Als Ladungsbrüten wird die Umwandlung niedrig geladener Ionen, welche über ein breites Spektrum von Elementen bis hin zu exotischen, radioaktiven Spezies erzeugt werden können, in hochgeladene Ionen bezeichnet, was beispielsweise für deren effiziente Nachbeschleunigung oder kern- und atomphysikalische Präzisionsmessungen von Bedeutung ist. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass es möglich ist, kompakte, bei Raumtemperatur betriebene Elektronenstrahlionenquellen des Dresden EBIS/T - Typs als Ladungsbrüter zu verwenden. Anhand von Simulationen zum Ioneneinfang sowie Experimenten zur Ioneninjektion und -reextraktion wurden die Ionenquellen Dresden EBIT und EBIS-A als Ladungsbrüter charakterisiert. Eigenschaften der Quellen, welche von besonderem Interesse für das Ladungsbrüten sind, wurden untersucht. Hierzu zählen Elektronenstromdichte, Ionisationsfaktor, Akzeptanz sowie Einfangsbeziehungsweise Brütungseffizienz. An einer Dresden EBIS-A wurden weiterhin die Emittanzen des injizierten und reextrahierten Strahls bestimmt. Neben den Untersuchungen zum Ladungsbrüten selbst wurde dieses als experimentelle Technik für die Bestimmung von Elektronenstoß - Ionisationsquerschnitten der Goldionen Au38+ bis Au46+ bei einer Elektronenenergie von 11,5 keV verwendet. Ein Vergleich der Messwerte mit semiempirisch sowie theoretisch berechneten Daten ergab, dass für die Ionisation der 4d - und 4p - Elektronen von Gold in diesem Energiebereich neben der direkten Stoßionisation auch die Autoionisation nach Elektronenstoß - Anregung in die Betrachtung einbezogen werden muss, um eine gute Übereinstimmung von Theorie und Experiment zu erreichen. / The conversion of low charged ions, which can be produced from a broad spectrum of elements up to exotic, radioactive species, to highly charged ions is called charge breeding, which is an important experimental technique for, e.g., efficient post - acceleration or high - precision nuclear and atomic physics experiments. This work demonstrates the feasibility of charge breeding with compact, room - temperature operated electron beam ion sources of the Dresden EBIS/T type. The sources Dresden EBIT and EBIS-A were characterized as charge breeders by simulations of ion capture as well as ion injection and re-extraction experiments. Properties which are critical for charge breeding, such as electron beam density, ionization factor, acceptance, as well as injection and breeding efficiency, were investigated. Further on, in case of the EBIS-A, emittance studies of the injected as well as re-extracted beam were carried out. In addition to the measurements concentrating on charge breeding itself, this experimental technique was used to measure electron impaction ionization cross sections of gold ions from Au38+ up to Au46+ at an electron energy of 11.5 keV. Comparing the measured values to semi - empirical as well as theoretical calculations, it was found that for the ionization of the 4d and 4p electrons of gold ions in this energy region not only direct electron impact ionization but also excitation - autoionization processes have to be considered in order to achieve a good agreement of theory and experiment.

This work addresses properties of two-component lipid membranes on the experimentally relevant spatial scales of order of a micrometer and time intervals of order of a second by means of lattice-based Monte Carlo (MC) simulations. To be able to do that with reasonable computational efforts the lipid membrane is modeled as a square lattice of lipid molecules with next-neighbor interaction. This allows for efficient computation and thus provides a large-scale simulation with which it was possible to obtain important results previously not reported in simulation studies of lipid membranes. After properly tuning the next-neighbor interaction energies the simulation reproduces the experimental phase diagram of the DMPC/DSPC lipid system which is used as a model system in this work. Beyond that, the MC simulation provides a more detailed description of the phase behavior of the lipid mixture than the experimental data. It is found that, within a certain range of lipid compositions, the phase transition from the fluid phase to the fluid–gel phase coexistence proceeds via near-critical fluctuations, while for other lipid compositions this phase transition has a quasi-abrupt character. The complete combined state and component phase diagram is constructed by structure function analysis which confirms the existence of a critical point in the system. The dynamics of membrane coarsening after an abrupt temperature quench to the fluid–gel coexistence region of the phase diagram are studied. In this context, it is found that lateral diffusion of lipids plays an important role in the fluid–gel phase separation process. Dynamic scaling is observed only if the ratio of gel and fluid phase in the membrane stays constant in time. The line tension characterizing lipid domains in the fluid–gel coexistence region is found to be in the pN range thus matching values both predicted theoretically and measured experimentally. When approaching the critical point, the line tension, the inverse correlation length of fluid–gel spatial fluctuations, and the corresponding inverse order parameter susceptibility of the membrane vanish in agreement with recent experimental findings for model lipid membranes. By simulating single particle tracking and fluorescence correlation spectroscopy experiments it is found that in the presence of near-critical fluctuations lipid molecules show transient subdiffusive behavior, which is a new result important for understanding the origins of subdiffusion in cell membranes which are believed to be close to a critical point. The membrane–cytoskeleton interaction strongly affects phase separation, enhances subdiffusion, and eventually leads to hop diffusion of lipids. Thus, a minimum realistic model for membrane rafts showing the features of both microscopic phase separation and subdiffusion is established.

In 2010, the Large Hadron Collider (\\lhc{}) at the European Organisation for Nuclear Research (CERN) near Geneva (Switzerland) came into full operation providing proton-proton collisions at a centre-of-mass energy of $\\sqrt{s} = \\unit[7]{TeV}$. \\lhc{} data may allow the observation of the Higgs boson, the last unknown building block of the standard model of particle physics (SM). Di-muon final states containing heavy flavour jets pose an irreducible background for searches of the Higgs boson as predicted the SM or theories beyond. They also provide a unique testbed for tests of perturbative Quantum Chromo-Dynamics (pQCD). This thesis provides a measurement of the cross section of events with one di-muon pair with an invariant mass in the \\Z{} mass region and at least one heavy flavour jet. Studies on acceptance and systematic effects of the experimental setup are presented as well as a comparison to theoretical predictions. The total inclusive cross section of \\zbFS{} events was observed as $\\sigma(\\mu^{+}\\mu^{-}+b+X) = \\unit[(4.15 ^{+0.97}_{-0.89} (stat.) ^{+0.45}_{-0.53} (syst.))]{pb} $ from the equivalent of $\\unit[36]{pb^{-1}}$ of data. Agreement with pQCD predictions at next-to leading order (NLO) is found while tensions with leading order (LO) predictions are observed. Further, the cross-section ratio \\RwZ{} with events containing two muons and at least one jet of any origin was measured to $\\mathcal{R} = \\unit[4.6 ^{+1.4}_{-1.2} (stat.) \\pm 0.5 (syst.)]{\\%}$. This is found to agree with NLO and LO calculations within known uncertainties.

Für die Optimierung akustischer Eigenschaften von Räumen ist die Verbesserung deren numerischer Simulationen von entscheidender Bedeutung. Im unteren Frequenzbereich hängt in vielen Fällen die Qualität der Lösungen stark von der Kenntnis akustischer Wandadmittanzen ab. Die vorliegende Arbeit umfasst die Entwicklung und Untersuchung verschiedener auf deterministischen Diskretisierungen des akustischen Randwertproblems basierender Formulierungen zur globalen Bestimmung frequenzabhängiger Admittanzparameter. Mit Admittanzen kann das Reflexions- und Absorptionsverhalten von Wänden quantifiziert werden. Der vorgestellte Ansatz der globalen Admittanzbestimmung in Innenräumen ermöglicht die Berücksichtigung schrägen Schalleinfalls. Die Methode sieht ein Experiment vor, bei dem das Schallfeld mit Mikrofonen abgetastet, alle vorhandenen Schallquellen bestimmt sowie die Geometrie des akustischen Raumes erfasst werden. Mit den in der Arbeit entwickelten Algorithmen wird eine globale Admittanzverteilung für den gesamten Rand aus diesen Daten berechnet. Mit Hilfe erfolgreich identifizierter Admittanzverläufe sollen Simulationen niederfrequenter Wellenausbreitungen in Räumen auch komplizierter Geometrien und Oberflächenbeschaffenheiten durch Hinzunahme von Admittanzrandbedingungen ermöglicht und verbessert werden. Die Bestimmung von Wandadmittanzen aus partiell bekannten Schalldruckwerten wird mathematisch als inverses Problem eingeordnet. Für die inversen Algorithmen werden die Methoden der Randelemente (BE) und der finiten Elemente (FE) zur Diskretisierung des akustischen Randwertproblems verwendet. Aus den Gleichungen der BE-Diskretisierung lässt sich ein schlecht konditioniertes, aber dafür lineares Gleichungssystem für das inverse Problem finden, während die FE-basierte Formulierung ein nichtlineares, aufgrund der Komplexität des Problems meist ebenfalls schlecht konditioniertes Optimierungsproblem darstellt. Ein wesentliches Ergebnis dieser Arbeit ist die Gegenüberstellung der linearen und nichtlinearen Algorithmen des inversen Problems in Hinblick auf deren Herleitungen, die umgesetzten Berechnungsverfahren und der sich stark unterscheidenden Lösungsqualitäten. Untersuchungen der Admittanzrekonstruktion an zwei- und dreidimensionalen theoretischen Modellen verdeutlichen die Einflüsse der Modellgenauigkeit, des Messumfanges und des Messrauschens auf die Ergebnisse der inversen Algorithmen. Anhand der Anwendung auf Messdaten eines bei Brüel & Kjaer durchgeführten Experimentes wird das inverse Verfahren der globalen Admittanzbestimmung einem Praxistest unterzogen. / Reflection and absorption of sound waves on boundaries play a determining role for the optimization of acoustical properties in closed rooms. Above all the geometry and dynamic behavior of the wall structure are responsible for it. These boundary terms are quantifiable within the scope of numerical acoustics by the so-called admittance boundary conditions of the acoustical boundary value problem. Especially at low frequencies the quality of acoustical simulation depends strongly on the recognition of boundary admittances. The present work includes the development of two different inverse algorithms based on deterministic discretization methods for the global determination of frequency-dependent boundary admittance parameters. The approach of global determination of admittances allows to take account for non-perpendicular wave incident. For the method to work an experiment shall be initially conducted. In that process all present sound sources and microphone arrays scanning the sound field must be located and measured and a model of the geometry of the room needs to be created. The developed algorithms calculate then a global admittance distribution based on this data. Using successfully identified admittance characteristics as admittance boundary condition, low frequency simulation in rooms of complex geometry and arbitrary consistency of the surface shall be improved. Identifying boundary admittances out of partially measured sound pressure data is classifiable as inverse acoustic problem. In order to develop inverse formulations the acoustical boundary value problem is discretized by means of the Boundary Element and the Finite Element Method. The inverse formulation of the Boundary Element equations composes an ill-posed but linear system of equations. In contrast, based on Finite Elements only a nonlinear optimization problem can be set up that often features a bad condition due to the complexity of the inverse problem. The comparison of these linear and nonlinear algorithms of the inverse acoustic problem of global determination of boundary admittances in respect of derivation, implemented solution techniques and differing solution qualities states an essential result of this work. The investigation of admittance reconstruction at two and three-dimensional theoretical models reveal the influences of model accuracy, measurement expense and noise on measured data onto the results of both inverse algorithms. Finally, the problem of global admittance determination is subjected to experimentally obtained data (at Brüel & Kjaer) in order to check for practical applicability.

An essential prerequisite for the existence of multi-cellular life is the organization of cells into tissues. In this thesis, we theoretically study how large-scale tissue properties can emerge from the collective behavior of individual cells. To this end, we focus on the properties of epithelial tissue, which is one of the major tissue types in animals. We study how rheological properties of epithelia emerge from cellular processes, and we develop a physical description for the dynamics of an epithelial cell polarity. We apply our theoretical studies to observations in the developing wing of the fruit fly, Drosophila melanogaster. In order to study epithelial mechanics, we first develop a geometrical framework that rigorously describes the deformation of two-dimensional cellular networks. Our framework decomposes large-scale deformation into cellular contributions. For instance, we show how large-scale tissue shear decomposes into contributions by cell shape changes and into contributions by different kinds of topological transitions. We apply this framework in order to quantify the time-dependent deformation of the fruit fly wing, and to decompose it into cellular contributions. We also use this framework as a basis to study large-scale rheological properties of epithelia and their dependence on cellular fluctuations. To this end, we represent epithelial tissues by a vertex model, which describes cells as elastic polygons. We extend the vertex model by introducing fluctuations on the cellular scale, and we develop a method to perform perpetual simple shear simulations. Analyzing the steady state of such simple shear simulations, we find that the rheological behavior of vertex model tissue depends on the fluctuation amplitude. For small fluctuation amplitude, it behaves like a plastic material, and for high fluctuation amplitude, it behaves like a visco-elastic fluid. In addition to analyzing mechanical properties, we study the reorientation of an epithelial cell polarity. To this end, we develop a simple hydrodynamic description for polarity reorientation. In particular, we account for polarity reorientation by tissue shear, by another polarity field, and by local polarity alignment. Furthermore, we develop methods to quantify polarity patterns based on microscopical images of the fly wing. We find that our hydrodynamic description does not only account for polarity reorientation in wild type fly wings. Moreover, it is for the first time possible to also account for the observed polarity patterns in a number of genetically altered flies. / Eine wesentliche Voraussetzung für die Existenz mehrzelligen Lebens ist, dass sich einzelne Zellen sinnvoll zu Geweben ergänzen können. In dieser Dissertation untersuchen wir, wie großskalige Eigenschaften von Geweben aus dem kollektiven Verhalten einzelner Zellen hervorgehen. Dazu konzentrieren wir uns auf Epitheliengewebe, welches eine der Grundgewebearten in Tieren darstellt. Wir stellen theoretische Untersuchungen zu rheologischen Eigenschaften und zu zellulärer Polarität von Epithelien an. Diese theoretischen Untersuchungen vergleichen wir mit experimentellen Beobachtungen am sich entwickelnden Flügel der schwarzbäuchigen Taufliege (Drosophila melanogaster). Um die Mechanik von Epithelien zu untersuchen, entwickeln wir zunächst eine geometrische Beschreibung für die Verformung von zweidimensionalen zellulären Netzwerken. Unsere Beschreibung zerlegt die mittlere Verformung des gesamten Netzwerks in zelluläre Beitrage. Zum Beispiel wird eine Scherverformung des gesamten Netzwerks auf der zellulären Ebene exakt repräsentiert: einerseits durch die Verformung einzelner Zellen und andererseits durch topologische Veränderungen des zellulären Netzwerks. Mit Hilfe dieser Beschreibung quantifizieren wir die Verformung des Fliegenflügels während des Puppenstadiums. Des Weiteren führen wir die Verformung des Flügels auf ihre zellulären Beiträge zurück. Wir nutzen diese Beschreibung auch als Ausgangspunkt, um effektive rheologische Eigenschaften von Epithelien in Abhängigkeit von zellulären Fluktuationen zu untersuchen. Dazu simulieren wir Epithelgewebe mittels eines Vertex Modells, welches einzelne Zellen als elastische Polygone abstrahiert. Wir erweitern dieses Vertex Modell um zelluläre Fluktuationen und um die Möglichkeit, Schersimulationen beliebiger Dauer durchzuführen. Die Analyse des stationären Zustands dieser Simulationen ergibt plastisches Verhalten bei kleiner Fluktuationsamplitude und visko-elastisches Verhalten bei großer Fluktuationsamplitude. Neben mechanischen Eigenschaften untersuchen wir auch die Umorientierung einer Zellpolarität in Epithelien. Dazu entwickeln wir eine einfache hydrodynamische Beschreibung für die Umorientierung eines Polaritätsfeldes. Wir berücksichtigen dabei insbesondere Effekte durch Scherung, durch ein anderes Polaritätsfeld und durch einen lokalen Gleichrichtungseffekt. Um unsere theoretische Beschreibung mit experimentellen Daten zu vergleichen, entwickeln wir Methoden um Polaritätsmuster im Fliegenflügel zu quantifizieren. Schließlich stellen wir fest, dass unsere hydrodynamische Beschreibung in der Tat beobachtete Polaritätsmuster reproduziert. Das gilt nicht nur im Wildtypen, sondern auch in genetisch veränderten Tieren.

Solid state approaches to structural properties like diffraction or microscopy techniques often cannot be applied to biomolecular systems, at least not without special postpreparation which often corrupts the desired properties of the pristine systems. In this work the capabilities of synchrotron-based, soft X-ray spectroscopies as an alternative way to unravel structural properties of such systems are tested. To this end, three exemplary systems were investigated each with the focus on another facet and characteristic length scale. The first example are DNA-alkanethiol self-assembled monolayers, also known as DNA microarrays or DNA chips, for which a way to monitor and controllably tune the structural composition on the mesoscopic scale of many thousands of molecules was sought for. The second example focuses on the single-molecule and submolecular scale in metalprotein hybrid compounds with the aim to identify the binding site of metal atoms or ions within protein molecules and the underlying interaction mechanisms. The most fundamental structural scale, the level of single bonds and molecular orbitals, is addressed in the last example where it was tried to elaborate an approach to map the topology of molecular orbitals based upon X-ray absorption properties. This approach was put to the practical test for the characteristic pi*peptide orbitals in protein backbones. For all three investigated examples, spectroscopies using soft X-ray synchrotron radiation were able to extract the desired information, thus confirming that they may grant alternative access to structural properties of soft-matter systems in cases where standard approaches fail. / Klassische Festkörpertechniken zur Strukturuntersuchung, wie Streu- oder Mikroskopiemethoden, können häufig nicht auf Biomolekülsysteme angewandt werden, zumindest nicht ohne spezielle Postpräparation, die die ursprünglichen Eigenschaften dieser Systeme oft verfälscht. In dieser Arbeit soll untersucht werden, inwieweit Röntgenspektroskopien basierend auf Synchrotronstrahlung einen alternativen Zugang zu Struktureigenschaften solcher Systeme bieten. Dazu wurden drei Systeme exemplarisch untersucht, jeweils mit Schwerpunkt auf einen anderen Aspekt und charakteristischen Längenbereich. Für selbstorganisierende DNA-Alkanthiol-Schichten, sogenannte DNA-Chips, wurde nach eine Weg gesucht, ihre strukturelle Zusammensetzung auf der mesoskopischen Ebene vieler tausend Moleküle zu bestimmen und kontrolliert zu modifizieren. Metallisierte Proteinstrukturen wurden auf Einzelmolekül- bzw. submolekularer Ebene untersucht, mit dem Ziel, die Orte der Metallanlagerung innerhalb des Proteins und die zugrundeliegenden Wechselwirkungsmechanismen zu identifizieren. Die unterste strukturelle Ebene, der Bereich einzelne Bindungen und Molekülorbitale, wurde adressiert am Beispiel der pi*peptide Orbitale des Proteinrückrats. Dafür wurde eine Methode zur Kartographierung einzelner Orbitale anhand von Röntgenabsorptionseigentschaften herausgearbeitet und praktisch getestet. In allen drei Fällen konnten Röntgenspektroskopien die nötigen Informationen liefern und damit ihr Potential für Strukturuntersuchungen in weicher Materie unter Beweis stellen.

Einzelschichten von Graphen-Nanobänders (GNRs) wurden auf SiC(0001)-Substraten mit zwei unterschiedlichen Fehlschnitten bei Temperaturen von 1410 bis 1460 °C synthetisiert. Das GNR-Wachstum lässt sich bei niedriger Stufenkantenhöhe am besten durch eine exponentielle Wachstumsrate, welche mit der Energiebarriere für die Ausdiffusion von Si korreliert ist. Anderseits wird bei Substraten mit höheren Stufenkanten eine nicht-exponentielle Rate beobachtet, was mit der Bildung von mehrlagigen Graphen an den Stufenkanten in Verbindung gebracht wird. Die Sauerstoffinterkalation von epitaktischen GNRs mittels Ausglühen an Luft von Bändern wird als nächstes untersucht, welche auf unterschiedlichen SiC-Substraten gewachsen wurden. Neben der Umwandlung von monolagigem zu zweilagigem Graphen in der Nähe der Stufenkanten von SiC, führt die Sauerstoffinterkalation zusätzlich zu der Bildung einer Oxidschicht auf den Terrassen des Substrats, was die zweilagigen GNRs elektrisch isoliert voneinander zurücklässt. Die elektrische Charakterisierung der zweilagigen GNRs zeigten dass die Bänder durch die Behandlung mit Sauerstoff elektrisch voneinander entkoppelt sind. Eine robuste Lochkonzentration von etwa 1x10¹³ cm-² und Mobilitäten von bis zu 700 cm²/(Vs) wurden für die GNRs mit einer typischen Breite von 100 nm bei Raumtemperatur gemessen. Wohl definierte Mesastrukturen gebildet mittels Elektronenstrahllithographie auf SiC-Substraten, wurde zuletzt untersucht. Die Charakterisierung des Ladungsträgertransports von GNRs die auf den Seitenwänden der strukturierten Terrassen gewachsen wurden, zeigt eine Mobilität im Bereich von 1000 bis 2000 cm²/(Vs), welche für verschiedene Strukturen auf der gesamten Probe homogen ist, was die Reproduzierbarkeit dieses Herstellungsverfahrens hervorhebt, sowie dessen Potential für die Implementierung in zukünftigen Technologien, welche auf epitaktischgewachsenene GNRs basieren. / Monolayer graphene nanoribbons (GNRs) were synthesized on SiC(0001) substrates with two different miscut angles at temperatures ranging from 1410 to 1460 °C. The GNR growth in lower step heights is best described by an exponential growth rate, which is correlated with the energy barrier for Si out-diffusion. On the other hand, a non-exponential rate is observed for substrates with higher steps, which is associated with the formation of few-layer graphene on the step edges. Oxygen intercalation of epitaxial GNRs is investigated next by air annealing ribbons grown in different SiC(0001) substrates. Besides the conversion of monolayer into bilayer graphene near the step edges of SiC, the oxygen intercalation also leads to the formation of an oxide layer on the terraces of the substrate, leaving the bilayer GNRs electronically isolated from each other. Electrical characterization of bilayer GNRs reveals that the ribbons are electrically decoupled from the substrate by the oxygen treatment. A robust hole concentration of around 1x10¹³ cm-² and mobilities up to 700 cm²/(Vs) at room temperature are measured for GNRs whose typical width is 100 nm. Well defined mesa structures patterned by electron beam lithography on the surface of SiC substrates is lastly researched. Transport characterization of GNRs grown on the sidewalls of the patterned terraces shows a mobility in the range of 1000 – 2000 cm²/(Vs), which is homogeneous for various structures throughout the sample, indicating the reproducibility of this fabrication method and its potential for implementation in future technologies based on epitaxially grown GNRs.

Bei vielen Laubheuschreckenarten produzieren nur die Männchen Gesänge, hauptsächlich um arteigene Weibchen anzulocken und sich mit Rivalen zu messen. Die Produktion der durch sexuelle Selektion ausgewählten akustischen Signale kostet das singende Männchen Energie. Die Gesangsleistung kann aufgrund der unterschiedlichen Körperqualität von Männchen zu Männchen variieren, was zu relevanten Konsequenzen für das Ergebnis der sexuellen Selektion führt. In dieser Arbeit soll die Auswirkung sexueller Selektion auf sekundäre Merkmale der Männchen untersucht werden, wie die Größe der Organe zur Schallproduktion und die Struktur akustischer Signale. Der Fokus liegt dabei auf den Faktoren, die die Qualität des Signalgebers und die Zusammensetzung des sozialen Umfelds bestimmen. Um diese Ziele zu erreichen, werden zwei Laubheuschreckenarten Poecilimon ampliatus und Poecilimon v. veluchianus untersucht. Die morphologischen Befunde zeigen, dass die positive Selektion auf klangproduzierende Strukturen mit der Präferenz von Weibchen für schwerere Männchen übereinstimmt und daher Rückschlüsse von der Körpermasse der Männchen auf die Größe der schallerzeugenden Organe gezogen werden können. Die Ergebnisse der akustischen Daten betonen die entscheidende Relevanz der Kombination verschiedener Umweltfaktoren. Sie zeigen, wie Männchen auf akustische Signale reagieren, die von benachbarten Konkurrenten erzeugt werden, indem sie ihre Signalerzeugung kohärent an die Stärke der Konkurrenz und ihren persönlichen energetischen Status anpassen. Männchen beider Arten zeigen eine interindividuelle Variation in der Fähigkeit, ihre Signalproduktion anzupassen, die sowohl durch Faktoren wie die Körpermasse des Männchens und der Populationsdichte beeinflusst wird. In zukünftigen Untersuchungen könnte der Frage nachgegangen werden, wie Männchen in der Natur von ihrer Kondition abhängige Signale und alternative Verhaltensstrategien entwickeln. / Behaviours and structures related to mating are under sexual selection. Due to their costs, these traits honestly reflect the quality of the signaller. Using structures located on the wings, bushcricket males signal to attract females and repel rivals. Sound performance can vary between individuals of different body conditions, leading to relevant consequences for the outcome of sexual selection. This thesis aims to investigate the effect of sexual selection on secondary male traits, such as the size of sound production organs and the structure of acoustic signals. The focus is on the factors that determine the quality of the signaller and the composition of the social environment. To fulfil the aims, two bushcrickets species were used: Poecilimon ampliatus and Poecilimon v. veluchianus. In P. ampliatus, sexual selection plays a role in determining the size of morphological structures that are responsible for producing female-preferred acoustic signals. A positive relationship between body condition and size of sound-producing organs was found. Heavier and larger males had larger wing and longer stridulatory file with disproportionally longer and less dense stridulatory teeth. A further effect of sexual selection is highlighted during the acoustic contest. In both species, only heavy males shown plasticity in acoustic behaviour. Moreover, the sound produced in competition honestly reflects the males’ body condition. In P. ampliatus heavier males signal at higher effort than lighter males and increased their activity when the light rival was placed at a closer distance. In P. v. veluchianus heavy males increased their signal activity only when the number of light rivals increased. Future endeavour will be to study how males in nature evolve condition-dependent signalling and alternative behavioural strategies.

In dieser Dissertation wurde zur Untersuchung von Affekten und Emotionen als zentrales Phänomen im Sportunterricht ein Modell entwickelt, das das affektiv-emotionale Erleben im Sportunterricht aus Schülerinnen-Schüler-Perspektive als eigenständiges Phänomen betrachtet und in Bezug zu seinen Auslösern, Unterrichtsmaßnahmen und Konsequenzen setzt. Zur Beschreibung des affektiv-emotionalen Erlebens wurden Auslöser von Affekten und Emotionen in einer qualitativen Interviewstudie exploriert: Attraktivität der Aufgabe, Zugehörigkeit, Kompetenz und Autonomie erscheinen als entscheidende Auslöser des affektiv-emotionalen Erlebens aus Sicht der Schülerschaft. Daran anknüpfend wurden Kompetenz und Zugehörigkeit experimentell untersucht, um die Wirkung dieser Auslöser auf das affektiv-emotionale Erleben zu überprüfen. Eine positive bzw. negative Kompetenzbedingung führt zu einem positiven bzw. negativen Affekt und soziale Interaktion (Zugehörigkeitsbedingung) führt zu einem positiven Affekt bei den Schülerinnen und Schülern. Weiterführend wurden in einer systematischen Review Arbeit Unterrichtsmaßnahmen untersucht, die das affektiv-emotionale Erleben der Schülerinnen und Schüler im Sportunterricht effektiv beeinflussen können, indem sie die explorierten Auslöser anwenden. Dabei kann gezeigt werden: Autonomieunterstützende Unterrichtsmaßnahmen, die mit den identifizierten Auslösern zusammenhängen, können zu einem positiven affektiv-emotionalen Erleben bei den Schülerinnen und Schülern führen. Die identifizierten Auslöser des affektiv-emotionalen Erlebens und die effektiven Unterrichtsmaßnahmen werden in dieser Dissertation in ein heuristisches Modell zur Erklärung des affektiv-emotionalen Erlebens von Schülerinnen und Schülern im Sportunterricht integriert und hinsichtlich zukünftiger Forschungsansätze inhaltlich und methodisch diskutiert. Diese Dissertation schließt mit zukünftigen Forschungsfragen und praktischen Implikationen für die Bildungslandschaft. / This doctoral thesis focusses on affective and emotional states of students in the context of physical education (PE). Affects and emotions represent the theoretical framework. In order to investigate affects and emotions as a central phenomenon in PE, a model was developed that declares the affective and emotional states of students in PE to an independent phenomenon and relates this to its triggers, teaching styles and consequences. A qualitative interview study explored triggers of affects and emotions to describe the affective-emotional states: attractiveness of the task, belonging, competence, and autonomy appear to be decisive triggers of the affective-emotional states from the students' perspective. Based on this, competence and belonging were experimentally examined in order to successfully check the effect of these triggers on the affective and emotional states. A positive or negative trigger of competence influences students’ positive or negative affect and social interaction (belonging) influences students’ positive affect. In addition, teaching styles using the explored triggers were examined in a systematic review due to their influencing effects on the affective-emotional states of students in PE. It can be shown that autonomy-supportive teaching styles, which are related to the identified triggers, can positively influence the affective and emotional states of students. The identified triggers of the affective-emotional states and possible teaching styles are integrated into a heuristic model of affective-emotional states from students’ perspectives in PE. Based on this heuristic model, the contribution of this thesis will be critically reflected for further analysis of affective-emotional perception in future studies. Finally, the presented research is linked to future research questions. Practical implications are addressed for PE classes, schools, teacher training and general educational policy.

In der Dissertation wurden Effekte der zuwanderungsbezogenen Klassenzusammensetzung auf verschiedene Leistungsmaße und psychosoziale Schülermerkmale im Rahmen von drei Zeitschriftenbeiträgen untersucht. In Teilstudie eins wurden Effekte der sozialen und zuwanderungsbezogenen Zusammensetzung auf das Leseverständnis im Verlauf der neunten Klasse und deren Vermittlung durch Merkmale der Unterrichtsqualität analysiert. Der Klassenanteil von Heranwachsenden mit Zuwanderungshintergrund war unter Kontrolle des mittleren sozioökonomischen Status nicht mit der Leseleistung assoziiert. Es zeigten sich Hinweise einer partiellen Vermittlung des Effekts sozialer Zusammensetzung durch das Ausmaß herausfordernden Sprachunterrichts. Teilstudie zwei beschäftigte sich mit Effekten der Zusammensetzung auf die Lernmotivation im Verlauf der neunten Klasse und deren Vermittlung durch das Ausmaß schülerorientierten Unterrichtsklimas. Heranwachsende mit Zuwanderungshintergrund berichteten höhere Motivation, wenn sie Klassen mit einem höheren Anteil von Heranwachsenden mit Zuwanderungshintergrund besuchten. Es zeigten sich keine vermittelten Effekte durch Merkmale des Unterrichtsklimas. In Teilstudie drei wurden der Anteil von Kindern mit Zuwanderungshintergrund und Maße zuwanderungsbezogener Heterogenität in ihrer Assoziation mit Mathematik- und Leseleistung sowie dem Verbundenheitsgefühl mit Peers von Kindern der vierten Klasse verglichen. Es bestanden stärkere negative Effekte des Klassenanteils im Vergleich zu Heterogenitätsmaßen. Bei simultaner Berücksichtigung von Klassenanteil und Heterogenitätsmaßen waren Heterogenitätseffekte größtenteils nicht mehr signifikant. Es zeigten sich jedoch leicht positive Heterogenitätseffekte auf die Mathematikleistung. Es bestanden keine Effektunterschiede zwischen Heterogenitätsmaßen. Die Befunde verweisen auf die Bedeutung der Schulklasse für die akademische Entwicklung sowie für die Erklärung zuwanderungsbezogener Disparitäten im Bildungssystem. / The thesis at hand explored effects of the language-related and ethnic makeup of classrooms on several achievement outcomes as well as psychosocial outcomes in three research articles. The first article investigated effects of socioeconomic and language minority classroom composition on ninth graders’ reading achievement across two measurement points and explored the mediating role of instructional quality. The proportion of minority students had no effect on achievement after controlling for the socioeconomic composition. The results suggest that the effect of the socioeconomic composition on achievement may be mediated partially by the teacher’s focus on language during instruction. The second article focused on effects of the proportion of language minority students on the development of ninth graders’ motivation and the mediating role of a student-oriented climate. The analyses revealed that minority students were increasingly motivated in classrooms with a higher proportion of minority students. The compositional effect was not mediated by the instructional climate. The third article explored various measures of the ethnic makeup of classrooms and their relationship with student outcomes. The proportion of minority students and measures of diversity were compared in their prediction of fourth graders’ achievement in math and reading as well as the feeling of belonging with one’s peers. The proportion of minority students showed stronger negative effects on student outcomes than the diversity measures. Including diversity measures and the proportion of minority students, the diversity effects mostly lost their significance. However, students showed slightly higher levels of math achievement in more diverse classrooms. The various measures of diversity led to similar results. The findings add to the evidence indicating that the classroom learning environment affects students’ academic development and contributes to ethnic disparities in the education system.