Mitochondrien sind essentielle Organellen eukaryotischer Zellen. Sie erfüllen eine Vielzahl wichtiger Funktionen in den Zellen: neben ihrer herausragenden Bedeutung für die Energieproduktion haben sie eine zentrale Rolle im Stoffwechsel, der Ionenhomöostase, sowie beim Zelltod. Weiterhin sind Mitochondrien hochdynamische Organellen. Die Erscheinung des mitochondrialen Netzwerks wird durch die Vorgänge der Fusion und Teilung kontinuierlich verändert. Eine morphologische oder funktionale Heterogenität dieser Organellen wurde bereits in verschiedenen Zelltypen und innerhalb einzelner Zellen beobachtet. Über die Bedeutung dieser Beobachtungen gibt es jedoch nur Vermutungen. Es wird angenommen, dass sie die Folgen eines mitochondrialen Anpassungsmechanismus an unterschiedliche metabolische Anforderungen darstellen. Bislang ist wenig darüber bekannt, ob mitochondriale Proteine auch eine heterogene intrazelluläre Verteilung aufweisen. Um Informationen über die Lokalisation mitochondrialer Proteine zu erhalten, wird unter anderem die Fluoreszenzmikroskopie eingesetzt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden sowohl Konfokal- als auch beugungsunbegrenzte STED-Mikroskopie in Kombination mit mathematischen Auswertealgorithmen verwendet, um mitochondriale Proteinverteilungen quantitativ innerhalb einzelner Säugerzellen zu analysieren. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass eine Vielzahl mitochondrialer Proteine, welche in verschiedenen mitochondrialen Subkompartimenten lokalisieren und unterschiedliche Funktionen erfüllen, eine heterogene Dichteverteilung in Form eines Gradienten, mit einer höheren Proteindichte in Zellkernnähe, innerhalb einzelner Zellen aufweist. Diese Gradientenverteilung ist zudem bereits direkt nach der Zellteilung in beiden Tochterzellen zu beobachten. Des Weiteren wurde gezeigt, dass die Hyperelongation von Mitochondrien eine Verringerung des Ausmaßes der Gradientenverteilung von Tom20 bewirkt. Außerdem wurde im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, dass in Zellen, in denen die Mikrotubuli depolymerisiert vorliegen, das Ausmaß der intrazellulären Tom20-Gradientenverteilung deutlich verringert ist. Diese Beobachtung legt die Vermutung nahe, dass der Vorgang des mitochondrialen Transports einen entscheidenden Einfluss auf die heterogene Verteilung mitochondrialer Proteine hat. Somit wurde durch diese Arbeit das Verständnis der intrazellulären Heterogenität mitochondrialer Proteinverteilungen entscheidend verbessert. Durch die erhaltenen Ergebnisse kann festgestellt werden, dass viele mitochondriale Proteine eine heterogene Verteilung in Form eines intrazellulären Dichtegradienten aufweisen, die durch Vorgänge der mitochondrialen Dynamik (Teilung, Bewegung) kontrolliert wird.

To many economists the public's support for the minimum wage (MW) institution is puzzling, since the MW is considered a "blunt instrument'' for redistribution. To delve deeper in this issue we build models in which workers are heterogeneous in ability. In the first model, the government does not engage in any type of redistributive policies - except for the payment of unemployment benefits; we find that the MW is preferred by the majority of workers (even when the unemployed receive very generous unemployment benefits). In the second model, the government engages in redistribution through the public provision of private goods. We show that (i) the introduction of a MW can be preferred by a majority of workers only if the unemployed receive benefits which are substantially below the after-tax earnings they would have had in the perfectly competitive case, (ii) for a given generosity of the unemployment benefit scheme, the maximum, politically viable, MW is lower than in the absence of in-kind redistribution, and (iii) the MW institution is politically viable only when there is a limited degree of in-kind redistribution. These findings can possibly explain why a well-developed social safety net in Scandinavia tends to co-exist with the absence of a national MW, whereas in Southern Europe the MW institution "complements'' the absence of a well-developed social safety net.

Numerical experiments assuming land-use distributions of different heterogeneity of wet and dry surfaces were performed on a cloudy day in spring with a calm wind to examine their influences on the domain-averaged fluxes as well as on the distribution of the fluxes within the domain. The results substantiate that, for ]arge heterogeneity, i.e., small patches, the distribution of the patches plays no role in the magnitude of the atmospheric fluxes. For !arger patches, however, the domain-averaged latent heat-fluxes depend appreciably on both the heterogeneity as well as on the fractional coverage by the land-use types. On the average, for heterogeneous conditions, the prevailing land-use type governs the fluxes. Nevertheless, no exact linearity between the fractionally coverage of the two land-use types and the resulting fluxes exists. Discontinuities in the fluxes which lead to the non-linear behaviour of the domain-averaged fluxes occur at the border between two !arger areas of extremely different characteristics, namely, grass (wet, cool) and sand (dry, warm). Three different patterns of behaviour are found for the temporal development of the differences in the domain-averaged fluxes which depend on both the heterogeneity and the pattern of the land use. / Numerische Experimente, bei denen unterschiedlich heterogene Landnutzungsverteilungen trockener und feuchte Flächen angenommen werden, wurden für einen wolkigen Schwachwindtag im Frühjahr durchgeführt. Die Ergebnisse belegen, daß bei großer Heterogenität, d.h. kleinen Flächen, deren Anordnung keine Rolle spielt. Bei großen Flächen jedoch hängen die Gebietsmittelwerte der latenten Wärmeflüsse merklich sowohl von der Heterogenität als auch von dem Flächenanteil der Landnutzung ab. Im Mittel beherrscht der vorherrschende Landnutzungstyp die Flüsse. Dennoch ist kein exaktes lineares Verhalten zwischen dem Flächenanteil der Landnutzung und den resultierenden Flüssen vorhanden. Diskontinuitäten in der Verteilung der Flüsse, die letztendlich zu der Nichtlinearität der Gebietsmittelwerte der Flüsse führen, treten an den Grenzen der größeren Flächen unterschiedlicher Oberflächencharakteristika auf, in dieser Studie Gras (feucht, kühl) und Sand (trocken, warm). Drei unterschiedliche Verhaltensweisen im zeitlichen Verlauf der Differenzen der Gebietsmittelwerte der Flüsse wurden gefunden, die vom Muster und der Heterogenität der Landnutzung abhängen.

Es wird aufgezeigt, wie durch die Notwendigkeit, in (Chemie-Transport-)Modellen diskretisieren zu müssen, die natürliche Heterogenität einer Landschaft bei der Modellierung reduziert wird. Es wird ein Maß definiert, mit dessen Hilfe die Heterogenität eines Gebiets, z.B. einer Gitterzelle erfaßt werden kann. Das Maß erlaubt auch, unterschiedliche Gebiete bezüglich ihrer Heterogenität zu vergleichen. Es bezieht sowohl den Wechsel von Flächen unterschiedlicher Landnutzung als auch die Anzahl der Ökosysteme ein. / The loss of information due to discretization is illustrated. A measure is defined that allows to characterize the degree of heterogeneity of an area, for instance a grid cell, with respect to the boundaries between areas of different landuse as well as the amount of ecosystems. lt also allows to compare different landscapes with respect to their heterogeneity.

Energy awareness of database systems has emerged as a critical research topic, since energy consumption is becoming a major limiter for their scalability. Recent energy-related hardware developments trend towards offering more and more configuration opportunities for the software to control its own energy consumption. Existing research so far mainly focused on leveraging this configuration spectrum to find the most energy-efficient configuration for specific operators or entire queries. In this demo, we introduce the concept of energy elasticity and propose the energy-control loop as an implementation of this concept. Energy elasticity refers to the ability of software to behave energy-proportional and energy-efficient at the same time while maintaining a certain quality of service. Thus, our system does not draw the least energy possible but the least energy necessary to still perform reasonably. We demonstrate our overall approach using a rich interactive GUI to give attendees the opportunity to learn more about our concept.

Diese Arbeit erlaubt einen erweiterten Einblick in die Regulation c-di-GMP-abhängiger Prozesse im Rahmen der Makrokolonieentwicklung von E. coli K12 AR3110, darunter die heterogene Expression des Masterregulators der Biofilmbildung CsgD und die räumlich differenzierte Matrixproduktion. Es konnte erstmals die Verteilung des Signalmoleküls c-di-GMP dargestellt werden und auch die damit einhergehe Dynamik der RdcA/B-DgcE-vermittelten Expression von csgD innerhalb einer Makrokolonie aufgeklärt werden. Zusätzlich konnten weitere Mechanismen in der Kontrolle der CsgD-Aktivität und Proteolyse identifiziert werden; darunter seine zelluläre Aggregation in spezifischen Zonen der Makrokolonie und sein proteolytischer Abbau (durch Lon-Proteasen). Diese Ergebnisse lassen eine präzise gesteuerte Koordination beschriebener Prozesse annehmen, die durch die Entstehung vertikaler Nähr- und Sauerstoffgradienten vermittelt wird. In ihrer Gesamtheit führen sie zu einer räumlich geordneten Produktion und Anordnung von Curlifasern und pEtN-Cellulose in der Makrokolonie, die zur Ausbildung der komplexen dreidimensionalen Matrixarchitektur führen. Jedes einzelne Matrixelement weist dabei eine charakteristische Zusammensetzung und Anordnung auf, die mit spezifischen Materialeigenschaften einhergehen. So bilden sie eine biofilminterne Gerüststruktur aus, die als mechanische Grundlage für die Auffaltung angenommen werden kann. Mikroskopische Analysen konnten matrixfreie, lokal proliferierende Zellen als treibende Kraft darstellen. Sie sind für den Aufbau und auch den Ausgleich eines Kompressionsdrucks verantwortlich, der die Auffaltung überhaupt verursacht. In ihrer Gesamtheit zeigt diese Arbeit, dass sowohl matrixfreie als auch matrixproduzierende Zellen eine horizontale Ausbreitung der Kolonie ermöglichen, ohne den Biofilm und darin befindliche Zellen zu beeinträchtigen. Auf diese Weise sind sie essenziell für die Aufrechterhaltung der physischen Integrität und Homöostase der Makrokolonie. / This work allows further insight into the regulation of c-di-GMP-dependent processes within the development of macrocolonies of E. coli K12 AR3110, including the heterogeneous expression of the master regulator CsgD and spatially differentiated matrix production. For the first time, the distribution of second messenger molecule c-di-GMP was visualized along the macrocolony axis. Furthermore, this study was able to elucidate the dynamics of RdcA/B-DgcE-controlled csgD expression and find additional mechanisms in the control of CsgD activity and proteolysis; including its cellular aggregation in specific zones and its proteolytic degradation by Lon-Preoteases. Overall, these results suggest a very precise coordination of cellular processes that depend on the presence of vertical oxygen and nutrient gradients which lead to a spatially defined production and arrangement of curlifibres as well as pEtN-Cellulose within the macrcocolony. This results in the formation of a complex three-dimensional matrix architecture with each individual matrix element exhibiting a characteristic composition and arrangement associated with specific material properties. That way they form a biofilm-internal scaffolding structure that represents the mechanical basis for macrocolony folding. Microscopic analyses were able to identify matrix-free and locally proliferating cells as driving force. They seem to be responsible for both creating as well as releasing pressure on matrix structures that causes buckling up in the first place. Taken together, this work shows that both matrix-free, proliferating cells and matrix-producing cells enable the horizontal spreading of the macrocolony without affecting the biofilm and cells located within. Thus, they are essential for maintaining physical integrity and homeostasis within the macrocolony.

Die Gruppe der Studierenden an Hochschulen ist durch eine deutliche Heterogenität bspw. bezüglich der nominellen Eingangskenntnisse gekennzeichnet, die aus der Verschiedenheit der jeweiligen Bildungsbiographien resultiert. Um dies zu berücksichtigen, wurde im Rahmen einer Promotion für eine Grundlagenvorlesung im Studiengang Maschinenbau an einer Dualen Hochschule unter Anwendung eines Design-Based-Research-Ansatzes zusammen mit Lernenden eine heterogenitätssensitive, virtuelle Lernumgebung als Teil eines hybriden Lernarrangements entwickelt. Die Entwicklung des Lernarrangements erfolgte auf der Basis eines didaktischen Modells, das durch die Synthese verschiedener (fach-)didaktischer und lernpsychologischer Erkenntnissen erstellt wurde und auf weitere berechnungsintensive Modulfächer ingenieurwissenschaftlicher Fachrichtungen übertragbar ist. Im empirischen Teil der Arbeit wurde das Lernverhaltens der Studierenden mehrerer Jahrgänge, sowohl im Umgang mit der o.g. virtuellen Lernumgebung als auch im Umgang mit konventionell gestalteter Vorlesungen im Verlauf der ersten drei Studiensemester untersucht. Zusammenfassend kann konstatiert werden, dass die Studierenden zwar einerseits individuelle Lernvorgehensweisen zeigen, bei den untersuchten Subgruppen dennoch ein charakteristisches Lernverhalten zu beobachten ist. Die Studierenden zeigen sich in multipler Weise belastet. Für die Gestaltung von (hybriden) Lernarrangements kann abgeleitet werden, dass insbesondere die Identifikation und Berücksichtigung der jeweils schwierigkeitserzeugenden Merkmale der fachlichen Inhalte, die graduelle Steigerung der Komplexität sowie eine enge Passung der Lernmaterialien als vordringlich erscheint. Erfolgt dies nicht, ist insbesondere das Lernverhalten der mittel bis stark belasteten Studierenden geprägt von punktuellen Lernhindernisse bis hin zu multiplen Lernblockaden, die auch unter Aufwendung der den Betroffenen zur Verfügung stehenden Lernstrategien nicht überwunden werden können.:1 Einleitung 2 Problembeschreibung, Forschungsstand und Forschungsfragen 2.1 Heterogenität der Gruppe der Studierenden 2.2 Studienabbrüche im MINT-Bereich und kritische Studienanforderungen 2.3 Organisationsformen der Hochschullehre: One-Size-Fits-It-All? 2.4 Forschungsfragen 3 Darstellung der Bezugstheorien und zentraler Begriffe 3.1 Lerntheorien, Lernen und Problemlösen 3.2 Kompetenzen, Kompetenzentwicklung und Kompetenzmodelle 3.3 Kompliziertheit und Komplexität, Expertenwissen und Kognitive Last 3.4 Allgemeine Didaktik, Didaktisches Modell und Lernstrategien 3.5 Darstellung der Fachdidaktiken 3.6 Cognitive Load Theory und Multimedia-Design 4 Methodologie der Untersuchung 4.1 Diskussion der Methodologie der Gesamtuntersuchung 4.2 Methodologie und methodisches Design der einzelnen Untersuchungsteile 4.3 Zeitlicher Verlauf der einzelnen Untersuchungen und methodisches Design 4.4 Darstellung der Entwicklung der virtuellen Lernumgebung im Zuge des DBR-Ansatzes 4.5 Beschreibung der virtuellen Lernumgebung 5 Ergebnisse der Untersuchungsteile 1 bis 3 5.1 Ergebnisse des Untersuchungsteils 1 5.2 Ergebnisse des Untersuchungsteils 2 5.3 Ergebnisse des Untersuchungsteils 3 6 Zusammenfassung und Ausblick 6.1 Lernverhalten im Umgang mit der virtuellen Lernumgebung, Forschungsfrage F1 6.2 Eignung der charakteristischen Elemente der virtuellen Lernumgebung, Forschungsfrage F2 6.3 Vorgehensweise der Studierenden bei der Bearbeitung der Testat- und Prüfungsaufgaben, Forschungsfrage F3 6.4 Vorgehensweise bei der Verwendung der Übungsaufgaben, Frage F4 6.5 Lernverhalten der „stark belasteten“ Studierenden 6.6 Zusammenführung der Ergebnisse der drei Untersuchungsteile und Rückbezug auf die didaktischen Implikationen 6.7 Ausblick 7 Literaturverzeichnis 8 Anhang 8.1 Fragen im Rahmen des DBR-Prozesses zu empfundenen Schwierigkeiten der Lernenden 8.2 Darstellung der Fragen des Interviews zu Untersuchungsteil 1 8.3 Darstellung des Interviewleitfadens zu Untersuchungsteil 3

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Heutige Agrarlandschaften stehen in der Kritik sich in ausgeräumte und unspezifische Räume zu wandeln, in denen wenige Fruchtarten auf immer größeren Schlägen angebaut werden und ein fortwährender Rückgang von Offenlandarten und artenreichen Biotopen stattfindet. In der bisherigen Forschung wurden vor allem die Ursachen für eine Homogenisierung landwirtschaftlicher Fluren betrachtet. Die vorliegende Dissertation untersucht hingegen durch welche Mechanismen ein höheres Maß an Heterogenität in Agrarlandschaften entsteht, entsprechend der Forschungsfrage: Unter welchen Voraussetzungen und durch welche Prozesse bilden sich unterschiedliche physische Erscheinungsformen in der heutigen Agrarlandschaft in einer bestimmten Anordnung heraus, um eine Vielfalt an Nischen für typische Arten und Wiedererkennungspunkte für den menschlichen Betrachter zu bieten? Im theoretischen Teil der Dissertation wurden Wirkungszusammenhänge für strukturbildende Prozesse in Agrarlandschaften aus den Forschungsfeldern der Landschaftsökologie sowie den Planungs- und Sozialwissenschaften ermittelt. Anschließend verknüpfte die Autorin diese Grundlagen zu einem Untersuchungsdesign, um die Forschungsfrage systematisch untersuchen zu können. Im angewandten Teil der Arbeit wurden drei landwirtschaftliche Fluren (Arnsgrün und Colmnitz in Sachsen, Lugau in Brandenburg) hinsichtlich der Mannigfaltigkeit und Dynamik der vorgefundenen physischen Erscheinungsformen in mehrmaligen Begehungen analysiert. Weiterhin führte sie leitfadenbasierte Interviews mit den landnutzenden Akteuren der untersuchten Fluren. Diese dienten u.a. zur Entwicklung einer Typologie, nach welcher die landnutzenden Akteure vertiefend betrachtet werden konnten. Im Ergebnis der Dissertation konnten Ursachen offen gelegt werden, welche zu einem höheren Maß an Nutzungsheterogenität beitragen. Hierzu zählten unterschiedliche, räumlich benachbarte Nutzungsziele und Alterszustände der Vegetation. Heterogene Nutzungsintensitäten und vielfältig angebaute landwirtschaftliche Kulturen zeigten im räumlichen Nebeneinander ebenfalls strukturbildende Wirkung. Die in der Dissertation festgestellten Zusammenhänge legten jedoch offen, dass einer Diversifizierung der Nutzung allein nicht ausreicht, um Agrarlandschaften positiv zu verändern. Vielmehr muss die Bedeutung der landnutzenden Akteure in die Planung einbezogen werden. So ließen sich bestimmte Merkmale der Landnutzer bzw. Akteurstypen feststellen, die mit einer hervorgehobenen Bedeutung für die Entstehung von Lebensräumen wildlebender Arten sowie für die menschliche Orientierung einhergingen. Gleichwohl verdeutlichten die Ergebnisse der Untersuchung, dass in erster Linie das Zusammentreffen verschiedener Akteure die Unterschiedlichkeit von physischen Erscheinungsformen in Agrarlandschaften befördert. Auf Grundlage des erhobenen Datenmaterials leitete die Autorin darüber hinaus acht strukturbildende Prinzipien für die drei untersuchten Fluren ab.

Metabolic heterogeneity (MH) occurs when isogenic microbial populations display cell-to-cell differences in metabolic traits, albeit exposed to homogeneous conditions. Despite the increasing focus on MH, its triggering factors remain largely unknown. In the present thesis, I used stable isotope probing and chemical imaging with nanoscale Secondary Ion Mass Spectrometry (nanoSIMS) to study MH at single-cell level, in model organisms, synthetic and natural communities, to understand i) how abiotic factors, biotic interactions and antibiotics exposure influence MH and ii) its potential ecological role. Moreover, I optimized sample preparation for chemical and high-resolution imaging and suggested two different indices as ‘unit measure’ of MH. As results, I have shown for the first time that MH is displayed by microorganisms under favorable growth conditions, although none of the tested abiotic factors prevailed as the main trigger of MH. I brought insights on how biotic interactions play a role in the functional heterogeneity using bacteria pseudo-fungi co-cultures. I found that antibiotics reduce Carbon and Nitrogen assimilation rates of targeted phylogenetic groups in river-water communities, while increasing their MH, pointing to its ecological importance in natural environments. To conclude, I provided novel insights on the phenomenon of MH and its dynamics at different ecological scales.:Abbreviation list Summary Introduction Knowledge gaps Results and discussion - Optimization of sample preparation - Validation of quantitation methods - Abiotic factors shaping metabolic heterogeneity in bacterial populations - Influence of biotic factors in shaping heterogeneity - Metabolic Heterogeneity and ecophysiology of natural microbial populations influenced by emerging contaminants Conclusions Outlook Bibliography Appendix Acknowledgments Curriculum Vitae List of publications