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This work addresses the algorithmic tractability of hard combinatorial problems. Basically, we are considering \NP-hard problems. For those problems we can not find a polynomial time algorithm. Several algorithmic approaches already exist which deal with this dilemma. Among them we find (randomized) approximation algorithms and heuristics. Even though in practice they often work in reasonable time they usually do not return an optimal solution. If we constrain optimality then there are only two methods which suffice for this purpose: exponential time algorithms and parameterized algorithms. In the first approach we seek to design algorithms consuming exponentially many steps who are more clever than some trivial algorithm (who simply enumerates all solution candidates). Typically, the naive enumerative approach yields an algorithm with run time $\Oh^*(2^n)$. So, the general task is to construct algorithms obeying a run time of the form $\Oh^*(c^n)$ where $c<2$. The second approach considers an additional parameter $k$ besides the input size $n$. This parameter should provide more information about the problem and cover a typical characteristic. The standard parameterization is to see $k$ as an upper (lower, resp.) bound on the solution size in case of a minimization (maximization, resp.) problem. Then a parameterized algorithm should solve the problem in time $f(k)\cdot n^\beta$ where $\beta$ is a constant and $f$ is independent of $n$. In principle this method aims to restrict the combinatorial difficulty of the problem to the parameter $k$ (if possible). The basic hypothesis is that $k$ is small with respect to the overall input size. In both fields a frequent standard technique is the design of branching algorithms. These algorithms solve the problem by traversing the solution space in a clever way. They frequently select an entity of the input and create two new subproblems, one where this entity is considered as part of the future solution and another one where it is excluded from it. Then in both cases by fixing this entity possibly other entities will be fixed. If so then the traversed number of possible solution is smaller than the whole solution space. The visited solutions can be arranged like a search tree. To estimate the run time of such algorithms there is need for a method to obtain tight upper bounds on the size of the search trees. In the field of exponential time algorithms a powerful technique called Measure&Conquer has been developed for this purpose. It has been applied successfully to many problems, especially to problems where other algorithmic attacks could not break the trivial run time upper bound. On the other hand in the field of parameterized algorithms Measure&Conquer is almost not known. This piece of work will present examples where this technique can be used in this field. It also will point out what differences have to be made in order to successfully apply the technique. Further, exponential time algorithms for hard problems where Measure&Conquer is applied are presented. Another aspect is that a formalization (and generalization) of the notion of a search tree is given. It is shown that for certain problems such a formalization is extremely useful.
N-acetylation by N-acetyltransferase 1 (NAT1) is an important biotransformation pathway of the human skin and it is involved in the deactivation of the arylamine and well-known contact allergen para-phenylenediamine (PPD). Here, NAT1 expression and activity were analyzed in antigen presenting cells (monocyte-derived dendritic cells, MoDCs, a model for epidermal Langerhans cells) and human keratinocytes. The latter were used to study exogenous and endogenous NAT1 activity modulations. Within this thesis, MoDCs were found to express metabolically active NAT1. Activities were between 23.4 and 26.6 nmol/mg/min and thus comparable to peripheral blood mononuclear cells. These data suggest that epidermal Langerhans cells contribute to the cutaneous N-acetylation capacity. Keratinocytes, which are known for their efficient N-acetylation, were analyzed in a comparative study using primary keratinocytes (NHEK) and different shipments of the immortalized keratinocyte cell line HaCaT, in order to investigate the ability of the cell line to model epidermal biotransformation. N-acetylation of the substrate para-aminobenzoic acid (PABA) was 3.4-fold higher in HaCaT compared to NHEK and varied between the HaCaT shipments (range 12.0"44.5 nmol/mg/min). Since B[a]P induced cytochrome p450 1 (CYP1) activities were also higher in HaCaT compared to NHEK, the cell line can be considered as an in vitro tool to qualitatively model epidermal metabolism, regarding NAT1 and CYP1. The HaCaT shipment with the highest NAT1 activity showed only minimal reduction of cell viability after treatment with PPD and was subsequently used to study interactions between NAT1 and PPD in keratinocytes. Treatment with PPD induced expression of cyclooxygenases (COX) in HaCaT, but in parallel, PPD N-acetylation was found to saturate with increasing PPD concentration. This saturation explains the presence of the PPD induced COX induction despite the high N-acetylation capacities. A detailed analysis of the effect of PPD on NAT1 revealed that the saturation of PPD N-acetylation was caused by a PPD-induced decrease of NAT1 activity. This inhibition was found in HaCaT as well as in primary keratinocytes after treatment with PPD and PABA. Regarding the mechanism, reduced NAT1 protein level and unaffected NAT1 mRNA expression after PPD treatment adduced clear evidences for substrate-dependent NAT1 downregulation. These results expand the existing knowledge about substrate-dependent NAT1 downregulation to human epithelial skin cells and demonstrate that NAT1 activity in keratinocytes can be modulated by exogenous factors. Further analysis of HaCaT cells from different shipments revealed an accelerated progression through the cell cycle in HaCaT cells with high NAT1 activities. These findings suggest an association between NAT1 and proliferation in keratinocytes as it has been proposed earlier for tumor cells. In conclusion, N-acetylation capacity of MoDCs as well as keratinocytes contribute to the overall N-acetylation capacity of human skin. NAT1 activity of keratinocytes and consequently the detoxification capacities of human skin can be modulated by the presence of exogenous NAT1 substrates and endogenous by the cell proliferation status of keratinocytes.
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Interaktion zwischen den Juden des Regnum Teutonicum und den verschiedenen Herrschaftsträgern, mit denen die Juden in Kontakt kamen. Dies waren neben dem König auch geistliche und weltliche Landes- und Stadtherren. Chronologisch an vier Herrschaftsphasen Rudolfs ausgerichtet, analysiert die Studie sämtliche überlieferte schriftliche Zeugnisse, um insbesondere der Frage nach der Bedeutung der Kammerknechtschaft im Reich nachzugehen. Diese stellt sich als höchst ambivalente und keinesfalls nur negative Beziehungsform heraus, die zudem nur in einem europäischen Kontext verständlich wird.
Stress is a common phenomenon for animals living in the wild, but also for humans in modern societies. Originally, the body's stress response is an adaptive reaction to a possibly life-threatening situation, and it has been shown to impact on energy distribution and metabolism, thereby increasing the chance of survival. However, stress has also been shown to impact on mating behaviour and reproductive strategies in animals and humans. This work deals with the effect of stress on reproductive behavior. Up to now, research has only focused on the effects of stress on reproduction in general. The effects of stress on reproduction may be looked at from two points of view. First, stress affects reproductive functioning by endocrine (e.g. glucocorticoid) actions on the reproductive system. However, stress can also influence reproductive behavior, i.e. mate choice and mating preferences. Animals and humans do not mate randomly, but exhibit preferences towards mating partners. One factor by which animals and humans choose their mating partners is similarity vs. dissimilarity: Similar mates usually carry more of one's own genes and the cooperation between similar mates is, at least theoretically, less hampered by expressing diverse behaviors. By mating with dissimilar mates on the other hand one may acquire new qualities for oneself, but also for one's offspring, useful to cope with environmental challenge. In humans we usually find a preference for similar mates. Due to the high costs of breeding, variables like cooperation and life-long partnerships may play a greater role than the acquaintance of new qualities.The present work focuses on stress effects on mating preferences of humans and will give a first answer to the question whether stress may affect our preference for similar mates. Stress and mating preferences are at the centre of this work. Thus, in the first Chapter I will give an introduction on stress and mating preferences and link these topics to each other. Furthermore, I will give a short summary of the studies described in Chapter II - Chapter IV and close the chapter with a general discussion of the findings and directions for further research on stress and mating preferences. Human mating behavior is complex, and many aspects of it may not relate to biology but social conventions and education. This work will not focus on those aspects but rather on cognitive and affective processing of erotic and sexually-relevant stimuli, since we assume that these aspects of mating behaviour are likely related to psychobiological stress mechanisms. Therefore, a paradigm is needed that measures such aspects of mating preferences in humans. The studies presented in Chapter II and Chapter III were performed in order to develop such a paradigm. In these studies we show that affective startle modulation may be used to indicate differences in sexual approach motivation to potential mating partners with different similarity levels to the participant. In Chapter IV, I will describe a study that aimed to investigate the effects of stress on human mating preferences. We showed that stress reverses human mating preferences: While unstressed individuals show a preference for similar mates, stressed individuals seem to prefer dissimilar mates. Overall, the studies presented in this work showed that affective startle modulation can be employed to measure mating preferences in humans and that these mating preferences are influenced by stress.
During and after application, pesticides enter the atmosphere by volatilisation and by wind erosion of particles on which the pesticide is sorbed. Measurements at application sites revealed that sometimes more than half of the amount applied is lost into the atmosphere within a few days. The atmosphere is an important part of the hydrologic cycle that can transport pesticides from their point of application and deposit them into aquatic and terrestrial ecosystems far from their point of use. In the region of Trier pesticides are widely used. In order to protect crops from pests and increase crop yields in the viniculture, six to eight pesticide applications take place between May and August. The impact that these applications have on the environmental pollution of the region is not yet well understood. The present study was developed to characterize the atmospheric presence, temporal patterns, transport and deposition of a variety of pesticides in the atmosphere of the area of Trier. To this purpose, rain samples were weekly collected at eight sites during the growing seasons 2000, 2001 and 2002, and air samples (gas and particle phases) were collected during the growing season 2002. Multiresidue analysis methods were developed to determine multiple classes of pesticides in rain water, particle- and gas-phase samples. Altogether 24 active ingredients and 3 metabolites were chosen as representative substances, focussing mainly on fungicides. Twenty-four of the 27 measured pesticides were detected in the rain samples; seventeen pesticides were detected in the air samples. The most frequently detected pesticides and at the highest concentrations, both in rain and air, were compounds belonging to the class of fungicides. The insecticide methyl parathion was also detected in several rain samples as well as two substances that are banned in Germany, such as the herbicides atrazine and simazine. Concentration levels varied during the growing season with the highest concentrations being measured in the late spring and summer months, coinciding with application times and warmer months. Concentration levels measured in the rain samples were, generally, in the order of rnng l-1. Though average concentrations for single substances were less than 100 ng l-1, total concentrations were considerable and in some instances well above the EU drinking water quality standard of 500 ng l-1 for total pesticides. Compared to the amounts applied for pest control, the amounts deposited by rain resulted between 0,004% and 0,10% of the maximum application rates. These low pesticide inputs from precipitation to surface-water bodies is not of concern in vinicultural areas where the impact of other sources, such as superficial runoff inputs from the treated areas and cleaning of field crop sprayers, is more important. However, the potential impacts of these aerial pesticide inputs to non-target sites, such as organic crops, and sensitive ecosystems are as yet not known. Concentration levels in the air samples were in the order of ng m-3 at sites close to the fields were pesticides were applied, while lower values, in the order of pg m-3, were detected at the site located further away from fields where applications were performed. The measured air concentration levels found in this study do not represent a concern for human health in terms of acute risk. Inhalation toxicity studies have shown that an acute potential risk only arises at air concentrations in the range of g m-3. Finally, it must be kept in mind that only a small number of chemicals that were applied in the area were analysed for in this study. In order to gain a better evaluation of the local atmospheric load of pesticides, a wider spectrum of applied substances (including metabolites) needs to be investigated.
Tropospheric ozone (O3) is known to have various detrimental effects on plants, such as visible leaf injury, reduced growth and premature senescence. Flux models offer the determination of the harmful ozone dose entering the plant through the stomata. This dose can then be related to phytotoxic effects mentioned above to obtain dose-response relationships, which are a helpful tool for the formulation of abatement strategies of ozone precursors. rnOzone flux models are dependant on the correct estimation of stomatal conductance (gs). Based on measurements of gs, an ozone flux model for two white clover clones (Trifolium repens L. cv Regal; NC-S (ozone-sensitive) and NC-R (ozone-resistant)) differing in their sensitivity to ozone was developed with the help of artificial neural networks (ANNs). White clover is an important species of various European grassland communities. The clover plants were exposed to ambient air at three sites in the Trier region (West Germany) during five consecutive growing seasons (1997 to 2001). The response parameters visible leaf injury and biomass ratio of NC-S/NC-R clone were regularly assessed. gs-measurements of both clones functioned as output of the ANN-based gs model, while corresponding climate parameters (i.e. temperature, vapour pressure deficit (VPD) and photosynthetic active radiation (PAR)) and various ozone concentration indices were inputs. The development of the model was documented in detail and various model evaluation techniques (e.g. sensitivity analysis) were applied. The resulting gs model was used as a basis for ozone flux calculations, which were related to above mentioned response parameters. rnThe results showed that the ANNs were capable of revealing and learning the complex relationship between gs and key meteorological parameters and ozone concentration indices. The dose-response relationships between ozone fluxes and visible leaf injury were reasonably strong, while those between ozone fluxes and NC-S/NC-R biomass ratio were fairly weak. The results were discussed in detail with respect to the suitability of the chosen experimental methods and model type.
Markenaufbau von Destinationen ist eine kostenintensive und langfristige Angelegenheit. In den vergangenen Jahren stieg das Interesse von Kommunen, Regionen und Ländern die Markenbildung zu verstärken. Gleichzeitig wird aber auch immer mehr der Ruf lauter ein Instrument zu schaffen, das Markenbewertung für Destinationen vornimmt. Vor allem in der Konsumgüter und Investitionsgüterindustrie finden sich zahlreiche Ansätze zur Markenbewertung, im Destinationsmanagement gibt es das bisher kaum. Es gibt drei verschiedene Arten von Verfahren, die meist von Unternehmensberatungen oder Wissenschaftlern entwickelt wurden: Messung des Markenwertes, Messung der Markenstärke und hybride Verfahren. Für Destinationen machen rein quantitative Verfahren wenig Sinn, da es beim Thema "Reise" auch auf eine Vielzahl von qualitativen Merkmalen ankommt. Von daher wurde im Rahmen dieser Dissertation entschieden, sich primär auf ein qualitatives Verfahren zu konzentrieren und verschiedene Modelle der Markenbewertung zu überprüfen. Das Resultat der Überprüfung zeigte, dass es notwendig war verschiedene Modelle zu kombinieren, um damit die Markenstärke einer Destination zu messen. Als empirisches Beispiel wurde hier Spanien ausgewählt, da dies als ein erfolgreiches Beispiel für Branding in der Fachliteratur gesehen wird. Dieses neu entwickelte Verfahren wurde an der Destination Spanien überprüft im Rahmen einer Projektstudie mit Studierenden der Universität Trier. Das Ergebnis zeigte, dass der Ansatz eines qualitativen Verfahrens richtig war, allerdings könnte es in ein hybrides Verfahren überführt werden. Kooperationspartner für die Dissertation war Turespana, Berlin.
For the first time, the German Census 2011 will be conducted via a new method the register based census. In contrast to a traditional census, where all inhabitants are surveyed, the German government will mainly attempt to count individuals using population registers of administrative authorities, such as the municipalities and the Federal Employment Agency. Census data that cannot be collected from the registers, such as information on education, training, and occupation, will be collected by an interview-based sample survey. Moreover, the new method reduces citizens' obligations to provide information and helps reduce costs significantly. The use of sample surveys is limited if results with a detailed regional or subject-matter breakdown have to be prepared. Classical estimation methods are sometimes criticized, since estimation is often problematic for small samples. Fortunately, model based small area estimators serve as an alternative. These methods help to increase the information, and hence the effective sample size. In the German Census 2011 it is possible to embed areas on a map in a geographical context. This may offer additional information, such as neighborhood relations or spatial interactions. Standard small area models, like Fay-Herriot or Battese-Harter-Fuller, do not account for such interactions explicitly. The aim of our work is to extend the classical models by integrating the spatial information explicitly into the model. In addition, the possible gain in efficiency will be analyzed.
This thesis introduces a calibration problem for financial market models based on a Monte Carlo approximation of the option payoff and a discretization of the underlying stochastic differential equation. It is desirable to benefit from fast deterministic optimization methods to solve this problem. To be able to achieve this goal, possible non-differentiabilities are smoothed out with an appropriately chosen twice continuously differentiable polynomial. On the basis of this so derived calibration problem, this work is essentially concerned about two issues. First, the question occurs, if a computed solution of the approximating problem, derived by applying Monte Carlo, discretizing the SDE and preserving differentiability is an approximation of a solution of the true problem. Unfortunately, this does not hold in general but is linked to certain assumptions. It will turn out, that a uniform convergence of the approximated objective function and its gradient to the true objective and gradient can be shown under typical assumptions, for instance the Lipschitz continuity of the SDE coefficients. This uniform convergence then allows to show convergence of the solutions in the sense of a first order critical point. Furthermore, an order of this convergence in relation to the number of simulations, the step size for the SDE discretization and the parameter controlling the smooth approximation of non-differentiabilites will be shown. Additionally the uniqueness of a solution of the stochastic differential equation will be analyzed in detail. Secondly, the Monte Carlo method provides only a very slow convergence. The numerical results in this thesis will show, that the Monte Carlo based calibration indeed is feasible if one is concerned about the calculated solution, but the required calculation time is too long for practical applications. Thus, techniques to speed up the calibration are strongly desired. As already mentioned above, the gradient of the objective is a starting point to improve efficiency. Due to its simplicity, finite differences is a frequently chosen method to calculate the required derivatives. However, finite differences is well known to be very slow and furthermore, it will turn out, that there may also occur severe instabilities during optimization which may lead to the break down of the algorithm before convergence has been reached. In this manner a sensitivity equation is certainly an improvement but suffers unfortunately from the same computational effort as the finite difference method. Thus, an adjoint based gradient calculation will be the method of choice as it combines the exactness of the derivative with a reduced computational effort. Furthermore, several other techniques will be introduced throughout this thesis, that enhance the efficiency of the calibration algorithm. A multi-layer method will be very effective in the case, that the chosen initial value is not already close to the solution. Variance reduction techniques are helpful to increase accuracy of the Monte Carlo estimator and thus allow for fewer simulations. Storing instead of regenerating the random numbers required for the Brownian increments in the SDE will be efficient, as deterministic optimization methods anyway require to employ the identical random sequence in each function evaluation. Finally, Monte Carlo is very well suited for a parallelization, which will be done on several central processing units (CPUs).
Die Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie (Richtlinie 92/43/EWG) stellt derzeit das umfangreichste Instrument des internationalen Naturschutzes zur Erhaltung der europäischen Biodiversität dar. Das Grundkonzept der FFH-RL beruht hierbei sowohl auf dem Schutz gefährdeter Arten als auch auf dem Erhalt natürlicher Lebensräume. Dieser ganzheitliche Ansatz verursacht jedoch infolge der großen Anzahl zu berücksichtigender Schutzgüter einen hohen personellen wie finanziellen Aufwand bei der Umsetzung der Richtlinienvorgaben. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit am Beispiel der Schmetterlingsart Euphydryas aurinia (Anhang II FFH-RL) überprüft, inwieweit die Konzepte von ESUs (Evolutionarily Significant Units) und MUs (Management Units) geeignete Möglichkeiten bieten, um die Prioritätensetzung bei der Auswahl besonders schützenswerter Vorkommen gefährdeter Arten zu erleichtern. Zu diesem Zweck wurden mit drei verschiedenen Subspezies von E. aurinia (E. aurinia beckeri, E. aurinia debilis, E. aurinia aurinia) Fang-Markierung-Wiederfangstudien durchgeführt, sowie mit Hilfe von Allozym-Elektrophoresen populationsgenetische Parametern in europäischem Kontext und auf regionaler Ebene (Westtschechien) erfasst. Die drei untersuchten Subspezies zeigten hierbei spezifische ökologische Adaptationen an die jeweiligen Habitatbedingungen (z.B. bzgl. der Populationsdichte, Demographie und Mobilität). Ferner wiesen die genetischen Analysen starke Differenzierungen bei E. aurinia in Europa nach, die u.a. Antworten auf phylogeographische und taxonomische Fragestellungen ermöglichen. Auch auf regionaler Ebene (Westtschechien) konnten genetische Differenzierungen festgestellt werden. Auf Basis der erhobenen populationsökologischen und -genetischen Daten wird abschließend die generelle Anwendbarkeit und der Nutzen der Konzepte von ESUs und MUs bei der Etablierung von Schutzkonzepten für E. aurinia und andere Arten der FFH-RL diskutiert. rnDer zweite Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich exemplarisch mit dem aktuellen Schutzverfahren für deutsche E. aurinia-Vorkommen im Rahmen der FFH-RL und den damit verbundenen Problemen. Der Schwerpunkt lag hierbei auf der Schutzgebietsauswahl, dem Monitoring und dem Gebietsmanagement. In diesem Kontext werden u.a. Problematiken angesprochen, die sich aus der großen ökologischen Variabilität der Art ergeben bzw. die aufgrund von Koordinierungsschwierigkeiten zwischen einzelnen Bundesländern bestehen. Vor dem Hintergrund dieser Erkenntnisse werden Lösungsvorschläge unterbreitet, wie das aktuelle Schutzverfahren für E. aurinia in Deutschland weiter verbessert werden könnte.
The subject of this thesis is a homological approach to the splitting theory of PLS-spaces, i.e. to the question for which topologically exact short sequences 0->X->Y->Z->0 of PLS-spaces X,Y,Z the right-hand map admits a right inverse. We show that the category (PLS) of PLS-spaces and continuous linear maps is an additive category in which every morphism admits a kernel and a cokernel, i.e. it is pre-abelian. However, we also show that it is neither quasi-abelian nor semi-abelian. As a foundation for our homological constructions we show the more general result that every pre-abelian category admits a largest exact structure in the sense of Quillen. In the pre-abelian category (PLS) this exact structure consists precisely of the topologically exact short sequences of PLS-spaces. Using a construction of Ext-functors due to Yoneda, we show that one can define for each PLS-space A and every natural number k the k-th abelian-group valued covariant and contravariant Ext-functors acting on the category (PLS) of PLS-spaces, which induce for every topologically exact short sequence of PLS-spaces a long exact sequence of abelian groups and group morphisms. These functors are studied in detail and we establish a connection between the Ext-functors of PLS-spaces and the Ext-functors for LS-spaces. Through this connection we arrive at an analogue of a result for Fréchet spaces which connects the first derived functor of the projective limit with the first Ext-functor and also gives sufficient conditions for the vanishing of the higher Ext-functors. Finally, we show that Ext^k(E,F) = 0 for a k greater or equal than 1, whenever E is a closed subspace and F is a Hausdorff-quotient of the space of distributions, which generalizes a result of Wengenroth that is itself a generalization of results due to Domanski and Vogt.
Der Forschungsbereich der Systembiologie hat sich in den letzten Jahren mit unvergleichlicher Dynamik entwickelt und sich als interdisziplinäres Feld in den Biowissenschaften etabliert. Die Systembiologie verfolgt hierbei unter anderem das Ziel, biologische Systeme als Ganzes zu betrachten. Die analytische Erfassung der Stoffwechselzwischenprodukte, auch Metaboliten genannt, eröffnet hierbei neue Möglichkeiten. Metaboliten stellen Zwischenprodukte in vivo ablaufender biochemischer Reaktionen dar und stehen in enger Abhängigkeit zu Vorgängen, welche auf der Ebene von Transkriptom und Proteom gesteuert und ermöglicht werden. In dieser Arbeit wurden Zeitreihen von Metabolitkonzentrationen untersucht, welche im Rahmen von Fermentationsexperimenten mit dem nicht-pathogenen Bodenbakterium Corynebacterium glutamicum erfasst worden sind. Die Fermentationsexperimente wurden auf unterschiedlichen Ausgangssubstraten durchgeführt, wobei die Erfassung der Metabolitkonzentration in äquidistanten zeitlichen Abständen gehandhabt wurde. Zur Korrektur von Messfehlern und zur optimalen Vorverarbeitung der Daten wurde ein maßgeschneidertes System der Datenprozessierung entwickelt. Eine unüberwachte Datenstrukturanalyse ergab, dass sich die Metaboliten ihrer zeitlichen Ausprägung nicht uniform oder gar zufällig verhalten, sondern sich in Gruppen unterschiedlichen Prozessverhaltens einordnen lassen. Diese unüberwachte Eingruppierung anhand der in den Zeitreihen vorhandenen Strukturen erlaubte eine erste grundlegende funktionelle Zuordnung der Metaboliten. Weiterhin konnten in den Konzentrationsdaten Strukturen gefunden werden, welche deutliche Übereinstimmungen mit den physiologischen Phasen des bakteriellen Wachstums zeigten. Die Analyse der Metabolomdaten wurde in einem nächsten Schritt durch eine theoretische Betrachtungsweise erweitert. Hierzu wurde der Stoffwechsel von C. glutamicum rechnergestützt modelliert. Zu diesem Zweck wurde eine Genomannotation durchgeführt, mit dem Ziel einen möglichst umfangreichen und qualitativ hochwertigen Katalog über das enzymatische Repertoire von C. glutamicum aus Sequenzinformation abzuleiten. Generiertes Wissen über vorhandene Enzyme wurde in biochemische Reaktionen übersetzt, welche zu Reaktionsnetzwerken zusammengefügt wurden. Die erzeugten Reaktionsnetzwerke wurden unter Verwendung graphentheoretischer Ansätze analysiert. Die integrative Analyse experimenteller und theoretischer Daten ergab, dass sich Eigenschaften von Metabolitzeitreihen deutlich topologischen Merkmalen zuordnen lassen. So zeigt sich beispielsweise, dass ein auffälliger Zusammenhang zwischen der experimentell erfassten Sensitivität im Konzentrationsverlauf eines Metaboliten und seinem theoretischen Verknüpfungsgrad existiert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass eine hochsignifikante Prozessähnlichkeit zwischen Metaboliten sowohl in direkter Nachbarschaft als auch in größeren Reaktionsabständen auftreten kann, jedoch vorzugsweise dann existiert, wenn beide Metaboliten ihrerseits wenige Reaktionspartner haben. Die integrative Datenanalyse wurde in einem weiteren Schritt abermals erweitert, indem Transkriptominformation weiterer Studien integriert wurde. Im Detail wurde in dieser Analyse die Prozessähnlichkeit theoretisch benachbarter Metaboliten des Zentralstoffwechsels in Zusammenschau mit der Transkription enzymkodierender Gene untersucht. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass eine erhöhte Prozessähnlichkeit benachbarter Metaboliten dann existiert, wenn die entsprechenden enzymkodierenden Gene in Abhängigkeit des verwendeten Ausgangssubstrates signifikant exprimiert waren. Somit konnte ein Zusammenhang zwischen der Prozessähnlichkeit benachbarter Metaboliten in Abhängigkeit zur Genexpression als Resultat substratinduzierter Anpassungsvorgänge gezeigt werden. Es konnte folglich im systembiologischen Kontext belegt werden, dass auf der Ebene des Transkriptoms stattfindende Vorgänge sich deutlich bis in die Zeitreiheneigenschaften erfasster Metabolitkonzentrationen durchpausen können. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Berechnung paarweiser Prozessähnlichkeiten das Potenzial zur Charakterisierung der zugrundeliegenden Systemeigenschaften besitzt. So ermöglichte die Betrachtung paarweiser Prozessähnlichkeiten aus allen untersuchten Fermentationsexperimenten, signifikante substrat-induzierte Veränderungen als auch invariante Merkmale im Stoffwechsel von C. glutamicum zu detektieren.
Die vorliegende Arbeit umfasst ein Modell der Zusammenhänge zwischen Führungsverhalten und psychologischen Kontrakten als Einflussfaktoren mitarbeiterbezogener Einstellungen. Auf Seiten der Konsequenzen liegt der Fokus insbesondere auf der Entgeltzufriedenheit der Mitarbeiter. Jede der drei in der Dissertation dargestellten Studien trägt zu dem Verständnis bei, wie sich das Führungsverhalten und psychologische Kontrakte auf die Entgeltzufriedenheit auswirken. Die erste Studie stellt den Zusammenhang zwischen transformationaler Führung und Arbeits- und Entgeltzufriedenheit sowie dem Commitment in den Vordergrund. Zusätzlich wird untersucht, inwiefern der Effekt des Führungsverhaltens durch verschiedene Formen des psychologischen Kontrakts vermittelt wird. Auf Basis dieser Ergebnisse wird in einer zweiten Studie geprüft, inwiefern Entgeltzufriedenheit als multidimensionales Konstrukt betrachtet werden kann. Ferner wird transformationales mit transaktionalem Führungsverhalten kontrastiert, um deren differentielle Effekte zu analysieren. In einer dritten Studie werden die kausalen Beziehungen fokussiert, indem eine Stichprobe von 169 Mitarbeitern aus acht caritativen Unternehmen, in denen leistungsabhängige Vergütungssysteme implementiert wurden, analysiert wird. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass die perzeptuellen Variablen Führung und psychologische Kontrakte als entscheidende Einflussfaktoren der Entgeltzufriedenheit dienen. Eine Diskussion der theoretischen und praktischen Implikationen schließt die Arbeit ab.
Large scale non-parametric applied shape optimization for computational fluid dynamics is considered. Treating a shape optimization problem as a standard optimal control problem by means of a parameterization, the Lagrangian usually requires knowledge of the partial derivative of the shape parameterization and deformation chain with respect to input parameters. For a variety of reasons, this mesh sensitivity Jacobian is usually quite problematic. For a sufficiently smooth boundary, the Hadamard theorem provides a gradient expression that exists on the surface alone, completely bypassing the mesh sensitivity Jacobian. Building upon this, the gradient computation becomes independent of the number of design parameters and all surface mesh nodes are used as design unknown in this work, effectively allowing a free morphing of shapes during optimization. Contrary to a parameterized shape optimization problem, where a smooth surface is usually created independently of the input parameters by construction, regularity is not preserved automatically in the non-parametric case. As part of this work, the shape Hessian is used in an approximative Newton method, also known as Sobolev method or gradient smoothing, to ensure a certain regularity of the updates, and thus a smooth shape is preserved while at the same time the one-shot optimization method is also accelerated considerably. For PDE constrained shape optimization, the Hessian usually is a pseudo-differential operator. Fourier analysis is used to identify the operator symbol both analytically and discretely. Preconditioning the one-shot optimization by an appropriate Hessian symbol is shown to greatly accelerate the optimization. As the correct discretization of the Hadamard form usually requires evaluating certain surface quantities such as tangential divergence and curvature, special attention is also given to discrete differential geometry on triangulated surfaces for evaluating shape gradients and Hessians. The Hadamard formula and Hessian approximations are applied to a variety of flow situations. In addition to shape optimization of internal and external flows, major focus lies on aerodynamic design such as optimizing two dimensional airfoils and three dimensional wings. Shock waves form when the local speed of sound is reached, and the gradient must be evaluated correctly at discontinuous states. To ensure proper shock resolution, an adaptive multi-level optimization of the Onera M6 wing is conducted using more than 36, 000 shape unknowns on a standard office workstation, demonstrating the applicability of the shape-one-shot method to industry size problems.
Die Verwendung von unbestimmten Rechtsbegriffen bereitet Schwierigkeiten bei der Anwendung und gefährdet die Rechtssicherheit. In vielen Rechtsnormen des Umweltrechts (u. a. UVPG) findet der unbestimmte Rechtsbegriff "voraussichtliche erhebliche Umweltauswirkungen" Verwendung. In dieser Arbeit wird ein Beitrag zur Konkretisierung dieses Begriffes im Rahmen der strategischen Umweltprüfung (SUP) geleistet. Dabei wird ein interdisziplinärer Forschungsansatz gewählt, der durch juristische, wie naturwissenschaftliche Methodik geprägt ist und dazu beiträgt das Schutzgut der Biodiversität genauer zu bestimmen. Dazu wird zunächst auf juristischer Ebene geprüft, ob aus dem UVPG sowie weiteren Rechtsnormen des Umweltrechts Informationen zur Konkretisierung dieses Begriffes zu gewinnen sind. Hiernach ergibt sich, dass der Erheblichkeitsbegriff insbesondere dazu dient, Bagatellfälle auszuklammern und Angleichungen zwischen den Rechtsnormen zu erreichen. Da die SUP seit 2005 geltendes Recht ist, ist es wichtig zu sehen, wie in der Gutachtenpraxis mit diesem unbestimmten Rechtsbegriff umgegangen wird. Daher sind vier Umweltberichte gemäß -§14g Satz 2 Nr.5 UVPG überprüft worden. Es stellte sich heraus, dass die Umweltberichte weder in der Lage sind die voraussichtlichen erheblichen Umweltauswirkungen zu Konkretisieren, noch wie es vom UVPG gemäß -§14g Satz 2 Nr.3 UVPG gefordert wird das Schutzgut der Biodiversität hinreichend darzustellen. Aus naturwissenschaftlicher Sicht wurden zunächst natürliche und anthropogene Auswirkungen auf die Biodiversität geprüft, um so die Faktoren zu ermitteln, die die Biodiversität besonders negativ zu beeinflussen vermögen. Demnach gilt es die Faktoren Habitatfragmentierung, Angleichungsprozesse (Biotic homogenization) und Intensität der Landnutzung im Rahmen der SUP frühzeitig zu vermeiden. Die "Convention of Biodiversity" zählt neben den Arten und Landschaften auch die genetische Ebene zum Begriff der Biodiversität. So ist es sinnvoll auch genetische Aspekte in die Schadensbewertung zu integrieren. Daher wurden in einer phylogeographischen Analyse die zwei Genorte Cytochrom Oxidase I und die Control Region der mtDNA des silbergrünen Bläuling, Polyommatus coridon (30 Populationen) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass genetische Analysen zwar wichtige Informationen für die Konkretisierung des unbestimmten Rechtsbegriffes liefern, aber dennoch mit Vorsicht diesbezüglich zu behandeln sind. Letztendlich stellte sich heraus, dass die Konkretisierung des unbestimmten Rechtbegriffes der voraussichtlichen erheblichen Umweltauswirkungen sich im Rahmen der strategischen Umweltprüfung mehr als schwierig und in Hinblick auf der Konzeption der SUP wenig sinnvoll erweist.
Von erinnerungsinduziertem Vergessen wird gesprochen, wenn die Gedächtnisleistung für bestimmte Information dadurch beeinträchtigt wird, dass zu ihr assoziierte Information zuvor abgerufen wurde. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Effekten von Generierung und Selbstreferenz, die aus der Gedächtnisforschung als meist günstige Arten der Enkodierung bekannt sind, auf dieses Phänomen. Die bislang weitgehend vernachlässigt gebliebenen Gemeinsamkeiten von Generierung und Selbstreferenz sind der Ausgangspunkt für die Prüfung von Hypothesen über das Ausmaß erinnerungsinduzierten Vergessens generierter und selbstreferentiell enkodierter Items und dessen Moderation durch die Stimulusqualität der emotionalen Tönung von Items. Dabei wird auch eine funktionale Perspektive eingenommen, nach der erinnerungsinduziertes Vergessen als Ergebnis eines adaptiven Mechanismus verstanden wird und gefragt wird, nach welchen selbstdienlichen und handlungsrelevanten Funktionen erinnerungsinduziertes Vergessen verhindert werden mag und wie solche Funktionen mit verschiedenen Informationsverarbeitungsprozessen assoziiert sind.rnNachdem zunächst Enkodierungsprozesse und gespeicherte mentale Repräsentationen als Determinanten des Erinnerns, sowie die bisherige Forschung zu erinnerungsinduziertem Vergessen, Generierung und Selbstreferenz dargestellt werden, werden vier eigene Experimente geschildert. In Experiment 1 findet sich eine kontraintuitive Intensivierung erinnerungsinduzierten Vergessens infolge von Generierung, die zugleich aber in Einklang mit bestehenden Theorien steht und diese stützt. Außerdem ergeben sich Hinweise auf eine mit Generierung assoziierte Funktion, die durch die Aktivierung selbstrelevanter Repräsentationen gekennzeichnet ist. Beginnend mit Experiment 2 wird dann das Vorhaben verfolgt, Generierung und Selbstreferenz direkt gegenüberzustellen. Während die Experimente 2 und 3 zwar die Generalität des Phänomens erinnerungsinduzierten Vergessens weiter bestätigen und dessen Beeinflussung durch die emotionale Tönung demonstrieren, aber noch keine Ergebnisse zu Tage fördern, die eine Bewertung hinsichtlich unterschiedlicher oder identischer Konsequenzen von Generierung und Selbstreferenz erlauben, zeigt Experiment 4 schließlich eine Äquivalenz der Effekte von Generierung und Selbstreferenz auf, die in der identischen Moderation erinnerungsinduzierten Vergessens durch diernemotionale Tönung besteht. Diese Äquivalenz wird als Beleg der mit beiden Arten der Enkodierung gleichermaßen assoziierten Funktion selbstrelevanter Informationsverarbeitung interpretiert.
Die Breite und Tiefe der zu bewältigenden Aufgaben der Unternehmensführung, der Grad und die Geschwindigkeit der Veränderung der Umwelt der Unternehmung, die Interdependenz von Entscheidungen und ein schier unüberschaubares Netzwerk von Wechselbeziehungen mit den, von den Aktivitäten der Unternehmung betroffenen Individuen und Gruppen resultieren in sich laufend verändernden Ausgangslagen für die Unternehmung und verleihen der Notwendigkeit eines Gestaltungs-, Lenkungs- und Entwicklungsrahmens für das erforderliche Wechselspiel von Stabilisierung und Wandel der Unternehmung ihre Aktualität und Bedeutung. Die Hauptaufgabe der Unternehmensführung im Spannungsfeld komplexer systeminterner und systemexterner Beziehungsgeflechte ist der Umgang und die Bewältigung der sich aus diesen Beziehungsgeflechten bzw. deren Wandel ergebenden Komplexität. Der Paradigmenwechsel von einem reduktionistischen Unternehmensführungsverständnis, welches sich auf die Lenkung der Unternehmung auf Basis monistischer Zielvorstellungen versteht hin zu einem systemisch-evolutorischen Unternehmensführungsverständnis, welches sich auf die Gestaltung und Entwicklung der Unternehmung aufgrund von pluralistischen Zielsystemen und multiplen Kausalitätsbeziehungen versteht, ist noch nicht vollzogen. Auch sieht sich die Unternehmensführung den, im Wettbewerb stehenden Prämissen der opportunistischen Management-Philosophie des Shareholder-Value-Ansatzes und der verpflichteten Management-Philosophie des Stakeholder-Value-Ansatzes gegenüber. Diese Transitionsphase in Wissenschaft und Praxis sieht ein "Ringen zweier Paradigmen um ihre Durchsetzung", wobei diese Entwicklungsdynamik vom Spannungsverhältnis zwischen Bewahrung und Proliferation geprägt ist. Das vorgelegte systemisch-koevolutionäre Modell der strategischen Unternehmensführung stellt einen solchen Beitrag zum Paradigmenwechsel in der Unternehmensführung hin zu einem systemisch-evolutorischen Unternehmensführungsverständnisses auf Basis einer verpflichteten Management-Philosophie dar. Das, auf den dargelegten erkenntnistheoretischen Grundannahmen, Beschreibung von Wirkungszusammenhängen und Handlungsheuristiken der betrachteten Fallstudie aufbauende Modell für die langfristig erfolgreiche Unternehmensführung wird als ein Erklärungsmodell einerseits, welches die Wirkungszusammenhänge erfassen und verstehen helfen soll, und ein Gestaltungsmodell andererseits, welches den Entscheidungsprozess unterstützen soll, verstanden. Die strategische Unternehmensführung - als Prozess der Orientierung und Animation verstanden - soll in diesem Zusammenhang die nachhaltige Sicherung und den Aufbau von Erfolgspositionen, sowie die Aufrechterhaltung der bestehenden Koalitionen bzw. Schaffung der Voraussetzungen für die Bildung zukünftiger, nutzenstiftender Koalitionen zur Sicherung der sinnvollen langfristigen Lebensfähigkeit der Unternehmung, ermöglichen. Die Strategieentwicklung im "10-Stufen-Strategiemodell" wird durch die Komplementarität von marktorientierten und ressourcen- bzw. fähigkeitenorientierten Prozessen und Ansätzen geprägt, um die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmung im Zeitalter der "Hypercompetition" und Streben nach dynamischen und differenzierenden Fähigkeiten zu entwickeln und nachhaltig zu sichern. Dieser Strategieentwicklungsprozess erhält seinen Rahmen durch ein übergelagertes Stakeholdermanagementsystem, welches die Anspruchsbefriedigung und Nutzenoptimierung aller relevanten Stakeholdergruppen zur nutzenstiftenden Verankerung der Unternehmung in seiner Stakeholderumwelt zum Ziel hat. Das so genannte "Strategic Corporate Social Performance Modell" gibt diesem Stakeholdermanagementsystem Namen, Orientierung, Prozesse und Kontrollinstrumente und soll die gegenseitige Anerkennung der Ansprüche der so unterschiedlichen Stakeholdergruppen ermöglichen und zur Sicherung der wirtschaftlichen Basis, zur Wertsteigerung der Unternehmung und der Steigerung der Nutzenbefriedigung aller relevanter Stakeholder führen.
Die vorliegende Arbeit untersucht zwei grundlegende Fragestellungen im Hinblick auf den Betrieb von Genbanken als Beitrag zur Sicherung der genetischen Diversität. Das erste Kapitel behandelt aus rechtlicher Sicht die juristischen Fragen nach dem Zugang zu genetischen Ressourcen, nach dem Ausgleich aus der Nutzung entstehender Vorteile (Access and Benefit Sharing, ABS) und nach den Möglichkeiten des Handels mit Proben gefährdeter Tierarten, dies sowohl im Hinblick auf die rein wissenschaftliche Forschung als auch in Bezug auf kommerziell orientierte Zwecke. Grundlegend für die Bearbeitung dieser Fragen war die detaillierte Betrachtung des Übereinkommens über die biologische Vielfalt (CBD) und des Übereinkommens über den internationalen Handel mit gefährdeten Arten freilebender Tiere und Pflanzen (CITES). Da das CBD im Hinblick auf den Zugang zu genetischen Ressourcen in der Bundesrepublik Deutschland bisher nicht umgesetzt ist, bleibt dem Betreiber einer Genbank zur rechtlichen Absicherung und Klarheit nur die Aushandlung von Materialübertragungsverträgen mit den Ursprungsländern der genetischen Ressourcen. Der nachfolgende Handel mit gelagerten Proben gefährdeter Tierarten ist möglich, wenn dies nicht-kommerziell zur wissenschaftlichen Forschung erfolgt und die beteiligten Institutionen bei ihren Regierungen als wissenschaftliche Institutionen registriert sind. Bei kommerziellen Absichten unterliegt der Handel streng den durch das CITES vorgegebenen Regulierungen. Ausnahmen des Handelsverbotes sind möglich, z.B. dann wenn es sich um Proben von Tieren handelt, die in Gefangenschaft gezüchtet worden sind. Das zweite Kapitel behandelt aus naturwissenschaftlicher Sicht die Möglichkeit der direkten Gewinnung genetischer Materialien von Tieren. Hierbei wurde die Isolierung adulter Stammzellen aus der Haut von Säugetieren als Zielzellen zur Lagerung in Genbanken fokussiert. Am Modellorganismus Hausschwein (Sus scrofa domestica) wurde eine Methode zur Isolation adulter stammzellähnlicher Zellen aus der Haut etabliert. Durch nachfolgende Laborversuche wurden die isolierten stammzellähnlichen Zellen (pSSCs, porcine skin derived stem cell-like cells) charakterisiert. Wie mesenchymale Stammzellen haben pSSCs eine fibroblasten-ähnliche Morphologie und exprimieren die Oberflächenproteine CD9, CD29, CD44 , CD105 und sehr gering CD90. Neben diesen konnte die Expression der stammzellasoziierten Gene Stat3, Oct3/4, Sox2, Nestin, Bcrp1/ABCG2 und Bmi1 nachgewiesen werden. Weitere Versuche zeigten die induzierte Differenzierung der pSSCs zu Zellen zweier embryonaler Keimblätter, dem Ektoderm (Neuronen, Astrozyten) und dem Mesoderm (glatte Muskelzellen und Adipozyten). Zur vollständigen Charakterisierung und gänzlichen Ermittlung des Differenzierungspotentials bedarf es allerdings weiterer Versuche, die wegen der Kostspieligkeit und einem erhöhten zeitlichen Aufwand hier nicht realisierbar waren. Die Expansion und die Kryokonservierung der pSSCs zeigten geringfügige Auswirkungen auf den Phänotyp und das Differenzierungspotential. In Bezug auf die Kryokonservierung konnte wegen der geringen Anzahl an Versuchen eine definitive Aussage über ihre Folgen nicht getroffen werden. Folglich bedarf es weiterer Untersuchungen zur Ermittlung der Auswirkungen der Kryokonservierung auf adulte Stammzellen, die aus der Haut gewonnen werden können. Durch ihre Lagerung in Genbanken eröffnen aus der Haut isolierbare Stammzellen neue Möglichkeiten für den Artenschutz, dies vor allem durch ihre Anwendbarkeit im Rahmen modernster Reproduktionsmethoden und als nahezu unendliche DNA-Quelle für phylogenetische Studien, die zum Populationsmanagement unerlässlich sind. Trotz der sich aus dieser Arbeit ergebenden neuen Fragen - im Hinblick auf den Zugang, die Gewinnung und auch die Lagerung genetischer Materialien gefährdeter Tierarten -, bleibt festzuhalten, dass Genbanken generell die Möglichkeit bieten, vitales, biologisches Material bereitzuhalten. Dies ist sowohl bedeutend für die Grundlagenforschung als auch für den Einsatz dieser Materialien zur Steigerung der Reproduktion gefährdeter Arten, letztlich mit dem Ziel, genetische Variationen zu erhalten, die anderenfalls verloren gehen würden.
The catechol-O-methyltransferase gene (COMT) plays a crucial role in the metabolism of catecholamines in the frontal cortex. A single nucleotide polymorphism (Val158Met SNP, rs4680) leads to either methionine (Met) or valine (Val) at codon 158, resulting in a three- to fourfold reduction in COMT activity. The aim of the present study was to assess the COMT Val158Met SNP as a risk factor for attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), ADHD symptom severity and co-morbid conduct disorder (CD) in 166 children with ADHD. The main finding of the present study is that the Met allele of the COMT Val158Met SNP was associated with ADHD and increased ADHD symptom severity. No association with co-morbid CD was observed. In addition, ADHD symptom severity and early adverse familial environment were positive predictors of lifetime CD. These findings support previous results implicating COMT in ADHD symptom severity and early adverse familial environment as risk factors for co-morbid CD, emphasizing the need for early intervention to prevent aggressive and maladaptive behavior progressing into CD, reducing the overall severity of the disease burden in children with ADHD.
Although it has been demonstrated that nociceptive processing can be modulated by heterotopically and concurrently applied noxious stimuli, the nature of brain processes involved in this percept modulation in healthy subjects remains elusive. Using functional magnetic resonance imaging (fMRI) we investigated the effect of noxious counter-stimulation on pain processing. FMRI scans (1.5 T; block-design) were performed in 34 healthy subjects (median age: 23.5 years; range: 20-31 yrs.) during combined and single application (duration: 15 s; ISI=36 s incl. 6 s rating time) of noxious interdigital-web pinching (intensity range: 6-15 N) and contact-heat (45-49 -°C) presented in pseudo-randomized order during two runs separated by approx. 15 min with individually adjusted equi-intense stimuli. In order to control for attention artifacts, subjects were instructed to maintain their focus either on the mechanical or on the thermal pain stimulus. Changes in subjective pain intensity were computed as percent differences (∆%) in pain ratings between single and heterotopic stimulation for both fMRI runs, resulting in two subgroups showing a relative pain increase (subgroup P-IN, N=10) vs. decrease (subgroup P-DE, N=12). Second level and Region of Interest analysis conducted for both subgroups separately revealed that during heterotopic noxious counter-stimulation, subjects with relative pain decrease showed stronger and more widespread brain activations compared to subjects with relative pain increase in pain processing regions as well as a fronto-parietal network. Median-split regression analyses revealed a modulatory effect of prefrontal activation on connectivity between the thalamus and midbrain/pons, supporting the proposed involvement of prefrontal cortex regions in pain modulation. Furthermore, the mid-sagittal size of the total corpus callosum and five of its subareas were measured from the in vivo magnetic resonance imaging (MRI) recordings. A significantly larger relative truncus size (P=.04) was identified in participants reporting a relative decrease of subjective pain intensity during counter-stimulation, when compared to subjects experiencing a relative pain increase. The above subgroup differences observed in functional and structural imaging data are discussed with consideration of potential differences in cognitive and emotional aspects of pain modulation.