7. Zusammenfassung Untersuchungen zu Vorkommen von Ektoparasiten bei domestizierten und wildlebenden Meerschweinchen (Cavia spp.) sowie an präinkaischen Meerschweinchenmumien in Peru, Südamerika Dittmar de la Cruz, Katharina Institut für Parasitologie, Veterinärmedizinische Fakultät, Universität Leipzig (120 Seiten, 29 Tabellen, 67 Abbildungen, 187 Literaturangaben, 3 Anhänge) In den Zeiträumen von Dezember 1996 bis Februar 1997 und Februar bis Oktober 1998 sowie im Mai 1999 wurden Untersuchungen zum Vorkommen von Ektoparasiten bei Cavia spp. in Peru durchgeführt. In die Auswertungen waren insgesamt 17 421 domestizierte Meerschweinchen (Cavia porcellus) aus 14 Departments in allen Bioregionen und Höhenlagen des Landes, 143 wildlebende Meerschweinchen (Cavia aperea) aus 3 Gebieten (El Paramo, Junin, La Raya) in den Anden und Kordilleren sowie 180 etwa 1000 Jahre alte präinkaische Mumien domestizierter Meerschweinchen, Opfertiere aus der küstennahen Chiribaya-Kultur (Fundstätten Chiribaya Baja und El Yaral) im Süden Perus, einbezogen. Die rezenten domestizierten Meerschweinchen sind in intensiver Haltung in aus Beton errichteten Stallungen, in intensiver Haltung in Stallungen regional typischer Bauweise (z. B. Schilfrohr- und Flechtzäune) sowie in extensiver Haltung im unmittelbaren Umfeld des Menschen (Küche, Wohnräume) zur Fleischversorgung der Bevölkerung gezüchtet und gehalten worden. Aufarbeitung und Bestimmung der nachgewiesenen Ektoparasiten erfolgten nach parasitologischen Standardmethoden. Für die Aufbereitung der fragilen Ektoparasiten der Meerschweinchenmumien wurde eine spezielle Methode unter Verwendung von Essigsäure und 1 %iger wässriger Kalilauge selbst erarbeitet. - Insgesamt sind 24 Ektoparasiten-Spezies, d. h. Vertreter der Siphonaptera (Flöhe), Mallophaga (Haarlinge), Anoplura (Läuse), Milben und Raubwanzen in Mono- oder Polyinfestationen bei den rezenten und präinkaischen Meerschweinchen festgestellt worden, bei den Meerschweinchenmumien wurden außerdem freilebende Arthropoden, Vertreter der Pyroglyphidae (Hausstaubmilben) und Pseudoskorpione, gefunden. Von den festgestellten Ektoparasiten sind 2 Arten Erstnachweise für Cavia porcellus, 5 Arten für Cavia aperea; 8 Spezies sind erstmals bei Meerschweinchen in Peru bzw. in bestimmten Bioregionen in Peru festgestellt worden. Von den untersuchten domestizierten Meerschweinchen waren 96,6 % mit Ektoparasiten befallen, dabei konnten in Mono- und Polyinfestationen (27 verschiedene Kombinationen mit bis zu 7 Arten) nachgewiesen werden: Flöhe: Pulex sp. (Artenzuordnung noch unklar), Tiamastus cavicola, Ctenocephalides felis felis, Xenopsylla cheopis, Echidnophaga gallinacea; Haarlinge: Gliricola porcelli, Trimenopon hispidum, Gyropus ovalis; Milben: Ornithonyssus bacoti, Ornithonyssus wernecki, Eutrombicula batatas, Dermanyssus gallinae, Chirodiscoides caviae, Myocoptes musculinus, Myobia musculi, Notoedres muris; Raubwanzen: Triatoma infestans. Die Prävalenz von Ornithonyssus bacoti, der am häufigsten vertretenen Milbenart, lag bei 51,7 %. Diese Spezies konnte in der Bioregion Chala nicht nachgewiesen werden; das Vorkommen in der Küstenregion (Costa) geht auf Zukäufe von Tieren aus den anderen Bioregionen zurück. Bei mittel- bis hochgradiger Befallsstärke mit der Tropischen Rattenmilbe wiesen die Meerschweinchen starke Hautveränderungen auf, bei 38 % der Tiere trat eine Anämie durch blasse Schleimhäute und blau gefärbte Ohren klinisch in Erscheinung. Es war ein Zusammenhang zwischen einem O.-bacoti-Befall der Meerschweinchen und dem Kontakt mit wildlebenden Nagetieren (Mäuse, Ratten) sowie auch mit gleichzeitig bestehenden Microsporum-caninum- und Trichophyton-mentagrophytes-Infektionen nachzuweisen. Innerhalb einer untersuchten O.-bacoti-Population im Gebiet Huancayo zeigten sich deutliche saisonale Schwankungen im Anteil an Protonymphen, welche schwach signifikant negativ mit den Niederschlagsmengen in dieser Region korrelierten. Die Befallshäufigkeit mit Siphonaptera lag bei 76,8 %, dominierend war ein Vertreter der Gattung Pulex, während Tiamastus cavicola zu 42,4 %, Xenopsylla cheopis zu 15,1 % und Ctenocephalides felis felis zu 3,5 % vorkamen. Flöhe waren in 4 der 5 Bioregionen Perus nachzuweisen, in der Selva konnten auf keinem der untersuchten Meerschweinchen Flöhe gefunden werden. Männliche und weibliche Meerschweinchen waren gleichermaßen mit den verschiedenen Siphonaptera-Spezies befallen, auf weiblichen Meerschweinchen kamen hochsignifikant mehr weibliche Pulex sp. vor als auf männlichen. Es bestand ein hochsignifikanter Zusammenhang zwischen einem Befall mit Siphonaptera und dem Kontakt der Meerschweinchen mit anderen Tierarten (Hunde, Hühnervögel, peridomestische Nagetiere). Mallophagen wurden bei 27,8 % der untersuchten domestizierten Meerschweinchen aus allen Bioregionen nachgewiesen; die am häufigsten festgestellte Spezies war Trimenopon hispidum (60,5 %), gefolgt von Gliricola porcelli (42,7 %) und Gyropus ovalis (7,5 %). Die Befallsintensität mit Mallophagen war bei den Meerschweinchen überwiegend geringgradig. - Auf den wildlebenden Meerschweinchen konnten in Mono- und Polyinfestationen (10 verschiedene Kombinationen mit maximal 5 Arten) folgende Ektoparasiten festgestellt werden: Flöhe: Leptopsylla segnis, Ctenophthalmus hispanicus; Läuse: Polyplax spinulosa, Pterophtirus alata; Haarlinge: Gliricola porcelli; Milben: Eutrombicula bruyanti, Myocoptes musculinus, Myobia musculi. Die Siphonaptera-Spezies Ctenophthalmus hispanicus wurden erstmalig in der Neotropischen Region nachgewiesen. Nur Myobia musculi und Myocoptes musculinus waren bei Tieren aus allen 3 Untersuchungsgebieten anzutreffen. Bei den Meerschweinchen überwogen Infestationen mit Gliricola porcelli, Eutrombicula bruyanti und Myocoptes musculinus, die Befallsintensität mit Myocoptes musculinus korrelierte positiv mit dem Alter der Meerschweinchen. - Bei 67 der 180 untersuchten Meerschweinchenmumien von beiden Fundorten konnten Ektoparasiten nachgewiesen werden. Diese befanden sich, wie auch die Mumien der ehemaligen Wirtstiere, bedingt durch die geologischen und klimatischen Bedingungen in den Fundgebieten in einem ausgezeichneten Erhaltungszustand. Flöhe aus der Gattung Pulex waren die insgesamt am häufigsten festgestellten Ektoparasiten, auf den Mumien von Chiribaya Baja wurden sie ausschließlich gefunden. Meerschweinchenmumien aus El Yaral wiesen Infestationen mit Trimenopon hispidum, Gliricola porcelli, Ornithonyssus sp. und Rhipicephalus sanguineus (Erstnachweis von einem domestizierten Meerschweinchen in natürlicher Infestation) auf. Der erfolgreiche Nachweis der Ektoparasiten auf präinkaischen Meerschweinchenmumien in Peru eröffnet Möglichkeiten für die paläoparasitologische Bearbeitung auch der Mumien von Menschen und weiteren Opfertieren (Hunde, Lamas, Alpakas) aus diesem Kulturkreis. / 7. 1. Summary Investigation about the occurrence of ectoparasites on domesticated and wild guinea pigs (Cavia spp.) and preincaic guinea pig mummies in Peru, South America Dittmar de la Cruz, Katharina Institute of Parasitology. Veterinary Faculty, University of Leipzig (120 pages, 29 tables, 67 figures, 187 references, 3 adnex. ) Between December 1996 and February 1997, February and October 1998 and in May 1999 investigations about the occurrence of ectoparasites on the genus Cavia in Peru were carried out. The survey included 17 421 domesticated guinea pigs (Cavia porcellus) from 14 departments in all bioregions and altitude levels, 143 wild guinea pigs (Cavia aperea) from three areas (El Paramo, Junin and La Raya) in the Andes and the Cordillera and 180 about 1000 year old guinea pig mummies of C. porcellus, ritual offers from the coastal Chiribaya-Culture (archeological sites of Chiribaya Baja and El Yaral) in the South of Peru. The recent domesticated guinea pigs are bred in intensive utilization systems, with concrete stables, in intensive utilization systems with regional-traditional architecture (big reed hutches or adobe stables) or in extensive utilization systems (kitchen or outdoor dips). The identification and mounting of the specimen was done by parasitological standard techniques. In the course of the study a special technique for the preservation and mounting of the fragile ectoparasites from the guinea pig mummies was developed, using acetic acid and a 1 % potassium hydroxide solution. In total 24 ectoparasite species of the siphonaptera, mallophaga, anoplura, mites and reduviids were found in mono- and polyinfestations, the guinea pig mummies also hosted free living arthropods, such as pseudoscorpions and specimen of the Pyroglyphidae (house dust mites). In two cases C. porcellus was reported as first host record, in five cases C. aperea was mentioned for the first time as a host for some ectoparasites, 8 times for several ectoparasites new locality records for Peru or bioregions of Peru could be made 96,6 % of all domesticated guinea pigs (C. porcellus) showed an infestation with ectoparasites in mono- and polyinfestations, revealing 27 different combinations with up to 7 species of ectoparasites: siphonaptera: Pulex sp. (taxonomical status still unclear), Tiamastus cavicola, Ctenocephalides f. felis, Xenopsylla cheopis, Echidnophaga gallinacea; mallophaga: Gliricola porcelli, Trimenopon hispidum, Gyropus ovalis; mites: Ornithonyssus bacoti , Ornithonyssus wernecki, Eutrombicula batatas, Dermanyssus gallinae, Chirodiscoides caviae, Myocoptes musculinus, Notoedres muris; reduviids: Triatoma infestans. The prevalence of O. bacoti, the most frequent species, was 51,7 %. This mite had never been recorded in the bioregion Chala; the presence of the species in the Costa could be explained by a recent purchase out of the other bioregions. A medium to high infestation rate with the tropical rat mite always resulted in obvious skin alterations, of whom 38 % also showed signs of clinical anemia, with pale mucosa and blue ear tips. There was a relation between an infestation with O. bacoti and the contact with rodents as well as an simultaneus infection with dermatophytes (Microsporum caninum and Trichophyton mentagrophytes). In an O.-bacoti-population in the Huancayo region the rate of protonymphs showed a low significant monthly variation, which correlated negative with the monthly rainfall. The prevalence of siphonaptera was 76,8 %, the species most frequently detected was Pulex sp. (89,2 %), followed by T. cavicola (42,4 %), X. cheopis (15,1 %) and C. f. felis (3,5 %). The species of fleas were distributed in 4 of the 5 bioregions; in the Selva no fleas could be found. There was no difference in the infestation rate of male and female hosts, female guinea pigs were infested with a higher rate of female Pulex sp. than male guinea pigs. A highly significant relation between the contact with other mammals (dogs, fowl and peridomestic rodents) and an infestation with siphonaptera could be detected. The prevalence of mallophaga, coming from all bioregions, was 27,8 %; the most frequently detected species was T. hispidum (60,5 %), followed by G. porcelli (42,7 %) and G. ovalis (7,5 %). The infestation levels were generally low.- On the wild guinea pigs (C. aperea) prevailed mono- and polyinfestations, represented by 10 combinations with up to 5 species, with the following species of ectoparasites: siphonaptera: Leptopsylla segnis, Ctenophthalmus hispanicus; anoplura: Polyplax spinulosa, Pterophtirus alata; mallophaga: Gliricola porcelli; mites: Eutrombicula bruyanti, Myocoptes musculinus and Myobia musculi. Ctenophthalmus hispanicus was mentioned for the first time from the Neotropical region. M. musculinus and Myobia musculi were the only species to be found in all three sampling areas. Infestations with G. porcelli, E. bruyanti and M. musculinus were the most common, the infestation rate with Myocoptes musculinus correlated positive with the age of the hosts.- On 67 of 180 guinea pig mummies of both excavation areas (Chiribaya Baja and El Yaral) ectoparasites could be found. The conservation of the ectoparasites, as well as their former hosts was extraordinarily good due to geological and climatical conditions . Fleas of the genus Pulex were the most frequently detected specimen; on the guinea pig mummies of Chiribaya Baja only this species could be found. The mummies from El Yaral revealed the presence of T. hispidum, G. porcelli, Ornithonyssus sp. and Rhipicephalus sanguineus (first record for a natural infestation). The successful detection of ectoparasites on preincaic guinea pig mummies in Peru opens new possibilities for a paleoparasitological survey including also human mummies and other animal offerings (dogs, lamas, alpakas) from this cultural background.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige Modifikationen von Elektrodenoberflächen zur spezifischen und unspezifischen Immobilisierung von Proteinen im Hinblick auf die massenspezifische und voltammetrische Erfassung von Proteinwechselwirkungen untersucht. Im Zusammenhang mit der massenspezifischen Erfassung von Proteinwechselwirkungen wurde eine Kleinst-Volumen-Messzelle (Vi = 80 µl) entwickelt, die, mit einem 5 MHz-Quarz ausgestattet, ein Rauschen von Δf = ± 0.1 Hz und eine Langzeitstabilität in wässrigem Milieu von etwa 1-2 Hz / h aufweist. Die Zelle wurde in einer Weiterentwicklung mit Referenz- und Gegenelektrode ausgestattet, die simultane elektrochemische und mikrogravimetrische Messungen ermöglichte. Es wurde ein vollständiger Messplatz eingerichtet, bestehend aus thermostatisierter Kleinst-Volumen-QCM-Messzelle und digitaler Datenerfassung. Die unspezifische Adsorption von Proteinen auf Goldoberflächen ergab mit der Quarzmikrowaage typischerweise Frequenzabnahmen von 10-80 Hz bei Messzeiten von 10 bis 60 min. Durch Modifikation der Goldoberfläche mit einem in der Literatur beschriebenen Oligoethylenoxid-terminierten Alkylthiol konnte die unspezifische Adsorption von Proteinen auch auf modifizierten Quarzmikrowaagen deutlich herabgesetzt werden. Zur reversiblen, spezifischen Modifikation der QCM-Goldoberfläche wurde eine von Whitesides et al. eingeführte Modifikationsmatrix auf die QCM-Oberfläche übertragen. His-TAG modifizierte EF1-ATPase wurde stabil und reversibel an der modifizierten Oberfläche gebunden, die spezifische Proteinbindung an der Oberfläche konnte chemisch ein- und ausgeschaltet werden. Die Dichte der Proteinbindungsstellen in der Immobilisierungs-Matrix liess sich durch einen molekularen Verdünner kontrollieren. Die prinzipielle Eignung der verwendeten Kombination von Sensortechnik (QCM) und Oberflächenmodifikation für biochemische Affinitätsstudien wurde demonstriert. Im Zusammenhang mit Modifikationen von ITO-Substraten wurde ein neuartiger Redoxindikator eingeführt, der es prinzipiell ermöglicht, die Ni-NTA-modifizierten Oberflächen zu charakterisieren und bezüglich der Dichte spezifischer Protein-Bindungsstellen zu quantifizieren. Die Synthese weiterer Redoxindikatoren mit Thiol-Funktion wird beschrieben. Von besonderer Bedeutung sind elektrochemische Studien an unspezifisch auf Gold adsorbierten Proteinschichten mit hochgeladenen Redoxindikatoren in Lösung. Diese Untersuchungen wurden an 15 verschiedenen Proteinen mit unterschiedlichem isoelektrischen Punkten durchgeführt. Nur wenn Protein und Redoxmarker gegensinnig geladen waren, wurden Redoxströme beobachtet (wie bereits in der Literatur beschrieben). Es konnte nun allerdings erstmals gezeigt werden, dass die geladene Redoxspezies an gegensinnig geladenen Protein-Domänen bindet und dass der Elektronentransfer durch die Proteinschichten in Form einer Elektronentransfer- bzw. Selbstaustausch-Kette zwischen Redoxspezies in Lösung und oberflächenakkumlierter Redoxspezies abläuft. Sogenannte "Analyten", d.h. (Molekül-)Ionen, die mit dem Protein eine elektrostatische Wechselwirkung eingehen, können diese Elektronentransferkette positiv oder negativ beeinflussen. Sie können deshalb an einer Modulation der Stromstärke erkannt werden. Der Elektronentransfer wird durch die beeinflussenden Parameter verstärkt (Induktion) oder vermindert (Suppression). Damit wurde erstmals das in der Literatur beschriebene "Ion-Channel-Sensing" generell mechanistisch aufgeklärt.

In Lepidium campestre und Lepidium appelianum konnten insgesamt acht Fruchtentwicklungsgene isoliert werden. Diese untersuchten Gene sind wahrscheinlich allesamt Orthologe zu Fruchtentwicklungsgenen aus Arabidopsis thaliana. Ein isoliertes SHP-Gen aus Aethionema carneum ist wahrscheinlich ortholog zu SHP2 aus Arabidopsis thaliana. Dieses Gen (AecSHP2) könnte ein Abkömmling des letzten gemeinsamen Vorfahren von Aethionema und den restlichen Brassicaceen sein, welches mit Ausnahme der Gattung Aethionema in den Brassicaceen duplizierte. Allein aufgrund der Aminosäuresequenzen lassen sich keine direkten Rückschlüsse auf die Beteiligung einzelner Gene an der Evolution von Schließfrüchten ziehen. Wahrscheinlicher sind regulatorische Änderungen eines oder mehrerer Fruchtentwicklungsgene innerhalb der Früchte von L. appelianum, die zur Ausbildung von indehiszenten Früchten führen. Für die untersuchten Arten der Gattung Lepidium konnte die Methode der Expressionsanalysen (in situ Hybridisierung) etabliert werden. Expressionsstudien lassen eine ähnliche genetische Regulation der Fruchtöffnung von Lepidium campestre und Arabidopsis thaliana vermuten, diese Regulation scheint in Öffnungsfrüchten von Lepidium campestre konserviert zu sein. Aufgrund einer ähnlichen Regulation in der Gattung Brassica ist es möglich, dass die genetische Regulation von Öffnungsfrüchten innerhalb der Core Brassicaceae konserviert ist. Die genetische Regulation von Lepidium appelianum ist bislang nicht geklärt. Zum Verständnis der Evolution von Schließfrüchten in Lepidium sind umfangreiche heterologe Transformationsversuche notwendig. Diese heterologen Transformationsversuche sollten zunächst mit den für die Evolution von Schließfrüchten in Frage kommenden Kandidatengenen durchgeführt werden, nach den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit sind dies die Gene FRUITFULL und REPLUMLESS. Die Fruchtanatomie heterokarper Früchte in verschiedenen Aethionema-Arten scheint einer ähnlichen genetischen Regulation zu folgen. Hierauf deuten anatomische Untersuchungen von Ae. carneum- und Ae. saxatile-Früchten hin.

Die Europäische Blessgans ist die häufigste arktische Gänseart, die in Westeuropa überwintert. Seit 1998 wurden in einem internationalen Farbmarkierungsprojekt 3740 Blessgänse mit individuell codierten Halsmanschetten beringt, die sich im Feld mit Ferngläsern oder Fernrohren ablesen lassen. Insgesamt wurtden 25.000 Beobachtungen registriert. Die vorliegende Arbeit präsentiert als erste Auswertung dieses Langzeitprojektes 17 Kapiteln, die unterschiedliche Aspekte des winterlichen Gänsezuges beleuchten. Auf drei geografischen Ebenen wird das Zuggeschehen untersucht: zunächst auf der kontinentalen Ebene (Zug von den Brut- in die Wintergebiete), dem überregionalen Niveau (Vernetzung europäischer Rastgebiete) und dem regionalen Niveau (Auswertungen der Rastbestände und Zugbewegungen in Ostfriesland, dem Niederrheingebiet und dem Lauwersmeer) z.T. mit Nutzung der Rasterkartierung und der Telemetriemethode. Zwei Kapitel behandeln soziale Hintergründe des winterlichen Rastgeschehens bei Wildgänsen. Die Dauer des Familienzusammenhaltes stellt einen wesentlichen Punkt für die Frage des Erlernens von Ortstraditionen dar. Der biologische Wert von Ortstreue konnte anhand des Rastverhaltens markierter Gänse am Dollart untersucht werden. Wildgänse nutzen ihre Winterquartiere mit sehr individueller Tradition und nach einer individuellen Art und Weise. Sie besitzen eine "innere Karte" mit ihnen vertrauten Rastgebieten, die sich in einer festen Abfolge oder nach einer bestimmten Strategie nutzen. Die ersten Ergebnisse des Farbmarkierungsprojektes geben Hinweise auf die Entstehung und Funktionsweise dieser "inneren Karte" als Grundlage für die individuelle Rasttradition und ihre soziale Begründung (Fitness-Optimierung). Diese Dissertation vereint Manuskripte und Veröffentlichungen und diskutiert sie vor diesem Hintergrund.

We humans are visual creatures, constantly extracting information from the world around us. The source of our ability to understand the visual world is an intricate arrangement of multiple areas in our brains: the visual system. It enables us to recognize our friends and family in diverse conditions, to focus our attention on important aspects of a scene and performs invariant object categorization on multiple levels of abstraction. Vision has been in the focus of scientific interest for many decades and yet our knowledge of the cortical mechanisms involved is only limited. I here describe a series of experiments, in which we investigated how the visual system robustly and efficiently extracts meaning from the environment. In particular, I will focus on thee aspects of object recognition: sampling the environment, visual invariance, and categorization and plasticity. Starting with the selection of visual information, three eyetracking experiments are described in which we investigate the interplay of overt visual attention and object recognition. We show that overt visual attention and object recognition exert a bi-directional influence on each other. Whereas initial patterns of overt visual attention causally affect the outcome of the later recognition, briefly presented contextual information leads to substantial changes in the attentional sampling behavior, which can be best understood in terms of a shifting exploration-exploitation bias. Following this, we turn to visual processing within the system and ask how invariant object recognition is accomplished despite large variation in retinal input. As an exemplary case, we focus on changes introduced by rotations in depth. Using a variety of techniques, ranging from fMRI to TMS and EEG, we show that viewpoint symmetry, i.e. the selectivity to mirror-symmetric viewing angles, is a prevalent feature of visual processing across a wide range of higher-level visual regions. These findings jointly suggest that viewpoint-symmetry constitutes a key computational step in achieving full viewpoint invariance. On the next level of abstraction, we investigate how visual categories are represented at different levels of experience, from novice to expert. By combining training of novel visual categories with psychophysical measures, we demonstrate a change in the underlying type of category representation. Following this, we combine the training paradigm with electrophysiological measurements. In line with our behavioral results, these data reveal a spatiotemporal shift in category selectivity: from late and frontal to early occipitotemporal activity. These results suggest that novel and re-occurring categories rely on partially separate cortical networks, allowing the brain to balance robust and fast recognition with considerable flexibility and plasticity. The results of all experiments presented are unified by the concept of a system that has evolved efficient mechanisms for robust performance in a large variety of conditions. Using dynamic sampling strategies, computational shortcuts and a division of labor, the visual system is optimally equipped to support higher-level cognitive function in a complex and constantly changing environment.

We present simulation results of a minimal life-like, artificial, molecular aggregate (i.e. protocell) that has been proposed by Steen Rasussen and coworkers and is currently pursued both experimentally and computationally in interdisciplinary international research projects. We develop a space-time continuous physically motivated simulation framework based on the method of dissipative particle dynamics (DPD) which we incrementally extend (most notably by chemical reactions) to cope with the needs of our model. The applicability of the method over the entire length scale of interest is reintroduced, by rejecting a concern that DPD introduces a freezing artifact for any model above the atomistic scale. This is achieved by deriving an alternative scaling procedure for interaction parameters in the model. We perform system-level simulations of the design which attempt to account for theoretical, and experimental knowledge, as well as results from other computational models. This allows us to address key issues of the replicating subsystems container, genome, and metabolism both individually and in mutual coupling. We analyze each step in the life-cycle of the molecular aggregate, and a finnal integrated simulation of the entire life-cycle is prepared. Our simulations confirm most assumptions of the theoretical designs, but also exhibit unanticipated system-level dynamics. These findings are used to revise the original design of the Los Alamos minimal protocell over the course of the analysis. The results support the hypothesis that self-replication and probably other life-like features can be achieved in systems of formerly unanticipated simplicity if these systems exploit physicochemical principles that are immanent to their physical scale.

In dieser Arbeit werden kleine Schwefelcluser (S2 bis S8) untersucht. Es werden Massenspektren von gasförmigem Schwefel in Abhängigkeit von der Temperatur und der anregenden Photonenenergie vorgestellt. Es werden Photoionenausbeuten der Schwefelcluster im Anregungsenergiebereich der S 2p- und S 2s-Kante vorgestellt. Zudem werden Dreifachkoinzidenz-Experimente mit resonanter S 2p-Anregung durchgeführt.Diese experimentellen Techniken werden angewandt um die geometrische und elektronische Struktur, sowie die Fragmentationswege von einfach und mehrfach geladenen Schwefelclustern im Anregungsbereich der S 2p-Kante zu studieren. Die Photoionenausbeuten werden mit simulierten Photoabsorptionsspektren verglichen, die mit semiempirischen Extended-Hückel-Rechnungen ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit bestimmt werden. Sie ermöglichen es, aus den Absorptionsquerschnitten im Bereich der Valenzübergänge Informationen über die Geometrie des Schwefelclusters zu erhalten.Vervollständigt wird die Arbeit durch die Untersuchung der besetzten elektronischen Niveaus. Es werden die S 2p-Ionisationsenergien von S2 und S8 untersucht. Dabei kommt eine Technik der Nullvolt-Photoelektronen-Spektroskopie zum Einsatz, bei der die Photoelektronen gemessen werden, die nach S 2p-Anregung auf das Ionisationspotenzial angehoben werden und somit keine kinetische Energie besitzen. Die Technik ist als ZEKE-Photoelektronen-Spektroskopie bekannt.

Robustness and adaptivity are important behavioural properties observed in biological systems, which are still widely absent in artificial intelligence applications. Such static or non-plastic artificial systems are limited to their very specific problem domain. This work introducesa general model for synaptic plasticity in embedded artificial recurrent neural networks, which is related to short-term plasticity by synaptic scaling in biological systems. The model is general in the sense that is does not require trigger mechanisms or artificial limitations and it operates on recurrent neural networks of arbitrary structure. A Self-Regulation Neuron is defined as a homeostatic unit which regulates its activity against external disturbances towards a target value by modulation of its incoming and outgoing synapses. Embedded and situated in the sensori-motor loop, a network of these neurons is permanently driven by external stimuli andwill generally not settle at its asymptotically stable state. The system´s behaviour is determinedby the local interactions of the Self-Regulating Neurons. The neuron model is analysed as a dynamical system with respect to its attractor landscape and its transient dynamics. The latter is conducted based on different control structures for obstacle avoidance with increasing structural complexity derived from literature. The result isa controller that shows first traces of adaptivity. Next, two controllers for different tasks are evolved and their transient dynamics are fully analysed. The results of this work not only show that the proposed neuron model enhances the behavioural properties, but also points out the limitations of short-term plasticity which does not account for learning and memory.

Botulinumtoxin ein Neurotoxin, das lange nur als Verursacher des meist tödlich verlaufenden Botulismus bekannt war, wird immer häufiger bei medizinischen Indikationen eingesetzt. So hat sich die Injektion von Botulinumtoxin in den vergangenen Jahren ebenfalls in der ästhetischen Medizin etabliert. Anlässlich dieser Entwicklung wurde ein freiwilliger Therapieversuch mit der Fragestellung durchgeführt, ob sich die Reduktion der Glabellafalte (Zornesfalte) positiv auf die Lebensqualität der Betroffenen auswirkt.

Die Bewirtschaftung der knappen Ressource sauberen Wassers setzt das Verständnis der Wasserhaushaltsprozesse voraus. Mit prozessorientierten Modellen können Wasserbilanzen für unterschiedliche Standortbedingungen berechnet werden, wenn die Modelle zuvor an repräsentativen Zeitreihen, die die notwendige hydrologische Information enthalten, kalibriert und die Sensitivität ihrer Parameter analysiert wurden. Am Groß-Lysimeter St. Arnold (Westfalen) werden seit 1966 neben den meteorologischen Parametern tägliche Sickerwasserraten gemessen, die für diesen Zweck hervorragend geeignet sind, weil sie integrale Bilanzgrößen über die je 400m² x 3,50m großen Podsol-Bodenkörper und ihre Vegetationsbestände darstellen. Auf den drei Lysimetern wachsen Gras, ein Eichen-/Buchen- bzw. ein Kiefernbestand. Für die Untersuchung der Wasserhaushaltsprozesse wird das "LYsimeter outFlow and Evapotranspiration model" LYFE, entwickelt. Es verknüpft die Richards-Gleichung mit einem Interzeptionsmodell, das den Niederschlag in Infiltration, Blatt- und Streuinterzeption aufspaltet. Die Evapotranspirations-(ET)-Raten werden alternativ mit der Penman- oder Monteith-Formel berechnet. Die Simulationen vollziehen die gemessenen täglichen Sickerwasserraten aller drei Lysimeter unter den Klimavariabilitäten des gesamten Zeitraums von 34 Jahren nach. Am Graslysimeter ist die Sensitivität der ET-Parameter gering, so dass unterschiedlich aufwendige Methoden zur Bestimmung der bodenhydraulischen Parameter verglichen und bewertet werden können: die statischen Stechzylindermessungen der Retention und gesättigten Leitfähigkeit, der Verdunstungsversuch und verschiedene Pedotransferfunktionen (PTF). Die Simulation mit den Parametern des Verdunstungsversuchs ergeben eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Sickerwasserraten, während die Parameter der statischen Messungen durch die inverse Modellierung mindestens eines Parameters angepasst werden müssen. Von den PTF erzielen die kontinuierliche und die Klassen-PTF von Wösten die besten Übereinstimmungen. Der Wasserhaushalt der Baumbestände wird von der Interzeption dominiert. Dies gilt insbesondere für die Interzeptionsverdunstung im Winterhalbjahr, die die Unterschiedlichkeit der Wasserbilanz von Laub- und Nadelbaumbeständen verursacht. Wenn die ET mit der Penman-Formel berechnet wird, können die Raten der Evaporation und Transpiration nur schlecht abgeschätzt werden und steigen nicht mit dem Wachstum der Bestände. Durch die Verwendung der Monteith-Formel werden diese Probleme behoben. Darüberhinaus zeigt das Modell die unterschiedliche Wirkung von Transpiration und Interzeptionsverdunstung auf den Jahresgang der Sickerwasserraten und ermöglicht so die Angabe ihrer jeweiligen Beiträge zum Wasserhaushalt. Mit dem kalibrierten Modell können die lysimetrischen Messungen auf andere Standorte übertragen werden, um die langfristige Wasserbilanz zeitlich hochaufgelöst zu bestimmen. Daher kann LYFE im Rahmen regionaler Wasserhaushaltsuntersuchungen eingesetzt werden.