Marine Schwämme (Phylum Porifera) gehören mit ihrem ersten Auftreten im Präkambrium vor ungefähr 580 Millionen Jahren zu den ältesten Vertretern der Metazoen weltweit. Ähnlich lange leben sie wahrscheinlich schon in Symbiose mit Mikroorganismen. In der vorliegenden Doktorarbeit soll der karibische Schwamm Ectyoplasia ferox als Modellsystem zur Erforschung der Schwamm-assoziierten mikrobiellen Konsortien, deren Weitergabe und Interaktionen mit dem Schwamm, vorgestellt werden. Mit Hilfe von 16S rRNA-Genbanken sowie der denaturierenden Gradienten-Gelelektrophorese (DGGE) konnte gezeigt werden, dass Symbionten aus sechs der in E. ferox gefundenen acht Phyla sowie der „sponge-associated unclassified lineage” SAUL vertikal an die nächste Schwammgeneration weitergegeben werden. Mittels phylogenetischer Analysen wurden insgesamt 21 „vertical transmission“ (VT) Cluster identifiziert, von denen 19 in „sponge specific“ Cluster (SSC) bzw. „sponge coral“ Clustern (SCC) lagen. Daraus kann man schließen, dass ein Großteil des mikrobiellen Konsortiums von E. ferox über die reproduktiven Stadien weitergegeben wird. Auch konnten zwei Cyanobakterien identifiziert werden, die nicht in den reproduktiven Stadien vorhanden waren und höchstwahrscheinlich horizontal aus dem umgebenden Meerwasser aufgenommen wurden. Eine Reduzierung von 50% der Symbionten im Mesohyl nach dem „spawning“ zeigte erstmalig experimentell auf, dass Schwammsymbionten aus dem Schwamm in das umgebende Meerwasser gelangen können. In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal der „presence vs. activity“-Vergleich zur Feststellung der metabolischen Aktivität von Bakterien auf die DGGE-Methode übertragen. Es konnte gezeigt werden, dass die meisten mikrobiellen Symbionten im Adult-Schwamm, Embryo- sowie Larvalstadium metabolisch aktiv waren. Erste Versuche die Anzahl von Symbionten in den Larven von E. ferox mittels Antibiotika zu reduzieren, verliefen positiv. So wiesen die mit Antibiotika behandelten Larven in der DGGE eine deutliche Reduzierung der Bandenintensität auf. Die Verfügbarkeit aller reproduktiver Stadien von E. ferox sowie die Möglichkeit die Larven im Labor experimentell zu manipulieren, machen E. ferox zu einem geeigneten Modellschwamm für zukünftige Studien bezüglich der vertikalen Weitergabe von Symbionten. / Marine sponges (Phylum: Porifera) first appeared during Precambrian times 580 million years ago and are therefore the oldest metazoans on earth. It is most likely that they are living together in symbiosis with microorganisms from that day on. In this doctoral thesis I introduce the Caribbean sponge Ectyoplasia ferox as a model system for detailed investigations of the sponge associated microbial community, their mode of transmission to the next generation and interactions with their host sponge. The application of 16S rRNA gene clone libraries and denaturing gradient gel electrophoreses (DGGE) revealed that symbionts from six out of eight bacterial phyla as well as the ‘sponge-associated unclassified lineage’ (SAUL) were vertically transmitted to the next sponge generation. Phylogenetic analysis identified 21 vertical transmission (VT) clusters, from which 19 VT-clusters were affiliated with sponge-specific clusters (SSC) and sponge-coral clusters (SCC), respectively. This indicated that the majority of the microbial consortia of E. ferox has been passed on vertically via reproductive stages to the next generation. Furthermore two cyanobacterial clades were identified, which were absent from the reproductive stages and therefore seem to have be acquired horizontally from the surrounding seawater. Spawning led to a reduction of 50% of the sponge symbionts in the mesohyl, presenting for the first time experimental evidence, as to how sponge symbionts could end up in surrounding seawater. Moreover the presence vs. activity comparison that was undertaken to assess the metabolic activity of bacteria inside reproductive stages has been applied to DGGE for the first time. The results showed that most of the symbionts were metabolically active in the adult sponge as well as in the embryos and larvae. Initial experiments to reduce the amount of symbiotic bacteria inside larvae were positive. In the antibiotic treated larvae, the DGGE pattern showed a significantly reduced banding pattern intensity. The availability of E. ferox and its reproductive stages, as well as the possibility to maintain and to manipulate larvae in the laboratory makes E. ferox a suitable model-system for future research on vertical transmission.

Die Funktion unseres Zentralnervensystems beruht auf der zeitlich präzisen Übertragung elektrischer Signale zwischen Neuronen. Diese synaptische Übertragung findet in weniger als einer tausendstel Sekunde statt. Eine schnelle und hochfrequente Signalübertragung erweitert die Kodierungskapazität und beschleunigt die Verarbeitung von Informationen. Obwohl viele der an synaptischer Übertragung beteiligten Prozesse und Proteine bekannt sind, ist das Verständnis der Mechanismen, die für eine schnelle und hochfrequente Signalübertragung verantwortlich sind, bisher unvollständig. Um die Mechanismen hochfrequenter synaptischer Übertragung zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit prä- und postsynaptische Patch-Clamp Ableitungen an der zerebellären Moosfaser-Körnerzell-Synapse in akuten Hirnschnitten der Maus eingesetzt. Es zeigte sich, dass diese Synapse präsynaptische Aktionspotenziale mit einer Frequenz über einem Kilohertz feuern kann und dass Informationen in diesem Frequenzbereich an die postsynaptische Zelle übertragen werden können. Hierbei vermitteln besonders schnelle Natrium- und Kalium-Kanäle eine extrem kurze Dauer der Aktionspotenziale, die dennoch metabolisch relativ effizient sind. Schnelle Kalzium-Kanäle und eine schwache präsynaptische Kalzium-Pufferung ermöglichen eine synchrone Vesikelfreisetzung mit hohen Frequenzen. Zusätzlich greift die Präsynapse auf einen großen Vorrat an freisetzbaren Vesikeln zurück, dessen Auffüllung besonders schnell stattfindet. Aufgrund der hochfrequenten synaptischen Übertragung ist die Moosfaser- Körnerzell-Synapse ideal, um zu untersuchen, wie schnell die auf eine Vesikelfreisetzung folgende Endozytose vonstatten geht. Mit optimierten, hochauflösenden Kapazitätsmessungen konnte an der Moosfaser-Körnerzell- Synapse eine sehr schnelle Endozytose nach einzelnen Aktionspotenzialen gezeigt werden. Die hohe Geschwindigkeit der Endozytose unterstützt somit eine hochfrequente synaptische Übertragung. Diese schnelle Endozytose wird durch die Moleküle Dynamin und Actin vermittelt und ist unabhängig von einer Wirkung von Clathrin. Stärkere Stimuli wie längere Depolarisationen evozieren eine langsamere Form der Endozytose, die zusätzlich Clathrin-abhängig ist. Durch die mechanistische Beschreibung hochfrequenter Signalübertragung an einer zentralen Synapse erweitern die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit unser Verständnis von synaptischer Übertragung und Informationsverarbeitung im Zentralnervensystem.

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Diese Dissertation behandelt die Kodierung und Verschickung von Information durch einen Quantenkanal. Ein Quantenkanal besteht aus einem quantenmechanischen System, welches vom Sender manipuliert und vom Empfänger ausgelesen werden kann. Dabei repräsentiert der individuelle Zustand des Kanals die Nachricht. <br /> <br /> Die zwei Themen der Dissertation umfassen 1) die Möglichkeit, eine Nachricht in einem Quantenkanal verlustfrei zu komprimieren und 2) die Möglichkeit eine Nachricht von einer Partei zu einer einer anderen direkt und auf sichere Weise zu übermitteln, d.h. ohne dass es einer dritte Partei möglich ist, die Nachricht abzuhören und dabei unerkannt zu bleiben.<br /> <br /> Die wesentlichen Ergebnisse der Dissertation sind die folgenden. <br /> Ein allgemeiner Formalismus für Quantencodes mit variabler Länge wird ausgearbeitet. Diese Codes sind notwendig um verlustfreie Kompression zu ermöglichen. Wegen der Quantennatur des Kanals sind die codierten Nachrichten allgemein in einer Superposition von verschiedenen Längen. Es zeigt sich, daß es unmöglich ist eine Quantennachricht verlustfrei zu komprimieren, wenn diese dem Sender nicht apriori bekannt ist. Im anderen Falle wird die Möglichkeit verlustfreier Quantenkompression gezeigt und eine untere Schranke für die Kompressionsrate abgeleitet. Des weiteren wird ein expliziter Kompressionsalgorithmus konstruiert, der für beliebig vorgegebene Ensembles aus Quantennachrichten funktioniert.<br /> <br /> Ein quantenkryptografisches Prokoll - das &ldquo;Ping-Pong Protokoll&rdquo; - wird vorgestellt, welches die sichere direkte übertragung von klassischen Nachrichten durch einen Quantenkanal ermöglicht. Die Sicherheit des Protokolls gegen beliebige Abhörangriffe wird bewiesen für den Fall eines idealen Quantenkanals. Im Gegensatz zu anderen quantenkryptografischen Verfahren ist das Ping-Pong Protokoll deterministisch und kann somit sowohl für die Übermittlung eines zufälligen Schlüssels als auch einer komponierten Nachricht verwendet werden. Das Protokoll is perfekt sicher für die Übertragung eines Schlüssels und quasi-sicher für die direkte Übermittlung einer Nachricht. Letzteres bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Abhörangriffs exponenziell mit der Länge der Nachricht abnimmt. / This thesis deals with the encoding and transmission of information through a quantum channel. A quantum channel is a quantum mechanical system whose state is manipulated by a sender and read out by a receiver. The individual state of the channel represents the message.<br /> <br /> The two topics of the thesis comprise 1) the possibility of compressing a message stored in a quantum channel without loss of information and 2) the possibility to communicate a message directly from one party to another in a secure manner, that is, a third party is not able to eavesdrop the message without being detected.<br /> <br /> The main results of the thesis are the following. <br /> A general framework for variable-length quantum codes is worked out. These codes are necessary to make lossless compression possible. Due to the quantum nature of the channel, the encoded messages are in general in a superposition of different lengths. It is found to be impossible to compress a quantum message without loss of information if the message is not apriori known to the sender. In the other case it is shown that lossless quantum data compression is possible and a lower bound on the compression rate is derived. Furthermore, an explicit compression scheme is constructed that works for arbitrarily given source message ensembles. <br /> <br /> A quantum cryptographic protocol - the &ldquo;ping-pong protocol&rdquo; - is presented that realizes the secure direct communication of classical messages through a quantum channel. The security of the protocol against arbitrary eavesdropping attacks is proven for the case of an ideal quantum channel. In contrast to other quantum cryptographic protocols, the ping-pong protocol is deterministic and can thus be used to transmit a random key as well as a composed message. <br /> The protocol is perfectly secure for the transmission of a key, and it is quasi-secure for the direct transmission of a message. The latter means that the probability of successful eavesdropping exponentially decreases with the length of the message.

Die Dissertation geht am Beispiel der Übersetzung arabischer Redensarten und Redewendungen ins Deutsche der Frage nach, auf welche Weise die hinter dem Text stehenden kulturellen Bezüge und Deutungsmuster beim Übersetzen berücksichtigt werden können. Es soll gezeigt werden, wie also Kulturtransfer beim Übersetzen möglich ist und welche Schwierigkeiten dabei entstehen, und in welcher Art und Weise diese übertragenen Redensarten auf Kulturtransfer und Vermittlung fremdsprachiger Literatur wirken bzw. welchen Einfluss sie ausüben.

Die Funktion unseres Zentralnervensystems beruht auf der zeitlich präzisen Übertragung elektrischer Signale zwischen Neuronen. Diese synaptische Übertragung findet in weniger als einer tausendstel Sekunde statt. Eine schnelle und hochfrequente Signalübertragung erweitert die Kodierungskapazität und beschleunigt die Verarbeitung von Informationen. Obwohl viele der an synaptischer Übertragung beteiligten Prozesse und Proteine bekannt sind, ist das Verständnis der Mechanismen, die für eine schnelle und hochfrequente Signalübertragung verantwortlich sind, bisher unvollständig. Um die Mechanismen hochfrequenter synaptischer Übertragung zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit prä- und postsynaptische Patch-Clamp Ableitungen an der zerebellären Moosfaser-Körnerzell-Synapse in akuten Hirnschnitten der Maus eingesetzt. Es zeigte sich, dass diese Synapse präsynaptische Aktionspotenziale mit einer Frequenz über einem Kilohertz feuern kann und dass Informationen in diesem Frequenzbereich an die postsynaptische Zelle übertragen werden können. Hierbei vermitteln besonders schnelle Natrium- und Kalium-Kanäle eine extrem kurze Dauer der Aktionspotenziale, die dennoch metabolisch relativ effizient sind. Schnelle Kalzium-Kanäle und eine schwache präsynaptische Kalzium-Pufferung ermöglichen eine synchrone Vesikelfreisetzung mit hohen Frequenzen. Zusätzlich greift die Präsynapse auf einen großen Vorrat an freisetzbaren Vesikeln zurück, dessen Auffüllung besonders schnell stattfindet. Aufgrund der hochfrequenten synaptischen Übertragung ist die Moosfaser- Körnerzell-Synapse ideal, um zu untersuchen, wie schnell die auf eine Vesikelfreisetzung folgende Endozytose vonstatten geht. Mit optimierten, hochauflösenden Kapazitätsmessungen konnte an der Moosfaser-Körnerzell- Synapse eine sehr schnelle Endozytose nach einzelnen Aktionspotenzialen gezeigt werden. Die hohe Geschwindigkeit der Endozytose unterstützt somit eine hochfrequente synaptische Übertragung. Diese schnelle Endozytose wird durch die Moleküle Dynamin und Actin vermittelt und ist unabhängig von einer Wirkung von Clathrin. Stärkere Stimuli wie längere Depolarisationen evozieren eine langsamere Form der Endozytose, die zusätzlich Clathrin-abhängig ist. Durch die mechanistische Beschreibung hochfrequenter Signalübertragung an einer zentralen Synapse erweitern die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit unser Verständnis von synaptischer Übertragung und Informationsverarbeitung im Zentralnervensystem.

Die Auswertung von Hyperspektraldaten spielt heute in Wirtschaft und Forschung eine immer größere Rolle. Die Anwendungsgebiete reichen von der Einschätzung von Sturm- und Brandschäden über die Bestimmung von Landnutzungsklassen bis hin zur Entdeckung von Mineralien und Bodenschätzen. Aufgrund ihres Datenvolumens stellt die Übertragung von hyperspektralen Datensätzen jedoch ein nicht zu unterschätzendes Problem dar. Deshalb wird eine Kompression der Daten vorgenommen, um die zu übertragende Datenmenge zu reduzieren. Da bei der Anwendung verlustfreier Kompressionsverfahren im allgemeinen keine befriedigenden Kompressionsraten erzielt werden können, muss auf verlustbehaftete Kompressionsmethoden zurückgegriffen werden. Die Anwendung solcher Methoden ist in der Fernerkundung jedoch noch immer umstritten, da keine standardisierten Verfahren zur Bewertung des Informationsverlustes existieren. Ziel dieser Arbeit ist es nun, ein geeignetes Verfahren vorzustellen, das die speziellen Eigenschaften von Hyperspektraldaten nutzt und es ermöglicht, bei der Kompression derartiger Daten hohe Kompressionsraten zu erzielen, ohne nennenswerte Qualitätsverluste in Kauf nehmen zu m'ussen. Somit wird eine Übertragung der Daten im Internet in kürzerer Zeit ohne Einbußen in Bezug auf die Anwendbarkeit der Daten möglich. Der verwendete Algorithmus ermöglicht dem Anwender, die Qualität der zu übertragenden Daten durch eine Vielzahl an Parametern selbst zu bestimmen. Neben einer möglichen verlustfreien Übertragung lassen sich auch bei hohen Kompressionsraten qualitativ hochwertige Ergebnisse erzielen. Für die Anwendung in typischen Browserapplikationen werden bei einer Kompression von 60:1 noch akzeptable Ergebnisse erreicht.

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Die Dissertation geht am Beispiel der Übersetzung arabischer Redensarten und Redewendungen ins Deutsche der Frage nach, auf welche Weise die hinter dem Text stehenden kulturellen Bezüge und Deutungsmuster beim Übersetzen berücksichtigt werden können. Es soll gezeigt werden, wie also Kulturtransfer beim Übersetzen möglich ist und welche Schwierigkeiten dabei entstehen, und in welcher Art und Weise diese übertragenen Redensarten auf Kulturtransfer und Vermittlung fremdsprachiger Literatur wirken bzw. welchen Einfluss sie ausüben.

Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit ist die gut belegte Assoziation zwischen mütterlicher Depression und ungünstigen emotionalen und behavioralen Folgen für ihre Kinder. Allerdings sind die Faktoren, die zu der transgenerationalen Übertragung der Depression beitragen, noch nicht geklärt. Ziel dieser Arbeit ist es, zwei möglicherweise dazu beitragende psychologische Faktoren zu untersuchen: (1) Affekterkennung von Gesichtsausdrücken in Mutter-Kind Dyaden und (2) mütterliche emotionale Verfügbarkeit. Dazu wurden drei Studien durchgeführt. Studie I untersucht mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) unterscheidbare und überlappende Aktivierungsmuster bei gesunden Müttern, während sie fröhliche und traurige Gesichter ihres eigenen Kindes sehen. Studie II verwendet eine Morphing-Aufgabe, um die Affekterkennung in Müttern mit remittierter Depression und ihren Kindern zu untersuchen. In Studie III wird die emotionale Verfügbarkeit von Müttern mit remittierter Depression in einer Verhaltensbeobachtung untersucht. Ergebnisse der Studie I zeigen eine größere Gehirnaktivierung der Mütter bei traurigen eigenen Kindergesichtern in der Amygdala und anterioren Cingulum, hingegen bei fröhlichen im Hippocampus und inferioren Frontalgyrus. Überlappende Aktivierung wurde in der Insula gefunden. Diese Aktivierungsmuster könnten feinfühliges mütterliches Verhalten erleichtern und das Aufrechterhalten der Mutter-Kind Beziehung unterstützen. Ergebnisse von Studie II belegen einen negativen Verarbeitungsbias bei Müttern mit einer remittierten Depression, wobei parallele Veränderungen bei ihren Kindern gefunden wurden. Dies könnte auf einen transgenerationalen Übertragungsprozess hinweisen. Ergebnisse von Studie III zeigen eine verminderte emotionale Verfügbarkeit bei Müttern in Remission, was eine Trait-Eigenschaft darstellen könnte. / Starting point of the present dissertation is the well-established association between maternal depression and adverse emotional and behavioral outcomes in children. The factors contributing to the transgenerational transmission of depression have not been fully elucidated. The aim of this thesis is to investigate two psychological factors that potentially contribute to this transgenerational association: (1) affect recognition of facial expressions in mother-child dyads and (2) maternal emotional availability. Therefore, three studies have been conducted. In study I, functional magnetic resonance imaging (fMRI) is used to measure dissociable and overlapping brain activation in healthy mothers, while they view happy, neutral and sad faces of their own child. By using a morphing task, study II tests the hypothesis that affect recognition is biased in mothers with depression in remission and their children. Study III investigates whether emotional availability is reduced in mothers remitted from depression. Study I revealed greater brain activation in the amygdala and anterior cingulate cortex while mothers viewed sad faces of their own child, whereas greater brain activation was detected in the hippocampus and inferior frontal gyrus in response to happy faces. Conjoint activation was found in the insula. These activations might facilitate sensitive maternal behavior and promote mothers to maintain the mother-child relationship. Findings of study II demonstrate a negative processing bias in mothers with depression in remission, which was paralleled in their children. This finding could possibly point to a process of transgenerational transmission. Results of study III indicate reduced emotional availability in mothers who have remitted from depression, which might represent a trait characteristic of depression.