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Analysis of alkali-inducible genes of Bacillus subtilis
(2003)
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Akram Atalla
- Using the DNA macroarray technique, it could be shown that more than 80 genes induced after alkali shock (Wiegert et al., 2001). While most of them are under the control of the alternative sigma factor (sigmaW), the remaining genes are under the control of one or more unknown regulator(s). By their signature, two of them kipR and yvdT code for regulatory proteins, while pspA, member of the sigmaW regulon, encodes another potential regulator. In this doctoral work, the genes kipR, yvd and pspA were analyzed. The kipR and yvdT genes code for a transcriptional regulator of the IcIR and TetR/AcrR family while the pspA encode a transcriptional anti-activator in E. coli . In Northern blot analyses, it could be shown that all three genes are induced after alkali shock. The transcription start points of the kipR and yvdT genes were identified by primer extension experiments, and it appeared that the transcription is dependent on a vegetative sigma A-like promoter. To identify genes which are under the negative control of the transcriptional anti-activator PspA, a DNA macroarray experiment was carried out. It turned out that several genes are repressed by a factor of at least three under conditions of PspA overproduction. By using the Far-western blot technique, a protein which might interact with the PspA protein was identified. This protein has a molecular weight approximately 50 kDa. In addition, expression of the pst operon ( pst stay for phosphate-specific transport) was analyzed which is induced after phosphate starvation and after alkaline shock. The genes of this operon are involved in the phosphate transport into the cytoplasma. By Northern-blot experiments, it could be shown that all genes of this operon are alkali-inducible. When the transcriptional start point was determined by primer extension, it turned out to be identical to the one determined under phosphate limitation. This transcription start point is preceded by a typical sigmaA-type promoter. Furthermore, alkali-induction is dependent on the PhoP-PhoR two-component signal transduction system. Phosphate-uptake experiments revealed that the uptake of inorganic phosphate was completely abolished after increasing the external pH value.
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Diversität von Geometriden (Lepidoptera) und Gefäßpflanzen entlang von Habitatgradienten am Südwest-Kilimanjaro
(2003)
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Jan C. Axmacher
- Auf 63 Untersuchungsflächen am Südwesthang des Kilimanjaro wurden Zusammenhänge zwischen der Geometriden-Diversität und floristischer Diversität, Vegetationsstruktur und abiotischen Faktoren untersucht. Besonderes Interesse galt der Bergwaldregeneration, die auf 16 Flächen zwischen 2000 und 2350 m Höhe untersucht wurde. Entlang eines Höhentransektes, das sich vom unteren Kulturland bei 1200 m durch die Bergregenwaldstufe bis in die Ericaceenstufe in Höhen von 3700 m erstreckte, wurde die Änderung der Lebensgemeinschaften in Abhängigkeit von Höhenlage und Nutzungsintensität erfasst. Der Fang der Geometriden erfolgte an Leuchttürmen zwischen 19 und 22 Uhr, im zentralen Untersuchungsgebiet auch mit sieben automatischen Lichtfallen. Zum Anlocken der Falter wurden 15 W- Schwarzlichtröhren verwendet. Um die Leuchttürme herum wurden 400 m2 große Untersuchungsflächen ausgewiesen, auf denen alle Gefäßpflanzen nach Schichten getrennt erfasst und die Vegetationsstruktur aufgenommen wurde. Im zentralen Untersuchungsgebiet wurden an Leuchttürmen in 59 Fängen 118 Morphospezies und 2603 Falter aus der Familie Geometridae gefangen, mit den weniger effektiven Lichtfallen in 203 Fängen 77 Morphospezies und 662 Individuen. Die auf den zentralen Untersuchungsflächen aufgenommenen höheren Pflanzen verteilten sich auf 44 Familien und 98 Morphospezies. Die Artenzusammensetzung der Geometridenzönosen wie auch der Gefäßpflanzen änderte sich im Regenerationsverlauf. Die Artenzahl der Gefäßpflanzen nahm auf den Flächen insgesamt, in Baum-, Strauch- und Krautschicht, der Gruppe der Epiphyten und in den artenreichsten Pflanzenfamilien im Regenerationsverlauf von großen Lichtungen über junge und alte Sekundärwälder zu naturnahen Wäldern zu. Die Diversität der Geometridenzönosen, gemessen mit Fishers Alpha und Hurlbert Rarefaction, sowie die mit Chao 1 extrapolierte Gesamtartenzahl nahm dagegen ab. Die Werte von Fishers Alpha lagen bei sehr niedrigen Werten zwischen 3,4 und 17,8. Die Vegetationsstruktur korrelierte nur schwach mit der Zusammensetzung der Geometridenzönosen. Die Deckung der Moosschicht, ein Indikator für feuchte Verhältnisse, zeigte dabei die stärkste Korrelation. Im Höhentransekt wurden auf den Offenland-, Agroforst- und Waldflächen mit 212 Leuchtturmfängen insgesamt 304 Morphospezies und 8468 Einzeltiere aus der Familie der Geometridae gefangen. Wie im zentralen Untersuchungsgebiet war Mimoclystia corticearia (Larentiinae) die häufigste Art, gefolgt von Darisodes oritropha (Ennominae). Häufig waren auch Chiasmia fuscataria (Ennominae) aufgrund eines Massenvorkommens am unteren Waldrand sowie Chloroclystis derasata (Larentiinae). Bei den auf 51 Untersuchungsflächen durchgeführten Vegetationsaufnahmen wurden 451 Gefäßpflanzenarten aus 116 Familien erfasst. Die Gesamtartenzahlen der Gefäßpflanzen auf den Flächen schwankte zwischen 5 und 53. Sie zeigte auf den Wald- und Offenlandflächen keine Korrelation mit der Höhe, während sie auf den Agroforstflächen mit steigender Höhe signifikant zunahm, was auf die extensivere Nutzung höher gelegener Standorte zurückzuführen ist. Die Artenzahlen vaskulärer Epiphyten, der Aspleniaceen und Rubiaceen waren in mittleren Höhen zwischen 2200 und 2400 m am höchsten, während die Diversität der Baum- und Strauchschicht und der Leguminosen maximale Werte auf den unteren Flächen erreichte. Auch die Diversität der Geometriden war auf den unteren Flächen mit Fishers Alpha-Werten von maximal 40,2 am höchsten. Sie fiel im Transekt auf den Offenlandflächen gleichmäßig ab, während auf den Waldflächen im Bereich zwischen 1800 und 3100 m abgesehen von dem Bereich des zentralen Untersuchungsgebietes die Diversität bei Werten zwischen 8,3 und 12,5 annähernd konstant blieb. Die Analyse der Beta-Diversität und der Gesamtdiversität einzelner Höhenbereiche zeigte, das die Geometridenzönosen zwischen 2000 und 3000 m sehr homogen sind. Die Höhenlage erwies sich als „Master“-Variable, die einen starken Einfluss auf die Vegetationszusammensetzung wie auch die Zusammensetzung und Diversität der Geometridenzönosen hatte. In Bezug auf Geometriden sind insbesondere die feuchten Bergregenwälder am Kilimanjaro wenig divers. Dies kann auf die Insellage des Vulkans inmitten trockener Savannen, sein geringes Alter und die insgesamt arme afrikanische Lepidopterenfauna zurückgeführt werden. Neben dem Schutz der Bergregenwälder, der für die Aufrechterhaltung der Phytodiversität des Kilimanjaro wie auch für die Sicherung der Wasserversorgung Nordtansanias unerlässlich erscheint, sollte auch die traditionelle Agroforstwirtschaft erhalten bleiben, da sie eine hohe Diversität sowohl an Geometriden als auch an Pflanzenarten gewährleistet.
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Alterung und Seneszenz des Phloems und des Blattes von Ricinus communis L.
(2003)
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Udo Jongebloed
- Die Seneszenz beinhaltet den letzten Abschnitt im Leben eines Blattes und umfasst die Entwicklung vom voll entfalteten Blatt bis zu seinem Tod. Das Schicksal der Siebröhren ist untrennbar mit jenem des Blattes verbunden. Zum einen drückt es in seinen Inhaltsstoffen den metabolischen Status des Blattes aus und zum anderen ist seine Funktionsfähigkeit eine Voraussetzung, um die Aufrechterhaltung bestimmter physiologischer Leistungen im Blatt zu garantieren. In dieser Arbeit wurde das Seneszenzgeschehen in Rizinusblättern charakterisiert und der Inhalt der Siebröhren analysiert. Ein Seneszenzcharakteristikum ist der Chlorophyllabbau und die damit verbundene Reduktion der photosynthetischen Kapazität des Blattes. Nach der vollständigen Expansion des Blattes sank die Nettophotosyntheserate in Rizinusblättern altersabhängig ab. Auch der Kohlenstoffgehalt des Blattgewebes nahm leicht ab, während die Kohlenhydratgehalte im Blattgewebe anstiegen. Der Stickstoffgehalt und alle gemessenen Stickstoffverbindungen nahmen mit zunehmendem Alter im Blattgewebe ab. Ursache könnte eine geringere Stickstoffassimilation des ausgewachsenen Blattes sein. Die Aktivität der Nitratreduktase deutet auf eine geringere Nitratassimilation im alten Blatt hin. Auch die Aktivität der Glutaminsynthetase sank mit steigendem Blattalter. Die niedrige Aktivität war auf den Verlust der chloroplastidären GS2 zurückzuführen, während das GS1-Protein erst im seneszenten Blatt eine verstärkte Aktivität zeigte. Die vermutliche Aufgabe der GS1 ist die Bereitstellung von Glutamin als wichtigste Verbindung für den Stickstoffexport aus dem alternden Blatt. Trotz dieser erhöhten GS1-Aktivität sank der Glutamingehalt im Siebröhrenexsudat mit dem Alter beträchtlich und schloss sich mit diesem Trend den sinkenden Aminosäuregehalten im Blatt an. Neben dem Kohlenstoff- und dem Stickstoffmetabolismus wurden die Schwefel-, Magnesium- und Kalzium gemessen. Diese Elemente häuften sich im Blattgewebe an. Für Kalium und Phosphor konnte keine solche Akkumulation gezeigt werden. Ihre Gehalte waren im ausgewachsenen Blatt hoch und sanken asymptotisch auf einen bestimmten Wert ab. Besonders der Stickstoffgehalt im Blattgewebe weist auf ein funktionstüchtiges Phloem im seneszenten Blatt hin. Aber auch die Elemente Kalium und Phosphor müssten mit dem Alter im ausgewachsenen Blatt akkumulieren, wenn das Phloem blockiert wäre. Selbst der Kohlenstoffgehalt des Blattes sank in den Versuchspflanzen trotz der akkumulierenden Kohlenhydratgehalte mit zunehmendem Blattalter ab. Obwohl die Anzahl der funktionstüchtig erscheinenden Siebröhren in der Mittelrippe mit dem Alter abnahm, ist also davon auszugehen, dass das letzte grüne Gewebe des Blattes, das Phloem, auch in seneszenten Blättern noch funktioniert. Im Siebröhrenexsudat sanken die Konzentrationen der Stickstoffverbindungen (vor allem Aminosäuren und z.T. Proteine) ab. Dies korrelierte mit den sinkenden Stickstoffgehalten im Blattgewebe. Die Saccharosekonzentration des Siebröhrenexsudates blieb mehr oder minder gleich. Saccharose stellt das Haupttransportmolekül des Kohlenstoffs in den Siebröhren dar. Glukose und Fruktose lagen in einer Konzentration von nur ungefähr 1 mM im Siebröhrenexsudat vor. Die Zusammensetzung der Proteine aus Siebröhrenexsudat seneszenter Blätter veränderte sich altersabhängig. Neben Proteinen, die zu jeder Zeit präsent waren, wurden Proteine gefunden, die in ihrer Menge zu- oder abnahmen und solche, die entweder im Siebröhrenexsudat alter Blätter neu auftauchten oder nicht mehr detektierbar waren. Oxidative Prozesse, die für die Seneszenz verantwortlich gemacht werden, scheinen bei der natürlichen Blattseneszenz in Rizinuspflanzen keine herausragende Rolle zu spielen. Zwar lagen in jungen Blättern oxidierte Proteine vor, aber dies änderte sich auch mit steigendem Blattalter nicht. Die Askorbatgehalte der Blätter stiegen leicht an, während die Askorbatkonzentrationen im Siebröhrenexsudat leicht sanken. Alles in allem wurden also keine nennenswerten Veränderungen des oxidativen Zustandes während der Entwicklung zum seneszenten Blatt gefunden. Die Hypothese, dass ein Verlust der Funktionsfähigkeit des Phloems möglicherweise der Auslöser der Blattseneszenz ist, wurde somit nicht als zutreffend erwiesen. Dennoch wurde ein partieller Verlust der Transportkapazität des Phloems durch die Akkumulation von Zuckern im Blattgewebe und der Abnahme funktionstüchtig erscheinender Siebröhren der Mittelrippe nachgewiesen. Eine wechselseitige Beeinflussung von Phloem und Blattgewebe hinsichtlich der Seneszenz, ist somit nicht auszuschließen.
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Diversität von Nachtfaltergemeinschaften entlang eines Höhengradienten in Südecuador (Lepidoptera: Pyraloidea, Arctiidae)
(2003)
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Dirk Suessenbach
- ZUSAMMENFASSUNG Entlang eines Höhengradienten (1040-2670 m ü. NN) wurde in einem Bergregenwald in Südecuador die Diversität der Nachtfalterüberfamilie Pyraloidea und der Familie der Arctiidae erforscht. Das Untersuchungsgebiet lag am Rande des Podocarpus-Nationalparks an der Ostabdachung der Anden, und die Studie war in eine dort lokalisierte interdisziplinäre Forschergruppe integriert. Die Nachtfalterartengemeinschaften wurden während dreier Feldaufenthalte im Frühjahr sowie im Herbst 1999 und Herbst 2000 mittels Lichtfang erfasst. Dies ergab eine Datenbasis von 10.344 Individuen der Pyraloidea verteilt auf 748 Arten und 4.491 Individuen der Arctiidae mit insgesamt 415 Arten. In dieser Dissertation werden diese beiden hochdiversen Herbivorentaxa hinsichtlich folgender Aspekte verglichen: Alpha-Diversität entlang des Höhengradienten, Artenwechsel mit wachsender Höhe, Einfluss abiotischer und biotischer Umweltparameter, die die Ausprägung der Diversitätsmuster erklären können, Änderung der vertikalen Verbreitungsbereiche der Nachtfalter und damit Prüfung von Rapoports Regel und jahreszeitliche Dynamik der Artengemeinschaften. Zur Quantifizierung der Alpha-Diversität der beiden Nachtfaltertaxa kamen, neben der reinen Artenzahl, Fishers Alpha, die "rarifizierte" Artenzahl und Extrapolationsverfahren zum Einsatz. Alle vier Maße ergaben nur gering voneinander abweichende Ergebnisse und zeigten deutlich, dass sich die beiden Taxa in der Veränderung ihrer Diversität mit der Höhe unterschieden. Die Diversität der Pyraloidea nahm mit der Höhe nahezu exponentiell ab. Ab ca. 2000-2200 m ü. NN blieb sie dann auf etwa gleichem Niveau. Die Diversität der Arctiidae veränderte sich im Höhenverlauf nur schwach und sank annähernd linear. Bei der Untersuchung der Beta-Diversität im Stationsgebiet konnten zwei erstaunliche Befunde gemacht werden. Zum einen wurde ein kontinuierlicher, gradueller Artenwechsel entlang der Höhe beobachtet. Es konnten keine distinkten Zonen, wie sie aus der Vegetationsanalyse des Untersuchungsgebietes bekannt sind und damit auch für die herbivoren Insekten zu erwarten waren, klassifiziert werden. Dies wurde mit Hilfe des NESS-Index und der nichtlinearen Multidimensionalen Skalierung als Ordinationsmethode quantifiziert. Zum anderen zeigte sich zwischen den beiden Nachtfalterfamilien eine außergewöhnliche Übereinstimmung im altitudinalen Artenwechsel. Um zu klären, welche Kräfte die unähnlichen Muster in der Alpha-Diversität einerseits und die verblüffend ähnlichen Muster der Nachtfalterfamilien im altitudinalen Artenwechsel andererseits bewirkten, wurden sowohl abiotische wie biotische Parameter in multiplen Regressionsmodellen auf ihren Erklärungswert getestet. Dabei wurden eigene Messungen der Temperatur und des Kronenschlusses und Daten über die Waldstruktur aus einer im selben Gebiet angefertigten Studie verwendet. Daten über die Diversität von Bäumen, Windern und Lianen waren nur für wenige Standorte verfügbar und konnten daher nur in einfachen bzw. Matrixkorrelationen mit den Erhebungen der Nachtfalter in Beziehung gesetzt werden. Die Temperatur war nach dem multiplen Regressionsmodell der einzige signifikante Parameter, der die Änderung der Diversität der Herbivoren mit der Höhe beeinflusste. In den Mustern der Beta-Diversität von Bäumen, Windern und Lianen fanden sich signifikante Übereinstimmungen mit den Matrizen beider Nachtfalterfamilien. Für die Untersuchung der Frage, ob es eine Zunahme der Höhenausdehnung der Verbreitung von Arten (= altitudinale Nischenbreite) mit der Höhe gab, wurden alle Arten ausgewählt, die mit mehr als 50 Individuen nachgewiesen worden waren. Damit sollten Sammelartefakte vermieden werden. Die Auswertungen - quantifiziert mit Hilfe der standardisierten Nischenbreite nach Levins (BA) - ergaben, dass für keines der beiden Nachtfaltertaxa eine Änderung der durchschnittlichen Höhenverbreitung mit zunehmender Meereshöhe zu finden ist. Damit widersprachen auch die Ergebnisse dieser Arbeit der sog. "altitudinalen Rapoport-Regel". Zur Untersuchung der Saisonalität dienten Teildatensätze aus den klimatisch extremsten Phasen im Jahr 1999 aus dem Kerngebiet der Reserva Biologica San Francisco. Ein Artenturnover war vorhanden. Nach genauerer Analyse der Daten konnte aber festgestellt werden, dass die kurze Trockenphase im Jahresverlauf keine ausgeprägte Saisonalität der Nachtfalter des Untersuchungsgebietes bewirkt hat und so die Voraussetzung für die Nutzung von Nachtfalterstichproben aus beliebigen Zeiten für Diversitätsvergleiche wenigstens näherungsweise gegeben war.
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Zweikernige Metallocenkomplexe als Katalysatorvorstufen für die homogene und heterogene alpha-Olefinpolymerisation
(2002)
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Matthias Deppner
- Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese und Charakterisierung von unverbrückten, zweikernigen Metallocenkomplexen und deren optimierter Einsatz in der homogenen und heterogenen, katalytischen Olefinpolymerisation. Es wurde untersucht, wie sich die Polymerisations- und Polymereigenschaften der dinuklearen Katalysatoren von denen vergleichbarer einkerniger Metallocenkomplexe unterscheiden. Insbesondere war die Frage von großem Interesse, ob sich die Polydispersitäten der mit Hilfe der zweikernigen Katalysatoren erhaltenen Polymere durch Veränderungen von Polymerisationsparametern in stärkerem Maße beeinflussen lassen als bei einer Mischung von vergleichbaren einkernigen Katalysatoren. Es wurden 13 symmetrische und 57 asymmetrische, zweikernige Metallocenkomplexe dargestellt, wobei Modifizierungen an der Ligandstruktur, der Brückenlänge, den Substituenten und den Zentralmetallen vorgenommen wurden. Um auf Vergleichsdaten bei der Olefinpolymerisation zurückgreifen zu können, wurden zwei einkernige Komplexe synthetisiert, die sich von der Struktur der zweikernigen Verbindung ableiten. Die Charakterisierung der Komplexe erfolgte mit Hilfe von Multikern NMR Spektroskopie, Elementaranalyse und Massenspektroskopie.
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Der Ansatz der Lernenden Region in der Stadt- und Regionalentwicklung – dargestellt am Beispiel der Übertragung des Stadtmarketinggedankens auf ausgewählte Städte in Transformationsländern
(2002)
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Patricia Schläger-Zirlik
- Ausgangspunkt der Überlegungen ist der Bedeutungsgewinn von ‚Lernen‘ in allen gesellschaftlichen Bereichen. Der Ansatz der Lernenden Region - ein transdisziplinäres Konzept das auf Erkenntnissen der Entwicklungspsychologie, der Soziologie und der Betriebswirtschaftslehre basiert - bringt die Bedeutung dieser Überlegungen für die Regionalentwicklung zum Ausdruck. Der Ansatz der Lernenden Region reiht sich ein in die Modelle endogener Konzepte, wo an Stelle außengesteuerter hierarchischer, subventions- und interventionsgeprägter Programme die regionalen Akteure selbst den Wandel in ihrer Region gestalten. Im Kern setzt dieser Ansatz auf die Förderung von intraregionaler Zusammenarbeit, Vernetzung und Kooperation, um lokalspezifisch problemadäquate Lösungsstrategien zu entwickeln. D.h. es geht darum, die vorhandenen regionalen Potentiale optimal zu nutzen. Die dazu notwendige Stärkung ihrer Handlungskompetenz (personale, soziale, methodische und fachliche Kompetenzen) baut auf der Existenz von Lernprozessen auf. Ziel und Fragestellung dieser Arbeit ist jedoch nicht die Bewertung des Ansatzes der Lernenden Region als regionalpolitisches Instrument, sondern vielmehr die in diesem Ansatz enthaltenen Aspekte des Lernens und die Erarbeitung von Möglichkeiten der Messung bzw. Beobachtung von Lernen im regionalen Kontext. Die vorliegende Untersuchung geht der Frage nach, wie Lernen in sozialen Systemen funktioniert, wie Lernen bzw. Lernprozesse innerhalb (regionaler) Systeme festgestellt und erfasst werden können und welche institutionalen und situationalen Bedingungen ein Lernen im regionalen Kontext beeinflussen. Empirisch untersucht werden diese Fragestellungen anhand der Beobachtung von (Lern-) Prozessen, die im Projekt INTERREG II C (96/C200/07) „Stadtmarketing als innovative Strategie der Stadtentwicklung in Mittel- und Osteuropa“ abgelaufen sind. In dem Forschungsprojekt, das der Lehrstuhl Wirtschaftsgeographie und Regionalplanung der Universität Bayreuth gemeinsam mit den Geographischen Instituten der Universitäten Bratislava / Slowakei, Maribor / Slowenien, Pécs / Ungarn und Plzeñ / Tschechische Republik durchgeführt hat, sollte das Instrument „Stadtmarketing“ in den vier genannten Städten eingeführt werden. Es wird davon ausgegangen, dass die Einführung eines Stadtmarketing in Städten in Transformationsländern auf Lernprozessen basiert. Annahme ist, dass ein ganzheitliches Stadtmarketing bei idealtypischem Verlauf geeignet ist, Lernprozesse in einem System Stadt in Gang zu setzen. Einerseits bedeutet die Einführung eines Stadtmarketing Veränderungen in den organisatorischen Abläufen innerhalb einer Stadt, die erst ‚gelernt‘ werden müssen. Außerdem ist ein Stadtmarketingprozess an sich konzeptionell auf Lernen angelegt und angewiesen; zum dritten erlaubt die parallele Projektdurchführung in fünf Städten mit permanentem Erfahrungsaustausch ein ‚Lernen-von-anderen‘ bzw. Miteinander-Lernen‘ und einen direkten Vergleich der unterschiedlichen Verläufe. Unter Rückgriff auf die Erkenntnisse der Lerntheorie werden drei Ebenen ermittelt, in denen Lernprozesse ablaufen können; die Einführung des Stadtmarketing in den einzelnen Städten wird auf diesen drei Ebenen betrachtet: - auf der Mikro-Ebene, d.h. den direkten Projektteilnehmern im Hinblick auf individuelles Lernen, - auf der Meso-Ebene, d.h. den Arbeitsgruppen im Rahmen eines ganzheitlichen Stadtmarketingprozesses im Hinblick auf kollektives Lernen, - auf der Makro-Ebene, d.h. der Ebene der Stadt, inwieweit es zu einer Vernetzung unterschiedlicher Arbeitsgruppen kommt, und inwieweit der Stadtmarketinggedanke tatsächlich Eingang in die Entscheidungsmechanismen findet. Aus den Erfahrungen im INTERREG-Projekt können jedoch verschiedene Aspekte genutzt werden, bestimmte Erfolgsfaktoren bei der Induzierung von regionalen Lernprozessen in die Überlegungen mit einzubeziehen. Dass die festgestellten Lernprozesse in den empirischen Fallbeispielen durchwegs gering waren, liegt sicher auch darin begründet, dass ein Großteil der im folgenden dargestellten ‚Erfolgsfaktoren‘ für Lernprozesse in den untersuchten Städten nicht oder nur bedingt vorhanden waren. Die Bedeutung dieser Ergebnisse könnte darin bestehen, diese Kriterien als Prüfsteine für die Gestaltung von (regionalen) Lernprozesse in die Überlegungen mit einzubeziehen. In Anbetracht der gegenwärtigen Herausforderungen, vor denen Städte und Regionen im sich verschärfenden Wettbewerb stehen, wird ihrer Lernfähigkeit zukünftig wachsende Bedeutung zukommen.
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Entwicklung und Optimierung einer allgemeinen Strategie zur Synthese von multiantennären N-Glycanen des „bisecting“-Typs
(2002)
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Harald Weiß
- Eine interessante und gleichzeitig schwierig zu synthetisierende Klasse von Oligosacchariden sind die N-Glycane des bisecting-Typs. Bisecting-Verbindungen sind an der beta-Mannose des Core-Trisaccharids neben der 3- und 6-Position auch an der 4-Position glycosyliert. Eine starke gegenseitige sterische Hinderung erschwert die Ein-füh-rung der drei benachbarten glycosidischen Bindungen. Aufbauend auf einem modularen System von Oligosaccharidbausteinen gelingt die Synthese von biantennären N-Glycanen (5), die anschließend in einer späten Phase mit dem bisecting-GlcNAc-Rest versehen werden. Um diese Reaktion zu verbessern, wurden sechs neue Glucosaminylfluoride synthetisiert und sowohl mit Cyclohexanol als auch mit dem Heptasaccharid 5 zur Reaktion gebracht. Es stellte sich heraus, daß der sterische Anspruch und die Reaktivität mit Cyclohexanol nur in geringem Maße Rückschlüsse auf die Eignung der Donoren für eine bisecting-Reaktion zulassen. Ein Hauptproblem bestand in der schwierigen Reinigung der auf diesem Weg dargestellten bisecting-Verbin-dun-gen. Zur Darstellung biantennärer Systeme scheinen benzylierte Donoren am besten geeignet, allerdings waren die zusätzlichen Benzylschutzgruppen am bisecting-Octasaccharid 48 nur schwer hydrogenolytisch abzu-spal-ten. Es wurden daher neue Reagentien zur Aktivierung von Glycosylfluoriden entwickelt und unter unterschiedlichen Reaktionsbedingungen geprüft. Ferner wurden Thioglycoside und Trichloracetimidate als Glycosyldonoren in diesen Systemen getestet. Für biantennäre Systeme lieferte die späte Einführung des bisecting-Restes Verbindungen, deren Aufreinigung in ausreichenden Ausbeuten möglich war. Für höher-an-ten-näre N-Glycane gelang das nicht. Daher wurde die Reihenfolge der Einführung der Substituenten am beta-Mannosid grundlegend geändert. Über die frühe Einführung des bisecting-Restes war es erstmals möglich, einen allgemeinen Zugang zu bisecting-N-Glycanen in zufriedenstellenden Ausbeuten zu entwickeln. Das Ziel wurde vor allem durch die Verwendung der kleinen Trifluoracetamido-Schutzgruppe am bisecting-Rest erreicht. Die Synthese des Hexasaccharids 83 stellte eine Schlüsselverbindung her, die sich nach Deblockierung der Chloracetylfunktion in guter Ausbeute zum bisecting-Octasaccharid 90 umsetzen ließ. Die ebenfalls dargestellten phthalimido- oder succinimido-geschützten Analoga 86 und 85 erlaubten dies nicht, oder in nur geringen Ausbeuten. Mit Hilfe dieser neuen Synthesesequenz konnten erstmals zwei triantennäre (92 und 101) und eine tetraantennäre Struktur (102) mit bisecting-GlcNAc Rest auf chemischen Wege synthetisiert werden. Die triantennären bisecting-N-Glycane 92 und 101 konnten durch 2-D-NMR-Spektroskopie vollständig charakterisiert werden. Bei Verbindung 92 konnten neben der Trifluoracetamido-Schutzgruppe auch die Acetyl- und Phthalimido-Schutzgruppen in einem Schritt enfernt werden. Anhand des entschützten bisecting-Hexassaccharids 103 konnte gezeigt werden, daß die enzymatische Verlängerung des bisecting-GlcNAc durch Galactosyltransferase nur dann erfolgen kann, wenn kein alpha-1,6-Arm am N-Glycan vorhanden ist.
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Social life-styles in caterpillars: Behavioral mechanisms and ecological consequences
(2002)
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Claudia Ruf
- The present thesis investigates ecological advantages, ethological adaptations, and behavioral mechanisms connected with sociality in larval Lepidoptera. Data on social thermoregulation, larval communication, developmental benefits, and advantages of survival are presented to contribute to a better understanding of the evolution and maintenance of social systems in caterpillars. I put the main emphasis of this work on the highly social, tent building European lasiocampid moth Eriogaster lanestris. In a comparative study aspects of the social biology of E. lanestris were compared to its congener E. catax and the confamilial species Malacosoma neustria. In addition to these tent building, central-place foraging species a fourth, non-tent building nomadic butterfly species, Araschnia levana (Nymphalidae) was also studied. Caterpillars of E. lanestris are behavioral thermoregulators. In the laboratory (i.e. in the absence of solar radiation) tightly aggregated caterpillars are able to rise their body temperatures compared to ambient temperature for 2.5-3K. Temperature gains are based on metabolic heat production (Chapter 4). Under field conditions grouped caterpillars are able to stabilize their body temperatures between 30-35°C independent of ambient temperature as long as solar radiation is sufficient. Optimal body temperatures are achieved by changing positions in and on the tent frequently. The functionality of the tent is based on the reduction of convective heat exchange (Chapter 5). Foraging bouts of E. lanestris caterpillars are highly synchronized under field conditions. The number of foraging bouts is temperature dependent (influence on speed of digestion and walking). Plasticity in foraging patterns optimizes nutrient uptake and therefore minimize developmental time (Chapter 6). Caterpillars of E. lanestris use trail pheromones for communication. The pheromone is applied by dragging the ventral median sternite of the last abdominal segment over the substrate. Trails contain information about age and suitability of foraging sites, which is encoded by quantitative graduation of the trail marker (opposing processes of aging and (over)marking) (Chapters 7+8). Vibrations of the tent caused by the increasing restlessness of caterpillars at the end of the digestion phase turned out to be tightly linked to the emergence of larvae from the tent and are supposed to play a role for synchronizing the foraging bouts (Chapter 9). Costs of social behavior in E. lanestris are high under field conditions. Total colony mortality (i.e. the complete loss of a female’s offspring) of 100 exposed colonies was 48%. The majority of colony losses was connected to the previous loss of the tent, mostly initiated by heavy rainfalls (Chapter 10). Comparing E. lanestris to E. catax and M. neustria revealed that despite similar life-history traits and overlapping habitat requirements very different ecological strategies evolved with regard to egg size, tent building behavior, foraging strategies, and activity patterns (Chapter 11). Females of A. levana produce several egg clutches of different size over their life time. Caterpillar group size strongly influences development and survival. Single individuals develop more slowly and achieve smaller weights compared to groups of 10, 40 (=mean natural clutch size), or 80 individuals during the social phase of the caterpillars’ life (i.e. first to third instar). Mortality is highest in singly bred individuals and lowest in groups of 40. The advantage of grouping for survival is supposed to result from the strong collective regurgitation behavior which enables the caterpillars to ward off natural enemies (Chapters 12+13). The thesis shows with the example of E. lanestris that highly evolved social systems in larval Lepidoptera afford high parental and larval investment which may in turn lead to high advantages, e.g. with regard to large reductions in developmental time. The extended social phase requires highly sophisticated communication processes. In A. levana flexible egg deposition leads to higher plasticity with regard to the costs of sociality. Nevertheless, physiological and ecological advantages of group living are evident as well.
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Untersuchungen zum Orientierungsverhalten von Zwei- und Dreiblockcopolymeren in oszillierenden Scherfelder
(2002)
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Stefan Stangler
- Diese Arbeit beschäftigte sich mit dem Orientierungsverhalten von AB und ABC Blockcopolymeren unter Scherung. In Kapitel 1 wurden die Strukturbildung durch Mikrophasenseparation in Blockcopolymeren und deren makroskopische Orientierungs-verhalten erläutert. In Kapitel 2 wurde gezeigt, wie die in dieser Arbeit verwendeten Polymere durch lebende anionische Polymerisation synthetisiert und durch NMR, GPC und Membranosmometrie charakterisiert werden konnten. Kapitel 3 beschrieb Messmethoden zur Analyse der Struktur und der resultierenden Orientierung. Die Ergebnisse anderer Arbeitsgruppen zum Orientierungsverhalten von Blockcopolymeren zeigte Kapitel 4. Zwei weitere Messmethoden, FT-Rheologie und Rheooptik, wurden in Kapitel 5 vorgestellt. Mit diesen Methoden konnte auch in situ der Verlauf der Orientierung betrachtet werden. In Kapitel 6 wurden die Ergebnisse von fünf Blockcopolymersystemen vorgestellt und diskutiert. - S50I5020: Am lamellaren SI wurde gezeigt, dass das in dieser Arbeit verwendete SI-System gut geeignet ist, die Befunde anderer Gruppen zu bestätigen. Ebenfalls konnte so die Beherrschung der LAOS-Methode dokumentiert und der neue Messaufbau überprüft werden. Die Charakterisierung der resultierenden Orientierung mit 2D-SAXS und TEM wurde an einem Beispiel erläutert. Die Ergebnisse der Doppelbrechungsmessungen entsprechen größtenteils den in der Literatur zu findenden Daten. Abweichungen waren mit Hilfe geringfügiger Unterschiede in den Probenzusammensetzungen leicht zu erklären. - I45S45V1022: Lamellare ISV-Dreiblockcopolymere orientierten analog zu den Zweiblockcopolymeren bei kleinen Frequenzen und Scheramplituden senkrecht, während hohe Frequenzen und Scheramplituden zu paralleler Orientierung führten. Kinetikmessungen waren mit Doppelbrechung nicht reproduzierbar möglich, da durch die nicht löschbare Vororientierung jede Messung eine unterschiedliche Orientierungskinetik aufwies. Nur die resultierende Endorientierung konnte mit Hilfe von 2D-SAXS und Transmissionselektronenmikroskopie bestimmt werden. - S50I5020+DOP: Im Kapitel 6.3 wurde erläutert, dass verdünnte Systeme betrachtet wurden, um die TODT herabzusetzen. Die dynamisch-mechanischen Kenndaten wurden mit den Optikdaten der Doppelbrechung verglichen und diskutiert. LAOS-Experimente bei unterschiedlichen Scherfrequenzen und -amplituden wurden beschrieben, auf ihre Amplitudenabhängigkeit hin untersucht und mit den Literaturwerten verglichen. Das IS+DOP System wies in der Tendenz die gleiche Frequenz- und Amplitudenabhängigkeit des Orientierungsverlauf auf wie unverdünnte Zweiblockcopolymere. Kleine Frequenzen bzw. Amplituden führten zu senkrechter Orientierung („Regime 1“); höhere Frequenzen bzw. Amplituden führten zu paralleler Orientierung über eine zuvor ausgebildete senkrechte Orientierung („Regime 2“), und noch höhere Frequenzen bzw. Amplituden führten zu paralleler Orientierung über eine zuvor ausgebildete transversale Orientierung („Regime 3“). - I45S45V1022+DOP: Das ISV+DOP-System zeigte bei 80 °C eine OOT und war damit gut geeignet, die durch Probenpräparation erzeugte Vororientierung zu löschen. Bei Temperaturen von 60 und 70 °C liessen sich LAOS-Experimente durchführen, deren Optikdaten einen scheinbaren Verlauf der Orientierung nach „Regime 1 bis 3“ nahelegten. Erst die anschließende 2D-SAXS-Analyse zeigte, dass in Wahrheit mehrere Orientierungsspezies vorlagen. Unter allen hier gezeigten LAOS-Bedingungen war stets die parallele Orientierung die dominierende. Da hier keine uniaxiale Orientierung vorlag, konnte auch die Scheramplitudenabhängigkeit der Orientierungsgeschwindigkeit nicht mit der von Zweiblockcopolymeren in DOP verglichen werden. Auffällig war, dass der Orientierungsmechanismus über einen größeren Temperatur-, Frequenz- und Scheramplitudenbereich (verglichen mit dem verdünnten SI-System) gleich blieb. - S40I40M2025: Das Orientierungsverhalten der hier gezeigten nichtlamellaren Morphologie wich erheblich von dem der lamellaren Strukturen ab. Das Auftreten einer langen Induktionsphase und die Unabhängigkeit der resultierenden Endorientierung von Schertemperatur, Frequenz und Amplitude konnte gezeigt werden. Die Induktionsphase konnte durch das Wachstum der Domänen und durch ein Verbessern der Mikrophasenseparation und der damit eventuell verbundenen Morphologieänderung beschrieben werden. Die Charakterisierung der resultierenden Morphologie erfolgte mittels 2D-SAXS. Die Endorientierung bestand immer aus senkrecht orientierten Lamellen, die durch das Einlagern der PMMA-Zylinder in die niederviskose PI-Phase verbunden blieben. Da durch das „Verankern“ mit PMMA die Polystyrol-Phase nicht mehr über die PI-Schicht gleiten konnte, wurde die parallele Orientierung der Lamellen nicht mehr ausgebildet. Somit konnte gezeigt werden, dass Doppelbrechungsmessungen kombiniert mit 2D-SAXS und TEM gut geeignet sind, das Orientierungsverhalten von Blockcopolymersystemen zu charakterisieren. FT-Rheologie dagegen erwies sich als wenig hilfreich.
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Development of Thermoplastic Elastomers with Improved Elastic Properties Based on Semicrystalline Block Copolymers
(2002)
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Holger Schmalz
- In this work the synthesis and characterization of two novel types of thermoplastic elastomers (TPEs), exhibiting improved elastic properties compared to commercially available systems, is described. The first type comprises multiblock copoly(ether ester)s with semicrystalline hard segments and triblock copolymer soft segments. The second class of TPEs are systems based on ABA and ABC triblock copolymers with two glassy and one or two semicrystalline end blocks, respectively. The used strategy for increasing the elasticity of conventional copoly(ether ester)s based on poly(butylene terephthalate) (PBT) hard segments and polyether soft segments is the replacement of the continuous PBT hard phase in these systems by a disperse PBT hard phase. The incorporation of nonpolar segments is possible by using poly(ethylene oxide)-block-poly(ethylene-stat-butylene)-block-poly(ethylene oxide) (PEO-b-PEB-b-PEO) triblock copolymers, where the polar PEO blocks act as compatibilizer between the nonpolar PEB segments and the polar PBT segments during the melt polycondensation. The incorporated nonpolar PEB segments induce an enhanced microphase separation in the melt, which in turn results in the formation of a disperse PBT hard phase. Mechanical testing reveals a significantly improved elastic recovery compared to that of conventional copoly(ether ester)s exhibiting a continuous PBT hard phase. Morphological investigations reveal that this novel copoly(ether ester)s consist of a semicrystalline PBT hard phase and an amorphous soft segment phase, which is divided into a pure PEB phase, a PEO-rich phase besides a mixed PBT/PEO phase, and a pure amorphous PBT phase. The second part of this thesis deals with ABC triblock copolymers with one or two semicrystalline end blocks. Two main aspects were addressed: i) the interplay between morphology and crystallization, and ii) the comparison of ABA and ABC triblock copolymers with glassy (A), elastomeric (B) and crystalline (C) blocks. Several polyethylene-block-poly(ethylene-alt-propylene)-block-poly(ethylene oxide) (PE-b-PEP-b-PEO) triblock copolymers have been synthesized by sequential anionic polymerization of butadiene, isoprene, and ethylene oxide (PB-b-PI-b-PEO) followed by homogeneous catalytic hydrogenation. Anionic polymerization in a one-pot procedure was accomplished by using the phosphazene base t-BuP4, which enables the polymerization of ethylene oxide (EO) in the presence of Li+ counterions. Kinetic investigations on the EO polymerization reveal an unexpected induction period. It is concluded, that different factors contribute to the induction period, like break up of lithium alkoxide aggregates by t-BuP4, and chain length effects. Characterization of the PB-b-PI-b-PEO and PE-b-PEP-b-PEO triblock copolymers utilizing differential scanning calorimetry and special self-nucleation (SN) techniques reveals a strong influence of the confinement active during crystallization on the crystallization and SN behavior of the semicrystalline PEO and PE blocks. For low PEO contents large supercoolings are necessary to induce crystallization of PEO. Furthermore, the SN behavior of the PEO blocks is different compared to that of semicrystalline homopolymers, i. e. domain II (SN domain) is absent. This is a direct result of the confined crystallization of PEO within small isolated microdomains. In contrast, for the PE blocks a heterogeneous nucleation mechanism and the presence of all three SN domains, usually present in crystallizable homopolymers, is observed. In this case, PE crystallizes without any confinement from a homogeneous mixture of PE and PEP segments, which can be ascribed to their small segmental interaction parameter. In TPEs based on ABA triblock copolymers with two glassy end blocks, e. g. polystyrene-block-poly(ethylene-alt-propylene)-block-polystyrene (PS-b-PEP-b-PS), the middle block chains can either loop back into the same PS domain or form bridges between two different PS domains. However, only the bridges contribute to the elastic properties, which limits the elastic recovery of theses systems. The influence of a semicrystalline end block on the elastic properties has been investigated by comparison of PS-b-PEP-b-PE and the corresponding PS-b-PEP-b-PS triblock copolymers. For small elongations (< 300%) the PE containing triblock copolymers exhibit a significantly improved elastic recovery. This can be attributed to the increased bridge fraction induced by the immiscibility of the two different end blocks. In contrast, for high elongations (> 300%) the situation is reversed and the PS-b-PEP-b-PS triblock copolymers reveal better elastic properties. Obviously, glassy PS domains show a higher resistance against distortion compared to that of semicrystalline PE domains, especially at high strains.
