500 Naturwissenschaften und Mathematik
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"Wellenformen" : die Leistung mathematischer Modellbildung für Akustik, Physiologie und Musiktheorie
(2016)
Im Jahr 1857 hält Hermann von Helmholtz einen Vortrag 'Ueber die physiologischen Ursachen der musikalischen Harmonien', in dem er erstmals Ergebnisse seiner akustischen und hörphysiologischen Forschungen einer akademischen Öffentlichkeit vorstellt. Dabei bilden die Untersuchungen und Experimente, die Helmholtz im Rahmen seiner Tätigkeit als Professor für Anatomie und Physiologie an der Universität Bonn durchgeführt hat, Grundlage und Ausgangspunkt einer umfassenden Neukonstitution von Wissenszusammenhängen, in deren Zuge ältere Wissensbestände arrondiert, im Lichte neuer Erkenntnisse bewertet, erweitert, neu gefasst und in ausgearbeiteter Form sechs Jahre später unter dem Titel 'Die Lehre von den Tonempfindungen' veröffentlicht werden. In den einleitenden Worten seines Vortrages aus dem Jahr 1857 verweist Helmholtz in diesem Kontext auf einen Aspekt, der ihm offenkundig von großer Signifikanz zu sein scheint:
"Es hat mich immer als ein wunderbares und besonders interessantes Geheimnis angezogen, dass gerade in der Lehre von den Tönen, in den physikalischen und technischen Fundamenten der Musik, die unter allen Künsten in ihrer Wirkung auf das Gemüth als die stoffloseste, flüchtigste und zarteste Urheberin unberechenbarer und unbeschreiblicher Stimmungen erscheint, die Wissenschaft des reinsten und consequentesten Denkens, die Mathematik, sich so fruchtbar erwies."
Bemerkenswert an dieser Aussage ist nicht, dass Musik und Mathematik in eine enge Beziehung zueinander gesetzt werden - hier kann Helmholtz auf eine über zweitausendjährige Tradition der wechselseitigen Elaboration beider Bereiche verweisen -, sondern dass Darlegungen, die auf die systematische Durchdringung der Zusammenhänge zwischen akustischen, physiologischen, psychischen, musiktheoretischen und ästhetischen Phänomenbereichen zielen, ihren Ausgangspunkt in der Mathematik nehmen. Diesen Leistungen, die mathematisches Denken für die Untersuchung und Explikation dieser Zusammenhänge erbringt, möchte der folgende Beitrag nachgehen. Es wird sich zeigen, dass eine spezifische mathematische Operation für das Verständnis von akustischen und physiologischen Prozessen modellbildend wirkt und über verschiedene Applikationswege hinweg neue Impulse der Systematisierung von Wissensbeständen setzt.
In den ersten Statuten heißt es in Paragraph 1: "Zweck des Vereins ist Förderung und Verbreitung der Kenntniss der Natur, ihrer Erzeugnisse und der Benutzung derselben, mit besonderer Berücksichtigung des Fürstenthums Osnabrück." Mittel dazu sind laut Paragraph 2: "a) Eine naturhistorische Sammlung und Bibliothek. b) Regelmäßige Zusammenkünfte zu Vorträgen und Besprechungen." Mit dieser Zielsetzung fanden sich vor hundert Jahren an der Natur Interessierte aus Osnabrück und Umgebung zusammen. Zunächst entstand eine "Botanische Gesellschaft", die sich wenige Monate später, am 1. Oktober 1870, zum NaturwissenschaftIichen Verein zu 0snabrück erweiterte. Im vorliegenden Beitrag werden Museum, Veröffentlichungen, Bibliothek, Veranstaltungsprogramm und Arbeitsgemeinschaften dargestellt; eine Liste der bisherigen Vorsitzenden des Naturwissenschaftlichen Vereins beschließt den Beitrag.
Anlässlich des Jubiläums des Naturwissenschaftlichen Vereins Osnabrück und des heutigen Museums am Schölerberg werden deren Geschichte und Aufgaben dargestellt; es werden bedeutende Wissenschaftler, die hier tätig waren, kurz besprochen sowie die heutigen Arbeitsgemeinschaften des Vereins vorgestellt.
The experiments presented in my thesis were performed to resolve the following major questions: i. Initial experiments are based on the systematic characterization of the C-terminal domains of all 21 HSFs of Arabidopsis with respect to their transactivation potential as well as intracellular localization. This led to the identification of a signature motif for class A HSFs, that consists of an AHA motif (essential for activator potential), and a C-treminal NES (nuclear export signal). With this signature motif, we could identify homologues sequences of more than 90 HSFs in various plant species. ii. Analysis of developmental expression profiles of HSFs using AtGenExpress microarray data led to the identification of the unique expression of HsfA9 during late seed developmental stages. This was the starting point for the investigation of the regulation of HsfA9 as well as its function during seed development. iii. The seed specific transcription factor ABI3 was identified to be responsible for the regulation of HsfA9 by using knock out mutant lines and ectopically expressing transgenic lines for ABI3 gene. Furthermore, the importance of a RY/Sph motif, as binding site for ABI3 on HsfA9 promoter has been analyzed with transient GUS reporter assays. In addition, contribution of component(s) of ABA (abscisic acid) signaling cascade as a functional interacting partner of ABI3 on HsfA9 promoter has been shown and discussed. iv. The essential role of HsfA9 as master regulator for the expression of seed specific members of of HSP encoding genes and GolS1 was shown by analyzing transgenic plants ectopically expressing HsfA9 as well as, by carrying out transient GUS reporter assays. Correlating with this, transgenic plants with ectopic expression of HsfA9 showed a thermotolerent phenotype. Furthermore, a model where HsfA9 plays a key function for the regulation of seed expressed genes which might involved in providing dessication tolerance during seed maturation has been proposed.
An empirical study of the per capita yield of science Nobel prizes : is the US era coming to an end?
(2018)
We point out that the Nobel prize production of the USA, the UK, Germany and France has been in numbers that are large enough to allow for a reliable analysis of the long-term historical developments. Nobel prizes are often split, such that up to three awardees receive a corresponding fractional prize. The historical trends for the fractional number of Nobelists per population are surprisingly robust, indicating in particular that the maximum Nobel productivity peaked in the 1970s for the USA and around 1900 for both France and Germany. The yearly success rates of these three countries are to date of the order of 0.2–0.3 physics, chemistry and medicine laureates per 100 million inhabitants, with the US value being a factor of 2.4 down from the maximum attained in the 1970s. The UK in contrast managed to retain during most of the last century a rate of 0.9–1.0 science Nobel prizes per year and per 100 million inhabitants. For the USA, one finds that the entire history of science Noble prizes is described on a per capita basis to an astonishing accuracy by a single large productivity boost decaying at a continuously accelerating rate since its peak in 1972.
Helicobacter pylori (H. pylori) ist ein spiralförmiges, gram-negatives und mikroaerophiles humanpathogen. Seit seiner ersten Isolierung 1983 gilt H. pylori als eine der häufigsten Ursachen für entzündliche Prozesse des gastrointestinalen Traktes (u.a. chronische, sowie atrophische Gastritis und Ulzera). Darüber hinaus kann es gastrale Adenokarzinome und Lymphome des MALT (mucosa-associated lymphoid tissue)-Systems induzieren. Einige H. pylori-Stämme besitzen eine Gruppe von ungefähr 30 Genen, die als cag-Pathogenitätsinsel (cagPAI) bekannt ist. Diese Stämme sind häufig mit Magenschleimhautentzündungen, Geschwürbildung und einem erhöhtem Risiko von Magenkrebs verbunden. Die Gene der cagPAI kodieren für ein Typ IV-Sekretionssystem (T4SS), das Protein- Effektor-Moleküle in die Wirtszelle transloziert. In dieser cagPAI befindet sich ebenfalls das Gen für den Pathogenitätsfaktor CagA (cytotoxin associated gene A). Dieses Protein ist, neben Peptidoglykan, eines der beiden bisher bekannten Moleküle, die vom T4SS transportiert werden. In der Zielzelle wird CagA von Kinasen der Src-Familie an den Tyrosinen in den EPIYA-Sequenz-Wiederholungen phosphoryliert und induziert über einen wenig verstandenen Signalweg eine starke Elongierung und Migration der infizierten Epithelzellen. In diesem Zusammenhang wurde der Einfluss von c-Abl auf die zellulären Prozesse während einer Infektion mit H. pylori untersucht. Die erarbeiteten Daten zeigen deutlich, dass c-Abl ein wichtiges Zielmolekül in der H. pylori-induzierten Zellmigration ist. Durch den Einsatz von spezifischen Inhibitoren der c-Abl-Kinase konnte die Zellelongierung signifikant reduziert werden. Nach Transfektion eines shRNA-Vektors in eine humane Adenokarzinom- Zelllinie wurde eine stabile c-Abl-„Knockdown“-Zelllinie hergestellt. Infektion dieser Abl- AGS-Zellen mit H. pylori induzierte ebenfalls nicht mehr die Zellelongierung. Da wie erwartet die Blockierung der Src-Kinasen ebenfalls den H. pylori-vermittelten Phänotyp inhibierte, sollte in weiteren Experimenten geklärt werden, ob c-Abl- und Src- Kinasen ähnliche Mechanismen aktivieren, die zur Zellmotilität beitragen. Es konnte gezeigt werden, dass Src-Kinasen bereits nach 10-30 min nach der Infektion aktiviert und sehr früh nach 45-60 Minuten wieder inaktiviert wurden. In in-vitro Kinase-Experimenten konnte darüber hinaus beobachtet werden, dass c-Abl dagegen erst nach 60-90 min aktiviert wurde und anschließend über einen längeren Zeitraum aktiviert blieb. Diese unterschiedlichen Kinetiken deuten darauf hin, dass beide Kinasen in der H. pylori-Infektion differentiell reguliert werden und unterschiedliche Funktionen übernehmen. Es wurde bereits publiziert, dass Src-Kinasen CagA direkt in den EPIYA-Motiven phosphorylieren. In dieser Arbeit konnte mittels Ko-Immunpräzipitationen gezeigt werden, dass zwischen c-Abl und CagA eine stabile physikalische Interaktion induziert wird. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass c- Abl CagA direkt phosphoryliert und diese c-Abl-vermittelte Phosphorylierung ein wichtiger Schritt in der H. pylori-induzierten Zellmotilität spielt. Zusammengefasst kann ein Model aufgestellt werden, dass c-Abl die CagA Phosphorylierung über einen langen Zeitraum aufrechterhält und somit die frühe Inaktivierung von Src ersetzt. Die Aktivität von Proteinkinasen wird häufig über Tyrosinphosphorylierungen reguliert. Im Gegensatz zu Src wurden die in der Literatur schon für c-Abl beschriebenen Phosphorylierungsstellen Tyrosin 245 und 412 während einer H. pylori-Infektion nicht phosphoryliert. Eine Phosphorylierung von Tyrosin 245 ließ sich nur durch Stimulation der Zellen mit Natrium-Vanadat und H2O2 erzielen. Interessanterweise korrelierte die c-Abl Aktivität aber mit einer H. pylori-induzierten Zunahme der c-Abl-Proteinmenge. Da die mRNA-Menge nicht variierte, handelte es sich vermutlich um eine Stabilisierung von c-Abl im Komplex mit CagA. Anstelle der Tyrosin-Phosphorylierung konnte die Phosphorylierung von Threonin 735 während einer H. pylori-Infektion nachgewiesen werden. Die bisher nur in geringer Anzahl vorliegenden Veröffentlichungen beschreiben, dass die Phosphorylierung von Threonin 735 eine Rolle in der zellulären Lokalisierung der Kinase spielen könnte. Mit Hilfe von konfokaler Mikroskopie und subzellulärer Fraktionierung, konnte nach H. pylori- Infektion eine Translokation von c-Abl von der typischen zytosolischen Verteilung in die Fokalkomplexe nachgewiesen werden. Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit war erste Anhaltspunkte zur Identifizierung der bis heute völlig unbekannten Kinase zu finden, die für die Phosphorylierung von c-Abl an diesem Lokus verantwortlich ist. Bemerkenswert dabei ist, dass diese Phosphorylierung unabhängig von CagA ist, aber trotzdem ein funktionierendes T4SS voraussetzt. Dies konnte durch den Einsatz von Mutationen im T4SS von H. pylori nachgewiesen werden. Dieser Befund deutet darauf hin, dass weitere Faktoren von H. pylori existieren, die über das T4SS in die Zielzellen injiziert werden und an der Regulierung von c-Abl beteiligt sind.
Angeregt durch die sehr vielfältige Landschaft um Osnabrück haben Heimatkundler und Naturwissenschaftler in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts begonnen, diese Region zu erforschen. Eine Ausnahme bildeten die Anregungen von Justus Möser (1750), eine "agronomisch-geologische Karte" anzufertigen und sein 1780 publizierter Vorschlag, die "natürliche Beschaffenheit des Landes" zu beschreiben; sie wurden aber von den "Osnabrückern" noch nicht verstanden. Die Arbeitsgebiete waren zunächst Erdgeschichte und Florenkunde. Dann, insbesondere nach der Gründung des Naturwissenschaftlichen Vereins Osnabrück am 1. Oktober 1870, kamen bald zur Geologie, Mineralogie und Botanik die folgenden Bereiche: Ornithologie und Entomologie, Meteorologie und Klimatologie, Natur- und Landschaftsschutz sowie später Hydrologie, Astronomie und Bodenkunde. In den Jahrbüchern des Naturwissenschaftlichen Vereins Osnabrück wurden seit 1872 in 48 Bänden zahlreiche Forschungsergebnisse veröffentlicht. Dies ist das Verdienst der Personen, die bei Gründung des Vereins in den Statuten die Aufgabe der regelmäßigen Veröffentlichung von Untersuchungsergebnissen zur "Förderung und Verbreitung der Kenntnis der Natur" beschlossen. Die Beiträge des Zeitraumes von 1872 bis heute zeigen ein strukturreiches Landschaftsbild vom Osnabrücker Raum. Zum oben angesprochenen Ziel der Förderung der Kenntnisse der Natur legten die Mitglieder mit ihren geologischen, botanischen und zoologischen Sammlungen eine wichtige Grundlage für ein umfangreiches und wertvolles Archiv, das die Voraussetzung für ein öffentliches Museum bot.
Im Nachstehenden gestatte ich mir die Ergebnisse der hygienisch-chemischen Untersuchung betreffend die Reinheit und Güte der Klassenluft und die Wirkung der Heizungsanlagen in der städt. höheren Töchterschule, in der Katharinen-Bürgerschule und in der Altstädter Volksschule, in leicht übersichtlicher Zusammenstellung mitzuteilen, denselben aber zunächst einige Mitteilungen und Erklärungen über die Anordnung der Prüfungen und die dabei in Anwendung gebrachten Methoden voranzuschicken.