupressaceae), Eibengewächse (Taxaceae), Araukarien (Araucariaceae) und Schirmtannen (Sciadopityaceae). Bei der Beschreibung der Zweige beschränken wir uns weitgehend auf Merkmale der Zweige und Blätter bzw. Nadeln und geben keine Beschreibungen der Wuchsformen oder Zapfen. Im Zweifelsfall können aber gerade die Zapfen für eine sichere Bestimmung unerlässlich sein. Hierzu können die oben genannten Zusammenstellungen zur Hilfe genommen werden.
Unter den Blütengehölzen, die bereits im Winter blühen, spielen bei uns im Wesentlichen fremdländische Arten eine Rolle. Hierzu gehören neben den Zaubernüssen (Hamamelis spp., vgl. DÖRKEN 2012) auch Vertreter der Gattung Viburnum, die sog. Schneebälle. Die frühe Blütezeit einiger Arten und die kugelige Form der voll aufgeblühten Blütenstände haben zum deutschen Namen der Gattung geführt. Auch wenn der größ
ere Anteil der Schneeball-Arten erst im Frühling oder Vorsommer blüht, haben die winterblühenden Arten mit ihrem weitstreichenden Duft einen besonderen Wert als Solitärsträucher in der ansonsten blütenarmen Winterzeit. Zu den bekanntesten Arten bei uns gehören Viburnum farreri (Duftender Schneeball), Viburnum tinus (Lorbeerblättriger Schneeball) sowie die Hybriden Viburnum xbodnantense (Bodnants Schneeball) und Viburnum xburkwoodii (Oster-Schneeball). Die winterliche Blütezeit bedeutet jedoch nicht, dass die Blüten uneingeschränkt frosthart sind, ab Temperaturen von ca. -5 °C werden sie oft sehr schwer geschädigt (Abb. 2). Schneebälle erfreuen den Gartenliebhaber nicht nur durch ihre Blüten, sondern auch aufgrund der einfachen Pflege. Fast alle Arten stellen kaum Ansprüche an den Standort. Sie gedeihen in jedem nährstoffreichen, frischen und tiefgründigen Gartenboden in sonnigen bis halbschattigen Lagen.
Der Goldregen spielte lange Zeit eine wichtige Rolle als Blütensolitär in der mitteleuropäischen und englischen Gartenkultur. Alle Goldregen-Arten beeindrucken durch die massenhaft hervorgebrachten Blüten, die in langen hängenden Trauben stehen (Abb. 1 & 2). Darauf nimmt auch die deutsche Bezeichnung "Goldregen" Bezug. KRÜSSMANN schreibt 1977: "In voller Blüte stehende Bäume oder gro
ße Sträucher sind an Schönheit kaum zu übertreffen". In den letzten Jahren verschwanden die Goldregen mehr und mehr aus deutschen Gärten und Parkanlagen, nachdem in den Medien über Todesfälle bei Kindern berichtet wurde. Sie hatten Früchte und Samen des Goldregens gegessen. Heute hat ein blühender Goldregen in einem Hausgarten schon fast den Status einer dendrologischen Besonderheit. Die Wahl von Laburnum anagyroides zur Giftpflanze des Jahres 2012 gibt Anlass, die Goldregen in einem kurzen Porträt nachfolgend vorzustellen. Bei den bei uns gepflanzten Sträuchern handelt es aber gar nicht um den Gewöhnlichen Goldregen, sondern fast ausschlie
lich um den Hybrid-Goldregen (Laburnum xwatereri 'Vossii').
In Mitteleuropa waren die Winter der letzten Dekaden vielerorts mild und nur noch vereinzelt wurde von frostgeschädigten Pflanzen berichtet. Im Gegenteil: Es überschlugen sich die Sensationsmeldungen über fremdländische Arten, die wieder einmal einen Winter im Freiland überstanden hatten. Es war der Eindruck entstanden, dass es im Zuge des "Global Change" in Mitteleuropa keine echten Winter mehr gäbe. Auch die Veränderungen in den Baumschulsortimenten der letzten Jahre haben das Pflanzverhalten vielfach unkritisch beeinflusst, teilweise sogar von Fachleuten in Planung und Praxis. So war es nicht mehr ungewöhnlich, dass selbst im Bergischen Land (NRW) gro
e und teure Olivenbäume (Olea europaea, Kosten: mehrere hundert bis tausend Euro) als Hausbaum (!) ins Freie gepflanzt wurden (Abb. 1). Einen echten Boom erlebt auch die Chinesische Hanfpalme (Trachycarpus fortunei, Abb. 2). Seit dem Winter 2008/2009 traten aber mehrfach Extremwinter mit tagelangen Temperaturminima unter -10 °C auf. Nun wurde deutlich, dass man auch in Zeiten des "Global Change" noch mit extremen Wintereinbrüchen rechnen muss. Kaum einer der gepflanzten Olivenbäume überlebte einen dieser kalten Winter. Viele weitere ausgepflanzte, vormals als kritisch eingestufte Arten, wurden ebenfalls mehr oder weniger stark geschädigt oder erfroren sogar komplett. Wann und warum erfriert eine Pflanze? Wie kann sie sich vor Frost schätzen? Wann ist eine Art frosthart, wann winterhart? Diesen und weiteren häufig gestellten Fragen zum Thema "Pflanzen und Frost" soll in diesem Artikel nachgegangen werden.
Im Folgenden werden für den Bochumer Raum bemerkenswerte Funde aufgeführt. Das Gebiet umfasst alle an Bochum und Herne angrenzenden Städte sowie den gesamten Ennepe-Ruhr-Kreis und Hagen. In seltenen Fällen werden außerdem Funde aufgeführt, die zwar außerhalb des genannten Gebietes liegen, aber von landesweiter Bedeutung sind. Die Funde sind zu einem Teil unter www.botanik-bochum.de/html/funde2012.htm mit Fotos versehen. Zur besseren Auswertung wurden hinter den Fundorten die MTB-Angaben (Topographische Karte 1:25.000) angegeben und ggf. eine Bewertung des Fundes für den hiesigen Raum und der floristische Status hinzugefügt.
Zweifelsohne gehört der Ginkgo auch in Mitteleuropa zu den bekanntesten fremdländischen Baumarten und erst Recht zu den berühmtesten sog. "lebenden Fossilien". Wer kennt nicht seine ungewöhnlichen, an der Spitze meist zweigeteilten Blätter (Abb. 1), die regelmäß
ig in der Werbung für Medikamente gegen das Altern oder auch in Form von Broschen zu sehen sind? Besonders im Herbst zum Zeitpunkt der intensiven gelben Herbstfärbung als auch nach dem Blattabwurf, wenn die leuchtend silbrig-gelben Samen noch am Baum hängen, fallen die Bäume besonders auf (Abb. 2). Nachfolgend wird die Paläobotanik, Systematik und Morphologie dieser einzigartigen Gattung vorgestellt.
Stachys (Ziest) ist eine Gattung der Lippenblütler (Lamiaceae). Die Blüten sind typische Lippenblüten mit deutlich ausgeprägter Ober- und Unterlippe. In Nordrhein-Westfalen ist die Gattung mit sieben Arten vertreten. Neben den hier besprochenen Arten kommen noch S. germanica (Deutscher Ziest), S. arvensis (Acker-Ziest), S. annua (Einjähriger Ziest) und S. recta (Aufrechter Ziest) vor (HAEUPLER & al. 2003). Stachys sylvatica und S. palustris sind deutlich verschiedene Arten, die kaum verwechselt werden können. Anders ist dies bei ihrer Hybride, S. x ambigua, die besonders S. palustris sehr ähnlich sein kann. Aufgrund dieser Erkennungsproblematik werden beide Arten und ihre Hybride hier ausführlich behandelt. Im Anschluss wird noch S. alpina kurz angesprochen, die mit S. sylvatica und S. x ambigua verwechselt werden könnte.
Auf Betonmauern siedeln sich mit der Zeit kleine Moospolster an. Sechs häufige Arten werden in diesem Pflanzenportrait näher vorgestellt. Unter diesen ist Grimmia pulvinata, Polster-Kissenmoos, das Moos des Jahres 2007. Dieser Text richtet sich an Leser, die einen allerersten Einstieg wünschen oder nur ein paar häufige Arten kennen lernen wollen. Wenn man sich eingehender mit Moosen beschäftigen möchte, wird man um das Mikroskopieren nicht herum kommen. Jedoch lassen sich viele Arten auch habituell und mit einer Lupe im Gelände sicher erkennen. Hierzu ist jedoch die Unterstützung eines Mooskenners von Vorteil. Die besprochenen Moose haben verwandte, ähnliche Arten. Sie sind meist weniger häufig, aber nicht unbedingt so selten, dass man ihnen nicht begegnet. Zur Bestimmung ist Spezialliteratur nötig. Dies gilt umso mehr für meist als Unterarten oder Varietäten aufgefasste, abweichende Sippen (manche der besprochenen Arten sind polymorph), die hier nicht betrachtet werden. Deutsche Artnamen sind bei den meisten Moosarten nicht geläufig. Neuerdings werden Übersetzungen der wissenschaftlichen Namen verwandt. Sie wurden SCHMIDT & al. (2010) und NEBEL & PHILIPPI (2000 & 2001) entnommen, wobei der nach Ansicht des Autors passendere Name gewählt wurde. Für diejenigen, die sich näher mit Moosen beschäftigen möchten, werden im Literaturverzeichnis Standardwerke und wichtige Internetquellen genannt.
Das Jahrbuch des Bochumer Botanischen Vereins erscheint einmal jährlich und wird an Vereinsmitglieder und wichtige Bibliotheken in gedruckter Fassung übergeben (Übersicht auf der Homepage des Vereins). Ansonsten wird es auf der Homepage des Bochumer Botanischen Vereins elektronisch publiziert und steht im pdf-Format kostenlos zum Download zur Verfügung. Weitere Druckexemplare können bei Nachfrage zum Selbstkostenpreis ("Print on Demand") plus Porto bezogen werden.
Die Ess- oder Edelkastanie (Castanea sativa) ist in Deutschland ein beliebter und weit verbreiteter Parkbaum. Am Ätna auf Sizilien sind Stammdurchmesser von über 6 m gemessen worden, womit die Esskastanie zu den dicksten Bäumen der Alten Welt gehört (DÜLL & KUTZELNIGG 2011). Unter natürlichen Bedingungen werden die Bäume normaler- weise 500 bis 600 Jahre alt. Am Nordhang des Ätna aber wurde ein fünfstämmiger Baum sogar auf 2000 Jahre geschätzt, der einen Kronenumfang von 56 m aufweist. Man nennt ihn die "Kastanie der 100 Pferde" und sagt, dass so viele Pferde unter seine Krone passen (BOTTACCI 2006, Abb. 1). In Nordrhein-Westfalen gibt es am Niederrhein eine eindrucksvolle Esskastanien-Allee bei Schloss Dyck, die wahrscheinlich 1811 gepflanzt wurde. Hier hat sich der Juchtenkäfer eingefunden (SORG & STEVENS 2010). Im Mittelmeergebiet wird die Esskastanie schon seit langem angebaut und auch in Deutschland ist sie besonders im Südwesten ein verbreiteter und eingebürgerter Forstbaum. In jüngerer Zeit breitet sich die Art in Deutschland nun auch in Gebieten aus, in denen solch auffällige Verwilderungen bisher nicht beobachtet wurden. Am bekanntesten ist die Esskastanie bei uns aber wohl in Form der Marone, die geröstet auf dem Weihnachtsmarkt verkauft wird.