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Rechtssoziologie am Institut für Sozialforschung Im Mittelpunkt des aktuellen Forschungsprogramms des Frankfurter Instituts für Sozialforschung stehen die Paradoxien und Ambivalenzen der kapitalistischen Modernisierung. Grund legend hierfür ist die Beobachtung, dass sich fortschrittliche soziale Prozesse im Nachhinein unter den Bedingungen einer gewandelten Moderne in ihr Gegenteil verkehren können. Mit dieser These beschäftigt sich auch der Forschungsschwerpunkt »Politische Öffentlichkeit und Recht«. Mit Bezugnahme auf die gegenwärtige Rechtsentwicklung interessiert vor allem die Frage, ob und wie das Recht auf Veränderungen im Verhältnis von Individuum und Gesellschaft und auf die fortschreitende Individualisierung reagiert. Auch interessiert, wie die Rechtsentwicklung im Alltagsverständnis wahrgenommen wird. Antworten auf diese Fragestellungen werden derzeit aus den Ergebnissen des DFG-Projekts »Die Zuschreibung von Verantwortung in den Rechtsmeinungen von Bürgerinnen und Bürgern« wie auch aus der fortlaufenden Diskussion über »Verantwortung und Gerechtigkeit« im Arbeitskreis Rechtssoziologie gewonnen. Im Rahmen des Forschungsprojektes unter der Projektleitung von Prof. Dr. Klaus Günther und Prof. Dr. Axel Honneth wurden in 45 qualitativen, Leitfaden-gestützten Einzelinterviews Befragte um ihre Urteile zu drei vorgegebenen Rechtsfällen gebeten. Der Arbeitskreis Rechtssoziologie beschäftigt sich vor allem mit den in vielen gesellschaftlichen Lebensbereichen häufig aufgestellten Postulaten der Eigen- oder Selbstverantwortung; dabei soll untersucht werden, welche Konzepte einer verantwortlich handelnden Person damit einhergehen und in welchem Verhältnis sie zu den gesellschaftlichen Bedingungen verantwortlichen Handelns stehen. Die Ergebnisse der Diskussionen und des empirischen Projektes sollen ein Fundament für eine normative Theorie liefern, die Kriterien für eine gerechtfertigte Verteilung von Verantwortung in der Gesellschaft begründen soll.
Von kultureller Akzeptanz noch weit entfernt, entwickelte der Comic gegen Ende der 1960er Jahre ganz neue Qualitäten: In der bewegten gesellschaftlichen Atmosphäre dieser Zeit aufgeladen mit politischen und künstlerischen Ambitionen fi ndet er seine Adressaten nicht mehr nur beim Kinderpublikum, sondern richtet sich zunehmend an eine politisch bewegte Öffentlichkeit der Heranwachsenden und Erwachsenen.
Finanzderivate gelten als obskur, verwickelt und riskant. Und das nicht zu Unrecht, wie die aktuelle Krise der globalen Finanzmärkte zeigt. Um Finanzderivate richtig bewerten zu können, bedarf es ausgefeilter Methoden der Finanzmathematik. Ausgelöst durch den explosionsartigen Anstieg des Derivatehandels hat sich die Mathematik zu einer Schlüsseltechnologie auf modernen Finanzmärkten entwickelt. Sie stellt den Finanzakteuren das mathematische Werkzeug für ihr Risikomanagement zur Verfügung.
Informationsverarbeitung im Gehirn basiert auf dem koordinierten Zusammenwirken von Milliarden von Nervenzellen. Um diese Codes zu entschlüsseln, sind komplexe Verfahren experimenteller Datenerhebung und theoretischer Datenanalyse notwendig. Denn auch wenn alle Zellen im selben Rhythmus agieren, kann sich jede auf ihre Art am Konzert beteiligen. Die verschiedenen Stimmen äußern sich in zeitlichen Mustern, die sich experimentell kaum vom Rauschen unterscheiden lassen. Erst mithilfe statistischer Verfahren konnten winzige zeitliche Verzögerungen als nicht zufällig identifiziert werden.
Der Zufall – ein Helfer und kein Störenfried : warum die Wissenschaft stochastische Modelle braucht
(2008)
Der Zufall hat in den Wissenschaften weithin einen zweifelhaften Ruf. Für die Philosophie hat Hegel festgestellt: »Die philosophische Betrachtung hat keine andere Absicht, als das Zufällige zu entfernen« (Die Vernunft in der Geschichte, 1822) – und ähnlich denkt man auch in anderen Wissenschaften. Die Auseinandersetzungen der Physik mit dem Zufall sind verschlungen und bis heute von Kontroversen begleitet. Was die Biologie betrifft, so herrscht noch einiger Argwohn gegenüber den modernen Evolutionstheorien, die sich entscheidend auf den Zufall stützen. Und dass derartige Theorien unvereinbar sind mit der Vorstellung von einer göttlichen Schöpfung der Welt, gilt unter manchen ihrer Gegner wie Befürworter als ausgemacht.
Wikipedia, die größte Online-Enzyklopädie, gibt Rätsel auf: Was treibt so viele Menschen an, in ihrer Freizeit an einem virtuellen Lexikon mitzuarbeiten? Wie kommt es, dass das Niveau der meisten Beiträge so hoch ist und Fehler so schnell korrigiert werden, zumal der Zugang für jeden ohne Ausweis seiner Qualifikation frei ist? Mithilfe der Netzwerkanalyse lässt sich nachweisen, dass schon die Einbindung in ein solches Netzwerk wie Wikipedia das Handeln bestimmt und auch die Motivation beeinflusst.
Reggie-1 (flotillin-2) and reggie-2 (flotillin-1) are membrane microdomain proteins which are associated with the membrane by means of acylation. They influence different cellular signaling processes, such as neuronal, T-cell and insulin signaling. Upon stimulation of the EGF receptor, reggie-1 becomes phosphorylated and undergoes tyrosine 163 dependent translocation from the plasma membrane to endosomal compartments. In addition, reggie-1 was shown to influence actindependent processes. Reggie-2 has been demonstrated to affect caveolin- and clathrin-independent endocytosis. Both proteins form homo- and hetero-oligomers, but the function of these oligomers has remained elusive. Moreover, it has not been clarified if functions of reggie-1 are also influenced by reggie-2 and vice versa. The first aim of the study was to further investigate the interplay and the heterooligomerization of reggie proteins and their functional effects. Both reggie proteins were individually depleted by means of siRNA. In different siRNA systems and various cell lines, reggie-1 depleted cells showed reduced protein amounts of reggie-1 and reggie-2, but reggie-2 knock down cells still expressed reggie-1 protein. The decrease of reggie-2 in reggie-1 depleted cells was only detected at protein but not at mRNA level. Furthermore, reggie-2 expression could be rescued by expression of siRNA resistant wild type reggie-1-EGFP constructs, but not by the soluble myristoylation mutant G2A. This mutant was also not able to associate with endogenous reggie-1 or reggie-2, which demonstrates that membrane association of reggie-1 is necessary for hetero-oligomerization. In addition, fluorescence microscopy studies and membrane fractionations showed that correct localization of overexpressed reggie-2 was dependent on co-overexpressed reggie-1. Thus, hetero-oligomerization is crucial for membrane association of reggie-2 and for its protein stability or protein expression. Moreover, the binding of reggie-2 to reggie-1 required tyrosine 163 of reggie-1 which was previously shown to be important for endosomal translocation of reggie-1. Since reggie-2 was implicated to function in clathrin- and caveolin-independent endocytosis pathways, the effect of reggie-2 depletion on reggie-1 endocytosis was investigated. Indeed, reggie-1 was dependent on reggie-2 for endosomal localization and EGF-induced endocytosis. By FRET-FLIM analysis it could be shown that reggie heterooligomers are dynamic in size or conformation upon EGF stimulation. Thus, it can be concluded that reggie proteins are interdependent in different aspects, such as protein stability or expression, membrane association and subcellular localization. In addition, these results demonstrate that the hetero-oligomers are dynamic and reggie proteins influence each other in terms of function. A further aim was the characterization of reggie-1 and reggie-2 function in actindependent processes, where so far only reggie-1 was known to play a role. Depletion of either of the proteins reduced cell migration, cell spreading and the number of focal adhesions in steady state cells. Thus, also reggie-2 affects actin-dependent processes. Further investigation of the focal adhesions during cell spreading revealed that depletion of reggie-1 displayed different effects as compared to reggie-2 knock down. Reggie-1 depleted cells had elongated cell-matrix-adhesions and showed reduced activation of FAK and ERK2. On the other hand, depletion of reggie-2 resulted in a restricted localization of focal adhesion at the periphery of the cell and decreased ERK2 phosphorylation, but it did not affect FAK autophosphorylation. Hence, reggie proteins influence the regulation of cell-matrix-adhesions differently. A link between reggie proteins and focal adhesions is the actin cross-linking protein -actinin. The interaction of -actinin with reggie-1 could be verified by means of co-immunoprecipitations and FRET-FLIM analysis. Reggie-1 binds -actinin especially in membrane ruffles and in other locations where actin remodeling takes place. Moreover, -actinin showed a different localization pattern during cell spreading in reggie-1 depleted cells, as compared to the control cells. These results provide further insights into the function of both reggie proteins. Their interplay and hetero-oligomerization was shown to be crucial for their role in endocytosis. In addition, both reggie proteins influence actin-dependent processes and differentially affect focal adhesion regulation.
Untersuchung von Rezeptor-Ligand-Komplexen mittels organischer Synthese und NMR-Spektroskopie
(2008)
Viele biologische Prozesse basieren auf der spezifischen Bindung eines Liganden an einen Rezeptor. Die Wechselwirkung zwischen dem Rezeptor und seinem Ligand kann im Wesentlichen durch zwei verschiedene Modelle beschrieben werden: zum einen das vom E. Fischer eingeführte Schlüssel-Schloss-Prinzip und zum anderen das von Koshland beschriebene "induced-fit-model". Bei dem Schlüssel-Schloss-Prinzip liegt der Ligand in der Bindetasche des Rezeptors wie ein Schlüssel im Schloss. Ganz anders hierzu setzt die induzierte Anpassung ("induced-fit-model") eine konformationelle Änderung des Proteins durch den Liganden für die Bindung voraus. Ändern sich jedoch die Konformationen von Substrat und Rezeptor in einer gegenseitigen Beeinflussung, dann spricht man von "double-induced-fitmodel". Die Untersuchung dieser Erkennung auf molekularer Ebene ist von großer Wichtigkeit, denn sie dient zum besseren Verständnis und damit auch zur gezielten Beeinflussung solcher Prozesse. Wie wird der Ligand von einem Rezeptor selektiv erkannt und gebunden? Für die Erkennung und Bindung spielen spezifische nichtkovalente Wechselwirkungen eine wichtige Rolle. Zum Repertoire der nichtkovalenten Wechselwirkungen gehören die elektrostatische Wechselwirkungen, die Wasserstoffbrückenbindung und der hydrophobe Effekt.
In der vorliegenden Arbeit werden anhand von drei ausgewählten Beispielen solche Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Liganden mit ihrem Rezeptor untersucht. In den ersten beiden Kapiteln werden Proteine und im letzten Kapitel RNA als Rezeptor untersucht. Die einzelnen Kapitel beginnen jeweils mit einer kurzen Einführung der Rezeptoren und der dazugehörenden Liganden, schließlich wird dann die Rezeptor-Ligand-Wechselwirkung beschrieben. Als Rezeptor wurden in der vorliegenden Arbeit Proteine (Kinasen und Membranproteine) und strukturierten Elemente der RNA (Aptamerdomäne der purinbindenden Riboswitche und der SELEX-RNA) gewählt. Membranproteine der Atmungskette, Kinasen und Riboswitches stellen zusätzlich attraktive Rezeptoren für das Wirkstoffdesign dar. Die damit interferierenden Liganden umfassen Substrate, Cofaktoren, Metabolite und Inhibitoren. Die Untersuchung der Wechselwirkung erfolgte mittels NMR-Spektroskopie und organischer Synthese.
Struktur, Funktion und Dynamik von Na(+)-, H(+)-Antiportern : eine infrarotspektroskopische Studie
(2008)
Die Funktion von Membranproteinen ist von entscheidender Bedeutung für eine Vielzahl zellulärer Prozesse. Um diese verstehen zu können, ist das Verständnis der Beziehungen zwischen der Struktur, der Dynamik und der Wechselwirkung mit der Umgebung der Membranproteine notwendig. Spektroskopische Methoden, wie beispielsweise FTIR- und CD-Spektroskopie sind in der Lage, diese Informationen zu geben. In der vorliegenden Dissertation haben sie bedeutende Beiträge zum Verständnis der durch die Aktivierung induzierten Konformationsänderungen der Na+/H+ Antiporter geleistet. Die hohe Empfindlichkeit einer selbstkonstruierten FTIR-ATR-Perfusionszelle ermöglichte es, über eine Proteinprobe verschiedene Wirkstoffmoleküle perfundieren zu lassen und die dadurch verursachten strukturellen Änderungen spektroskopisch zu charakterisieren. Die Konformationsänderungen, die den Aktivierungsprozess begleiten, wurden bei zwei verschiedenen Na+/H+ Antiportern, NhaA und MjNhaP1, untersucht. Sie werden bei unterschiedlichen pH-Bereichen aktiviert bzw. deaktiviert. Der Na+/H+ Antiporter NhaA aus E. coli hat seine maximale Transportaktivität bei pH 8,5 und ist bei pH < 6,5 vollständig inaktiv. Trotz bekannter 3D-Struktur dieses Proteins für die inaktive Konformation bei pH 4 bleiben die Konformationsänderungen, die mit der Aktivierung des Proteins einhergehen, immer noch ungeklärt. Die Analyse der FTIR- und CD-Spektren von NhaA ergab in beiden Zuständen Anteile an beta-Faltblatt, an Schleifen und ungeordneten Strukturen, wobei die alpha-helikale Struktur dominiert. Die FTIR Spektren des inaktiven und aktiven Zustands zeigen zwei Komponenten, die auf die Präsenz zweier alpha-Helices mit unterschiedlichen Eigenschaften abhängig vom Aktivitätszustand hindeuteten. Die temperaturinduzierten strukturellen Änderungen und die Reorganisation des Proteins während des Entfaltungsprozesses bestätigten, dass die Aktivierung des Proteins eine Änderung in den Eigenschaften der alpha-Helices zur Folge hat. Aktivierung führt zu einer thermischen Destabilisierung dieser Struktur. Auch für die beta-Faltblattstruktur, welche den Hauptkontakt zwischen den Monomeren bildet, wurde ein unterschiedliches thermisches Verhalten zwischen dem inaktiven und aktiven Zustand beobachtet. Daraus konnte gefolgert werden, dass Aktivität nur dann möglich ist, wenn NhaA als Dimer vorliegt. Die Ergebnisse des (1)H/(2)H Austauschs zeigen, dass die Lösungsmittelzugänglichkeit des Proteins sich mit der Aktivierung ändert. Die Aktivierung des Proteins induziert eine offene, für die Lösung zugänglichere Konformation, in welcher die Aminosäureseitenketten in der hydrophilen Region des Proteins schneller Wasserstoff durch Deuterium austauschen, und in welcher zusätzliche Aminosäureseitenketten, die sich im inaktiven Zustand in der hydrophoben Region des Proteins befinden, mit der Aktivierung der Lösung exponiert werden. Die Aufnahme reaktionsinduzierter Differenzspektren ergab eindeutige spektroskopische Signaturen für die Zustände „inaktiv“ und „aktiv“. Die Differenzspektren der pH-Titration zeigten, dass der pH-Wert einen dramatischen Effekt sowohl auf die Sekundärstruktur als auch auf den Protonierungszustand der Aminosäureseitenketten hat. Die pH- und Na+-induzierte Aktivierung des Proteins führt zur Umwandlung der transmembranen alpha-helikalen Struktur bezüglich Länge, Ordnungsgrad und/oder Anordnung und zur einer Protonierungsänderung der Aminosäureseitenketten von Glutaminsäure oder Asparaginsäure. Die pD induzierten Sekundärstrukturänderungen lieferten zusätzlich Informationen über die Umgebungsänderung der Aminosäureseitenkette des Tyrosins mit der Aktivierung. Der Vergleich der durch die Bindung des Natriums und des Inhibitors induzierten Differenzspektren zeigte, dass die Bindungsstellen des Natriums und des Inhibitors unterschiedlich sind. Die FTIR- und CD-Ergebnisse für den Na+/H+ Antiporter MjNhaP1 aus M. jannaschii, der im Gegensatz zu NhaA bei pH 6 aktiv und bei pH Werten > 8 inaktiv ist, zeigten, dass ähnlich wie NhaA das Protein im aktiven Zustand bei pH 6 hauptsächlich aus alpha-Helices aufgebaut ist. Es bestand die Möglichkeit, zwei verschiedene Probenpräparationen (Protein in Detergenz bzw. in 2D-Kristallen) zu untersuchen und miteinander zu vergleichen. Die Erhöhung des pH-Werts bei der in Detergenz solubilisierten Probe führte zu einer Abnahme der alpha-helikalen und einer Zunahme der ungeordneten Strukturen. Das äußerte sich auch in den Untersuchungen zur thermischen Stabilität und im (1)H/(2)H Austauschexperiment. Die thermische Stabilität der alpha-Helices nahm mit der Inaktivierung dramatisch ab. Diese Ergebnisse zeigten auch, dass bei der Aktivierung von MjNhaP1 die beta-Faltblattstruktur nicht involviert ist, aber diese von fundamentaler Bedeutung für die Gesamtstabilität des Proteins und wahrscheinlich für den Hauptkontakt zwischen den Monomeren verantwortlich ist. Im Gegensatz zu NhaA ist die Monomer Monomer Wechselwirkung nicht für die Aktivität von MjNhaP1 notwendig. Aufgrund des höheren Anteils von ungeordneter Struktur im inaktiven Zustand der in Detergenz solubilisierten Probe beobachtet man in diesem Zustand einen höheren (1)H/(2)H Austausch. Der Vergleich mit den Ergebnissen des (1)H/(2)H Austausches von 2D-Kristallen ermöglichte die Lokalisation der ungeordneten Struktur an der Außenseite des Proteinmoleküls im inaktiven Zustand. Die pH-induzierten Differenzspektren zeigten, dass die Aktivierung zu einer Helikalisierung des Proteins und einer Protonierungsänderung der Aminosäureseitenketten von Asparaginsäure und/oder Glutaminsäure unabhängig von der Probenpräparation führt. Der Vergleich von NhaA und MjNhaP1 zeigt, dass die Aktivierung in beiden Fällen mit einer Konformationsänderung und Änderung der Protonierung oder der Umgebung von einer oder mehreren Seitenketten von Asparaginsäure oder Glutaminsäure verbunden ist. Dabei sind die Strukturänderungen der beiden Proteine während der Aktivierung ähnlich, bei Inaktivierung jedoch deutlich unterscheidbar. Die pH-induzierten Strukturänderungen wurden bei NhaA und MjNhaP1 durch die Mutanten G338S und R347A, die keine pH-Abhängigkeit der Aktivität zeigen, bestätigt.
A data set of annual values of area equipped for irrigation for all 236 countries in the world during the time period 1900 - 2003 was generated. The basis for this data product was information available through various online data bases and from other published materials. The complete time series were then constructed around the reported data applying six statistical methods. The methods are discussed in terms of reliability and data uncertainties. The total area equipped for irrigation in the world in 1900 was 53.2 million hectares. Irrigation was mainly practiced in all the arid regions of the globe and in paddy rice areas of South and East Asia. In some temperate countries in Western Europe irrigation was practiced widely on pastures and meadows. The time series suggest a modest rate of increase of irrigated areas in the first half of the 20th century followed by a more dynamic development in the second half. The turn of the century is characterized by an overall consolidating trend resulting at a total of 285.8 million hectares in 2003. The major contributing countries have changed little throughout the century. This data product is regarded as a preliminary result toward an ongoing effort to develop a detailed data set and map of areas equipped for irrigation in the world over the 20th century using sub-national statistics and historical irrigation maps.
Part-of-Speech tagging is generally performed by Markov models, based on bigram or trigram models. While Markov models have a strong concentration on the left context of a word, many languages require the inclusion of right context for correct disambiguation. We show for German that the best results are reached by a combination of left and right context. If only left context is available, then changing the direction of analysis and going from right to left improves the results. In a version of MBT (Daelemans et al., 1996) with default parameter settings, the inclusion of the right context improved POS tagging accuracy from 94.00% to 96.08%, thus corroborating our hypothesis. The version with optimized parameters reaches 96.73%.
The problem of vocalization, or diacritization, is essential to many tasks in Arabic NLP. Arabic is generally written without the short vowels, which leads to one written form having several pronunciations with each pronunciation carrying its own meaning(s). In the experiments reported here, we define vocalization as a classification problem in which we decide for each character in the unvocalized word whether it is followed by a short vowel. We investigate the importance of different types of context. Our results show that the combination of using memory-based learning with only a word internal context leads to a word error rate of 6.64%. If a lexical context is added, the results deteriorate slowly.
How to compare treebanks
(2008)
Recent years have seen an increasing interest in developing standards for linguistic annotation, with a focus on the interoperability of the resources. This effort, however, requires a profound knowledge of the advantages and disadvantages of linguistic annotation schemes in order to avoid importing the flaws and weaknesses of existing encoding schemes into the new standards. This paper addresses the question how to compare syntactically annotated corpora and gain insights into the usefulness of specific design decisions. We present an exhaustive evaluation of two German treebanks with crucially different encoding schemes. We evaluate three different parsers trained on the two treebanks and compare results using EVALB, the Leaf-Ancestor metric, and a dependency-based evaluation. Furthermore, we present TePaCoC, a new testsuite for the evaluation of parsers on complex German grammatical constructions. The testsuite provides a well thought-out error classification, which enables us to compare parser output for parsers trained on treebanks with different encoding schemes and provides interesting insights into the impact of treebank annotation schemes on specific constructions like PP attachment or non-constituent coordination.
We argue for incorporating the financial economics of market microstructure into the financial econometrics of asset return volatility estimation. In particular, we use market microstructure theory to derive the cross-correlation function between latent returns and market microstructure noise, which feature prominently in the recent volatility literature. The cross-correlation at zero displacement is typically negative, and cross-correlations at nonzero displacements are positive and decay geometrically. If market makers are sufficiently risk averse, however, the cross-correlation pattern is inverted. Our results are useful for assessing the validity of the frequently-assumed independence of latent price and microstructure noise, for explaining observed cross-correlation patterns, for predicting as-yet undiscovered patterns, and for making informed conjectures as to improved volatility estimation methods.
The future of securitization
(2008)
Securitization is a financial innovation that experiences a boom-bust cycle, as many other innovations before. This paper analyzes possible reasons for the breakdown of primary and secondary securitization markets, and argues that misaligned incentives along the value chain are the primary cause of the problems. The illiquidity of asset and interbank markets, in this view, is a market failure derived from ill-designed mechanisms of coordinating financial intermediaries and investors. Thus, illiquidity is closely related to the design of the financial chains. Our policy conclusions emphasize crisis prevention rather than crisis management, and the objective is to restore a “comprehensive incentive alignment”. The toe-hold for strengthening regulation is surprisingly small. First, we emphasize the importance of equity piece retention for the long-term quality of the underlying asset pool. As a consequence, equity piece allocation needs to be publicly known, alleviating market pricing. Second, on a micro level, accountability of managers can be improved by compensation packages aiming at long term incentives, and penalizing policies with destabilizing effects on financial markets. Third, on a macro level, increased transparency relating to effective risk transfer, risk-related management compensation, and credible measurement of rating performance stabilizes the valuation of financial assets and, hence, improves the solvency of financial intermediaries. Fourth, financial intermediaries, whose risk is opaque, may be subjected to higher capital requirements.
Proteorhodopsin (PR) originally isolated from uncultivated γ-Proteobacterium as a result of biodiversity screens, is highly abundant ocean wide. PR, a Type I retinal binding protein with 26% sequence identity, is a bacterial homologue of Bacteriorhodopsin (BR). The members within this family share about 78% of sequence identity and display a 40 nm difference in the absorption spectra. This property of the PR family members provides an excellent model system for understanding the mechanism of spectral tuning. Functionally PR is a photoactive proton pump and is suggested to exhibit a pH dependent vectorality of proton transfer. This raises questions about its potential role as pH dependent regulator. The abundance of PR in huge numbers within the cell, its widespread distribution ocean wide at different depths hints towards the involvement of PR in utilization of solar energy, energy metabolism and carbon recycling in the Sea. Contrary to BR, which is known to be a natural 2D crystal, no such information is available for PR til date. Neither its functional mechanism nor its 3D structure has been resolved so far. This PhD project is an attempt to gain a deeper insight so as to understand structural and functional characterization of PR. The approach combines the potentials of 2D crystallography, Atomic Force Microscopy and Solid State NMR techniques for characterization of this protein. Wide range of crystalline conditions was obtained as a result of 2D crystallization screens. This hints towards dominant protein protein interactions. Considering the high number of PR molecules reported per cell, it is likely that driven by such interactions, the protein has a native dense packing in the environment. The projection map represented low resolution of these crystals but suggested a donut shape oligomeric arrangement of protein in a hexagonal lattice with unit cell size of 87Å*87Å. Preliminary FTIR measurements indicated that the crystalline environment does not obstruct the photocycle of PR and K as well as M intermediate states could be identified. Single molecule force spectroscopy and atomic force microscopy on these 2D crystals was used to probe further information about the oligomeric state and nature of unfolding. The data revealed that protein predominantly exists as hexamers in crystalline as well as densely reconstituted regions but a small percentage of pentamers is also observed. The unfolding mechanism was similar to the other relatively well-characterized members of rhodopsin family. A good correlation of the atomic force microscopy and the electron microscopy data was achieved. Solid State NMR of the isotopically labeled 2D crystalline preparations using uniformly and selectively labeling schemes, allowed to obtain high quality SSNMR spectra with typical 15N line width in the range of 0.6-1.2 ppm. The measured 15N chemical shift value of the Schiff base in the 2D crystalline form was observed to be similar to the Schiff base chemical shift values for the functionally active reconstituted samples. This provides an indirect evidence for the active functionality of the protein and hence the folding. The first 15N assignment has been achieved for the Tryptophan with the help of Rotational Echo Double Resonance experiments. The 2D Cross Polarization Lee Goldberg measurements reflect the dynamic state of the protein inspite of restricted mobility in the crystalline state. The behavior of lipids as measured by 31P from the lipid head group showed that the lipids are not tightly bound to the protein but behave more like the lipid bilayer. The 13C-13C homonulear correlation experiments with optimized mixing time based on build up curve analysis, suggest that it is possible to observe individual resonances as seen in case of glutamic acid. The signal to noise was good enough to record a decent spectrum in a feasible period. The selective unlabeling is an efficient method for reduction in the spectral overlap. However, more efficient labeling schemes are required for further characterization. The present spectral resolution is good for individual amino acid investigation but for uniformly labeled samples, further improvement is required.
In this paper, we present an open-source parsing environment (Tübingen Linguistic Parsing Architecture, TuLiPA) which uses Range Concatenation Grammar (RCG) as a pivot formalism, thus opening the way to the parsing of several mildly context-sensitive formalisms. This environment currently supports tree-based grammars (namely Tree-Adjoining Grammars (TAG) and Multi-Component Tree-Adjoining Grammars with Tree Tuples (TT-MCTAG)) and allows computation not only of syntactic structures, but also of the corresponding semantic representations. It is used for the development of a tree-based grammar for German.
Die Coltrims-Methode hat sich seit den 1990er Jahren als gutes experimentelles Instrument in der Atomphysik und darüberhinaus etabliert. Sie beruht darauf, dass die bei einer Reaktion entstehenden Fragmente mit ortssensitiven Detektoren nachgewiesen werden. Die Signale der Detektoren wurden bisher mit einem analogen Vorverstärker verstärkt und dann mit Hilfe eines Constant Fraction Discriminators in digitale Signale umgewandelt. Die Zeitinformation der digitalen Signale wurden von Time to Digital Convertern aufgenommen und im Computer gespeichert. Mit dieser Form der Auslese und Analyse der von den Detektoren stammenden Signale können nur einige wenige Fragmente nachgewiesen werden. Die Lösung dieses Problems besteht also darin, eine neue Variante für die Auslese und Analyse der Signale zu finden. Diese wurde in der Verwendung eines Transientenrekorders gefunden. Anstatt nur die Zeitinformation zu speichern, nimmt dieser die gesamte Signalform der Detektoren auf. Die Aufgabe, die in dieser Arbeit bearbeitet werden sollte, bestand darin, eine Software zu entwickeln, mit deren Hilfe der Transientenrekorder gesteuert werden kann. Auch sollte ein Weg gefunden werden nur die für das Experiment notwendigen Informationen des aufgenommenen Zeitfensters zu speichern. Des Weiteren sollten Methoden aufgezeigt werden, wie die aufgenommen Signale untersucht und deren Parameter extrahiert werden können. Diese Methoden wurden dann an realen Signalen getestet. Nachdem im ersten Kapitel die Motivation zu dieser Arbeit und einige theoretische Hintergründe vorgestellt werden, wird im zweiten Kapitel auf verschiedene Methoden der Signalanalyse eingegangen. Der Augenmerk liegt dabei sowohl auf Einzel- sowie Doppelsignalanalyse. Die Güte der vorgestellten Algorithmen wird mit Hilfe von künstlichen Signalen ermittelt. Es zeigt sich, dass die beste Methode die zeitliche Position der Einzelsignale zu finden, der Pulsfit ist. Mit dieser Methode kann eine Auflösung von etwa 50 ps erzielt werden. Bei der Betrachtung der Doppelsignale stellt sich heraus, dass der minimale Abstand zwischen den Signalen 5 ns bis 7 ns betragen muss. Das dritte Kapitel zeigt eine Anwendung des neuen Aufnahmesystems. Dort werden die physikalischen Ergebnisse, die mit Hilfe des neuen Systems gewonnen werden konnten, mit einem herkömmlichen Aufnahmesystem verglichen. Aufgrund der geringeren Totzeit des neuen Aufnahmesystems konnte mehr Statistik gewonnen werden. Der dadurch gewonnene Vorteil zeigt sich deutlich in den Ergebnissen, bei denen eine vierfach Koinzidenz verlangt wird. Bei dem nächsten Kapitel beschriebenen Experiment mussten sehr viele Fragmente nachgewiesen werden. Hierzu wird ein weiteres Kriterium neben der Zeitsumme vorgestellt mit dem die Anodensignale einander zugewiesen werden können. Die in diesem Kapitel gezeigten physikalischen Ergebnisse zeigen die Impulsverteilungen für Neon und Helium für unterschiedliche Lichtintensitäten bzw. Ionisationsprozesse. Im darauf folgenden Kapitel wird beschrieben, wie die neue Aufnahmemethode dazu verwendet werden kann, die von den Detektoren kommenden Signale genauer zu analysieren. Die physikalische Reaktion führte dazu, dass von dem Detektor hauptsächlich Doppelsignale aufgenommen wurden. Dies erlaubt die Untersuchung der Doppelsignalalgorithmen an realen Signalen. Hierbei zeigte sich, dass die Totzeit bei realen Signalen vergleichbar mit der Totzeit bei künstlichen Signalen ist. Die Algorithmen können bei Abständen der Einzelsignale von weniger als 10 ns die Position der Signale nicht mehr genau bestimmen. Anhand der Pulshöhenverteilung kann gezeigt werden, dass der verwendete Detektor in der Mitte eine geringere Nachweiseffizienz hatte. Im letzten Kapitel wird die Güte der verschiedenen Methoden der Einzelsignalanalyse anhand von realen Signalen überprüft. Dabei wurden Signale desselben Detektors mit unterschiedlichen Vorverstärkern verstärkt. Die beiden Vorverstärker unterschieden sich in ihrer Bandbreitenbegrenzung. Die Daten wurden mit einem Transientenrekorder mit 2 GS aufgenommen. Es wird gezeigt wie diese Daten umgewandelt werden können, so dass sie einem System mit nur 1 GS entsprechen. Dies erlaubt es die Güte der Methoden für Signale eines Systems mit 2 GS mit denen eines Systems mit 1 GS zu vergleichen. Es zeigt sich in der Pulshöhenverteilung, dass die Signale des stärker bandbreitenbegrenzten Vorverstärkers vergleichbar mit den künstlichen Signalen sind. Die Signale des weniger stark bandbreitenbegrenzten Vorverstärkers weisen eine zu starke Abhängigkeit ihrer Breite von der Pulshöhe auf. Aus diesem Grund sind die Ergebnisse des letzt genannten Vorverstärkers abweichend von den Ergebnissen mit den künstlichen Signalen. Bei diesem Vorverstärker zeigte der einfache Constant Fraction Algorithmus die beste Auflösung.
Stressorinduzierte ökotoxikologische Effekte und Genexpressionsveränderungen bei Chironomus riparius
(2008)
Die Effekte von Stressoren auf Chironomus riparius wurden im Lebenszyklustest und auf genomischer Ebene mit dem Ziel untersucht, ein auf einem DNA-Mikroarray („ChiroChip“) basierendes Screeningverfahren zu entwickeln. Die empfindlichsten Endpunkte der Lebenszyklustests waren die Mortalität, der Anteil fruchtbarer Eigelege, der mittlere Schlupfzeitpunkt der Weibchen sowie das Gewicht der Männchen. Temperaturveränderungen um ± 6°C gegenüber einer normalen Hälterungstemperatur von 20°C führten in allen Endpunkten zu hochsignifikanten Effekten. Eine LC10 konnte nur für die Salinität berechnet werden (0,66‰, KI: 0,26 − 1,68‰). Aufgrund der nicht-linearen Konzentrations-Wirkungs-Beziehungen konnte nur für den mittleren Schlupfzeitpunkt der Weibchen nach einer Exposition gegenüber Cadmium eine EC50 (0,53 mg/kg, KI: 0,29 − 0,97 mg/kg) bestimmt werden. In den Versuchen mit Methyltestosteron, Ethinylöstradiol, Carbamazepin, Fluoxetin, Blei und Tributylzinn (mit denen auch molekularbiologische Untersuchungen durchgeführt wurden) waren die empfindlichsten Endpunkte die Mortalität, der Anteil fruchtbarer Eigelege, der mittlere Schlupfzeitpunkt der Weibchen sowie die Populationswachstumsrate. Carbamazepin (CBZ) wirkte schlupfverzögernd bei den Weibchen. 10 mg CBZ/kg führte zu einer höheren Mortalität, weniger Eigelegen, die vermehrt unfruchtbar waren, sowie zu einer geringeren Populationswachstumsrate. Fluoxetin (FX) wirkte bei beiden Geschlechtern schlupfverzögernd. 0,9 mg FX/kg führte zu einer erhöhten Mortalität, weniger und vermehrt unfruchtbaren Eigelegen und einer geringeren Populationswachstumsrate. In der höchsten Konzentration (5,9 mg/kg) waren die Weibchen leichter als die Kontrolltiere. Tributylzinn (in µg Sn/kg angegeben) bewirkte eine höhere Mortalität und geringere Populationswachstumsrate bei 100 µg Sn/kg und führte zu einer Verzögerung im Schlupfverlauf bei den Weibchen. Bei 160 µg Sn/kg gab es weniger Eigelege, die vermehrt unfruchtbar waren. Die Männchen, die gegenüber Konzentrationen von 120 und 160 µg Sn/kg exponiert wurden, waren leichter als die Kontrolle. Expositionen gegenüber Blei (Pb) in Konzentrationen von 0,65 − 65 mg/kg führten bei 6,5 mg Pb/kg zu einer erhöhten Mortalität und zu mehr unfruchtbaren Gelegen. Bei 0,65 mg Pb/kg waren die Männchen leichter und bei 6,5 mg Pb/kg schwerer. Die Anzahl der fruchtbaren Gelege pro Weibchen war bei 3,25 und 6,5 mg Pb/kg geringer als in der Kontrolle. Die gegenüber 17alpha-Methyltestosteron (MET) exponierten Mücken hatten geringere Mortalitäten als in der Kontrolle und zeigten einen verfrühten Schlupf beider Geschlechter. Ab 27 µg MET/kg gab es weniger unfruchtbare Gelege, leichtere Männchen sowie erhöhte Populationswachstumsraten. 17alpha-Ethinylöstradiol (EE2) führte zu einem verfrühten Schlupf bei beiden Geschlechtern sowie zu erhöhten Populationswachstumsraten. Bei 9 µg EE2/kg gab es weniger unfruchtbare Gelege. Die Exposition von Chironomus-Larven gegenüber Methyltestosteron, Ethinylöstradiol, Fluoxetin, Carbamazepin, Tributylzinn und Blei führte zur differenziellen Expression von neun (Methyltestosteron) bis 49 (Carbamazepin) Genen. Bei der Untersuchung der exprimierten Proteine fällt auf, dass kaum bekannte Stressproteine (z.B. Glutathion-S-Transferase oder Cytochrom P450) differentiell reguliert wurden. Bei der Exposition wurden verschiedene Prozesse durch eine veränderte Genexpression beeinflusst. Eine Exposition gegenüber Methyltestosteron führte zu einer Beeinträchtigung von drei identifizierten biologischen Prozessen, während bei den anderen Substanzen sieben bis acht Prozesse beeinflusst waren. Die am häufigsten beeinflussten Prozesse waren der Protein- und der Energiemetabolismus. Der Sauerstofftransport ist ein Prozess, der bei allen Substanzen beeinflusst wurde, jedoch mit unterschiedlichen Anteilen. Bei einer Exposition gegenüber Methyltestosteron war der Anteil des Sauerstofftransports an den beteiligten Prozessen mit 84,6% am größten und mit 10,5% bei Fluoxetin am geringsten. Die veränderte Genexpression der Globine kann möglicherweise aufgrund der schadstoffspezifischen Veränderungen als Biomarker für das Monitoring von Freilandgewässern angewendet werden. Da Tubulin und Aktin häufig nach einer Exposition gegenüber Stressoren differenziell exprimiert wird (bei Tributylzinn und CBZ in der vorliegenden Arbeit und bei Antidepressiva und Östrogenen in anderen Studien) wären die beiden Proteine möglicherweise ebenfalls als Biomarker für Chemikalienstress geeignet. Vor der Verwendung des ChiroChips als Screeninginstrument für die Chemikalienuntersuchung und das Biomonitoring müssen noch Untersuchungen zur konzentrationsabhängigen Genexpression und zur Expression in unbehandelten Larven und weiteren Lebensstadien erfolgen. Des Weiteren müssen die vorliegenden Daten verifiziert und die Funktion der differentiell regulierten Gene vertieft untersucht werden.
In dieser Arbeit wurden potentielle Mitglieder des Proteinnetzwerks um Ataxin-2 untersucht, um Rückschlüsse auf die bisher unbekannte Funktion von Ataxin-2 machen zu können. Ataxin-2 ist das Krankheitsprotein der Spinozerebellären Ataxie Typ 2, einer Polyglutaminerkrankung, bei der die Expansion eines Polyglutamintraktes zur Degeneration von Purkinje-Neuronen führt. Da die Funktion von Ataxin-2 bisher nicht ermittelt werden konnte, sollte die Charakterisierung seiner Protein-Interaktoren es ermöglichen, Einblicke in seine Funktion zu gewinnen. Dazu wurden die drei Kandidaten „Similar to golgin-like“, TRAP und alpha-Actinin-1 untersucht, die alle drei mit Hilfe von Hefe-2-Hybrid Screens identifiziert worden waren. Im Fall von „Similar to golgin-like“, einem aus Genom und cDNA-Fragmenten hervorgesagten Protein unbewiesener Existenz, konnte eine mutationsabhängige Modulation der Bindungsstärke an Ataxin-2 im Hefe-2-Hybrid-System gezeigt werden, die sich allerdings mit rekombinanten Proteinen in Koimmunpräzipitationen in Säuger-Zellen nicht reproduzieren ließ. Beide Proteine kolokalisierten am ER, unabhängig von der Länge des pathogenen Polyglutamintraktes-2 in Ataxin. Gegen ein SIM-Peptid hergestellte Antikörper zeigten eine exklusive Expression im menschlichen Gehirn und wurden erfolgreich zum Nachweis eines endogenen Komplexes aus Ataxin-2 und SIM-IR im krankheitsrelevanten Gewebe eingesetzt. Allerdings war es nicht möglich, mittels 5’-RACE und 2D-Gel Massenspektrometrie die potentiellen Isoformen von SIM näher zu charakterisieren. Zur funktionellen Analyse von SIM wurden intrazelluläre Transportvorgänge am Golgi-Apparat untersucht, aber ein Einfluss von SIM / Ataxin-2 ließ sich nicht belegen. Im Fall des Interaktions-Kandidaten TRAP wurden Antikörper hergestellt und mit einem bereits publizierten polyklonalen Antikörper, der TRAP in rattus norvegicus erkennt, verglichen. Die Expressionsmuster zeigten eine identische Expression im Hirn und der Testis. Eine Kolokalisations-Studie wies sowohl TRAP als auch Ataxin-2 am ER nach. Allerdings erwiesen sich alle verwendeten Antikörper als ungeeignet für Immunpräzipitationen, so dass die physiologische Existenz des endogenen TRAP-Ataxin-2 Komplexes nicht bewiesen werden kann. Im Fall des Interaktor-Kandidaten alpha-Actinin-1 ließ sich die Interaktion mit Ataxin-2 sowohl für die endogenen Proteine in der zytosolischen Fraktion von Mausgehirnen als auch für die rekombinanten Proteine in Säuger-Zellen belegen. Beide Proteine konnten im Zytosol und zu kleineren Anteilen an der Plasmamembran kolokalisiert werden. Als verantwortliche Subdomänen im Fall von Ataxin-2 wurde der N-terminale Bereich des Proteins in der Nähe der pathogenen Expansion, im Fall von alpha-Actinin-1 die Aktin-bindende Domäne durch GST-pulldown Analysen identifiziert. Darauf aufbauend wurde in Patienten-Fibroblasten das Aktinzytoskelett und die Dynamik von alpha-Actinin-1 in Anwesenheit der Ataxin-2-Polyglutamin-Expansion untersucht, wobei allerdings kein Unterschied zu erkennen war. Anschließend an die Analyse des Zytoskeletts wurde ein möglicher Einfluss von Ataxin-2 und seiner Polyglutamin-Expansion auf die EGF-Rezeptorinternalisierung studiert, da eine Rolle von Ataxin-2 auf die Endozytose in parallelen Analysen der Arbeitsgruppe wahrscheinlich wurde. Hierzu wurden Säuger-Zellen mit alpha-Actinin-1 transfiziert und die Internalisierung mikroskopisch und mittels Analyse der ERK1/2 Aktivierung verfolgt. Ergänzt wurden die Experimente durch Analysen zur ERK1/2 Aktivierung in Patienten- und Kontroll-Fibroblasten. Entgegen den Erwartungen hatte die Überexpression von alpha-Actinin-1 keinen Einfluss auf die Internalisierung, und bei keinem der Ansätze zeigte sich eine signifikante Veränderung der ERK1/2 Aktivierung. Auch Transkriptombefunde aus SCA2-KO Gewebe, nach denen einzelne Gene des Zytoskeletts oder der Rezeptor-Endozytose ihre Expression ändern, ließen sich nicht mit Konsistenz validieren. Abschließend wurden Experimente zur subzellulären Lokalisation von Ataxin-2 durchgeführt, die eine Lokalisation am ER und nicht wie bisher berichtet am Golgi-Apparat sicherten und Ergebnisse zur Assoziation mit Polyribosomen bekräftigten. Obwohl somit bei allen drei Proteininteraktor-Kandidaten glaubwürdige Befunde für eine Ataxin-2 Bindung sprechen, ist derzeit eine funktionelle Analyse der Assoziationen nicht möglich und eine klare Definition der physiologischen Rolle von Ataxin-2 lässt sich aus diesen Daten nicht ableiten, wenn auch die prominente Lokalisation von Ataxin-2 am rauen endoplasmatischen Retikulum mit einem Einfluss von Ataxin-2 auf die ribosomale Translation und die Sekretion in Cisternen kompatibel ist.
This paper investigates the relation between TT-MCTAG, a formalism used in computational linguistics, and RCG. RCGs are known to describe exactly the class PTIME; simple RCG even have been shown to be equivalent to linear context-free rewriting systems, i.e., to be mildly context-sensitive. TT-MCTAG has been proposed to model free word order languages. In general, it is NP-complete. In this paper, we will put an additional limitation on the derivations licensed in TT-MCTAG. We show that TT-MCTAG with this additional limitation can be transformed into equivalent simple RCGs. This result is interesting for theoretical reasons (since it shows that TT-MCTAG in this limited form is mildly context-sensitive) and, furthermore, even for practical reasons: We use the proposed transformation from TT-MCTAG to RCG in an actual parser that we have implemented.
TT-MCTAG lets one abstract away from the relative order of co-complements in the final derived tree, which is more appropriate than classic TAG when dealing with flexible word order in German. In this paper, we present the analyses for sentential complements, i.e., wh-extraction, thatcomplementation and bridging, and we work out the crucial differences between these and respective accounts in XTAG (for English) and V-TAG (for German).
Developing linguistic resources, in particular grammars, is known to be a complex task in itself, because of (amongst others) redundancy and consistency issues. Furthermore some languages can reveal themselves hard to describe because of specific characteristics, e.g. the free word order in German. In this context, we present (i) a framework allowing to describe tree-based grammars, and (ii) an actual fragment of a core multicomponent tree-adjoining grammar with tree tuples (TT-MCTAG) for German developed using this framework. This framework combines a metagrammar compiler and a parser based on range concatenation grammar (RCG) to respectively check the consistency and the correction of the grammar. The German grammar being developed within this framework already deals with a wide range of scrambling and extraction phenomena.
Cet article étudie la relation entre les grammaires darbres adjoints à composantes multiples avec tuples darbres (TT-MCTAG), un formalisme utilisé en linguistique informatique, et les grammaires à concaténation dintervalles (RCG). Les RCGs sont connues pour décrire exactement la classe PTIME, il a en outre été démontré que les RCGs « simples » sont même équivalentes aux systèmes de réécriture hors-contextes linéaires (LCFRS), en dautres termes, elles sont légèrement sensibles au contexte. TT-MCTAG a été proposé pour modéliser les langages à ordre des mots libre. En général ces langages sont NP-complets. Dans cet article, nous définissons une contrainte additionnelle sur les dérivations autorisées par le formalisme TT-MCTAG. Nous montrons ensuite comment cette forme restreinte de TT-MCTAG peut être convertie en une RCG simple équivalente. Le résultat est intéressant pour des raisons théoriques (puisqu’il montre que la forme restreinte de TT-MCTAG est légèrement sensible au contexte), mais également pour des raisons pratiques (la transformation proposée ici a été utilisée pour implanter un analyseur pour TT-MCTAG).
In this paper we present a parsing architecture that allows processing of different mildly context-sensitive formalisms, in particular Tree-Adjoining Grammar (TAG), Multi-Component Tree-Adjoining Grammar with Tree Tuples (TT-MCTAG) and simple Range Concatenation Grammar (RCG). Furthermore, for tree-based grammars, the parser computes not only syntactic analyses but also the corresponding semantic representations.
Women and Halakha Shiur
(2008)
Im Rahmen dieser Arbeit wurden ausgewählte 5’- und 3’-untranslatierte Regionen (UTRs) von mRNAs aus H. volcanii bestimmt. Dieses Datenset wurde verwendet um (1) haloarchaeale UTRs zu charakterisieren, (2) Konsensuselemente für die Transkrikptionsinitiation und -termination zu verifizieren und (3) den Einfluss haloarchaealer UTRs auf die Initiation und Regulation der Translation zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass alle untersuchten Transkripte nichtprozessierte 3’-UTRs mit einer durchschnittlichen Länge von 45 Nukleotiden besitzen. Darüber hinaus konnte ein putatives Transkriptionsterminationssignal bestehend aus einem pentaU-Motiv mit vorausgehender Haarnadelstruktur identifiziert werden. Die Analysen der Regionen stromaufwärts der experimentell bestimmten Transkriptionsstarts führten zur Identifizierung dreier konservierter Promotor Elemente: Der TATA-Box, dem BRE-Element und einem neuen Element an Position -10/-11. Überraschenderweise bestand die TATA-Box nur aus vier konservierten Nukleotiden. Die Untersuchung der UTRs ergab, dass die größte Anteil der haloarchaealen Transkripte keine 5’-UTR besitzt. Falls eine 5’-UTR vorhanden ist, besitzen unerwarteterweise nur 15% der 5’-UTRs aus H. volcanii eine Shine-Dalgarno-Sequenz (SD-Sequenz). Es konnte jedoch gezeigt werden, dass verschiedene native und artifizielle 5’-UTRs ohne SD-Sequenz sehr effizient in vivo translatiert werden. Außerdem hat die Sekundärstruktur der 5’-UTR und die Position struktureller Elemente offenbar einen entscheidenden Einfluss auf die Translatierbarkeit von Transkripten. Die Insertion von Strukturelementen nahe des Startkodons führte zu einer vollkommenen Repression der Translation, während die proximale Insertion des Motivs an das 5’-Ende der 5’-UTR keinen Einfluss auf die Translationsseffizienz hatte. Zusammenfassend kann sowohl der eukaryotische Scanning-Mechanismus als auch die bakterielle Initiation der Translation über die SD-Sequenz für haloarchaeale Transkripte mit 5’-UTR ohne SD-Sequenz ausgeschlossen werden. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen bilden die Grundlage für weitere Untersuchungen zur Identifizierung eines entsprechenden dritten Mechanismus zur Initiation der Translation in H. volcanii. Eine aktuelle Studie zur globalen Analyse der Translationsregulation zeigte, dass der Anteil translational regulierter Gene in H. volcanii genauso hoch ist wie bei Eukaryoten (Lange et al., 2007). Um die Rolle haloarchaealer UTRs bei der Regulation der Translation zu charakterisieren, wurden die UTRs zweier ausgewählter translationsregulierter Gene untersucht. Es stellte sich heraus, dass nur die Anwesenheit beider UTRs, 5’- und 3’-UTR, zu einer Wachstumsphasen-abhängigen Regulation der Translation führt. Dabei hat die 3’-UTR allein keinen Einfluss auf die Translationseffizienz, während die 5’-UTR die Translationseffizienz in beiden Wachstumsphasen reduziert. Es zeigte sich außerdem, dass die 3’-UTR für die „Richtung“ der Regulation auf Translationsebene verantwortlich ist und putative Strukturelemente möglicherweise in den Regulationsmechanismus involviert sind. Zusammengefasst ergibt sich folgendes Modell der Translationsregulation in H. volcanii: Strukturierte 5’-UTRs führen zu einer Herabsetzung der konstitutiven Translationseffizienz. Dies kann differentiell durch regulatorische Faktoren kompensiert werden, welche spezifische Elemente der 3’-UTR binden. Sowohl natürliche als auch artifizielle Aptamere und allosterische Ribozyme stellen effektive Werkzeuge zur exogen kontrollierten Genexpression dar. Daher wurde die Anwendbarkeit eines Tetracyclin-induzierbaren Aptamers und eines konstitutiven Hammerhead-Ribozyms in H. volcanii untersucht. Es stellte sich allerdings heraus, dass das Aptamer bereits ohne Tetracyclin starke inhibitorische Sekundärstrukturen ausbildet. Als Alternative wurden Reportergenfusionen mit einem selbstspaltenden Hammerhead-Ribozym konstruiert. Die selbstspaltende Aktivität des Hammerhead-Ribozyms in H. volcanii konnte erfolgreich in vivo demonstriert werden, was die Grundlage zur Entwicklung konditionaler Expressionssysteme basierend auf dem Hammerhead-Ribozym in H. volcanii bildet.
Cellular metabolism can be envisaged by fluorescence lifetime imaging of fluorophores sensitive to specific intracellular factors such as [H+], [Ca2+], [O2], membrane potential, temperature, polarity of the probe environment, and alterations in the conformation and interactions of macromolecules. Lifetime measurements of the probes allow the quantitative determination of the intracellular factors. Fluorescence microscopy taking advantage of time-correlated single photon counting is a novel method that outperforms all other techniques with its single photon sensitivity and picoseconds time resolution. In this work, a time- and space-correlated single photon counting system was established to investigate the behavior of 2-(4-(dimethylamino)styryl)-1-methylpyridinium iodide (DASPMI) in living cells. DASPMI is known to selectively stain mitochondria in living cells. The uptake and fluorescence intensity of DASPMI in mitochondria is a dynamic measure of membrane potential. Hence, an endeavour was made to elucidate the mechanism of DASPMI fluorescence by obtaining spectrally-resolved fluorescence decays in different solvents. A bi-exponential decay model was sufficient to globally describe the wavelength dependent fluorescence in ethanol and chloroform. While in glycerol, a three-exponential decay model was necessary for global analysis. In the polar low-viscous solvent water, a mono-exponential decay model fitted the decay data. The sensitivity of DASPMI fluorescence to solvent viscosity was analysed using various proportions of glycerol/ethanol mixtures. The lifetimes were found to increase with increasing solvent viscosity. The negative amplitudes of the short lifetime component found in chloroform and glycerol at the longer wavelengths validated the formation of new excited state species from the initially excited state. Time-resolved emission spectra in chloroform and glycerol showed a biphasic increase of spectral width and emission maxima. The spectral width had an initial fast increase within 150 ps and a near constant thereafter. A two-state model based on solvation of the initially excited state and further formation of TICT state has been proposed to explain the excited state kinetics and has been substantiated by the de-composition of time-resolved spectra. The knowledge of DASPMI photophysics in a variety of solvents now provides the means of deducing complex physiological parameters of mitochondria from its behavior in living cells. Spatially-resolved fluorescence decays from single mitochondria or only very few organelles of XTH2 cells signified distinctive three-exponential decay kinetics of viscous environment. Based on DASPMI photophysics in a variety of solvents, these lifetimes have been attributed to the fluorescence from locally excited state (LE), intramolecular charge transfer state (ICT) and twisted intramolecular charge transfer (TICT) state. A considerable variation in lifetime among mitochondria of different morphology and within single cell was evident corresponding to the high physiological variations within single cells. Considerable shortening of the short lifetime component (τ1) under high membrane potential condition, such as in the presence of ATP and/or substrate, was similar to quenching and dramatic decrease of lifetime in polar solvents. Under these conditions τ2 and τ3 increased with decreasing contribution. Upon treatment with ionophore nigericin, hyperpolarization of mitochondria resulted in remarkable shortening of τ1 from 159 ps to 38 ps. Inhibiting respiration by cyanide resulted in notable increase of mean lifetime and decrease of mitochondrial fluorescence. Increase of DASPMI fluorescence on conditions elevating mitochondrial membrane potential has been attributed to uptake according Nernst distributions, to de-localisation of π electrons, quenching processes of the methyl pyridinium moiety and restricted torsional dynamics at the mitochondrial inner membrane. Accordingly, determination of anisotropy in DASPMI stained mitochondria in living XTH2 cells, revealed dependence of anisotropy on membrane potential. Such changes in anisotropy attributed to restriction of the torsional dynamics about the flexible single bonds neighboring the olefinic double bond revealed the previously known sub-mitochondrial zones with higher membrane potential along its length. Membrane-potential-dependent changes in anisotropy have further been demonstrated in senescent chick embryo fibroblasts. In conclusion, spectroscopic observations of excited-state kinetics of DASPMI in solvents and its behavior in living cells had revealed for the first time its localisation, mechanism of voltage sensitive fluorescence and its membrane-potential-dependent anisotropy in living cells. The simultaneous dependence of DASPMI photophysics on mitochondrial inner membrane viscosity and transmembrane potential has been highlighted.
Die Untersuchung der Eigenschaften von Hadronen und ihren Konstituenten (Quarks und Gluonen) in heißer und/oder dichter Kernmaterie ist eines der Hauptziele der Physik mit schweren Ionen. Der Zustand dichter und heißer Materie kann im Labor für kurze Zeit in der Reaktionszone von relativistischen Schwerionenkollisionen geschaffen werden. Einen Einblick über die Eigenschaften der starken Wechselwirkung und über die Massenerzeugung der Hadronen geben Dileptonen-Experimente, da Leptonen nicht von der starken Wechselwirkung beeinflusst werden. Unabhängig von der Strahlenergie zeigen die invarianten Massenspektren der Dileptonen in Schwerionenkollisionen im Vergleich zur Superposition der erwarteten hadronischen Zerfälle im Vakuum einen Überschuss im invarianten Massenbereich 0,2 - 0,6 GeV/c². Während dieser Überschuss bei CERN-SPS Energien in Zusammenhang mit der In-Medium-Modifikation der Spektralfunktion des Rho-Mesons gebracht wird, konnte die hohe Zahl der Dileptonen, die von der DLS Kollaboration in C + C und Ca + Ca bei 1 GeV/u beobachtet wurde, bis zum Erscheinen der HADES Daten nicht zufrieden stellend erklärt werden. Die Diskrepanz zwischen experimentellen Daten und Transportrechnungen erhielt den Namen "DLS Puzzle". In diesem Zusammenhang wurde eine kontroverse Diskussion über die Validität der Ergebnisse der DLS Kollaboration geführt. Das HADES Detektorsystem (High Acceptance Di-Electron Spectrometer), das sich am Schwerionensynchroton der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt befindet, ist zur Zeit das einzige Experiment, das Dielektronen bei Projektilenergien von 1 - 2 GeV/u misst. Es tritt somit die Nachfolge des DLS Experiments an. Jedoch ist HADES durch zahlreiche technische Verbesserungen, u.a. Massenauflösung und Akzeptanz, im Vergleich zum Spektrometer DLS ein Experiment der 2. Generation. Erste Ergebnisse der Messung 12C + 12C bei 2 GeV/u der HADES Kollaboration bestätigen den generellen Trend einer erhöhten Zählrate im Vergleich zu den erwarteten Beiträgen von hadronischen Zerfällen. Es stellt sich die Frage, wie sich diese Beobachtung zu kleineren Strahlenergien hin fortsetzt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die mit dem HADES Detektorsystem durchgeführte Messung der Dielektronenproduktion in der Schwerionenkollision 12C + 12C bei einer Projektilenergie von 1 GeV/u ausgewertet. Wesentliche Zielsetzungen sind u. a. die Überprüfung der DLS Daten und die Bestimmung der Anregungsfunktion des Überschusses. In der Analyse wird demonstriert, dass Leptonen effizient nachgewiesen werden. Die dargestellte Paaranalyse zeigt, dass der kombinatorische Untergrund erfolgreich reduziert und die Menge der wahren Dielektronen weitgehend erhalten werden kann. Nach Abzug des kombinatorischen Untergrundes werden die effizienzkorrigierten und normierten invarianten Massen-, Transversalimpuls- und Rapiditätsverteilungen der Dielektronen untersucht. Die Ergebnisse werden mit hadronischen Cocktails verschiedener theoretischer Ansätze verglichen. Diese beinhalten die Beiträge kurz- und langlebiger Dileptonenquellen einer thermischen Quelle (PLUTO) sowie mikroskopische Transportrechnungen (HSD,IQMD). Im Massenbereich 0,2 - 0,6 GeV/c² wird der gemessene Überschuss relativ zu den Vorhersagen bestätigt. Zusammen mit den Ergebnissen der Messung 12C + 12C bei 2 GeV/u zeigt sich, dass der Überschuss mit abnehmender Strahlenergie relativ zunimmt. Eine detaillierte Analyse zeigt, dass der Überschuss in dem Massenintervall 0,15 - 0,5 GeV/c² als Funktion der Projektilenergie entsprechend der Zahl der produzierten neutralen Pionen und nicht wie die Zahl des Eta-Mesons skaliert. Der direkte Vergleich der HADES mit den DLS Ergebnissen zeigt, dass die Daten der vorliegenden Arbeit mit den für lange Zeit angezweifelten DLS Resultaten übereinstimmen. Die Frage nach dem physikalischen Ursprung des Überschusses rückt somit erneut in den Vordergrund. In diesem Zusammenhang ist das Studium der Dileptonenproduktion in elementaren Reaktionen p + p und d + p wichtig. Neuere Rechnungen mit einem One Boson Exchange (OBE) Modell deuten darauf hin, dass die Beiträge von p-p und hauptsächlich p-n zur Bremsstrahlung signifikant höher sind als bisher vermutet. Eine aktualisierte Transportrechnung (HSD), deren Parametrisierung der Bremsstrahlung durch dieses OBE Resultat inspiriert ist, scheint in der Lage zu sein, die Ergebnisse der Messungen 12C + 12C bei 1 GeV/u der HADES und DLS Kollaboration recht gut zu beschreiben. Die entsprechenden Vergleiche sind dargestellt und werden diskutiert. Aber auch die Transportrechnung IQMD erklärt die HADES Daten recht gut. Daher ist es offensichtlich, dass eine direkte Gegenüberstellung der OBE Modellrechnungen und der von der HADES Kollaboration gemessenen und derzeit analysierten Daten zur Dileptonenproduktion in p + p und d + p Reaktionen erforderlich ist. Nur so können sichere Schlüsse über den Ursprung der Dileptonen bei SIS Energien gezogen werden.
Die Suche nach einem geeigneten Photosensor für das PANDA-Experiment wurde durch folgende Anforderungen eingegrenzt: • Tauglichkeit in einem starken Magnetfeld • Funktionsfähigkeit trotz niedriger Temperatur • geringe Bauhöhe • interne Verstärkungsstufe wegen der geringen Lichtausbeute von PbWO4 • stabiler Betrieb trotz hoher Strahlenbelastung Diese Punkte werden von Large Area Avalanche-Photodioden (LAAPDs) erfüllt. Da diese Si-Halbleiterdioden im laufenden Experiment einer hohen Strahlenbelastung ausgesetzt sein werden, ist es erforderlich, die Strahlenhärte im Vorfeld intensiv zu testen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden Strahlenhärtetests mit geladenen und neutralen Teilchen an (inter-)nationalen Instituten und der Universität Frankfurt durchgeführt, wobei das Hauptaugenmerk auf der Neutronenbestrahlung lag. Dazu wurde eine Messvorrichtung entwickelt und funktionstüchtig aufgebaut, mit der dann die Messungen an fünf verschiedenen Dioden mit einer Kapazität von 180 pF vorgenommen wurden. Während der Bestrahlung wurde der Dunkelstrom in Abhängigkeit von der Bestrahlungszeit bei konstanten Temperaturen gemessen. Vor und nach den Tests wurden die APD-Parameter charakterisert, um später durch den Vergleich der Daten Aussagen zur Strahlenhärte der Photodetektoren machen zu können. Die Ergebnisse und Vergleiche zeigen, dass die APDs nach der Bestrahlung mit Photonen weiterhin gut funktionieren. Die Quantenausbeute verändert sich nicht. Der durch Protonen- (Rate ≈ 1013 p/cm2 (90 MeV) und Neutronenbestrahlung (Rate ≈ 1010 n/cm2 (1 MeV) und 1014 n/cm2 (14 MeV)) erzeugte hohe Dunkelstrom der APDs ist aufgrund seiner Temperaturabhängigkeit und den Ausheilungseffekte reduzierbar. Es ist zu erwarten, dass die APDs im laufenden Experimentbetrieb trotz dieser Strahlung funktionsfähig bleiben werden. Sobald die mit Neutronen bestrahlten APDs abgeklungen sind, werden ihre Parameter zum Vorher-/Nachher-Vergleich vermessen. Dazu gehören der Dunkelstrom in Abhängigkeit von der Verstärkung, die Verstärkung in Abhängigkeit von der Spannung und Wellenlänge und die Quantenausbeute. Um die Ausheilung bestrahlter Photodioden in Abhängigkeit von der Temperatur genauer zu bestimmen, sollen sie (unter Vorspannung) in einem Ofen bei T = 80◦C ausgebacken werden, bis der Dunkelstrom sich wieder in einem Gleichgewicht befindet. Nach diesem Vorgang werden dann alle APD-Parameter noch einmal vermessen, um einen Vergleich mit den Werten vor der Bestrahlung zu ziehen. Neben diesen nachbereitenden Arbeiten wird an ersten rechteckigen APD-Prototypen, die sich in der Entwicklungsphasen befinden, geforscht. An diesen außergewöhnlich großen APDs müssen alle an den quadratischen Photodioden bereits durchgeführten und noch folgenden Tests ebenfalls vorgenommen werden.
In vergangenen Studien wurde gezeigt, dass die körperliche Leistungsfähigkeit stark von der diastolischen Funktion beeinflusst wird. Es wurde postuliert, dass eine sich unter Belastung verschlechternde diastolische Füllung zu einer Beeinträchtigung des Schlagvolumens führt und auf diese Weise die körperliche Belastbarkeit einschränkt. Der Sauerstoffpuls als Indikator des Schlagvolumens bietet eine einfache Möglichkeit das Verhalten des Schlagvolumens unter Belastung zu untersuchen. Es sollte festgestellt werden, von welchen Faktoren die Kinetik des Sauerstoffpulses unter Belastung bei Patienten mit arterieller Hypertonie und diastolischer Dysfunktion bestimmt wird. Eine Spiroergometrie wurde bei 102 Patienten zwischen 25 und 75 Jahren sowie bei 15 jungen gesunden Probanden durchgeführt. Um gleiche Testzeiten bei unterschiedlichem Trainingszustand zu ermöglichen, wurden unterschiedliche Rampenprotokolle ausgewählt. Die Berechnung der Steigung des Sauerstoffpulses erfolgte korrigiert um die individuelle Leistung und das fettfreie Körpergewicht für die ersten und letzten zwei Minuten der Belastung (O2P*Start, O2P*Ende). Zusätzlich wurden bei jedem Teilnehmer eine Echokardiographie sowie Blut- und Urinuntersuchungen durchgeführt. Echokardiographisch zeigten die Patienten gegenüber den Probanden Zeichen der linksventrikulären Hypertrophie sowie der diastolischen Dysfunktion. Die Gruppen unterschieden sich nicht hinsichtlich des Erreichens der alters- und geschlechtsabhängigen Sollwerte für die maximale Sauerstoffaufnahme und den maximalen Sauerstoffpuls. Die Probanden erreichten signifikant höhere Laktatkonzentrationen und einen höheren respiratorischen Quotienten. O2P*Ende unterschied sich nicht. Entsprechend O2P*Ende wurden die Patienten in Tertile eingeteilt. Die auf diese Weise entstandenen Gruppen unterschieden sich bezüglich der Basisparameter nur hinsichtlich des HbA1c und der Ruheherzfrequenz. In der Spiroergometrie erreichte das Tertil mit dem geringsten O2P*Ende einen höheren respiratorischen Quotienten, eine höhere maximale Laktatkonzentration und einen größeren Anstieg der Herzfrequenz. In allen Tertilen wurden gleiche Werte für die maximale Sauerstoffaufnahme, die Testdauer und die erreichte Leistung erzielt. Die multivariate Analyse ergab RQmax und HFincr als einzige unabhängige Prädiktoren für ein niedriges O2P*Ende. Es bestand eine starke inverse Korrelation zwischen HFincr und dem HbA1c sowie der Einnahme von Betablockern und dem chronologischen Alter. O2P*Ende unterschied sich nicht zwischen Patienten und Probanden und erreichte in beiden Gruppen ein Plateau. Damit ist die Plateaubildung des Schlagvolumens bei Belastung ein physiologischer Prozess, der unabhängig von Alter und Trainingszustand ist. Bei Patienten mit arterieller Hypertonie wird die Steigung des Sauerstoffpulses bei maximaler Belastung vom Anstieg der Herzfrequenz und des RQ bestimmt und ist nicht zur Beurteilung der Eigenschaften der Diastole geeignet. Physiologischerweise erreicht der Sauerstoffpuls bei maximaler Belastung ein Plateau, das Schlagvolumen wird nicht weiter gesteigert. Eine chronotrope Inkompetenz infolge Alter, Betablockereinnahme oder autonomer Dysfunktion führt zu einem Ausbleiben der physiologischen Plateaubildung und mutmaßlich zu einer Belastungsintoleranz mit Abbruch noch vor Erreichen einer metabolischen Ausbelastung. In Anbetracht der außerordentlichen prognostischen Bedeutung einer chronotropen Inkompetenz ist es denkbar, dass eine anhaltende Steigerung des Sauerstoffpulses bei maximaler Belastung selbst auf ein erhöhtes kardiovaskuläres Risiko hinweist. Die enge Korrelation des Anstiegs der Herzfrequenz mit dem HbA1c obwohl dieser im Mittel nicht pathologisch erhöht war, lässt darauf schließen, dass bereits leichte Störungen der Glukosetoleranz zu Schädigungen des autonomen Nervensystems des Herzens führen.
Mannheimia haemolytica und Pasteurella multocida gehören zu den Verursachern der unter Rindern weltweit verbreiteten Enzootischen Bronchopneumonie. Derzeitige Impfstoffe und Antibiotika gegen diese Bakterien können die Verbreitung der Krankheit nicht maßgeblich einschränken, weshalb Bedarf an neuen Medikamenten besteht. Bei der Besiedelung der Lunge treffen M. haemolytica und P. multocida auf Eisenmangel. Die Aufnahme von Eisen ist ein wesentlicher Faktor bei der Kolonisierung und Persistenz pathogener Bakterien im Wirt, da Eisen essentiell ist. Medikamente, die an Proteinen der Eisenversorgung angreifen, können deshalb zur Eindämmung der Bronchopneumonie beitragen. Um einen Überblick über die Gene von M. haemolytica und P. multocida zu erhalten, die bei der Adaptation an Eisenmangel beteiligt sind, wurden die Bakterien in der vorliegenden Arbeit in vitro unter Eisenmangel kultiviert, denn die meisten bakteriellen Gene, die an der Eisenaufnahme beteiligt sind, werden erst bei Eisenmangel transkribiert. Mittels Mikroarray-Analyse der Transkriptome wurden erstmals die in vitro eisenregulierten Gene von M. haemolytica und erstmals auch die eisenregulierten Gene eines Rinder-Isolats von P. multocida identifiziert. Der in dieser Arbeit verwendete Mikroarray war ein Multigenom-Mikroarray und stellt die offenen Leserahmen beider Bakterien dar. Mit der Mikroarray-Analyse wurden 129 Gene von M. haemolytica identifiziert, die bei Wachstum unter Eisenmangel eine veränderte Transkription aufwiesen. Die größte Gruppe der Gene mit verstärkter Transkription bildeten die Gene, die für Rezeptoren und Transporter kodieren. Von diesen kodieren etwa drei Viertel für Proteine, die an der Aufnahme von Eisen aus verschiedenen Quellen beteiligt sind. Die größte Gruppe der Gene mit verminderter Transkription wurde von Genen gebildet, die für Proteine des Energie-Stoffwechsels kodieren. Damit wurde auch für M. haemolytica das Prinzip bestätigt, dass Bakterien bei Eisenmangel verstärkt Gene transkribieren, deren Proteine an der Eisenaufnahme beteiligt sind, während Gene für eisenhaltige Proteine des Energie-Stoffwechsels vermindert transkribiert werden. Bei der Analyse des Transkriptoms von P. multocida wurden 173 Gene mit veränderter Transkription identifiziert. Auch bei P. multocida konnte mit der funktionellen Klassifizierung der kodierten Proteine die größte Gruppe an Genen mit verstärkter Transkription den Transport- und Bindungsproteinen zugeordnet werden. Die größte Gruppe an Genen mit verminderter Transkription wurde auch bei P. multocida von Genen gebildet, die für Proteine des Energie-Stoffwechsels kodieren. Beim Vergleich des Transkriptoms von M. haemolytica mit dem von P. multocida wurden mehr Unterschiede als Gemeinsamkeiten festgestellt. Nur 40 der 1424 homologen Gene zeigten die gleiche Richtung in der Änderung in der Transkription. Unter den 15 homologen Genen mit verstärkter Transkription waren die Gene, die für einen Hämoglobin-Rezeptor, die ABC-Transportsysteme FbpABC und YfeABCD sowie das Energie liefernde System TonB-ExbBD kodieren. In den 25 homologen Genen mit verminderter Transkription waren 15 Gene enthalten, deren kodierte Proteine am Energie-Stoffwechsel beteiligt sind. Dies waren die Proteine NapABCDFGH des Nitrat-Reduktase-Komplexes, die Proteine NrfABCD des Nitrit-Reduktase-Komplexes und die Proteine FrdABCD des Komplexes der Fumarat-Reduktase. Ein auffälliger Unterscheid war, dass bei M. haemolytica die gesamten Gene verstärkt transkribiert wurden, deren Proteine an der Aufnahme von Eisen aus Transferrin beteiligt sind. Bei P. multocida dagegen konnte das Gen für den Transferrin-Rezeptor nicht nachgewiesen werden. Somit gehört das in dieser Arbeit verwendete Isolat von P. multocida vermutlich zu den 30% der Rinder-Isolate von P. multocida, die keinen Transferrin-Rezeptor besitzen, aber die Rinderlunge besiedeln können (Ewers et al., 2006). Im Vergleich zu M. haemolytica fielen bei P. multocida die vielen verstärkt transkribierten Gene auf, die an der Aufnahme von Eisen aus dem Blut beteiligt sind. Die Transkription dieser verschiedenen Transporter deutet auf eine gute Adaptation von P. multocida für die Verwendung von Eisen aus dem Blut des Wirts hin, die bei M. haemolytica in diesem Maß nicht gegeben scheint. Für M. haemolytica wurde die in vivo-Relevanz einiger eisenregulierter Gene überprüft, die in der Mikroarray-Analyse eine erhöhte Transkription zeigten. Dazu wurde die RNA untersucht, die aus dem Lungengewebe von infizierten Rindern isoliert worden war. In diesem Gewebe wurde die Transkription von 11 Genen mittels RT-PCR nachgewiesen. Für die Gene, die für die Hämoglobin-Rezeptoren von M. haemolytica kodieren, wurde mittels quantitativer real time PCR auch eine Verstärkung der Transkription im Lungengewebe nachgewiesen. Die Verstärkung der Transkription in vivo war der transkriptionellen Verstärkung in vitro vergleichbar, was auf eine Funktion der Hämoglobin-Rezeptoren bei der Infektion in vivo hindeutet. Zur Untersuchung der Regulation des Eisenhaushalts von M. haemolytica wurde versucht, das Gen fur zu deletieren, das für den Hauptregulator des Eisenhaushalts kodiert, was jedoch nicht gelungen ist. In einem antisense-Ansatz konnte jedoch gezeigt werden, dass der Stamm mit dem fur-antisense-Plasmid ein signifikant verzögertes Wachstum hatte, was auf die essentielle Funktion des Gens fur in M. haemolytica hinweist. Ein antisense-Ansatz ist noch kein Beweis für die essentielle Funktion eines Gens. Doch die mit Gioia et al. (2007) übereinstimmenden Schwierigkeiten bei der Herstellung einer ∆-fur-Mutante von M. haemolytica sowie das verringerte Wachstum in Gegenwart der fur-antisense-mRNA deuten stark auf eine essentielle Funktion dieses Gens hin.
Kieferorthopäden beschreiben die Anordnung der Zähne und die Stellung der Kiefer üblicherweise mittels Winkel und Strecken in der sagittalen Gesichtsebene. Im vorliegenden Fall werden fünf Winkel betrachtet und jedes Individuum lässt sich als Punkt in einem 5-dimensionalen Raum darstellen. Individuen, die laut Experten ein gut funktionierendes Gebiss und ein harmonisches Äußeres besitzen, formen eine Punktwolke, die im Folgenden als die Norm Population bezeichnet wird. Individuen fern von der Wolke benötigen kieferorthopädische Behandlung. Welche Form sollte dieser Eingriff annehmen? Durch Hilfsmittel der modernen Kieferorthopädie lassen sich die beschriebenen Winkel nahezu nach Belieben ändern. Dies ist natürlich verbunden mit einer unterschiedlichen Menge an Problemen, Arbeitsaufwand und Unannehmlichkeiten, abhängig vom individuellen Patienten. Diese Arbeit präsentiert eine Methode, die auf jedem Computer leicht implementierbar und auf k Variablen verallgemeinerbar ist. Sie ermöglicht Kieferorthopäden eine Visualisierung, wie verschiedene denkbare Anpassungen der Winkel eines Patienten dessen relative Position zur Norm Population verändern. Damit unterstützt sie Kieferorthopäden bei der Entscheidung für einen Behandlungsplan, der die besten Ergebnisse verspricht.
Einsatz entomopathogener Pilze gegen die Kirschfruchtfliege Rhagoletis cerasi : erste Feldresultate
(2008)
Die Kirschfruchtfliege Rhagoletis cerasi Loew (Diptera: Tephritidae) ist der wichtigste Schädling im Süßkirschenanbau in Europa. Bei unbehandelten Bäumen können bis zu 100% der Kirschen Madenbefall aufweisen. Da Handel und Verbraucher nur einen Befall von maximal 2% tolerieren, sind effiziente Bekämpfungsmaßnahmen gefragt. Der bisher verwendete Wirkstoff Dimethoate könnte im Zuge der Re-Evaluation von Pflanzenschutzmitteln in der EU seine Zulassung verlieren. Danach stünde die gesamte Kirschenproduktion in Europa vor der gleichen Situation wie derzeit der ökologische Landbau: eine Regulierung der Kirschfruchtfliege wäre nur noch über Leimfallen oder durch den Einsatz von Netzen möglich. Beide Methoden sind sehr arbeitsintensiv und oft nicht ausreichend wirksam. Im Labor wurden mehrere Pilzstämme gegen verschiedene Entwicklungsstadien der Kirschfruchtfliege geprüft, mit dem Ergebnis, dass nur adulte Fliegen befallen werden. Dabei zeigten die Pilze Beauveria bassiana und Paecilomyces fumosoroseus die beste Wirkung. Diese beiden Pilze, die bereits in kommerziellen Produkten formuliert sind, wurden 2006 in zwei Feldversuchen gegen adulte Kirschfruchtfliegen appliziert.
Die Kirschfruchtfliege Rhagoletis cerasi Loew (Diptera: Tephritidae) ist der wichtigste Schädling im Süßkirschenanbau in Europa. Bei unbehandelten Bäumen können bis zu 100% der Kirschen Madenbefall aufweisen. Da Handel und Verbraucher nur einen Befall von maximal 2% tolerieren, sind effiziente Bekämpfungsmaßnahmen gefragt. Der bisher verwendete Wirkstoff Dimethoate könnte im Zuge der Re-Evaluation von Pflanzenschutzmitteln in der EU seine Zulassung verlieren. Danach stünde die gesamte Kirschenproduktion in Europa vor der gleichen Situation wie derzeit der biologische Landbau: eine Regulierung der Kirschfruchtfliege wäre nur noch über Leimfallen oder durch den Einsatz von Netzen möglich. Beide Methoden sind sehr arbeitsintensiv und oft nicht ausreichend wirksam. Der Einsatz von Mikroorganismen als Biocontrol-Maßnahme könnte eine Alternative darstellen. Die Verwendung von entomopathogenen Pilzen zur Bekämpfung von Tephritiden wurde in den letzten Jahren von mehreren Autoren beschrieben (Anagnou-Veroniki et al., 2005; Ekesi et al., 2005; Konstantopoulou & Mazomenos, 2005; Yee & Lacey, 2005), wobei bisher noch keine Erfahrungen zu R. cerasi vorliegen. Ziel dieser Untersuchung war die Beurteilung verschiedener Pilzstämme (Deuteromycotina: Hyphomycetes) hinsichtlich ihrer Pathogenität und Virulenz gegen die Kirschfruchtfliege.
Vorratsschädliche Insekten sind Spezialisten, die in der Lage sind, trockene pflanzliche Materialien aufzuspüren, zu besiedeln und damit über die Befeuchtung durch Respiration dem Abbau durch weitere Organismen (Pilze, Milben, Bakterien) zuzuführen. Auf diese Weise sind sie die Auslöser eines Kompostierungsprozesses. Durch ihr hervorragendes Orientierungsvermögen entlang eines Duftstoffgradienten finden sie sich regelmäßig in Vorratslagern und Gebäuden der Lebens- und Futtermittelverarbeitung ein, falls sie nicht bereits mit befallenen Produkten passiv eingeschleppt wurden. In der Praxis der Schädlingsbekämpfung in Deutschland werden zunehmend auch Verfahren der Hitzeentwesung in Gebäuden angeboten, die der Begasung mit giftigen Gasen Konkurrenz machen und auch in Betrieben des Ökolandbaus eingesetzt werden können. Einen Überblick über den Einsatz extremer Temperaturen im Vorratsschutz vermitteln die Arbeiten von Fields (1992), Burks et al. (2000) und Adler & Rassmann (2000). Laborversuche unter definierten Temperaturen hatten zum Ziel, die Widerstandsfähigkeit bestimmter Arten und ihrer Entwicklungsstadien zu überprüfen. Darüber hinaus wird kurz über Erfahrungen in der Praxis berichtet.
Winterweizen bedeckte 1999-2004 64 % der Ackerfläche Schleswig-Holsteins, Winterraps 31 %. Die wichtigsten Schädlinge an Winterweizen waren die drei Getreideblattlausarten (Hom., Aphididae)(Sitobion avenae und Metopolophium dirhodum, selten Rhopalosiphum padi) und die beiden Oulema-Arten (Getreidehähnchen)(O. melanopus und O. lichenis) (Col., Chrysomelidae). An Winterraps traten im Untersuchungszeitraum auf: Meligethes aeneus (F.) (Rapsglanzkäfer) (Col., Nitidulidae) und Ceutorrhynchus assimilis (Payk.) (Kohlschotenrüßler) (Col., Curculionidae). In beiden Kulturen wurden sechs Feldversuche durchgeführt, mit frühen und späten Insektizid-Applikationen (an je zwei Standorten, mit vierfacher Wiederholung). Bei Weizen waren die Parzellen 50 m² groß, bei Raps 90 m². Bei Winterweizen zeigten beide Schaderreger-Gruppen negative Einflüsse auf den Ertrag, wenn sie nicht bei Bekämpfungsschwellen bekämpft wurden. Sowohl der Getreidehähnchen - als auch der Blattlausbefall waren signifikant negativ mit dem Ertrag korreliert. Die ökonomische Auswertung ergab, dass im Untersuchungszeitraum – bei Beachtung der Bekämpfungsschwellen - die frühe Bekämpfung der Getreidehähnchen-Larven wirtschaftlicher war als die spätere der Getreideblattläuse. Bei Winterraps erwies sich die Bekämpfung des Kohlschotenrüsslers als ertraglich und ökonomisch vorteilhaft, selbst ohne Auftreten von Dasineura brassicae (Winn.), der Kohlschotenmücke. Die Bekämpfung des Rapsglanzkäfers hingegen war nur in einem von sechs Versuchen ertragsmäßig und ökonomisch erfolgreich. Die Probleme bei diesem Schädling sind 1. die zu niedrige Bekämpfungsschwelle und 2. die Resistenz gegenüber synthetischen Pyrethroiden. Wurden in Schleswig-Holstein 1999 75.000 ha Ackerfläche mit Insektiziden behandelt (22.7 % AF), stieg die Fläche bis 2004 auf 220.000 (66.5 % AF). Die Anteile der einzelnen Wirkstoffe haben sich verändert.
Fababohnen (Vicia faba L.) nehmen in der Ökologischen Landwirtschaft als Protein- und N-Quelle eine wichtige Stellung in der Fruchtfolge ein (Lampkin 1994; Müller & von Fragstein und Niemsdorff 2006). Als ertragslimitierende Faktoren spielen neben Wasserknappheit auch Schaderreger wie Insekten, Pilze und verschiedene Viruserkrankungen (Cockbain 1983) eine wichtige Rolle. Virusbedingte Ertragseinbußen wurden von Schmidt (1984) in konventionellen Fababohnen Ostdeutschlands auf jährlich ca. 8% geschätzt. Unter den nicht-chemischen Verfahren zur Minderung von vektorvermittelten Viruserkrankungen in Ackerkulturen, mit zugleich potentieller Eignung für ökologische Anbauverhältnisse, gehört neben der Frühsaat (Heathcote & Gibbs 1962) auch die Anwendung von Strohmulch. Mulchen erzielte insbesondere bei nicht-persistenterÜbertragung durch Blattläuse virusreduzierende Effekte in Lupinen. (Jones 1994), Kartoffeln (Heimbach & al. 1998; Saucke & Döring 2004) und Raps (& al. 2002). Ziele der vorliegenden Arbeit bildeten die Anwendung von Strohmulch in Kombination mit Früh- und Spätsaat in einem faktoriellen Parzellenversuch im Ökologischen Anbau von Fababohnen hinsichtlich der Auswirkungen auf Blattlausbesiedelung, Virusinfektionen, Pflanzenentwicklung und Ertrag.
Einfluss einer Low-input-Pflanzenschutzstrategie auf tritrophische Systeme in Winterweizen und Erbse
(2008)
Zahlreiche Studien belegen, dass natürliche Gegenspieler von Blattläusen (z. B. Coccinellidae, Syrphidae, Chrysopidae, Carabidae) in der Lage sind, das Blattlauswachstum einzuschränken und einen ökonomisch relevanten Massenbefall zu verhindern. Daher ist es wichtig, die Prädatoren z. B. durch reduzierte Anwendung chemischer Pflanzenschutzmittel zu schonen. Untersuchungen zeigten, dass der Verzicht von chemischen Pflanzenschutzmitteln, z. B. im Ökolandbau, und eine verringerte Intensität der Anwendung zu positiven Auswirkungen auf die natürlichen Regelmechanismen und Biodiversität in den Feldern führte (u. a. Kromp 1990, Langmaack et al. 2001). Andere Studien belegten, dass es zwischen ökologischem und konventionellem Anbau keine großen Unterschiede gab (u. a. Purtauf et al. 2005). Bislang ist offen, wie sich im Rahmen einer konventionellen Landbewirtschaftung eine durchgängige deutliche Reduzierung der Anwendung chemischer Pflanzenschutzmittel bei Erhalt der sonstigen Rahmenbedingungen langfristig auf die ökologische Situation im Feld auswirkt. Ziel der vorliegenden 3-jährigen Untersuchungen war es daher, Phänomene der langfristigen Anpassung tritrophischer Systeme und Dominanzstrukturen von Nützlingsgesellschaften an Pflanzenschutzsysteme mit um 50 % reduzierter Anwendung von Herbiziden, Fungiziden und Insektiziden anhand von geeigneten Indikatoren zu identifizieren.
Die Wirksamkeit des entomopathogenen Pilzes (EPP) L. muscarium im Einsatz gegen F. occidentalis ist in unseren Versuchen mehrfach belegt worden. In verschiedenen Schalen-, Käfig- und Gewächshausuntersuchungen wurde festgestellt, dass die Applikation der Sporensuspension in das Wirtshabitat zur Infektion und zum Absterben der Wirte führt. Dabei konnte auch die saprophytische Entwicklung des Pilzes als Mycel mit Sporulation auf den Kadavern beobachtet werden (Hetsch 2004, Lerche et al. 2004, 2005). Ausgehend von den sporulierenden Kadavern sind die Disseminationsstrategien in der Wirt-Parasit-Beziehung F. occidentalis und L. muscarium, in Relation zum Verhalten des Wirtes sowie der physikalischen Faktoren Wasser und Luftbewegung, untersucht worden. Die Aufklärung dieser Zusammenhänge ist entscheidend für eine höhere Effizienz und Nachhaltigkeit des Pilzes im Praxiseinsatz.
Monophage Pflanzenfresser können im Gegensatz zu Polyphagen nur eine bestimmte Wirtspflanze nutzen und stehen daher auch immer in potentieller Konkurrenz zu Generalisten. Ist eine Nahrungsquelle erschöpft, so kann der Polyphage auf eine andere Nahrungsressource wechseln. Dem Spezialisten ist dies jedoch nicht möglich. Am Beispiel einer Buchenfraßgesellschaft wurde untersucht, welche Strategie ein monophager Herbivor verfolgt, um in der interspezifischen Konkurrenz mit Polyphagen zu bestehen und sich seine ökologische Nische zu sichern. Der früh im Jahr auftretende Buchenspringrüßler Rhynchaenus fagi ist in seiner Entwicklung obligatorisch an die Buche (Fagus sylvatica) gebunden. Nach dem Blattaustrieb im April führen die Käfer einen Reifefraß (Lochfraß) an Buchenblättern durch. Die Larven von Rhynchaenus fagi minieren das Buchenblatt. Sie erzeugen zunächst parallel zu den Blattnerven eine Gangmine, welche sich am Blattrand platzartig erweitert. Unbefressene Anteile des Blattes bleiben turgeszent und photosynthetisch aktiv. Der Larvenfraß induziert jedoch die Akkumulation phenolischer Verbindungen im Blattparenchym (Schardt & al. 2006). Ende Mai erscheinen die Jungkäfer, die ebenfalls die Ressource Buchenblatt für ihren Reifungsfraß benötigen. Der polyphage Schwammspinner Lymantria dispar befrißt ein breites Spektrum einheimischer Laubbäume einschließlich der Buche, die bei Übervermehrungen auch Kahlfraß erleidet (Schwerdtfeger 1981). Hier wird die Hypothese getestet, dass der monophage Buchenspringrüßler durch seine Fraßinduktion die Nahrungsqualität des Buchenblattes für den Schwammspinner herabsetzt und damit beiträgt, seine Nische gegen einen polyphagen Konkurrenten zu verteidigen.
Seit mehreren Jahren ist Sulfurylfluorid (Sulfuryldifluorid, SF) als Schädlingsbekämpfungsmittel für den Materialschutz und den Vorratsschutz gegen Insekten gelistet. Insbesondere der Ersatz des ozonzerstörenden Brommethans wird in diesen Anwendungsgebieten überwiegend mit diesem Wirkstoff realisiert. Sulfurylfluorid gilt seit langer Zeit als ein bewährtes Begasungsmittel gegen Termiten in Holzhäusern in den Vereinigten Staaten. Als 2005 die Industrienationen gemäß den Beschlüssen des Montrealer Protokolls den Ausstieg aus der Brommethantechnologie umsetzten, gab es Zulassungen für die Leerraumentwesung im Vorratsschutz und Genehmigungen für die Verwendung im Holz- und Materialschutz gegen Insekten.
Zu den Ährenschädlingen am Winterweizen zählen die Gelbe Weizengallmücke (C. tritici (Kirby)) und die Orangerote Weizengallmücke (S. mosellana (Géhin)) (Holland & al., 1996). In Abhängigkeit vom Befallsstadium der Weizenähre und der Biologie der Erreger sind folgende Schadsymptome bekannt: Verminderung der Kornzahl pro Ähre (C. tritici) bzw. geschrumpfte oder missgebildete Körner (S. mosellana) (Mölck, 2006). Der Saatgutwert wird beeinträchtigt und die Backqualität beeinflusst (Miller & Halton, 1961). Hinsichtlich Prognose und Überwachung des Auftretens von Weizengallmücken gab es bisher keine praxistauglichen methodischen Ansätze im Bundesland Sachsen-Anhalt. Hinzu kommt, dass der derzeit verstärkt praktizierte pfluglose Anbau von Weizen nach Weizen ein höheres Befallsrisiko erwarten lässt. Mit der Identifikation von Sexualpheromonen, die als hoch attraktiv für Männchen von S. mosellana gelten (Gries & al., 2000), eröffnen sich nun neue Prognosemöglichkeiten. Die effektive Nutzung von Pheromonfallen zum Monitoring von Gallmücken könnte somit ein erster Baustein zur Erarbeitung praxistauglicher Richtwerte darstellen. In einer zweijährigen Testphase wurde in Zusammenarbeit mit der Landesanstalt für Landwirtschaft, Forsten und Gartenbau geprüft, ob die Pheromonfallen eine Gradationswahrscheinlichkeit der Problemschädlinge, insbesondere in Risikofruchtfolgen signalisieren können. Die Ergebnisse sowie Daten zu weiteren Überwachungsansätzen werden präsentiert.
Der Gemeine Nagekäfer Anobium punctatum ist in Mitteleuropa in Gebäuden weit verbreitet und kommt mitunter auch in Freilandhabitaten vor. Unter den verbautes Holz zerstörenden Insekten Mitteleuropas ist A. punctatum neben dem Hausbockkäfer Hylotrupes bajulus der gefährlichste Schädling und wird besonders an hölzernen Kunstgegenständen, Treppen und Möbeln gefürchtet. Das hohe Schadpotential liegt vor allem darin begründet, dass A. punctatum aufgrund seiner Ortstreue Holzobjekte über viele Generationen hinweg befällt und diese dabei weitgehend zerstört. Es kommt nicht selten vor, dass Holzkörper fast völlig ausgehöhlt und bis auf ⅓ ihrer Holzsubstanz zernagt werden, so dass nur noch die von Ausfluglöchern schrotschussartig durchbohrte Hülle stehen bleibt. Bohrgänge verschiedener Larven können dann verbunden sein. Die Weibchen von A. punctatum legen ihre Eier in der Regel an die Holzoberfläche in Risse und Spalten, die Eiablage kann aber auch im Innern von Bohrgängen erfolgen. Die Larven nagen sich dann in das Holz vor, wobei sie den Fraßgang hinter sich locker mit Bohrmehl verstopfen (Becker, 1942). Bisher wurde in der Literatur eine Vielzahl natürlicher Feinden von A. punctatum genannt, sowohl Spinnentiere als auch Insekten. Zur Biologie dieser Arten liegen einige wenige Untersuchungen vor (Becker, 1954). Die Kenntnis dieser Antagonisten ist nicht nur von grundlegendem Interesse, sondern kann potentiell auch für die Befallsüberwachung und Bekämpfung von A. punctatum genutzt werden. Um aktuelle Nachweise von Antagonisten von A. punctatum zu erlangen, wurden in der Allerheiligenkirche zu Erfurt umfangreiche Monitoringmaßnahmen durchgeführt.
Die Notwendigkeit des vorliegenden Beitrags zur Trichogramma-Fauna in Deutschland hat folgende Gründe: 1) Die Erfassung der Fauna dient der Kenntnis und der Erhaltung der genetischen und biologischen Vielfalt im Sinne der Konvention zur Biodiversität. 2) Die Gattung Trichogramma Westwood, 1833 (Hymenoptera: Trichogrammatidae) ist im biologischen Pflanzen- und Vorratsschutz weltweit von ökonomischem Nutzen. Das Spektrum möglicher Zielschädlinge umfasst in Deutschland mindestens 30 Schädlinge im Pflanzen- und Vorratsschutz (Zimmermann 2004). Als Eiparasitoide greifen sie bereits das Eistadium der Schädlinge an, was gegenüber allen anderen biologischen und chemischen Bekämpfungsmethoden ein entscheidender Vorteil ist. Trichogramma spp. werden in Mitteleuropa als einzige Nutzarthropoden großflächig im Freiland eingesetzt. Daher ist es von besonderer Bedeutung die natürlich auftretenden Arten und deren lokale Ökotypen zu charakterisieren, zu schützen und gegebenenfalls für die biologische Schädlingsbekämpfung zu nutzen. Nicht zuletzt im Hinblick auf eine zu erwartende Registrierungspflicht für Nützlinge in Deutschland ist es ein grundlegender Beitrag, die Wissenslücken hinsichtlich der einheimischen Trichogramma-Fauna aufzuzeigen.
Der Befallsdruck durch den Erbsenwickler Cydia nigricana Fabricius (Lepidoptera: Tortricidae) hat in den letzten Jahren mit zunehmendem Erbsenanbau in allen Anbaugebieten stark zugenommen. Bedingt durch Ertragsausfälle und Qualitätsminderungen bei Futter- und Saaterbsen sowie durch eine sehr geringe Schadtoleranz von nur 0,5% bei der Gemüseerbsenproduktion ist C. nigricana heute einer der Hauptschädlinge im Erbsenanbau (Pittorf & Matthes 2004, Saucke et al. 2004, Jostock 2006). Gegenwärtig stehen im ökologischen Landbau keine wirksamen Methoden zur Kontrolle des Erbsenwicklers zur Verfügung. Infolgedessen gewinnen präventive Maßnahmen bei der Schädlingsregulierung zunehmend an Bedeutung (Schultz & Saucke 2005, Huusela-Veistola & Jauhiainen 2006). Ein Konzept zur Risikobewertung des Erbsenwicklerbefalls in Anbauregionen von Gemüseerbsen kombiniert mit einer bedarfsgerechten Option zur Direktbekämpfung soll in diesem Projekt entwickelt werden. Zur Einschätzung des Befallsrisikos soll eine empirische Begleitung und Dokumentation von Erbsenwicklerschäden in Anbauregionen von Gemüseerbsen unter Berücksichtigung der Anbauintensität von Körnererbsen erfolgen. Zusätzlich soll eine darauf abgestimmte kombinierte Anwendung von präventiver Anbauplanung und dem Einsatz natürlichen Pyrethrinen erarbeitet werden.
Der Westliche Maiswurzelbohrer (WCR) Diabrotica virgifera virgifera LeConte 1868 (Coleoptera, Chrysomelidae) ist einer der bedeutendsten Maisschädlinge weltweit. Alleine in den USA verursacht der Kosten (Schäden und Bekämpfungsmaßnahme von Larven und Adulten) von über 1 Mrd. US-Dollar Jahr. Der Hauptschaden wird durch die Larven verursacht, welche an den Wurzeln fressen und somit massive Ernteverluste herbeiführen können. Bei starkem Befall können auch die Adulten schädlich werden, sie durch Fraß an den Narbenfäden die Kornausbildung beeinträchtigen. Der Käfer stammt ursprünglich Mittelamerika und wurde Anfang der 90er Jahre in Europa (Balkangebiet) eingeschleppt. Es ist bekannt, dass sich die Larven des WCR auch an anderen monokotylen Pflanzen als Mais entwickeln können (Branson & Ortman 1967a & 1970, Moeser 2003, Oyediran & al 2004, Breitenbach & al 2005 / 2006). Dikotyle Pflanzen gehören nach heutigen Erkenntnissen nicht in das Wirtspflanzenspektrum Larven. Diese Untersuchungen fanden allerdings entweder in den USA oder im Labor statt und sind nur bedingt auf die europäische Feldsituation übertragbar. In 2004 wurden erstmals Freilandversuche Wirtspflanzenspektrum in Rumänien unter europäischen Freilandbedingungen durchgeführt (Breitenbach & al 2005). Diese Versuche wurden in 2005 und 2006 fortgeführt. Bis jetzt wurden 5 verschiedene Ungräser als mögliche Wirtspflanzen für die Larven des WCR unter Freilandbedingungen nachgewiesen.
Bei der ökologischen Bewertung des Pflanzenschutzes richtet sich die Aufmerksamkeit insbesondere auf die epigäischen Nutzarthropoden. In zahlreichen Studien wurden vor allem die Auswirkungen von Pflanzen-schutzmittelanwendungen auf bestimmte Nützlinge untersucht (Basedow 1987; Kokta 1989; Wehling & Heimbach 1991; Samaké 1999; Schützel 2005). Da besonders Laufkäfer (Carabidae), aber auch Webspinnen (Araneae) und Kurzflügelkäfer (Staphylinidae), „als Bioindikatoren für die ökologischen Auswirkungen des Pflanzenschutzes in Feldstudien“ (Freier & al. 1999) herangezogen werden können, lag die Aufmerksamkeit auf den genannten Nutzarthropoden. Beim Anbau von Zuckerrüben gilt die Aussaat von pilliertem, monokarpem Saatgut als Standard. Die zum Schutz der Kulturpflanze bei Keimung und Aufgang verfügbaren Insektizide wirken effektiv gegenüber verschiedenen Schädlingen. Eine Beurteilung der insektiziden Wirkstoffe hinsichtlich ihrer Nebenwirkungen gegenüber Nützlingen und indifferenten Arten wird im Zulassungsverfahren durch Prüfung einzelner Testorganismen entsprochen (Scharnhorst 2004). Im Rahmen einer Diplomarbeit (Weber 2006) wurde überprüft, welchen Einfluss unterschiedliche Wirksubstanzen auf epigäische Nutzarthropoden unter Freiland-bedingungen ausüben. Als Untersuchungsobjekte wurden Webspinnen, Laufkäfer und Kurzflügelkäfer aus-gewählt, da sie als natürliche Regulatoren von Schaderregern gelten und ihnen im Agroökosystem wichtige Regelfunktionen zukommen (Volkmar & Kreuter 2006).
Sand, Lehm und Aschen zur Bekämpfung von Vorrats- und Hygieneschädlingen werden seit Jahrhunderten eingesetzt. Der zunehmende Bedarf an umweltschonenden alternativen Schädlingsbekämpfungsmitteln führte zu einer Renaissance des Einsatzes inerter Stäube, insbesondere von amorphen Diatomeenerden. Bei diesen Stäuben handelt es sich um fossile Ablagerungen der Silikatskelette von Kieselalgen (Diatomeen). Der insektizide Wirkmechanismus von Diatomeenerden (DE) besteht hauptsächlich in der Physiosorption von Cuticulalipiden und damit einhergehender Zerstörung der vor Austrocknung schützenden Wachsschicht der Cuticula (Mewis & Ulrichs, 2001a). Bei höherer relativer Luftfeuchte kommt es jedoch zu einer Sättigung der DE mit Wasser und dadurch zu einer Herabsetzung der Lipidaufnahmefähigkeit, welche die Wirksamkeit von DE bestimmt. Um DE auch bei höheren relativen Luftfeuchten einsetzen zu können, werden sie nachträglich hydrophobisiert (Faulde & al., 2006) bzw. werden direkt hydrophobe, synthetische Kieselsäuren eingesetztoder DE in Kombination mit anderen natürlichen Insektiziden verwendet (Ulrichs & Mewis, 2000; Akbar & al., 2004). Eine zusätzliche Hydrophobisierung von DE ist jedoch mit zusätzlichen Kosten verbunden. Des Weiteren sind synthetische Kieselsäuren aufgrund der geringen Partikelgrößen und der schlechten elektrostatischen Aufladbarkeit alleine schwer applizierbar. In Kooperation mit der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe wurde deshalb an der Humboldt-Universität zu Berlin nach alternativen natürlichen Substanzen gesucht, die ähnliche physiko-chemische Eigenschaften aufweisen wie Diatomeenerden. Gefunden wurde ein natürlich vorkommendes Schichtsilikat mit großer Oberfläche, welches in den folgenden Versuchen mit AL06 bezeichnet wurde. In den durchgeführten Versuchen wurden insektizide Eigenschaften von AL06 im Vergleich zu weiteren natürlichen und synthetischen Silikaten untersucht.
Ziel des Reduktionsprogramms chemischer Pflanzenschutz ist es, die Anwendung von Pflanzenschutzmitteln (PSM) auf das notwendige Maß zu begrenzen (Backhaus & al. 2005). Als geeigneter quantitativer Indikator für die Kennzeichnung der Pflanzenschutzmittel-Anwendungsintensität findet der Behandlungsindex Verwendung. Praxisstudien sollen zeigen, wie sich eine längerfristige Reduktion der Anwendung von PSM auf betrieblicher Ebene auf den ökologischen Status quo von Ackerflächen auswirkt.
Mehr als 800 Arten von Pilzen sind als Pathogene von Insekten und anderen Arthropoden beschrieben (Tab. 1). Ohne Zweifel stellen diese Arten erst einen Bruchteil der tatsächlich existierenden Arten dar. Das zunehmende Interesse an diesen Pilzen und die um genetische Methoden erweiterten Identifikationsmöglichkeiten lassen ein rasches Ansteigen der Artenzahlen erwarten. Im Gegensatz zu den meisten anderen insektenpathogenen Organismen infizieren sie ihre Wirte durch die Kutikula. Sie sind weltweit verbreitet und spielen eine wichtige Rolle als natürliche Regulierungsfaktoren.
Engerlinge, die Larven der Scarabaeidae (Coleoptera), gehören weltweit zu den wichtigsten Bodenschädlingen und ihre Bedeutung scheint zuzunehmen. Wirksame, aber umweltschädigende und gesundheitsgefährdende Insektizide wurden verboten. In gewissen Regionen oder für bestimmte Indikationen waren nie welche bewilligt und im biologischen Anbau standen keine Bekämpfungsmittel zur Verfügung. Aus diesen Gründen wurde die Entwicklung von Mykoinsektiziden gegen Ende des letzten Jahrhunderts forciert. Heute stehen in der Schweiz zwei Produkte zur Verfügung: Ein Produkt basierend auf Beauveria brongniartii (Sacc.) Petch (Ascomycetes, Clavicipitaceae) zur Bekämpfung der Maikäfer (Melolontha melolontha L.)-Engerlinge und ein anderes basierend auf Metarhizium ansiopliae (Metschn.) Sorokin (Ascomycetes, Nectriaceae) zur Bekämpfung der Engerlinge des Juni- und des Gartenlaubkäfers [Amphimallon solostiale L., A. majale (Razoum.), Phyllopertha horticola L.]. Ersteres ist seit seiner Markteinführung 1991 zum Mittel der Wahl geworden, rund 2500 ha wurden bis heute damit behandelt (Keller, 2000a, 2004). Die Erfahrungen zeigen, dass besonderes Augenmerk auf die Qualität des Produktes und die Applikation sowie auf den Applikationszeitpunkt gelegt werden muss. Mit genetischen Markern stehen wirksame Hilfsmittel zum Studium der Ausbreitung, der Persistenz und der Nebenwirkungen zur Verfügung (Enkerli et al. 2001). Bei der Anwendung von M. anisopliae bestehen noch wenige Praxiserfahrungen. Das Produkt wurde bisher vorwiegend auf Golfplätzen eingesetzt. Über Langzeitwirkungen, die im Falle der Blastosporenanwendung von B. brongniartii gut dokumentiert sind (Keller, 2004), liegen erst wenige Daten vor. In den letzten Jahren wurden vermehrt Engerlingsschäden beobachtet, die durch zwei oder mehr Arten von Engerlingen verursacht werden. Wenn Maikäfer-Engerlinge beteiligt sind, stellt sich das Problem, dass zwei Pilzarten zur Bekämpfung eingesetzt werden müssen. Zur Zeit laufen Untersuchungen in solchen Schadgebieten, die Aufschluss geben werden über die wirksamste Art der Behandlung und über mögliche Interaktionen zwischen den Pilzen. In diesem Beitrag werden die neuesten Untersuchungsergebnisse vorgestellt.
Maize and rice constitute some of the most important cereals cultivated in the world, being used as staple food for people especially in Africa. The rice moth, Corcyra cephalonica, and the maize weevil, Sitophilus zeamais, are major pests of stored grains in the tropics. The use of parasitoids in biological pest control is already common in different agricultural and horticultural fields. At present, grain managers tend to look at alternatives to chemicals to control insects in stored grain. Lariophagus distinguendus (Förster) is a synovigenic, solitary larval and pupal ectoparasitoid of several beetle species that infest stored goods. The ability for long-range host finding of this parasitoid mediated by volatiles has been shown (Steidle & Schöller 1997). Habrobracon hebetor (Say) is a gregarious ectoparasitoid of many lepidopterous pests. This wasp occurs naturally in the stored grain ecosystem (Keever & al. 1985) where it attacks several pyralid moths, including the rice moth, Corcyra cephalonica. The present study was conducted to assess the host finding of the two parasitoids H. hebetor and L. distinguendus.
Der Nachweis von H.a. mit Pheromonfallen bleibt weiterhin problematisch, ist aber für die Terminierung eines Nützlingseinsatzes von grundlegender Bedeutung. Die Pheromone wirken nur im unmittelbaren Umfeld des Befalls, wie auch Untersuchungen in 2006 bestätigen. Eine Distanz von 0,5-1,0km kann bereits eine nicht ausreichende Monitoringwirkung bedeuten. Prinzipiell könnten mit Pheromonfallen lediglich bekannte Befallsfelder aus dem Vorjahr überwacht werden. Da der Schädling in diesem Falle jedoch zufliegt und nicht standortgebunden überwintert, kann er unter Umständen an ganz anderer Stelle auftreten. Ein weitererBaustein der neuen Beobachtungsstrategie ist daher, einen zentralen Befallsort südlich von Freiburg, der fast jährlich angeflogen wird, mit einem engen Netz (< 500m Abstand) an Pheromonfallen zu überwachen. Zudem werden Felder und Gewächshäuser, die in den letzten Jahren mit H.a. befallen waren, soweit sie gemeldet wurden und bekannt sind, weiter mit Pheromonfallen beobachtet. Da eine Überwinterung noch nicht nachgewiesen wurde, sollte die Überwachung im späten Frühjahr im Mai beginnen, mit einem Zuflug wird, je nach Witterungslage, in der Regel ab August zu rechnen sein.
Die Larvalparasitoide Venturia canescens (Gravenhorst) und Habrobracon hebetor (Say) sind Parasitoide der Mehlmotte Ephestia kuehniella, der Dörrobstmotte Plodia interpunctella und der Tropischen Speichermotte E. cautella. H. hebetor ist ein idiobionter, gregärer Ektoparasitoid, d.h. die Wirtslarve wird vor der Eiablage paralysiert und mehrere Nachkommen entwickeln sich an einem Wirtstier (Hase, 1922). V. canescens ist ein koinobionter, solitärer Endoparasitoid, d.h. die Wirtslarve wird vor der Eiablage nicht paralysiert und nur ein Nachkomme entwickelt sich in einem Wirtstier, welches erst kurz vor der Verpuppung eingeht (1937). Press & al. (1977) zeigten in Versuchen in kleinen Versuchsgefäßen, dass V. canescens vollständig von H. hebetor unterdrückt wurde. Da bereits von V. parasitierte Larven von H.paralysiert und anschließend parasitiert wurden, konnte sich der Nachwuchs von V.nicht entwickeln. V.ihrerseits war nicht in der Lage, bereits von H.paralysierte Larven zu parasitieren. Press & al. (1977) schlussfolgerten daraus, dass V. canescens bei einer massenweisen Freilassung von H. hebetor zur biologischen Bekämpfung unter Praxisbedingungen verdrängt werden würde. Dennoch treten beide Parasitoide in Mühlen, Bäckereien und Lagerhäusern in Mitteleuropa auch bei einem Einsatz von H. hebetor zur biologischen Bekämpfung gemeinsam auf (Prozell & Schoeller, 1998; Lukas, 2002, Prozell & unveröffentl. Daten). Eine mögliche Erklärung könnte die bessere Wirtsfindungsfähigkeit von V. canescens in größeren Räumen sein. Das Wirtsfindungsvermögen beider Arten wurde bereits in einigen Arbeiten behandelt (Parra & Al., 1996; Desouhant & 2005), jedoch wurden die Auswirkungen auf die Konkurrenz dabei nicht betrachtet. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, die räumliche Konkurrenz zwischen H. hebetor und V. canescens in Räumen mit zunehmendem Volumen zu untersuchen.
Jüdische Grabsteinepigraphik: R. Yosef Trani (1568-1639), R. Akiva Eger (d. 1837), R. David Hoffmann (d. 1921)
The enigmatic R. David Lida
(2008)
Aus den hier angeführten Berichten geht hervor, dass die Genese des islamischen Rechts mit der Offenbarung des Korans begonnen hat. Der Prophet bildete als Verkünder und Ausleger der himmlischen Botschaft und als Gesandter Gottes den Nukleus dieses Entstehungsprozesses. Er war der erste und oberste Richter im Islam. Aus allen Bereichen des Lebens wurden ihm von seinen Freunden Fragen und Probleme angetragen, und er hat unter Berufung auf die neue Lehre des Islamss rechtliche Entscheidungen dazu getroffen. Es wurden ihm jedoch nicht nur offene Probleme und rechtliche Fragen zur Lösung vorgetragen, sondern es kam ihm manchmal auch zu, rechtliche Bestimmungen zu bestätigen, welche die in der Rechtslehre bewanderten Prophetengefährten getroffen hatten. An dieser Stelle erfüllte der Prophet die Funktion einer Art Kassationsgerichts. Während die von dem Propheten bestätigten Bestimmungen als gültig anerkannt wurden, verloren die von ihm nicht bestätigten Regelungen ihre Gültigkeit. Neben diesen Bestimmungen äußerte sich der Prophet auch zu Gerichtsverfahren und Methode des islamischen Rechts. Während er in einigen Überlieferungen die Richter vor fehlerhaften Verhaltensweisen warnt, betont er in anderen die Bedeutung und Schwierigkeit dieses Amtes. Über die Ernennung von Richtern zur Zeit des Propheten gibt es unterschiedliche Angaben. Den islamischen Quellen zufolge wurden bereits von dem Propheten Richter ernannt, in den westlichen Quellen ist von der Ernennung von Richtern zur Zeit des Propheten keine Rede. Wenngleich die Person des Propheten für den Islam und seine Disziplinen unerläßlich ist und er als Gesandter Gottes als bester Exeget des Korans zu gelten hat, ist von Beginn seiner Prophetie an deutlich, dass die Offenbarungen, also die Verse des Korans, selbst noch unerläßlicher sind. Der Prophet ist mit diesen Versen verbunden und kann sich nicht unabhängig von ihnen verhalten. Daher sind die himmlischen Offenbarungen in diesem System als mächtigste Quelle und bedeutendster Referenzpunkt für jede rechtliche Entscheidung anzusehen.
Wie aus den angeführten Berichten hervorgeht, war die Eheschließung auch bei den vorislamischen Arabern ein wichtiger Schritt zur Institutionalisierung einer Familie. Wenn wir die unterschiedlichen Formen der Eheschließung bei den vorislamischen Arabern vergegenwärtigen: Nikah as–Sigar: Tauschehe, Nikah al-Maqt: Leviratehe, Nikah al-Istibda: Gehorsamsehe, Nikah al-Muta: Zeitehe, Nikah al-Hadn: Mätressenehe, Nikah as-Sabi: Raubehe und Nikah Taaddud al-Azwag: Polygamie –, stellen wir fest, dass alle diese Eheformen der vorislamischen Arabern lokal- und kulturspezifische Charakteristika aufweisen. Diese ausgeprägte kulturelle und örtliche Gebundenheit macht sich nicht nur bei den Eheschließungen, sondern auch bei den Ehescheidungen (Hula-Scheidung, Ila-Scheidung, Zihar-Scheidung) und anderen Einrichtungen bemerkbar. Zum großen Teil wurden diese Institutionen mit dem Islam fortgesetzt. Der Islam bewertete sie jedoch seiner Lehre entsprechend neu, übernahm einige der Einrichtungen, lehnte andere teilweise ab und verwarf manche gänzlich.
Wie aus den bisherigen Ausführungen hervorgeht, bezieht sich das Islamische Recht auf Quellen, die in ihrer Rangordnung unterschiedlich eingestuft werden. Der Koran nimmt im Vergleich zu den anderen Quellen zweifelsohne die höchste Stellung ein. Seine rechtsrelevanten Verse sind bei allen rechtlichen Entscheidungen für die Rechtswissenschaftler unumstrit-ten der wichtigste Referenzpunkt. Die sunna ist nach dem Koran die zweitwichtigste Quelle des Islamischen Recht. Sie spielt bei der Auslegung des Koran sowie für Themen, die im Koran nicht behandelt werden, eine herausragende Rolle sowohl für das Islamische Recht als auch für die anderen Disziplinen des Islam. Auch die Bedeutung von igma (Konsens) und qiyas (Analogieschluss) als zwei weitere Hauptquellen des Islamischen Rechts sollte an dieser Stelle nicht unerwähnt bleiben. Neben diesen primären verleihen die sekundären, also abgeleiteten, Quellen istihsan, istishab, istislah (al-masalih al-mursala), saru man qablana, urf und ada dem Islamischen Recht eine große Vielfalt und Flexibilität. Der mit einer Rechtsfrage betraute Islamrechtswissenschaftler wird stets versuchen, die geeignete Entscheidung ausgehend von diesen Quellen und unter Berücksichtigung ihres jeweiligen Stellenwerts zu finden.
Chemical ozone loss in winter 1991–1992 is recalculated based on observations of the HALOE satellite instrument, Version 19, ER-2 aircraft measurements and balloon data. HALOE satellite observations are shown to be reliable in the lower stratosphere below 400 K, at altitudes where the measurements are most likely disturbed by the enhanced sulfate aerosol loading, as a result of the Mt.~Pinatubo eruption in June 1991. Significant chemical ozone loss (13–17 DU) is observed below 380 K from Kiruna balloon observations and HALOE satellite data between December 1991 and March 1992. For the two winters after the Mt. Pinatubo eruption, HALOE satellite observations show a stronger extent of chemical ozone loss towards lower altitudes compared to other Arctic winters between 1991 and 2003. In spite of already occurring deactivation of chlorine in March 1992, MIPAS-B and LPMA balloon observations indicate that chlorine was still activated at lower altitudes, consistent with observed chemical ozone loss occurring between February and March and April. Large chemical ozone loss of more than 70 DU in the Arctic winter 1991–1992 as calculated in earlier studies is corroborated here.
During the APE-THESEO mission in the Indian Ocean the Myasishchev Design Bureau stratospheric research aircraft M55 Geophysica performed a flight over and within the inner core region of tropical cyclone Davina. Measurements of total water, water vapour, temperature, aerosol backscattering, ozone and tracers were made and are discussed here in comparison with the averages of those quantities acquired during the campaign time frame. Temperature anomalies in the tropical tropopause layer (TTL), warmer than average in the lower part and colder than average in the upper TTL were observed. Ozone was strongly reduced compared to its average value, and thick cirrus decks were present up to the cold point, sometimes topped by a layer of very dry air. Evidence for meridional transport of trace gases in the stratosphere above the cyclone was observed and perturbed water distribution in the TTL was documented. The paper discuss possible processes of dehydration induced by the cirrus forming above the cyclone, and change in the chemical tracer and water distribution in the lower stratosphere 400–430 K due to meridional transport from the mid-latitudes and link with Davina. Moreover it compares the data prior and after the cyclone passage to discuss its actual impact on the atmospheric chemistry and thermodynamics.
Appropriate precautions in the case of flood occurrence often require long lead times (several days) in hydrological forecasting. This in turn implies large uncertainties that are mainly inherited from the meteorological precipitation forecast. Here we present a case study of the extreme flood event of August 2005 in the Swiss part of the Rhine catchment (total area 34 550 km2). This event caused tremendous damage and was associated with precipitation amounts and flood peaks with return periods beyond 10 to 100 years. To deal with the underlying intrinsic predictability limitations, a probabilistic forecasting system is tested, which is based on a hydrological-meteorological ensemble prediction system. The meteorological component of the system is the operational limited-area COSMO-LEPS that downscales the ECMWF ensemble prediction system to a horizontal resolution of 10 km, while the hydrological component is based on the semi-distributed hydrological model PREVAH with a spatial resolution of 500 m. We document the setup of the coupled system and assess its performance for the flood event under consideration. We show that the probabilistic meteorological-hydrological ensemble prediction chain is quite effective and provides additional guidance for extreme event forecasting, in comparison to a purely deterministic forecasting system. For the case studied, it is also shown that most of the benefits of the probabilistic approach may be realized with a comparatively small ensemble size of 10 members.
The main objective of the study presented in this paper was to develop an evaluation scheme which is suitable for spatially explicit groundwater vulnerability assessment according to the Water Framework Directive (WFD). Study area was the Hase river catchment, an area of about 3 000 km2 in north-west Germany which is dominated by livestock farming, in particular pig and poultry production. For the Hase river catchment, the first inventory of the WFD led to the conclusion that 98% of the catchment area is "unclear/unlikely" to reach a good groundwater status due to diffuse nitrogen emissions from agriculture. The groundwater vulnerability assessment was embedded in the PartizipA project ("Participative modelling, Actor and Ecosystem Analysis in Regions with Intensive Agriculture", www.partizipa.net), within which a so-called actors´ platform was established in the study area. The objective of the participatory process was to investigate the effects of the WFD on agriculture as well as to discuss groundwater protection measures which are suitable for an integration in the programme of measures. The study was conducted according to the vulnerability assessment concept of the Intergovernmental Panel on Climate Change, considering sensitivity, exposure and adaptive capacity. Sensitivity was computed using the DRASTIC index of natural groundwater pollution potential. Exposure (for a reference scenario) was computed using the STOFFBILANZ nutrient model. Several regional studies were analysed to evaluate the adaptive capacity. From these studies it was concluded that the adaptive capacity in the Hase river catchment is very low due to the economic importance of the agricultural sector which will be significantly affected by groundwater protection measures. As a consequence, the adaptive capacity was not considered any more in the vulnerability assessment. A groundwater vulnerability evaluation scheme is presented which enjoys the advantage that both exposure and sensitivity can be operationalized in a spatially resolved manner (500×500 m grid) by the two models mentioned above. The evaluation scheme was applied in the Hase river catchment. 21% of the catchment was classified as highly vulnerable, another 73% as medium vulnerable. Only 6% of the Hase river catchment has low vulnerability. Grid cells of the high vulnerability class are considered as priority areas for groundwater protection measures in the programme of measures of the WFD. Measures will be particularly effective in the north-eastern part of the catchment where groundwater vulnerability is mainly due to high nitrogen emissions.
Strong perturbations of the Arctic stratosphere during the winter 2002/2003 by planetary waves led to enhanced stretching and folding of the vortex. On two occasions the vortex in the lower stratosphere split into two secondary vortices that re-merged after some days. As a result of these strong disturbances the role of transport in and out of the vortex was stronger than usual. An advection and mixing simulation with the Chemical Lagrangian Model of the Stratosphere (CLaMS) utilising a suite of inert tracers tagging the original position of the air masses has been carried out. The results show a variety of synoptic and small scale features in the vicinity of the vortex boundary, especially long filaments peeling off the vortex edge and being slowly mixed into the mid latitude environment. The vortex folding events, followed by re-merging of different parts of the vortex led to strong filamentation of the vortex interior. During January, February, and March 2003 flights of the Russian high-altitude aircraft Geophysica were performed in order to probe the vortex, filaments and in one case the merging zone between the secondary vortices. Comparisons between CLaMS results and observations obtained from the Geophysica flights show in general good agreement. Several areas affected by both transport and strong mixing could be identified, allowing explanation of many of the structures observed during the flights. Furthermore, the CLaMS simulations allow for a quantification of the air mass exchange between mid latitudes and the vortex interior. The simulation suggests that after the formation of the vortex was completed, its interior remaind relatively undisturbed. Only during the two re-merging events were substantial amounts of extra-vortex air transported into the polar vortex. When in March the vortex starts weakening additional influence from lower latitudes becomes apparent in the model results. In the lower stratosphere export of vortex air leads only to a fraction of about 5% polar air in mid latitudes by the end of March. An upper limit for the contribution of ozone depleted vortex air on mid-latitude ozone loss is derived, indicating that the maximum final impact of dilution is on the order of 50%.
From July 2002 to March 2004 the Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding (MIPAS) aboard the European Space Agency´s Environmental Satellite (Envisat) measured nearly continuously mid infrared limb radiance spectra. These measurements are utilised to retrieve the global distribution of the chlorofluorocarbon CFC-11 by applying a new fast forward model for Envisat MIPAS and an accompanying optimal estimation retrieval processor. A detailed analysis shows that the total retrieval errors of the individual CFC-11 volume mixing ratios are typically below 10% in the altitude range 10 to 25 km and that the systematic components dominate. Contribution of a priori information to the retrieval results are less than 5 to 10% and the vertical resolution of the observations is about 3 to 4 km in the same vertical range. The data are successfully validated by comparison with several other space experiments, an air-borne in-situ instrument, measurements from ground-based networks, and independent Envisat MIPAS analyses. The retrieval results from 425 000 Envisat MIPAS limb scans are compiled to provide a new climatological data set of CFC-11. The climatology shows significantly lower CFC-11 abundances in the lower stratosphere compared with the Reference Atmospheres for MIPAS (RAMstan V3.1) climatology. Depending on the atmospheric conditions the differences between the climatologies are up to 30 to 110 ppt (45 to 150%) at 19 to 27 km altitude. Additionally, time series of CFC-11 mean abundance and variability for five latitudinal bands are presented. The observed CFC-11 distributions can be explained by the residual mean circulation and large-scale eddy-transports in the upper troposphere and lower stratosphere. The new CFC-11 data set is well suited for further scientific studies.
Global distributions of profiles of sulphur hexafluoride (SF6) have been retrieved from limb emission spectra recorded by the Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Sounding (MIPAS) on Envisat covering the period September 2002 to March 2004. Individual SF6 profiles have a precision of 0.5 pptv below 25 km altitude and a vertical resolution of 4–6 km up to 35 km altitude. These data have been validated versus in situ observations obtained during balloon flights of a cryogenic whole-air sampler. For the tropical troposphere a trend of 0.230±0.008 pptv/yr has been derived from the MIPAS data, which is in excellent agreement with the trend from ground-based flask and in situ measurements from the National Oceanic and Atmospheric Administration Earth System Research Laboratory, Global Monitoring Division. For the data set currently available, based on at least three days of data per month, monthly 5° latitude mean values have a 1 o standard error of 1%. From the global SF6 distributions, global daily and monthly distributions of the apparent mean age of air are inferred by application of the tropical tropospheric trend derived from MIPAS data. The inferred mean ages are provided for the full globe up to 90° N/S, and have a 1 o standard error of 0.25 yr. They range between 0 (near the tropical tropopause) and 7 years (except for situations of mesospheric intrusions) and agree well with earlier observations. The seasonal variation of the mean age of stratospheric air indicates episodes of severe intrusion of mesospheric air during each Northern and Southern polar winter observed, long-lasting remnants of old, subsided polar winter air over the spring and summer poles, and a rather short period of mixing with midlatitude air and/or upward transport during fall in October/November (NH) and April/May (SH), respectively, with small latitudinal gradients, immediately before the new polar vortex starts to form. The mean age distributions further confirm that SF6 is destroyed in the mesosphere to a considerable degree. Model calculations with the Karlsruhe simulation model of the middle atmosphere (KASIMA) chemical transport model agree well with observed global distributions of the mean age only if the SF6 sink reactions in the mesosphere are included in the model.
This study presents an evaluation of a pulse height condensation particle counter (PH-CPC) and an expansion condensation particle counter (E-CPC) in terms of measuring ambient and laboratory-generated molecular and ion clusters. Ambient molecular cluster concentrations were measured with both instruments as they were deployed in conjunction with an ion spectrometer and other aerosol instruments in Hyytiälä, Finland at the SMEAR II station between 1 March and 30 June 2007. The observed cluster concentrations varied and ranged from some thousands to 100 000 cm -3. Both instruments showed similar (within a factor of ~5) concentrations. An average size of the detected clusters was approximately 1.8 nm. As the atmospheric measurement of sub 2-nm particles and molecular clusters is a challenging task, we conclude that most likely we were unable to detect the smallest clusters. Nevertheless, the reported concentrations are the best estimates to date for minimum cluster concentrations in a boreal forest environment.
We report the first atmospheric observations of the Chlorofluorocarbons (CFCs) trifluorochloroethene, 3-chloropentafluoropropene and 4,4-dichlorohexafluoro-1-butene by means of Gas Chromatography with Electron Capture and Mass Spectrometric detection (GC-ECD-MS) in air samples taken at the Taunus Observatory operated by the University of Frankfurt (Main) and the Jungfraujoch High Altitude Research Station in Switzerland. These substances belong to a class of CFCs containing a double bond and are suspected to originate from the production and thermal degradation of widely used fluoropolymers like polychlorotrifluoroethene (PCTFE). Their atmospheric lifetimes are expected to be rather short. A quantitative calibration could only be derived for trifluorochloroethene but not for the other species by now. Thus, we use a relative sensitivity method to get a first indication of the observed atmospheric abundances. Identification was possible because of an air plume containing high concentrations of these substances. We suggest that the abundances found on this occasion originated from a local source. However, we have also observed the novel CFCs in air masses representative of background conditions, though with much lower concentrations. These species and some of their degradation products are toxic and could also be relevant for stratospheric and tropospheric ozone depletion.
Assessment of ecologically relevant hydrological change in China due to water use and reservoirs
(2008)
As China’s economy booms, increasing water use has significantly affected hydro-geomorphic processes and thus the ecology of surface waters. A large variety of hydrological changes arising from human activities such as reservoir construction and management, water abstraction, water diversion and agricultural land expansion have been sustained throughout China. Using the global scale hydrological and water use model WaterGAP, natural and anthropogenically altered flow conditions are calculated, taking into account flow alterations due to human water consumption and 580 large reservoirs. The impacts resulting from water consumption and reservoirs have been analyzed separately. A modified “Indicators of Hydrologic Alteration” approach is used to describe the human pressures on aquatic ecosystems due to anthropogenic alterations in river flow regimes. The changes in long-term average river discharge, average monthly mean discharge and coefficients of variation of monthly river discharges under natural and impacted conditions are compared and analyzed. The indicators show very significant alterations of natural river flow regimes in a large part of northern China and only minor alterations in most of southern China. The detected large alterations in long-term average river discharge, the seasonality of flows and the inter-annual variability in the northern half of China are very likely to have caused significant ecological impacts.
Transcriptional activation involves the ordered recruitment of coactivators via direct interactions between distinct binding domains and recognition motifs. The p160/SRC/NCoA coactivator family comprises three members (NCoA-1, -2 and -3), which are organized in multiprotein coactivator complexes. We had identified the PAS-B domain of NCoA-1 as an LXXLL motif binding domain. Here we show that NCoA family members are able to interact with other full-length NCoA proteins via their PAS-B domain and they specifically interact with the CBP-interaction domain (CID/AD1) of NCoA-1. Peptide competition, binding experiments and mutagenesis of LXXLL motifs point at distinct binding motif specificities of the NCoA PAS-B domains. NMR studies of different NCoA-1-PAS-B/LXXLL peptide complexes revealed similar although not identical binding sites for the CID/AD1 and STAT6 transactivation domain LXXLL motifs. In mechanistic studies, we found that overexpression of the PAS-B domain is able to disturb the binding of NCoA-1 to CBP in cells and that a CID/AD1 peptide competes with STAT6 for NCoA-1 in vitro. Moreover, the expression of an endogenous androgen receptor target gene is affected by the overexpression of the NCoA-1 or NCoA-3 PAS-B domains. Our study discloses a new, complementary mechanism for the current model of coactivator recruitment to target gene promoters.
In a combined NMR/MD study, the temperature-dependent changes in the conformation of two members of the RNA YNMG-tetraloop motif (cUUCGg and uCACGg) have been investigated at temperatures of 298, 317 and 325 K. The two members have considerable different thermal stability and biological functions. In order to address these differences, the combined NMR/MD study was performed. The large temperature range represents a challenge for both, NMR relaxation analysis (consistent choice of effective bond length and CSA parameter) and all-atom MD simulation with explicit solvent (necessity to rescale the temperature). A convincing agreement of experiment and theory is found. Employing a principle component analysis of the MD trajectories, the conformational distribution of both hairpins at various temperatures is investigated. The ground state conformation and dynamics of the two tetraloops are indeed found to be very similar. Furthermore, both systems are initially destabilized by a loss of the stacking interactions between the first and the third nucleobase in the loop region. While the global fold is still preserved, this initiation of unfolding is already observed at 317 K for the uCACGg hairpin but at a significantly higher temperature for the cUUCGg hairpin.
Einzelne Erzwespenarten aus der Familie Eulophidae haben sich mittlerweile als fester Bestandteil des Parasitoidenkomplexes von C. ohridella etabliert. In Berlin wurden im Rahmen eines geförderten Projekts (EFRE- Europäischer Fond für regionale Entwicklung der EU und der Senatsverwaltung für Stadtentwicklung) 21 Schlupfwespen-Arten als natürliche Gegenspieler nachgewiesen (Jäckel & al. 2007). Nach wie vor sind die natürlichen Parasitierungsraten mangelhaft. Dazu wurden während der Projektlaufzeit unterschiedliche Erhebungen mit dem Ziel durchgeführt, Ursachenkomplexe herauszuarbeiten. Die Parasitierungsraten wurden in Abhängigkeit vom Erfassungszeitpunkt, vom Standort der Kastanien in der Stadt, von der Dichte der Kastanien je Flächeneinheit und von der Diversität der Umgebungsvegetation bestimmt. Parallel wurde das Parasitoidenspektrum im Untersuchungszeitraum unter verschiedenen Bedingungen ermittelt. Da keine parasitierungsbegünstigenden Faktoren herausgearbeitet werden konnten, um daraus nützlingsfördende Maßnahmen abzuleiten, wurde eine geeignete Schlupfwespe aus dem natürlichen Parasitoidenkomplex ausgewählt, um die Möglichkeiten eines gezielten Einsatzes zur Dezimierung der Motte im Freiland zu erarbeiten. Die Biologie von P. agraules wurde im Labor und im Freiland untersucht. Weiterhin wurde durch Freilassung markierter Tiere im Freiland deren Verhalten studiert.
Fraßschäden des Erbsenwicklers Cydia nigricana (Lepidoptera: Tortricidae) verursachen im Anbau von Gemüse- und Saaterbsen erhebliche wirtschaftliche Schäden. Im Gemüseerbsenanbau waren in ganzen Regionen Erbsenflächen aufgrund der Überschreitung der Toleranzschwelle von 0,5 % angefressenen Erbsen nicht vermarktungsfähig. Im Saaterbsenanbau verursacht C. nigricana verminderte Keim- und Triebkraft, das Anhaften von Unkrautsamen am Saatgut und Mykosen wie Ascochyta und Fusarium. Zur Befallsreduzierung wurden in den Versuchsjahren 2004-2006 Untersuchungen zum Einsatz von Pheromon zur Paarungsstörung des Schädlings durchgeführt.
Das nordostdeutsche Tiefland ist historisch und aktuell ein Massenwechselgebiet für eine Reihe von Forstschadinsekten. Das gilt, bedingt durch die standörtlichen Verhältnisse und die gegenwärtige Dominanz der Kiefer, insbesondere für Brandenburg. Auf Grund des sehr hohen Risikos von irreversiblen Bestandesschäden durch nadelfressende Schmetterlinge und Blattwespen existieren flächige, dem aktuellen Gefährdungsstatus angepasste, standardisierte Überwachungsverfahren als Voraussetzung für die Prognose und Kontrolle.
Gewöhnliche Ausschnitte unserer Kulturlandschaft sind oft schlechter untersucht als unter Schutz stehende Landschaftsbestandteile. So war z.B. die Artenausstattung mancher Naturwälder eher bekannt als die Artenausstattung der umliegenden Nutzwälder. Durch die Initiativen und Forschungsprojekte u.a. von Ammer & al. (1995) wurde dann deutlich, dass auch Nutzwälder einen wertvollen Beitrag zur Artenvielfalt leisten können. Bei der Erforschung der Nutzwälder sind jedoch Kiefernforste nach wie vor vernachlässigt worden. Nur Arbeiten von Möller (2000) und Möller & Jakobitz (2003) in Brandenburg stellten hier wichtige Schritte dar, neuerdings ergänzt durch z.B. Reike & al. (2005). Im Folgenden werden neu ausgewertete Daten aus einem vom BMBF geförderten Forschungsprojekt vorgestellt, in dem sehr umfassende Grunderhebungen der in genutzten Kiefernforsten Brandenburgs vorkommenden Arthropoden durchgeführt wurden (Schulz & al. 2004, Majunke & al. 2005). Die folgenden Auswertungen konzentrieren sich auf die Artendiversität der an Kiefern (Pinus sylvestris L.) erfassten Käfer in Kiefernreinbeständen und auf die stratenspezifische Verteilung.
In Western Europe pedunculate oak (Quercus robur L.) is the forest tree with the highest number of phytophagous insect species (Yela & Lawton 1997). One of these, the green oak leaf roller Tortrix viridana L. is an oligophagous herbivorous moth with a host range limited to the genus Quercus (Hunter 1990, Du Merle 1999). During outbreaks, T. viridana often leads to defoliation of oaks in spring. The abundance of T. viridana is subject to the population size fluctuations typical for herbivorous insects, where periods of small population sizes (latent periods) alternate with periods of high population sizes (outbreak) (e.g. Schütte 1957, Horstmann 1984). Apart from many experimental studies on population dynamics of the moth (e.g. Hunter 1990, Du Merle 1999, Ivashov & al. 2002) so far little attention has been paid to the genetic variation within the species as an important aspect of the genetics of this host-parasite interaction. Simchuk & al. (1999) found changes in the heterozygosity level of different isozyme loci during outbreaks in T. viridana and molecular markers for T. viridana have been developed for analyses of genetic variation within and among populations (Schroeder & Scholz 2005). But, investigations of genetic variation within and among populations of forest pest species are important to predict future pest outbreaks. So far the processes outbreaks based on are not entirely clarified, however it is known that migration plays a major role. Using molecular markers investigations of the genetic variation are possible and offer the opportunity to analyse distribution events. In this paper first results are presented concerning the genetic variation of the green oak leaf roller at three geographic scales: (1) among trees within a population, (2) among populations at a small spatial scale of about 150 km and (3) among populations at a broader geographic scale up to 3000 km. Furthermore results of the genetic variation of oaks at the small spatial scale are represented.
Im Rahmen des Interreg III A DeLux – Projektes „Entwicklung von Strategien zur Sicherung von Buchenwäldern“ wurden im Zeitraum 2003 bis 2005 in 16 rheinland-pfälzischen Buchenwäldern Borkenkäferfänge mit Lockstoff-Fallen durchgeführt. Zielart dieses Borkenkäfer-Monitorings war der Laubnutzholzborkenkäfer (Trypodendron domesticum L.), der ab 2001 im nordwestlichen Rheinland-Pfalz einen Stehendbefall an augenscheinlich vitalen Buchen verursachte. Die Auswertung der Beifänge lieferte einen interessanten Einblick in das Artenspektrum der rheinland-pfälzischen Buchenwälder im Hinblick auf die vorkommenden Borkenkäferarten und potentieller Antagonisten aus der Ordnung Coleoptera.
C. nigricana verursachte in den letzten Jahren erhebliche Schäden in der Gemüseerbsenproduktion. Da es bisher im ökologischen Anbau keine wirksame Regulierungsoption für C. nigricana gibt, sollte die Direktbekämpfung mit dem Apfelwicklergranulosevirus (CpGV) geprüft werden. Payne (1981) stellte bereits in Laborversuchen eine Empfindlichkeit von C. nigricana gegen das Apfelwicklergranulosevirus CpGV fest, der LC50 Wert von CpGV gegen Erstlarven lag hierbei bei Fraßtests im Labor bei der 10-fachen Konzentration gegen C. pomonella (1,90 × 105 im Vergleich zu 1,54 × 104 Partikel/ml). Geissler (1994) erreichte in Freilandversuchen durch den Einsatz des Virus Befallsreduktionen von 72% mit den im Apfelanbau üblichen Konzentrationen.
Since the late 1990s, the oak processionary moth, Thaumetopoea processionea (L.), has been occurring at high population densities in eastern Austria. Particularly, infestations in areas of human settlement have created increasing interest in this insect due to health problems caused by the urticating hairs of the larvae. New methods for biological control are desirable. Like essentially all forest Lepidoptera, T. processionea is host for entomopathogenic microsporidia. These obligatory parasitic protists have been evaluated as biocontrol agents against an other oak pest, Lymantria dispar (Weiser & Novotny, 1987; Jeffords & al., 1988). Life history traits of T. processionea make this insect an even more promising target for the use of microsporidia. The larvae are highly gregarious and stay together in nests made of larval silk for resting periods and molting. Microsporidia utilize several pathways for horizontal transmission that would be aided by these features: spores can be released after host death from cadavers as well as from living larvae via silk or feces. Additionally, many microsporidia are vertically transmitted (summarized in Maddox & al., 1998). In this project, T. processionea larvae from various regions in eastern Austria were screened for the natural occurrence of microsporidia. One isolate, Endoreticulatus sp., was further studied and mass produced in a laboratory host, L. dispar, that is easy to rear and does not pose a health hazard for people working with the insects. An inoculative release was attempted on isolated trees infested with T. processionea.
Nach der Wiederentdeckung der Mendelschen Regeln Anfang des 20. Jahrhunderts waren es unter anderem Theodosius Dobzhansky und Ernst Mayr, die Evolution erstmals durch die Analyse von Populationen untersuchten. Bis 1980 wurden für diese populationsgenetischen Analysen morphologische, cytologische und enzymelektrophoretische Marker verwendet. Durch die Entdeckung der PCR wurde das Arbeiten mit DNA wesentlich erleichtert. Im Laufe der Zeit setzte sich der Begriff Molekulare Ökologie durch, mit dem man jenen Bereich beschreiben will, der molekulare Methoden der Populationsgenetik und der Genomanalyse mit ökologischen Fragestellungen verbindet. Genetische Marker können vergangene als auch zur Zeit ablaufende Prozesse aufzeigen. Mit Hilfe solcher Marker kann man einerseits Hinweise auf die Refugialgebiete von Organismen während der letzten Eiszeiten erhalten, anderseits Prozesse wie Genfluß, Selektion oder genetische Drift aufzeigen. Bei den meisten der von uns im Folgenden vorgestellten Arbeiten steht das Sequenzieren mitochondrialer Abschnitte im Vordergrund. Die mitochondriale DNA hat durch ihre im Vergleich zu nuklearer DNA erhöhte Mutationsrate und vereinfachte Genstruktur den Vorteil, bei intraspezifischen Fragestellungen gute Resultate zu erzielen.
Die Auswirkungen des globalen Klimawandels werden zunehmend sichtbar. In Deutschland haben sich die Jahresdurchschnittstemperatur im vergangenen Jahrhundert um 1 °C und die jährliche Niederschlagsmenge um + 9 % erhöht. Bezogen auf die Jahreszeiten ergeben sich jedoch deutliche Unterschiede, während die Sommermonate zunehmend niederschlagsärmer werden, erhöht sich die Niederschlagsmenge in den Wintermonaten überproportional (Schönwiese, 2002; Schönwiese & Janoschitz, 2005). Welche Folgen diese Veränderungen für die Waldökosysteme haben werden, wird in der Forstwirtschaft zu nehmend diskutiert. Allerdings gibt es bisher nur ökophysiologische, autökologische Ansätze. Synökologische Ansätze, die insbesondere auch die potenziellen Schadinsekten und damit die indirekten Auswirkungen des Klimawandels berücksichtigen, fehlen zumeist. Dies gilt auch für die Rotbuche deren waldbauliche Zukunft in jüngster Zeit diskutiert wurde (Rennenberg & al., 2004; Ammer & al., 2005; Kölling, & al., 2005).
Innerhalb der sozialen Insekten haben viele Gruppen die faszinierende Fähigkeit entwickelt, Nestgenossinnen zu rekrutieren. Rekrutierung beruht auf einer Kommunikation, die angewandt wird, um Mitglieder des Nestes zu einem bestimmten Ort zu bringen, wo Arbeit von Nöten ist (Wilson 1971). Daher beinhaltet die Rekrutierungskommunikation sowohl die Aktivierung von Nestgenossinnen innerhalb des Nestes, als auch die Orientierungshilfen für das Auffinden des Zielortes (Traniello & Robson 1995). Die stachellosen Bienen (Hymenoptera, Meliponini) sind unter den sozialen Insekten eine hoch diverse Tiergruppe (über 400 Arten, Michener 2000). Sie eignen sich ausgezeichnet für die Untersuchung der ebenso diversen Rekrutierungs- und Kommunikationsmechanismen. Bei stachellosen Bienen, wie bei anderen sozialen Insekten, beeinflusst die Güte der Futterquelle die Rekrutierung. Bisher wurde an Arten, die keinen Duftpfad legen, gezeigt, dass zu ertragreichen Futterquellen mehr Bienen rekrutiert werden als zu weniger ertragreichen (Biesmeijer & Ermers 1999). In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals untersucht, wie die Zuckerkonzentration des Futters die Rekrutierung einer Art (Scaptotrigona aff. depilis) beeinflusst, welche Rekruten durch das Auslegen eines Duftpfades zur Futterquelle führt (Schmidt & al. 2006b).
Sexualpheromone sind im gesamten Tierreich weit verbreitet. Vor allem Insekten nutzen diese Art der Partnerfindung. Im Vergleich zu vielen Insektenarten, bei welchen die Art der pheromonbildenden Drüsenzellen, ihre Lage im Körper sowie die chemische Zusammensetzung ihrer Pheromone identifiziert wurde (s. Review von Blomquist & Vogt 2003) ist bei Schnellkäfern (Elateridae) noch sehr wenig bekannt. Die verschiedenen mitteleuropäischen Schnellkäferarten lassen sich anhand ihrer Pheromonspeicherung in zwei unterschiedliche Gruppen unterteilen. Die Weibchen der Unterfamilie Elaterinae, besitzen im letzten von außen sichtbaren Abdominalsegment ein paariges Drüsenreservoir in welchem das produzierte Sexualpheromon gespeichert wird. Im Gegensatz dazu fehlt bei den Weibchen der übrigen Unterfamilien ein solches Pheromonreservoir und es ist unklar, wo bei diesen Arten die Pheromone produziert werden. Beobachtungen von Ivastschenko & Adamenko (1980) deuten darauf hin, dass sich bei diesen Arten die pheromonproduzierenden Zellen im Bereich der Intersegmentalmembran zwischen dem Abdominalsegment VIII und IX befinden. Um zu klären, ob die Pheromondrüsen tatsächlich in diesem Bereich zu finden sind, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Intersegmentalmembranen bei Weibchen und Männchen von Athous haemorrhoidalis und A. subfuscus auf mögliche Drüsenzellvorkommen untersucht.
Die Schlupfwespe Pimpla turionellae parasitiert versteckte Lepidopterenpuppen und orientiert sie sich bei der Wirtssuche multisensorisch mittels visueller Reize und aktiver Vibrationsortung mit selbst produzierten Schwingungen (Vibrational-Sounding). Die Studie untersucht, inwieweit die Wespen bei Änderung der Umgebungstemperaturen von 8-26°C (1) zwischen der temperatur-sensitiven vibratorischen und der -insensitiven visuellen Orientierung wechseln und (2) gegebenenfalls selbst die Körpertemperatur regulieren können, um die sehr präzise Vibrationsortung bei niedrigen Temperaturen aufrechtzuerhalten. Messungen mit Infrarot-Thermographie zeigen, dass suchende Wespen leicht erhöhte Körpertemperaturen während der vibratorischen Wirtssuche aufweisen, welche auf metabolische Wärmeproduktion zurückzuführen sind. Wahlexperimente unter kontrollierten Temperaturen zeigen zudem, dass die Nutzung der temperatur-sensitiven vibratorischen Reize bei pessimalen Temperaturen abnimmt und die Wespen auf fast ausschließliche visuelle Orientierung wechseln. Folglich wird die Relevanz einzelner Reize bei der multisensorischen Orientierung direkt vom Faktor Temperatur beeinflusst. Solange ein zuverlässiger Reiz vorhanden ist, nimmt dabei auch die Präzision der Lokalisation insgesamt nicht ab.
Erkenntnisse über das Wirt-Parasit-Verhältnis zwischen Hopfen Humulus lupulus L. und Hopfenblattlaus Phorodon humuli (Schrank) sind von entscheidender Bedeutung für die Selektion blattlausresistenter Sorten. Die Besiedelung des Wirts durch Blattläuse wird durch in den Pflanzen befindliche Substanzen erheblich beeinflusst (Nault & Styer 1972; Leath & al. 1974; Klingauf & al. 1978; Kendall & al. 1980; Singh 1980; Powell & al. 1999; Campo & al. 2003). Die in dieser Hinsicht wichtigsten Bestandteile des Hopfens sind die Bittersäuren, welche für den Parasit die Funktion von Signalstoffen haben können. In frischem Hopfen liegen sie überwiegend in Form der alpha-Bittersäuren (Humulon, co-Humulon, ad-Humulon) und der beta-Bittersäuren (Lupulon, co-Lupulon, ad-Lupulon) vor (Backleh 2001). Die Gehalte an Bitterstoffen im Pflanzengewebe des Hopfens schwanken stark im Lauf der Vegetationsperiode. Da ein Insekt sich an quantitative wie auch qualitative Unterschiede im Nährstoffangebot anzupassen vermag, sollten sich Änderungen im Wirtswahlverhalten bei der Nahrungsaufnahme von Blattläusen durch die saisonbedingten Stoffwechselschwankungen der Pflanzen ergeben. Um diese Veränderungen im Verhalten der Aphiden zu erfassen, war es notwendig, die Verhaltensbeobachtungen im Verlauf der Vegetationsperiode mehrfach zu wiederholen. Die Methode der Wahl zur Untersuchung quantitativer Unterschiede im Verhalten bei der Nahrungsaufnahme von Aphiden ist der Electrical Penetration Graph (EPG) (McLean & Kinsey 1964; Spiller 1988; Prado & Tjallingii 1994; Calatayud & al. 2001; 1978, 1988, 2006). In der vorliegenden Studie wurde diese Methode mit gleichzeitigen HPLC - Analysen der Bittersäurezusammensetzung des Gewebes relevanter Organe (Blätter und Zapfen) von Hopfen im Verlauf der Vegetationsperiode kombiniert.
Thysanopteren wehren sich gegen Prädatoren und Parasiten, indem sie einen Analtropfen mit einem Wehrsekret produzieren. Dieser Tropfen wird in einigen Fällen hoch gehalten, meist jedoch auf den Angreifer aufgetupft (Lewis 1973). Über die Wehrsekrete von Thripsen der Unterordnung Terebrantia ist bisher wenig bekannt. Von der einzigen chemisch genauer untersuchten Art Frankliniella occidentalis weiß man, dass deren Larven hauptsächlich mit einem Gemisch aus Decyl- und Dodecylacetat arbeiten (Teerling & al. 1993a, MacDonald & al. 2003). Diese Substanzen sind nur in beschränktem Umfange als Allomon wirksam. Hauptsächlich wirken sie als Alarmpheromon (Bakker & Sabelis 1987, 1989), indem sie die Aufmerksamkeit der Larven erhöhen. Nachteilig ist die relativ hohe Flüchtigkeit dieser Acetate. Sie können dadurch zusätzlich als Kairomon wirken und Prädatoren anlocken (Teerling & al. 1993b). Ein weiteres Problem ist, dass solche Acetate schnell verdunsten und nur für kurze Zeit auf der Oberfläche der Sinnesorgane potenzieller Angreifer verbleiben. Nicht untersucht ist, ob sie eventuell durch Umesterung, durch Freisetzung von Essigsäure oder durch andere Mechanismen schädigend wirken. Denkbar wäre hier auch eine ungünstige Beeinflussung der Epicuticula der Sensillen oder der im Sensilleninneren enthaltenen Pheromon-Bindungsproteine. Bei den Vertretern der Unterordnung Tubulifera wird die Handhabung des Wehrsekrettropfens besonders unterstützt durch einen Tubus, der in Extremfällen (beispielsweise bei Leeuwenia gladiatrix) fast die Hälfte der Körperlänge ausmachen kann. Mit diesem Tubus kann der Wehrsekrettropfen sehr geschickt über den Kopf hinweg gerichtet, auf sichere Entfernung, appliziert werden. Eigene Beobachtungen und die anderer Autoren (beispielsweise Howard & al. 1987) zeigen, dass bei allen bisher untersuchten Tubulifera der Sekrettropfen, wenn er nicht genutzt wurde, sorgfältig wieder „eingezogen“ wird.
Das Wirtswahlverhalten von Blattläusen wird neben primären Nahrungskomponenten auch durch sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe gesteuert (Klingauf & al. 1978; Singh 1980; Powell & al. 1999; Campo & al. 2003). Häufig entziehen sich diese jedoch einer gezielten Untersuchung ihrer Wirkung auf die Aphiden, da sie als Substanzgemisch vorliegen. Beziehungen zwischen Substanzkonzentration und Verhaltensmustern aus Electrical Penetration Graphs (EPG) sind nur mit mäßigem Erfolg über statistische Verfahren darzustellen. Eine Versuchsanordnung zur gezielten Prüfung verhaltensbeeinflussender Substanzen mittels EPG wäre in diesem Falle hilfreich. Ein geeignetes einfaches Testsystem müsste mindestens folgende Komponenten beinhalten: – eine von den Aphiden akzeptierte Oberfläche, welche die Kutikula / Epidermis eines natürlichen Systems nachbildet – diese Oberfläche sollte evtl. durch den Versuchsansteller manipulierbar sein – eine dem Parenchym entsprechende Schicht, in welche die Testsubstanzen einzubringen wären – eine flüssige Phase, die dem Phloem entspricht und ebenfalls in ihrer Zusammensetzung variiert werden kann.
Cantharidin, which is mainly found in blister beetles (Coleoptera: Meloidae), is one of the most intensively studied natural products of insect (Dettner, 1997; McCormick & Carrel, 1987). The involvement of cantharidin in courtship behaviour has been already confirmed for certain canthariphilous insects (Eisner & al. 1996a,b; Frenzel & Dettner 1994; Frenzel & al. 1992; Schütz & Dettner, 1992; Hemp & al. 1999). The function and intrinsinc role of cantharidin in the courtship behaviour of Meloids has been never fully established. McCormick & Carrel (1987) only suggested that cantharidin might be used by female meloids when selecting a mate at close range. Pinto (1974, 1975) was, in fact, the first to consider male cuticular pores as being involved in the courtship behaviour of species from the genus Linsleya and Tegrodera (Meloidae). Based on morphology and chemical analyses of Cyaneolytta sp. (Coleoptera: Meloidae), we have hereby provided some further evidences that cantharidin may act as an infochemical in courtship behaviour of meloid beetles.
Sexual deception of male bees is one of the most remarkable mechanisms of pollination (Ackermann 1986, Proctor & al. 1996). Flowers of the orchid genus Ophrys mimic females of their pollinator species, usually bees and wasps, to attract males, which try to copulate with the flowers. During this so-called “pseudocopulation” the male removes the pollinia and transfers them to another flower to ensure pollination. Apart from visual and tactile cues, floral scent was shown to be most important for eliciting mating behaviour in males (Kullenberg 1961, Schiestl & al. 1999, Ayasse & al. 2003). Pollination in Ophrys is highly specific and usually each Ophrys species attracts only one pollinator species (Paulus & Gack 1990). The high degree of specialization provides the means of reproductive isolation between the intercrossable Ophrys-species (Ehrendorfer 1980). The complex odour-bouquets released by the flowers are species-specific and often consist of more than 100 different chemical compounds (Borg-Karlson & al. 1985, Ayasse 2006). Speciation in Ophrys-orchids may be brought about by changes in the pollinator attracting floral scent. The attraction of a new pollinator may act as a pre-zygotic isolation barrier (Stebbins 1970, Paulus & Gack 1990, Soliva & al. 2001). We investigated three sympatrically occuring Ophrys-species on Sardinia. O. chestermanii and O. normanii are endemic and are both pollinated by males of the bumblebee B. vestalis. O. tenthredinifera is pollinated by Eucera nigrilabris. There are different opinions concerning the taxonomic status of O. normanii. It has been described as an actual hybrid between O. chestermanii and O. tenthredinifera (Wood 1983). Paulus & Gack (1995) suggested that it is an own species, that either has developed from a hybrid between O. chestermanii and O. normanii or that has evolved by radiation from O. tenthredinifera. By conducting behavioural-tests with B. vestalis males, performing gas chromatographic analyses and electrophysiological studies we wanted to identify pollinator attracting scent and to clarify the taxonomic status of O. normanii.
The orchid genus Epipactis is represented by 25 species in Europe (Richards 1982). Epipactis helleborine (L.) Crantz is the most common and widely distributed species of the genus (Wiefelspütz 1970), and is a prime example for wasp-flowers, because it is mainly pollinated by social wasps (Hymenoptera: Vespidae), like Vespula vulgaris and V. germanica (Müller 1873). Darwin (1888) already noticed that E. helleborine is almost exclusively ignored by bees and bumblebees, an observation that was confirmed in recent investigations (Keppert 2001). The flowers of E. helleborine show morphological, physiological and phenological adaptations to the visit and the pollination by Vespidae (Keppert 2001). They possess a reddish-brown or dirty purple coloration of the inflorescence (Keppert 2001), have relatively small, mostly bulbous blossoms with a broad entrance and bulbous widened, nectar-rich juice holders (Müller 1873, 1881; Schremmer 1962). Although there is much reported about wasp-pollinated flowers there is little known about the signals that are responsible for the attraction of wasps. Wiefelspütz (1970) proclaimed the statement that only the visual stimulus is responsible for the wasp attraction. Recently studies, however, assumed that odour is involved in the wasp attraction (Keppert 2001). Hölzler (2003) showed that the main attraction of the wasp-flower Epipactis for pollinators is its olfactory stimulus. It remains an unanswered question why E. helleborine flowers almost exclusively attracts social wasps, as opposed to bees and bumblebees. In this study we analysed the role of floral volatiles which are responsible for the specific attraction of social wasps. We supposed a mimicry-system in E. helleborine for the specific attraction of pollinators for the following reasons. So-called “green leaf volatiles” (GLVs) are emitted by plants while herbivorous insects, for example caterpillars, feed on them. GLVs thereby attract predators or parasitoids of the herbivorous insects (Dicke & Sabelis 1988; Turlings & al. 1990, 1995; Dicke & Vet 1999). Among the GLVs so far identified in former studies there are aldehydes, compounds that were also found in flower extracts of E. helleborine (Hölzler 2003). Therefore, we postulated that E. helleborine flowers produce GLVs in order to attract prey hunting social wasps for pollination. We performed bioassays and analysed flower odour gained to headspace-sampling using gas chromatography (GC), mass spectrometry (GC-MS) and gas chromatography coupled with electrophysiological analysis (GC-EAD) to investigate the hypothesis that E. helleborine flowers mimic “green leaf volatiles” (GLVs) to attract their pollinators.
Die Glucosinolate (GS) sind charakteristische sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe, vorkommend in der Gruppe der Brassicaceae und anderen Familien der Ordnung Brassicales (Halkier & Gershenzon 2006). Bisher sind mehr als 120 verschiedene GS beschrieben, welche eine gemeinsame Grundstruktur mit variablem Seitenkettenrest kennzeichnet (Fahey et al. 2001). Je nach chemischer Natur der Seitenkette werden die GS in aliphatische, aromatische und Indolyl-GS unterteilt. Alle GS-enthaltenden Pflanzen besitzen zusätzlich räumlich getrennt von den GS hydrolysierende Enzyme, so genannte Myrosinasen. Erst nach Zellbeschädigung kommen die beiden Komponenten in Kontakt zueinander und weitere biologisch aktive Verbindungen wie z. B. Isothiocyanate und Nitrile werden freigesetzt (Rask et al. 2000). Das GS-Myrosinase-System ist ein effektives Abwehrsystem insbesondere gegenüber generalistischen Insekten, Pathogenen und Bakterien, allerdings dienen vielen spezialisierten Insekten diese Stoffe zur Wirtspflanzenfindung und -akzeptanz (Renwick 2002, Halkier & Gershenzon 2006). Die Modellpflanze Arabidopsis thaliana L. enthält als Vertreter der Brassicaceae GS als Fraßabwehrstoffe. In A. thaliana als auch in Brassica ist das aliphatische GS-Muster sehr variabel, wohingegen die Indolyl-GS weit verbreitet sind (Kliebenstein 2001, Li & Quiros 2002). Allerdings fehlen Studien zur Funktion dieser GS-Klassen innerhalb der Pflanzenresistenz gegenüber Phytophagenfraß. Deshalb wurden zwei A. thaliana -Mutanten mit verändertem aliphatischen bzw. Indolyl-GS-Profil im Vergleich zu Columbia WT auf die Wirtspflanzeneignung für drei verschieden spezialisierte Lepidoptera-Arten getestet.