Basierend auf der Theorie von Netzwerken wird ein allgemeines Rahmenwerk entwickelt, um kollektive Synchronisationsphänome von Extremereignissen in komplexen Systemen zu studieren. Die Methode vergleicht die Variabilität der einzelnen Teile des Systems auf Grundlage von Beobachtungszeitreihen mit dem Ziel, emergente Synchronisationsmuster von Extremereignissen auf makroskopischer Ebene aufzudecken. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Zeitreihen eines interaktiven Systems mit den Knoten eines Netzwerks identifiziert und die Abhängigkeiten zwischen diesen durch die Kanten des Netzwerks dargestellt. Die komplexe interne Synchronisationsstruktur des Systems wird so in Form der Netzwerktopologie mathematisch zugänglich gemacht und kann durch die Einführung geeigneter Netzwerkmaße analysiert werden. Die Methode wird im Folgenden auf räumlich und zeitlich hochaufgelöste Regendaten aus Satellitenmessungen angewendet, um die kollektive Dynamik extremer Regenereignisse in Südamerika zu untersuchen. Diese Anwendung verfolgt drei Ziele: Erstens wird gezeigt, wie die hier entwickelte Methode zur klimatologischen Analyse verwendet werden kann. Zweitens können Quellen und Senken von Extremereignissen durch die Einführung des Konzeptes der Netzwerkdivergenz identifiziert werden. Dies erlaubt es, die gerichteten Netzwerkpfade, entlang derer Extremereignisse synchronisieren, nachzuverfolgen. Auf dieser Grundlage wird eine statistische Regel gewonnen, die beträchtliche Anteile der extremen Regenereignisse in den Zentralanden vorhersagt. Drittens werden die bis dahin entwickelten Methoden und gewonnenen Einsichten dazu verwendet, die Darstellung extre- mer Regenereignisse in verschiedenen Datensätzen zu vergleichen. Insbesondere wird in diesem Kontext die Implementierung solcher Ereignisse in drei gängigen Klimamodellen evaluiert. / Based on the theory of networks, a general framework is developed to study collective synchronization phenomena of extreme events in complex systems. The method relies on observational time series encoding the variability of the single parts of the system, and is intended to reveal emerging patterns of extreme event synchronization on the macroscopic level. For this purpose, the time series obtained from an interactive system under consideration are identified with network nodes, and the possibly delayed and non-linear interdependence of extreme events in different time series is represented by network links connecting the nodes. In this way, the complex internal synchronization structure of the system becomes accessible in terms of the topology of the network, which can be analyzed by introducing suitable network measures. The methodology is applied to satellite-derived rainfall time series of high spatiotemporal resolution in order to investigate the collective dynamics of extreme rainfall events in South America. The purpose of this application is threefold: First, it is shown how the methodology can be used for climatic analysis by revealing climatological mechanism from the spatial patterns exhibited by different network measures. Second, by introducing the concept of network divergence, sink and source regions of extreme events can be identified, allowing to track their directed synchronization pathways through the network. A simple statistical forecast rule is derived on this basis, predicting substantial fractions of extreme rainfall events in the Central Andes. Third, the methodology and the insights developed in the first two steps are used to evaluate the dynamical representation of extreme events in different datasets, and in particular their dynamical implementation in three state of the art climate models.

Rhodopsin ist der Photorezeptor der Stäbchenzellen in der Retina von Vertebraten und wird als Prototyp für die gesamte Gruppe der GPCRs beforscht. Trifft ein Photon auf das Protein, so wird der über eine Schiffbase kovalent gebundene Chromophor von seiner 11-cis- in die All-trans-Konfiguration isomerisiert und setzt infolgedessen den Aktivierungsprozess in Gang. Dieser mündet in der aktiven Rezeptorkonformation, die das G-Protein Transducin aktivieren kann und dadurch eine Kaskade weiterer Aktivierungsschritten einleitet, die letztlich ein Nervensignal verursachen. Das Ziel dieser Arbeit war die Aufklärung der späten Aktivierungsschritte und ihrer Ursache-Wirkungs-Beziehungen. Zu diesem Zweck wurden Blitzlichtphotolyse, Elektronenspinresonanz (EPR) mit Spinlabeling (SDSL), UV/vis-Spektroskopie, FTIR-Spektroskopie und Fluoreszenzspektroskopie angewandt. Kinetische Messungen wurden unter identischen Bedingungen durchgeführt, um die Abfolge der mit den unterschiedlichen Techniken zugänglichen Aktivierungsschritte aufzuklären. Nach der Bildung des absorptionsspektroskopisch definierten Meta-II-Zustands bewegt sich die Helix TM6 in einem späteren Schritt als ganzes nach außen und markiert damit den Übergang von Meta-IIa zu Meta-IIb. Dadurch wird die bis dahin in der Membran verborgene D(E)RY-Region für das Umgebungsmedium zugänglich und nimmt ohne Zeitverzögerung ein Proton auf, wodurch der Meta-IIb*H+-Zustand gebildet wird. Die verfügbaren Daten sprechen dafür, dass das D(E)RY-Motiv bei der Aktivierung des Transducins sowohl die Alpha- als auch die Gamma-Untereinheit desselben bindet. Die Bindung von zu Transducin-Abschnitten analogen Peptiden kann dann erfolgen, wenn die Helix TM6 im nach außen bewegten Zustand ist, und führt zur Abgabe von bis zu zwei Protonen vom aktivierten Rhodopsin. Sowohl das D(E)RY- und das NPxxY(x)5,6F-Motiv als auch die beiden Zustände Meta-IIb und Meta-IIb*H+ könnten relevant für den sequenziellen Transducin-Aktivierungsmechanismus sein. / Rhodopsin is the photoreceptor in the rod cells of the vertebrate retina. It is considered as a prototype of the whole group of GPCRs. Upon absorption of a photon the chromophore, which is covalently bound through a Schiff base, is isomerized from its 11-cis into the all-trans configuration. This initiates the activation process and finally results in the active receptor conformation which is capable of activating the G protein transducin and thereby triggers a cascade of further activation steps which finally cause a nerve signal. The aim of this work was the clarification of the late activation steps and their cause-and-effect chain. For this purpose flash photolysis, electron paramagnetic resonance (EPR) with spin labeling (SDSL), UV/vis spectroscopy, FTIR spectroscopy and fluorescence spectroscopy were applied. Kinetic measurements were executed under identical conditions in order to elucidate the sequence of activation steps, which are accessible with the different techniques. After formation of the spectroscopically defined Meta-II state helix TM6 moves outward as a rigid body, thereby marking the transition from Meta-IIa to Meta-IIb. Therefore the D(E)RY region, which is until then buried in the membrane, gets accessible to the surrounding solution. It consequently takes up a proton without delay, thus forming the Meta-IIb*H+ state. Available data argue for the D(E)RY motif binding both the Alpha and the Gamma subunit of transducin during activation of the latter. The binding of peptides which are analogous to sections of transducin is possible when helix TM6 is in the outward position. It causes the release of up to two protons from the activated rhodopsin. Both the D(E)RY motif and the NPxxY(x)5,6F motif as well as both the states Meta-IIb and Meta-IIb*H+ are potentially relevant for the sequential transducin activation mechanism.

Trotz motivierter Therapieversuche gelingt es vielen übergewichtigen Menschen nicht, ihre Bewegungs- und Ernährungsgewohnheiten nachhaltig zu verbessern und das Gewicht zu reduzieren bzw. zu stabilisieren. Es wird angenommen, dass ihnen ein gewisses Maß an Selbststeuerungsfähigkeit (Willensstärke) fehlt. Diese ist notwendig, um ein gefasstes Ziel über eine längere Zeit aufrechtzuerhalten und umzusetzen. Sie steht im Mittelpunkt eines neu konzipierten Selbststeuerungs-, Trainings- und Ernährungs- Programms mit Spaß und wird mittels einer Coaching-Methode individuell gefördert. Durch die Optimierung der mentalen Bedingungen, die das Verhalten determinieren, soll die Voraussetzung für eine dauerhafte Veränderung des Gesundheitsverhaltens geschaffen werden. In einer quasiexperimentellen Studie mit 39 Jugendlichen wurde die Wirksamkeit von S.T.E.P.S. empirisch überprüft. Zudem wurden die Teilnehmer anhand von Erfolgskriterien als Responder bzw. Non-Responder bestimmt und retrospektiv auf Unterschiede untersucht. Daraus wurden Prädiktoren für den Interventionserfolg abgeleitet. Die Ergebnisse deuten auf eine alters- und anwesenheitsabhängige Wirkung des Programms hin. 15-17 Jährige verbesserten signifikant ihre Selbststeuerungskompetenz und reduzierten den Körperfettanteil. Auch die regelmäßig teilnehmenden Jugendlichen optimierten ihre Selbststeuerung bedeutsam. Größtenteils blieben die Effekte nach 8 Monaten bestehen. Responder verfügten über eine signifikant bessere Ausgangslage in den mentalen Prozessen. Bei der Bekämpfung von Übergewicht spielen eine ausgeprägte Handlungsüberzeugung und der Umgang mit negativen Affekten eine entscheidende Rolle. Die Analysen zeigten, dass der BMI zur Abbildung von interventionsbedingten Veränderungen im Körperfettanteil ungeeignet zu sein scheint. Der Einbezug der Eltern und die verwendeten Messinstrumente bezüglich des Verhaltens wurden diskutiert. Letztere wiesen einen dringenden Forschungsbedarf hinsichtlich ihrer Validität auf. / Despite highly motivated attempts at changing their eating and activity habits the majority of overweight people fail to lose weight successfully and over the long term. It is assumed that they lack the willpower necessary to maintain and realize this specific goal and a newly developed intervention program for overweight people (S.T.E.P.S.) is designed to help them with this. Willpower is facilitated through individual coaching. By optimizing the mental conditions which determine an individual’s behaviour, the preconditions for changes to their health behaviour are provided. The efficacy of S.T.E.P.S. has been tested empirically within a quasi-experimental study of 39 adolescents. Based on certain success criteria, participants were defined as responders or non-responders and examined retrospectively for personal differences to deduce which interventions were successful. The efficacy of the program is dependent on the adolescent’s age and frequency of participation. 15-17 year old participants significantly improved their willpower ability and reduced their body fat where they participated in the program frequently. These effects also showed up eight months after finishing the intervention. Responders were disposed to better preconditions in their mental processes. Weight loss requires a high level of volitional self-confidence and being able to deal with negative affects. Analysis seems to show that the BMI is an inadaquate indicator of loss of body fat, based on this intervention. Inclusion of the adolescent’s parents in the program was discussed, as well as the methodological measuring instruments applied in this study. These, however, require further empirical research regarding their validity.

Durch vergleichende Analysen von morphologischen, anatomischen und molekulargenetischen Daten habe ich die Systematik zweier distinkter Taxa von Süßwasserschnecken innerhalb der Superfamilie Cerithioidea untersucht: Thiaridae Gill, 1871 und Pachychilidae Troschel, 1858. Die Familie Thiaridae wird durch eine endemische Art auf Jamaika (Hemisinus lineolatus) sowie zwei endemische Arten auf Kuba (H. cubanianus und Cubaedomus brevis) vertreten. Morphologisch unterscheidet sich Hemisinus von den anderen Thiaridae durch ein kurzes, anteriores Osphradium, einen Mitteldarm mit flach ausgeprägten Blinddarm sowie ein großes „accessory pad“. Phylogenetischen Analysen zeigen dass die jamaikanische H. lineolatus eng mit den Thiariden des nördlichen Südamerikas verwandt ist. Die anatomischen und morphologischen Ähnlichkeiten zwischen Hemisinus und afrikanischen Familien lassen vermuten, dass diese einen gemeinsamen Vorfahren haben. Die Geologischen und geographischen Daten deuten auf einen kontinentalen Ursprung von Hemisinus mit nachfolgender Kolonialisierung auf den Inseln hin. Bei den Pachychilidae beschränkte sich meine Arbeit auf die Karibischen und mittelamerikanischen Arten. Die geringen morphologischen Variationen der Schale und der Radula zwischen den meisten Arten, deuten auf Homoplasie hin, so dass diese Merkmale taxonomische wenig geeignete sind. Des weiteren scheint der Besitz von glatten Gehäusen ein konvergentes Merkmal ist, dass mindestens zweimal entstanden ist, während skulpturierte Schalen ehe Synapomorphie darstellen. Molekulare Untersuchungen zeigen dass die mittelamerikanischen und kubanischen Pachychilidae monophyletisch sind, während die Pachychiliden aus Zentral-Mexiko, Kuba sowie P. vallesensis nicht in die Gattung Pachychilus gehören. Die Analysierten Daten deuten auf einen vikarianten Ursprung der kubanischen und einen von Zentral-Guatemala ausgehenden, dispersiven Ursprung der kontinentalen Pachychilidae hin. / Through comparative analyses of morphological, anatomical and molecular genetic data, I reviewed the systematics of two distinct lineages of Neotropical freshwater snails within the superfamily Cerithioidea: Thiaridae Gill, 1871 and Pachychilidae Troschel, 1858. Concerning the Thiaridae, this family is represented by one endemic species in Jamaica (Hemisinus lineolatus), and two endemic species in Cuba (H. cubanianus and Cubaedomus brevis). The diagnostic characters that separate Hemisinus from the rest of the thiarid are a short and anterior osphradium and a midgut with shallow caecum and large accessory pad. Phylogenetic analysis showed the Jamaican H. lineolatus closely related to the northern South American Thiaridae. I also found Hemisinus sharing anatomical and morphological features with African families other than Thiaridae, indicating common ancestry with an Oriental freshwater lineage. Geological and geographical data point to a continental origin of Hemisinus with subsequent dispersal to the Caribbean Islands. About the Pachychilidae, I have carried out a critical systematic revision only on its Mesoamerican members. Anatomical studies of shell and radula characters as well as phylogenetic analyses based on two mitochondrial genes (COI, 16S), were performed. Due to the subtle morphological variations in shells and radulae found, I propose that both are homoplasic features generally unsuitable for distinguishing Neotropical pachychilids. Molecular analyses showed that the Cuban and Mesoamerican Pachychilidae are monophyletic, suggesting also that the species from central Mexico, Cuba and P. vallesensis belong to genera different than Pachychilus. Also, that in the group the possession of smooth shells is a convergent character which has evolved at least twice, while a sculptured shell is a synapomorphy. Analyzed data evidence a vicariant origin of the Cuban Pachychilidae, and a dispersal origin of the continental members from a central Guatemalan ancestor.

Feste wie das kultische Opferfest wurden häufig im antiken Griechenland veranstaltet: sie trugen als Rituale grundlegend zur Organisation und Konstruktion der sozialen Gemeinschaft bei. Trotz dieser immensen Bedeutung des Festgeschehens gibt es noch immer Lücken in der altertumswissenschaftlichen Forschung, besonders vom musiksoziologischen Ansatz. Die Betrachtung der musikalischen Elemente im griechischen Kult wie Instrumentalspiel, Gesang einzelner und in Chören, wie auch der Tanz soll einen interdisziplinären Beitrag dazu liefern, die soziale Organisation der antiken griechischen Gesellschaft aus dem Blickwinkel der Musikarchäologie und -soziologie zu verstehen. Die Musik in antiken griechischen Opferritualen ist ein wesentlicher Bestandteil dieses kultischen Ereignisses. Eigens dazu ausgebildete Musiker aber auch Laien musizierten zu den unterschiedlichen Phasen des Ritualkomplexes: während der Prozession, vor und nach der Opferung der Tiere oder der Darbringung anderer Gaben am Altar und zum festlichen Mahl. Diese Arbeit betrachtet die musikalische Begleitung speziell in den kultischen Prozessionen, untersucht mögliche Funktionen und Anwendungen der Musik, betrachtet den sozialen Status der Musiker und zeigt Zusammenhänge zwischen Musik und Kulthandlung. Dabei werden Vasenbilder vom 8. bis zum 5. Jahrhundert v. Chr. analysiert und verglichen mit Aussagen antiker Texte zu Prozessionsmusik und Musikern. / Festivals, such as the cultic sacrifice feast, were often conducted in ancient Greece. These rituals contributed fundamentally to the organization and construction of Greek society. In spite of the important meaning of cultic festivals there are still gaps in classical and ancient knowlege on the subject, notably the music sociological aspects. The treatment of musical elements in Greek cult, such as instrumental playing, soloistic or choir singing, and even dancing will add an interdisciplinary component from the music archaeological and music sociological point of view. This will better inform us of the social organization of Greek communities. Music was an essential element of Greek sacrifice rituals. Both professional educated musicians and amateurs made music during the different parts of the ritual complex: during the procession, before and after the sacrifice ritual—which could constitute the slaughtering of animals or the offering of gifts--and during the festive meal. My thesis analyses the musical role in the ritual, especially in cultic processions. It explores possible functions and applications of music, examines the social status of the musicians, and reveals relations between music and the ritual act. My sources primarily comprise vase depictions from the 8th to the 5th century B.C., which are analysed and compared to the written texts on processional music and musicians.

Vision impairment and blindness are in industrialized countries primarily caused by the degeneration of the retina, the light sensing tissue inside the eye. The degeneration, occurring in diseases like age-related macular degeneration (AMD) or retinitis pigmentosa (RP), can be caused by environmental factors as well as genetic defects and thus shows diverse pathologies. In all conditions, the light detecting photoreceptors (rods and/or cones) are dying caused by either direct photoreceptor damage or as a secondary effect following degeneration of supporting cells. Although promising treatment approaches are currently under investigation, up to date it is not possible to cure these diseases. Amongst these therapeutic strategies, pre-clinical studies evaluating the replacement of degenerated cells by transplantation of new photoreceptors demonstrated promising results. First studies conducted the specific enrichment and transplantation of primary photoreceptors derived from postnatal mice and their sufficient integration and differentiation into mature photoreceptors in wild-type as well as degenerated mouse retinae. Recent experiments additionally proved the recovery of some dim-light vision after transplantation in mice lacking night sight. The in vitro differentiation of whole eye cups containing photoreceptors, out of human or mouse ES or iPS cells, peaked in the transplantation of ES-derived photoreceptors into wild-type as well as degenerated mice and the integration and maturation of these cells. These observations are encouraging, but prior to a save implementation of this strategy into a clinical routine, several further hurdles need to be challenged. Collection of photoreceptors out of whole retinal tissues prior to transplantation was shown to be an important step to reach high integration rates. Additionally, transplantation of photoreceptors derived from stem cells comprises the risk of tumor formation after transplantation and thus also requires depletion of inadvertent cells. Therefore, we established the enrichment of photoreceptors using the cell surface marker dependent method magnetic-activated cell sorting (MACS). For identification of suitable target-specific surface markers, we characterized young transplantable mouse photoreceptors using microarray analysis and screened their transcriptome. Amongst others, ecto-5´nucleotidase (Nt5e, termed CD73) was identified being a rod photoreceptor specific cell surface protein. Thus, we enriched young photoreceptors with CD73-dependent MACS with sufficient purity and transplanted these cells into the subretinal space of wild-type mice. In contrast to unsorted retinal cells, enriched photoreceptors integrated in significantly higher number into the host retina, proving that MACS is a suitable alternative for specific photoreceptor enrichment. Testing other proteins, identified as photoreceptor specific, for MACS suitability and the translation of this approach to photoreceptors, derived from mouse as well as human iPS or ES cells, should be the focus of consecutive investigations. The integration of grafted cells into the retina is a complex process dependent on a variety of influencing factors. Transplantation experiments in aging wild-type mice and a rod-depleted mouse model, containing a retina composed of cone and cone-like photoreceptors, indicated that the activation of Müller glia cells facilitates integration of transplanted photoreceptors. Besides that, reduced outer limiting membrane (OLM) integrity, increased subretinal graft distribution or reduced retinal cell density are further suggested as potential cell engraftment enhancers. These factors might open up important possibilities of host retina manipulation to increase cell integration rates. Although retinal transplantation experiments were in addition to mice also performed using pigs or rats as hosts, the transplantation of enriched single photoreceptors, following the protocols successfully established in mice, has not been performed in other species. Nevertheless, transferring this technique is important and would allow better predictions for future application in human patients. Therefore, we transferred our protocol, using CD73 based MACS, to the rat and successfully enriched rat photoreceptors with sufficient purity. We subsequently transplanted these cells into the subretinal space of rats as well as mice and observed limited integration capacity of grafted cells. Only few transplanted rat photoreceptors were localized in the rat retina, lacking proper photoreceptor morphology. Especially regarding a perspective clinical application in humans, these data are remarkable. They imply the question, whether low integration in rat represents a general problem and might thus also be relevant for treatment in humans, or whether the rat retina forms just an exception. Thus, further detailed analysis of the cellular and molecular mechanisms underlying the integration process of transplanted photoreceptors represent an essential prerequisite for the development of a safe and efficient therapy, aiming to treat retinal degenerative diseases characterized by photoreceptor loss. / Degenerationserkrankungen der Netzhaut (Retina) sind in Industrieländern die Hauptursache für verminderte Sehfähigkeit und Blindheit. Sowohl Umweltfaktoren als auch vererbte Mutationen können Defekte wie altersbedingte Makuladegeneration (AMD) oder Retinitis pigmentosa (RP) auslösen und führen zu einem sehr variablen Krankheitsbild. Eine Gemeinsamkeit aller Formen ist das Absterben der lichtdetektierenden Fotorezeptoren (Stäbchen und/oder Zapfen). Dieses kann entweder durch direkte Schädigung, oder als Sekundäreffekt nach Degeneration der unterstützenden Zellen erfolgen. Obwohl im Moment vielversprechende Behandlungsansätze untersucht werden, ist es zurzeit nicht möglich, retinale Degenerationserkrankungen dieser Art zu heilen. Ein erfolgversprechender Ansatz könnte jedoch der Ersatz der degenerierten Zellen durch transplantierte Fotorezeptoren sein. Erste Studien demonstrierten die spezifische Anreicherung von primären Fotorezeptoren aus der Netzhaut neugeborener Mäuse und deren subretinale Transplantation in Wildtyp-Mäuse und Mausmodelle mit retinaler Degeneration. Die transplantierten Zellen integrierten in die Empfängernetzhaut und entwickelten sich in ausgereifte Fotorezeptoren und konnten unter anderem bei nachtblinden Mäusen die Sehfähigkeit bei Dunkelheit verbessern. Die Differenzierung von humanen oder murinen ES- und iPS-Zellen in vitro in vollständige Retinae und die Transplantation daraus gewonnener Fotorezeptoren in Mäuse, bilden vorläufig den Höhepunkt dieser Entwicklung. Obwohl die Fortschritte der jüngsten Vergangenheit beeindruckend sind, sollten vor der sicheren und effektiven Anwendung einer retinalen Zellersatztherapie als therapeutische Maßnahme beim Menschen noch einige wissenschaftliche Fragestellungen beantwortet werden. Studien zeigen, dass Zellpopulationen, die direkt aus der Spendernetzhaut entnommen und transplantiert wurden, auf Grund ihrer Heterogenität in geringeren Zahlen in die Empfängerretina einwandern als angereicherte Fotorezeptoren. Zusätzlich besteht bei unsortierten Zellen, die aus Stammzellpopulationen gewonnen wurden, das Risiko einer Tumorbildung. Daher haben wir die magnetisch-aktivierte Zellsortierung (MACS) zur Anreicherung junger Fotorezeptoren etabliert. Die dabei benötigten, für Fotorezeptoren spezifischen, Oberflächenproteine wurden mit Hilfe von Microarray-Analysen des Transkriptoms junger Stäbchen von Mäusen identifiziert. Dabei wurde unter anderem die 5\'-Nukleotidase (Nt5e, CD73) entdeckt, die uns die erfolgreiche Anreicherung junger Mausfotorezeptoren mit Hilfe von CD73-vermitteltem MACS erlaubte. Die Transplantation dieser angereicherten Zellpopulation in die Netzhaut von Empfängertieren resultierte in einer signifikant erhöhten Integrationsrate im Vergleich zu nicht-angereicherten retinalen Zellen. Die Überprüfung der Nutzbarkeit weiterer identifizierter Oberflächenproteine zur Zellanreicherung bzw. die Übertragung der etablierten Protokolle zur Zellsortierung und Transplantation auf Fotorezeptoren aus ES- und iPS-Zellkulturen, sollten im Fokus nachfolgender Experimente stehen. Die Integration transplantierter Zellen in die Empfängernetzhaut ist ein komplexer Prozess und von unterschiedlichen Einflussfaktoren abhängig. Durch Transplantationsexperimente in alternden Wildtyp-Mäusen und einem Mausmodell, dessen Fotorezeptorschicht keine Stäbchen und stattdessen nur Zapfen und zapfenähnlichen Fotorezeptoren aufweist, konnte gezeigt werden, dass vor allem die Aktivierung von Müllerzellen die Integrationsrate der Fotorezeptoren erhöht. Neben dieser sogenannten Gliose werden weitere Faktoren, wie die reduzierte Stabilität der äußeren Grenzmembran, die flächenmäßig größere Verteilung der transplantierten Zellen im subretinalen Raum oder die reduzierte Dichte der Zellen in der äußeren Körnerschicht, als potentielle integrationsfördernde Komponenten in Betracht gezogen. Diese bilden interessante Schwerpunkte für weitere Forschungen, um eine ausreichende Zellintegration durch Manipulation der Empfängernetzhaut, auch in der klinischen Anwendung, zu erreichen. Obwohl Transplantationsexperimente zusätzlich zur Maus auch in anderen Empfängerspezies, wie Ratten und Schweinen, durchgeführt wurden, liegen bis jetzt keine Studien vor, die die in der Maus erfolgreich etablierten Protokolle der Zellanreicherung und Transplantation von Fotorezeptor-Suspensionen in diesen Spezies reproduzierte. Der Transfer dieser Technik und eine Generalisierung der Anwendbarkeit eines Fotorezeptorersatzes durch Transplantation in verschiedenen Säugetierarten geben jedoch wichtige Hinweise für eine mögliche Translation dieser Technologie für klinische Anwendungen. Deshalb haben wir unser bereits an der Maus getestetes Protokoll auf die Ratte übertragen und erfolgreich Fotorezeptoren der Ratte mit Hilfe von CD73-vermitteltem MACS angereichert. Nach deren Transplantation in die Netzhaut von Ratten und Mäusen zeigten die Rattenfotorezeptoren aber eine stark verminderte Integrationsfähigkeit und das Fehlen einer reifen Fotorezeptormorphologie. Speziell in Hinsicht auf eine zukünftige klinische Anwendung sind diese Ergebnisse relevant, da sie die Frage aufwerfen, ob die mangelnde Integration in der Ratte ein generelles Problem darstellt und daher auch beim Menschen zu erwarten ist, oder ob sie nur eine Ausnahme im Rattenmodell bildet. Aus diesem Grund bildet die weitere Erforschung der zellulären und molekularen Mechanismen der Integration transplantierter Fotorezeptoren eine wichtige Grundlage für die Entwicklung einer sicheren und effizienten Therapie mit dem Ziel, degenerative Netzhauterkrankungen zu heilen.

Circadiane Uhren sind endogene Oszillatoren, die 24-Stunden Rhythmen erzeugen. Sie erlauben Organismen deren Physiologie und Verhalten an tägliche Änderungen der Umwelt anzupassen. In Säugetieren basieren solche Uhren auf transkriptional-translationalen Rückkopplungsschleifen, aber es ist noch nicht ganz verstanden, welche Schleifen zur Erzeugung von Rhythmen beitragen. Eine der physiologischen Schlüsselfunktionen von cirkadianen Uhren scheint die zeitliche Anordnung von metabolischen Prozessen zu sein. Im ersten Projekt haben wir eine Methode eingeführt, um systematisch Regulationen in einem datengetriebenen mathematischen Modell der Kernuhr zu testen. Überraschenderweise haben wir ein Rückkopplungsmotif entdeckt, das vorher noch nicht im Zusammenhang mit der circadianen Uhr in Säugetieren in Betracht gezogen wurde. Dieser Repressilator ist mit Gen-knockout Studien und weiteren Perturbationsexperimenten konsistent. Im zweiten Projekt haben wir das Modell wiederholt auf gewebespezifische Datensätze gefitted und essentielle Rückkopplungen in allen Modellversionen identifiziert. Interessanterweise fanden wir dabei für alle gewebespezifischen Datensätze Synergien von Rückkopplungen, die zusammen Rhythmen erzeugen. Desweiteren haben wir festgestellt, dass die Synergien sich abhängig vom Gewebe unterscheiden. Im dritten Projekt haben wir die circadianen Aspekte des Metabolismus untersucht. Wir haben circadiane Komponenten in verschiedenen omics Studien identifiziert, integriert und auf ein metabolisches Netzwerk gemapped. Unsere Analyse hat bestätigt, dass viele Stoffwechselwege vermutlich circadianen Rhythmen folgen. Interessanterweise haben wir festgestellt, dass die durchschnittlichen Phasen von rhythmischen Komponenten sich zwischen verschiedenen Stoffwechselwegen unterscheiden. Solche Unterschiede könnten eine zeitliche Anpassung metabolischer Funktionen an Zeiten darstellen zu denen sie gebraucht werden. / Circadian clocks are endogenous oscillators that generate 24-hour rhythms. They allow many organisms to synchronize their physiology and behaviour with daily changes of the environment. In mammals such clocks are based on transcriptional-translational feedback loops, however, it is not fully understood which feedback loops contribute to rhythm generation. Within an organism different clocks are distinguished by their localization in different organs. One of the key physiological functions of circadian clocks in various organs seems to be the temporal alignment of metabolic processes. In the first project we introduced and applied a method to systematically test regulations in a data-driven mathematical model of the core clock. Surprisingly, we discovered a feedback loop that has previously not been considered in the context of the mammalian circadian clock. This repressilator is consistent with knockout studies and further perturbation experiments. It could constitute an explanation for different phases observed between Cryptochromes, which are part of the core clock. In the second project we repeatedly fitted the same mathematical model to tissue-specific data sets and identified essential feedback loops in all model versions. Interestingly, for all tissue-specific data sets we found synergies of loops generating rhythms together. Further, we found that the synergies differ depending on the tissue. In the third project we examined the circadian aspects of metabolism. We identified rhythmic data in different omics studies, integrated and mapped them to a metabolic network. Our analysis confirmed that many metabolic pathways may follow circadian rhythms. Interestingly, we also found that the average peak times of rhythmic components between various pathways differ. Such differences might reflect a temporal alignment of metabolic functions to the time when they are required.

Adipositas ist eine polymorphe chronische Erkrankung mit epidemischer Prävalenz. Im katabolen Leptin-Melanocortin-Signalweg ist das Proopiomelanocortin Gen (POMC) ein zentrales Element, das bei Dysfunktion massive Adipositas bewirken kann. Auch eine kürzlich identifizierte intragenische Methylierungsvariante des POMC wurde mit Adipositas assoziiert und deutet somit auf eine mögliche epigenetische Modulation des Gewichtsphänotyps hin. Zur Aufklärung der Relevanz, Stabilität und Entwicklung dieser epigenetischen Modifikation wurden die Funktionalität, Ontogenese und Phylogenese der POMC DNA-Methylierung untersucht. In vitro Analysen zeigten DNA-Methylierungsabhängige Promoteraktivität beider CpG-Inseln (CGIs) des POMC. Diese hier erstmals beschriebene Transkriptionsaktivität der intragenischen CGI weist auf einen alternativen Promoter des POMC hin. Hinsichtlich der Ontogenese konnten in Mensch und Maus postnatal stabile DNA-Methylierungsmuster mit interindividueller Konservierung für beide CGIs des POMC identifiziert werden. Zusätzlich erwiesen sich Gewebeunabhängigkeit der DNA-Methylierungsmuster und ihre pränatale Ausbildung zwischen dem Blastocystenstadium und der frühen Organogenese in der Maus. Die POMC DNA-Methylierungsmuster upstream des Exon3 unterscheiden sich in Mensch und Maus. Der mögliche Einfluss von primatenspezifischen Alu-Elementen im Intron2 des POMC hierauf wurde in verschiedenen Primatenfamilien analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine bedingte Assoziation der Alu-Elemente mit der DNA-Methylierung in der entsprechenden Region, lassen jedoch auch weitere Einflussfaktoren vermuten. Insgesamt zeigt diese Arbeit, dass die POMC DNA-Methylierung artspezifisch konserviert ist und in der frühen Embryogenese, vermutlich Alu-abhängig, ausgebildet wird. Dabei könnten stochastische Variationen der DNA-Methylierung die POMC-Aktivität beeinflussen und somit das Risiko für Adipositas erhöhen. / Obesity is a polymorphic chronic disease with epidemic prevalence. Within the catabolic leptin-melanocortin signaling pathway pre-proopiomelanocortin (POMC) is a pivotal element. Dysfunction of POMC, e.g. due to mutations, can cause severe obesity. Moreover, a recently identified intragenic methylation variant of POMC was found to be associated with obesity. Therefore, this indicates potential epigenetic modulation of the weight phenotype. To gain further insight into the relevance, stability, and origin of this epigenetic modification, the functionality, ontogenesis, and phylogenesis of the POMC DNA methylation patterns were analyzed. In vitro analyses revealed DNA methylation-dependent promoter activity of both CpG islands (CGIs) of POMC. Thereby, the intragenic CGI was identified as a potential alternative promoter of POMC, which has not been described before. Regarding the ontogenesis, postnatally stable POMC DNA methylation patterns with interindividual conservation were detected for both CGIs in humans and mice. In addition, it was observed that the POMC DNA methylation patterns are non-tissue-specific, stable upon long time administration of a high fat diet, and develop prenatally between the blastocystal stage and the early organogenesis. The POMC DNA methylation pattern upstream of exon3 differs in humans and mice. A possible influence of primate-specific Alu elements within the intron2 region of POMC was analyzed in various primate families. Results evince a partial association of the Alu elements with the DNA methylation pattern in this particular region, but also suggest an influence of additional factors. Overall, this work demonstrates that DNA methylation of the POMC locus is species-specific highly conserved, and that it is established during early embryogenesis, possibly Alu-triggered. In the course of this, stochastic variances of the POMC DNA methylation might influence the POMC activity and consequently alter the risk to develop obesity.

Die Freizeit- bzw. Angelfischerei ist ein komplexes sozial-ökologisches System, welches sich aus drei wesentlichen Komponenten zusammensetzt: einer biologischen, einer sozialen und einer Managementkomponente. Fischereimanager sind aufgefordert, anglerischen Interessen und den Anforderungen einer biologisch nachhaltigen Gewässerbewirtschaftung gleichsam gerecht zu werden. Unzureichend verstandene Wechselwirkungen zwischen den Fischereikomponenten limitieren die Möglichkeit, die Angelfischerei nachhaltig zu entwickeln. Diese werden beeinflusst von lebensgeschichtlichen Parametern der jeweiligen Fischart, von Dynamik und Diversität der Angler sowie von Maßnahmen und Managementzielen. Die Dissertation untersuchte die Bedeutung einer gleichzeitigen Berücksichtigung der drei Fischereikomponenten und ihren Wechselwirkungen zur Realisierung einer biologisch und sozial nachhaltigen Angelfischerei. Ein neuartiges bioökonomisches Simulationsmodell identifizierte Bewirtschaftungsmaßnahmen, die den von der Fischerei erzeugten sozialen Nutzen maximieren. Die Ergebnisse widerlegen die Annahme der Selbstregulationsfähigkeit der Angelfischerei. Die Höhe und Art der Befischungsintensität sowie der soziale Nutzen wurden stark durch eine Vielzahl von fangabhängigen und fangunabhängigen Attributen beeinflusst, wobei auch Anglertyp und Anfälligkeit der Fischpopulation zur Überfischung eine Rolle spielten. Einige Regularien zur Erreichung der Bewirtschaftungsziele waren effektiver als andere, aber ihre Wirksamkeit könnte durch die Haksterblichkeit und die Nichteinhaltung von Vorschriften unterlaufen werden. Obwohl sich die Bewirtschaftungsmaßnahmen je nach Zielart, Anglerschaft und Bewirtschaftungszielen richten, beinhalten die als optimal identifizierten Maßnahmen in fast allen Fällen eine biologische nachhaltige Bewirtschaftung. Die Ergebnisse zeigen, dass ein interdisziplinärer Ansatz zu einer sozial und biologisch nachhaltigen Bewirtschaftung der Freizeitfischerei beitragen kann. / Recreational fisheries are complex social-ecological systems, and managers often need to balance the interests of the anglers utilizing the fishery – the social sustainability – and the biological sustainability of the fish population. However, a poor understanding of the interactions among the main components of a fishery – the biological, social, and management components – has limited our ability to manage recreational fisheries sustainably. Fish life-history type (LHT), the dynamics and diversity of the angler population, angling regulations and management objectives all influence management outcomes. Using both empirical and theoretical studies, I evaluated the importance of jointly considering these primary drivers and the feedbacks between fishery components when managing recreational fisheries. I developed a novel bioeconomic modelling framework to determine which regulations (effort regulations and minimum-size limits) maximized the social welfare derived from the fishery, the optimal social yield (OSY). My research refutes the hypothesis that anglers are self-regulating (i.e., stop fishing when catch rates decline). The amount and type of fishing pressure the fishery received and the social welfare derived were strongly influenced by multiple fishery attributes and differed with the type of angler fishing and the fish population’s vulnerability to overexploitation (LHT). I found regulations influenced fishing mortality rates, but also directly influenced angler behaviour. Some regulations were more effective than others at achieving management objectives, but their effectiveness could be undermined by hooking mortality and regulatory noncompliance. Despite differences in optimal regulations, an OSY management approach generally did not result in overfishing. My research demonstrates that a multidisciplinary approach based on clear objectives can help us progress towards both socially and biologically sustainable management of recreational fisheries.

In der Zeit der Weimarer Republik war Adele Schreiber eine der bekanntesten Frauen Deutschlands und in allen Verzeichnissen bekannter deutscher Frauen zu finden. Durch den Bruch in ihrem Leben, herbeigeführt durch die sich abzeichnende Herrschaft der Nationalsozialisten, die sie ins Exil zwang, geriet sie in Vergessenheit und war schon nach dem Zweiten Weltkrieg in die Bedeutungslosigkeit gefallen. In der vorliegenden Arbeit soll nicht nur das Leben Adele Schreibers an sich, sondern auch ihre Position in der Frauenbewegung ab der Jahrhundertwende thematisiert werden, die zahlreichen Querverbindungen zwischen den einzelnen Organisationen, aber auch zwischen Adele Schreiber und anderen Mitstreiterinnen. Adele Schreiber ist eine derjenigen Frauen, die seit der Jahrhundertwende in vorderster Reihe in der Frauenbewegung mitgekämpft haben. Setzte sie sich, 1898 in Berlin angekommen, zuerst intensiv für die Schaffung einer Frauenversicherung ein, so kämpfte sie wenig später gleichermaßen für das Frauenwahlrecht und engagierte sich im Mutter- und Kinderschutz. Doch neben aller sozialpolitisch engagierten Arbeit und journalistischer Tätigkeit für die Durchsetzung der Rechte der Frau war Adele Schreiber auch politisch tätig. Als Reichstagsmitglied der SPD ab 1920 bemühte sie sich auf politischer Ebene um eine gesetzlich festgelegte Anerkennung und Mündigkeit der Frau. Selbst nach dem Exil, das sie in der Schweiz und in Großbritannien verbrachte, verfolgte sie bis zu ihrem Tod 1957 mit wachen Augen die politischen Entwicklungen in Deutschland und der Welt. / During the time of the Weimar republic, Adele Schreiber was one of the most famous women in Germany and could be found all the accounts by well-known German women. Due to the break in her life brought about by the threatening seizure of power by the National Socialists which forced her into exile, she became forgotten and by the end of the Second World War she had already disappeared into insignificance. The following work attempts not only to explore the life of Adele Schreiber itself, but also her position in the women's movement from the turn of the century onwards, the numerous inter-connections between the separate organisations and between Adele Schreiber and other fellow-activists. Adele Schreiber is among those women who fought in the front line of the women's movement from the turn of the century onwards. Having initially committed herself intensively, as a newcomer in Berlin in 1898, to the cause of introducing an insurance for women, she fought equally hard a short time later for women's suffrage and she became involved in the issues of maternity leave and child protection. But besides all her committed socio-political activities and her work as a journalist for the attainment of women's rights, Adele Schreiber was also politically active. As a member of the Reichstag for the SPD from 1920 onwards, she strived in the political arena for a legally effective acknowledgement and declaration of women as political entities. Even after she went into exile in Switzerland and Great Britain she followed vigilantly the political developments in Germany and throughout the world until her death in 1957.