Vor dem Hintergrund der steigenden CO2-Konzentration in der Atmosphäre gewinnt die Rolle des Waldes als C-Speicher zunehmend an Bedeutung. Eine besonders wichtige Funktion kommt hierbei dem Boden zu, denn Böden speichern weltweit mehr C als Vegetation und boden zusammen (Brady and Weil, 2002). Im Sinne einer nachhaltigen Waldbewirtschaftung werden in Sachsen derzeit großflächig die bestehenden Nadelforsten in naturnahe, strukturierte Laub- und Laubmischwälder umgewandelt. Ziel dieser Arbeit war es daher, baumarten- und bewirtschaftungsspezifische Effekte auf den Humus und die C-Speicherung im Waldboden aufzuzeigen. Die Untersuchungsflächen wurden entlang von Waldumbausequenzen gruppiert, welche die Entwicklung von konventionell bewirtschafteten Kiefern- und Fichten-Reinbeständen zu mehr oder weniger strukturierten Rotbuchen- und Rotbuchen-Traubeneichenbeständen über die Stufe der Voranbauten widerspiegeln. Die Untersuchungen wurden im Mittleren Erzgebirge und im Nordsächsischen Tiefland durchgeführt. Zusammenfassend zeigte die Untersuchung (i) einen um 24 % höheren C-Input über den Streufall unter Laubholz, (ii) eine höhere C-Freisetzung durch die C-Mineralisierung, welche im Laufe des Jahres im Of-Horizont unter Laubholz (BuEi) um 68 % höher war als unter Ki und (iii) eine höhere Akkumulation von C unter laubholzbestockten Beständen. Die Oh-Lagen unter den untersuchten Voranbauten und Laubholzbeständen enthielten entsprechend hohe Anteile von 61 % (Bu) und 40 % (BuEi) des in der organischen Auflage gespeicherten C und auch die oberen Mineralböden enthielten deutlich höhere C-Mengen unter LH als unter NH. Die Mechanismen, welche zur C-Sequestrierung in der Oh-Lage unter BuEi führen, konnten in der vorliegenden Arbeit detailliert durch die Humusdynamik in der organischen Auflage im verlauf eines Jahres erklärt werden. Im Gegensatz indizieren die Ergebnisse unter Ki einen verzögerten, aber vergleichbar intensiven Streuabbau im L-Horizont, gefolgt von einer Phase relativer Stagnation in der Of-Lage und einer wiederum aktiven Umsatzphase im vergleichsweise geringmächtigen Oh-Horizont. Die Menge bzw. der Anteil der langfristig gespeicherten organischen Substanz wird wesentlich durch die Streuqualität bestimmt, d.h. die Qualität der Streu steuert die bestandesspezifische Humusdynamik. Neben den standörtlichen und klimatischen Faktoren ist der Einfluss der Bewirtschaftung hingegen ein Faktor, welcher sich primär auf die Abbauaktivität und somit auf die Menge des akkumulierten C auswirken. Die für das Tiefland dokumentierten Effekte werden vermutlich auch im Erzgebirge wieder relevant sein, wenn die Kalkung an Wirkung verliert. Aus der vorliegenden Arbeit kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass im Vergleich zur Ki in der organischen Auflage unter LH (BuEi) größere Mengen C aktiv umgesetzt werden und in Folge dieser spezifischen Humusdynamik größere Mengen C in der Oh-Lage und im Mineralboden gespeichert werden können. / Against the background of the increased CO2 concentration of the atmosphere the role of the forest as C store gains interest. An especially important function comes up to soil as soils sequester more C than vegetation and atmosphere together on a global scale (Brady and Weil, 2002). In the sense of a sustainable forest management of Saxony the vast areas covering coniferous stands are currently converted to semi-natural and structured deciduous and mixed forests. It was thus, the aim of this study to show species- and management-specific effects on humus dynamics and to evaluate top soils as possible C sink. All study sites involved were arranged along sequences representing the development from pure and conventionally managed Scots pine or Norway spruce stands to more or less structured European beech or European beech/Common oak stands via advanced plantings. The study was performed in the Ore mountain region and lowland of Saxony. In sum, the study revealed (i) a by 24 % higher litter-derived C input in the deciduous stand, (ii) a higher release of C by potential C mineralisation, that was in mean of one year by 68 % significantly higher in the F layer under beech/oak than under pine, and (iii) a higher accumulation of C under deciduous stands. The H layer under the studied advanced plantings and deciduous stands contained higher portions of 61 % (beech) and 40 % (beech/oak) of the total C accumulated in the organic layer and also upper mineral soil held evidently higher C under deciduous than under the pine stand. The specific mechanisms of C storage in the H layer under the beech/oak stand were explained in detail by explaining humus dynamics in the different horizons throughout the year. In contrast, the results under pine indicate a retarded, but as intensive decomposition in the L layer, followed by a phase of relative stagnancy (F layer) and in turn again active turnover phase in the comparatively thin H layer. The amount and portion of the long-term sequestered organic matter is substantially affected by the quality of the litter, that is that litter quality rules the stand-specific humus dynamics. Besides the site- and climate-specific factors, forest management in contrast is a factor, that affects turnover activity and thus, the amount of C accumulated. The effects documented for the lowland will presumably be relevant in the Ore Mountain region once the lime looses its effect. It can be concluded that in comparison to pine in the organic layer under deciduous trees (i.e., beech/oak) a higher amount of C is actively turned over and subsequently of this specific humus dynamics a higher amount of C is sequestered in the H layer and in mineral soil.

In dieser Arbeit wurden die komplexen Mechanismen für den Einbau von Mg und In in (Ga,In)N/GaN(0001)-Heterostrukturen, die mittels PA-MBE hergestellt wurden, mit morphologischen, optischen und elektrischen Charakterisierungsmethoden untersucht. Darüber hinaus wurde die Verwendung von (Ga,In)N/GaN SPSLs als HIL oder als aktiver Bereich in herkömmlichen LED-Strukturen untersucht. In-situ-Messungen zeigten, dass die Desorption von In in Gegenwart von N und Mg auf der GaN(0001)-Oberfläche zunimmt. Ferner wurden Mg-dotierte (Ga,In)N/GaN-SLs mittels PAMBE gezüchtet und mittels QMS, XRD und SIMS charakterisiert. Die (Ga,In)N/GaN-SLs zeigten eine bessere Oberflächenmorphologie als die (Ga,In)N-Schichten, die homogen mit Mg dotiert wurden. Jedoch wurde eine deutliche Abnahme des In-Gehalts in der (Ga,In)N ML festgestellt, wenn Mg gleichzeitig mit In zugeführt wurde. Gleichzeitig nahm die Mg-Konzentration in Gegenwart von In zu, was möglicherweise auf eine Wirkung als oberflächenaktive Substanz zurückzuführen ist. Für das SL, bei dem nur die (Ga,In)N-QWs mit Mg dotiert waren, wurde vom Messergebnis von SIMS eine maximale Mg-Konzentration von 2,6 × 1022 cm-3 für eine 1 ML dicke (Ga,In)N:Mg-Schicht deduziert. Zusätzlich haben andere Experimente ähnliche Ergebnisse aufgezeigt. Thermoleistung-Studien zeigten, dass das Delta-dotierte SL und die SL-Strukturen mit Mg-Dotierung in 20% der QB p-leitfähig sind. Zusätzlich wurde ein Gleichrichterverhalten der (Ga,In)N/GaN SL-Strukturen mit einem Idealitätsfaktor von weniger als 10 für die QW-dotierten SLs demonstriert. Ausgehend von der elektrischen Charakterisierung wurden drei verschiedene LED-Strukturen, die auf den vielver-sprechendsten Mg-dotierten (Ga,In)N SL-Strukturen (Delta-dotiertes SL und 20% QB-dotiertes SL) basierten, hergestellt und charakterisiert. / In this thesis, the complex mechanisms for the incorporation of Mg and In in (Ga,In)N/GaN(0001) heterostructures prepared by PA-MBE were investigated by morphological, optical, and electrical characterization methods. Furthermore, the implementation of (Ga,In)N/GaN SPSLs as a HIL or as the active region in conventional LED structures have been studied. In-situ measurements demonstrate that the desorption of In increases in the presence of both, N and Mg on the GaN(0001) surface. Further, (Ga,In)N/GaN SLs with Mg-doping grown by PAMBE and their characterization was carried out by QMS, XRD, and SIMS. A better surface morphology was obtained for the (Ga,In)N/GaN SLs in comparison to a (Ga,In)N layer homogeneously doped with Mg. Although, a notable decrease of the In content in the (Ga,In)N ML was revealed when Mg was supplied simultaneously to In. At the same time, the Mg concentration increased in the presence of In, which can possibly be attributed to a surfactant effect. For the SL that had only its (Ga,In)N QWs doped with Mg, a maximum Mg concentration of 2.6 × 1022 cm 3 for a 1 ML thick (Ga,In)N:Mg layer was deduced from SIMS measurements. Additionally, similar results have achieved later by another set of experiments. Thermopower studies revealed the p-type conductivity of the delta doped SL and of the SL structures with 20% of the QB doped by Mg. Additionally, a rectifying behavior with an ideality factor lower than 10 was demonstrated for the (Ga,In)N/GaN SL structures with QW fully doped. Based on the electrical characterization, three different LED structures were fabricated based on the most promising Mg-doped (Ga,In)N SL structures (delta doped SL, and 20% QB doped SL) and characterized.

Ziel dieser Doktorarbeit ist eine umfassende Untersuchung der Heterogenität von Mikroglia aus morphologischer, elektrophysiologischer und transkriptioneller Perspektive mit dem Schwerpunkt auf Unterschiede zwischen weißer und grauer Substanz. Im ersten Kapitel diskutiere ich die morphologische Heterogenität von Mikroglia mit dem Fokus auf Satelliten- und Parenchymale-Mikroglia. Wir führten eine eingehende Analyse mehrerer Hirnareale durch und quantifizierten die Anzahl der Satellitenmikroglia, die mit verschiedenen neuronalen Subtypen in Kontakt stehen. Wir fanden heraus, dass die Anzahl der Satellitenmikroglia stark mit der neuronalen Dichte eines bestimmten Bereichs korreliert. Im zweiten Kapitel dieser Arbeit untersuche ich die transkriptionelle Heterogenität von Mikroglia aus weißer und grauer Substanz, wobei ich die in Gliazellen neu etablierte Patch-seq-Methode anwende. Diese Methode ermöglicht es eine Kombination aus morphologischen, lektrophysiologischen und transkriptionellen Profilen einzelner Zellen zu erhalten, die es erlauben, zelluläre Unterschiede zu charakterisieren. Wir identifizieren einen zellulären Subtyp, wenn wir den Patch-seq-Datensatz mit FACS-basierter Einzelzell-RNA-seq-Datensätzen vergleichen. Dieser Subtyp gehört eindeutig zu dissoziierten Gewebeproben und ist durch die Expression von Stress-assoziierten Genen charakterisiert. Im dritten Kapitel wende ich mich der Frage zu, wie Transkripte mittels SLAM-seq nachverfolgt werden können, die während der Dissoziation des Gewebes entstehen. Das Verfahren ermöglicht es mRNA, die während der Dissoziation der Probe entsteht, metabolisch zu markieren, rechnerisch zu identifizieren und zu entfernen. Indem wir die markierten Transkripte aus dem Mikroglia “entfernen”, beobachten wir, dass ein „aktivierter Mikroglia“-Subtyp zur allgemeinen Mikroglia-Population gehört. / The aim of this doctoral work is to provide a comprehensive study and overview on the topic of the heterogeneity of microglia in the normal adult mouse brain from the morphological, electrophysiological and transcriptional perspective with the focus on differences between white and grey matters. In the first Chapter, I discuss the morphological heterogeneity of microglia in the brain with the focus on two morphologically distinct classes: satellite and parenchymal microglia. We performed an in-depth analysis of multiple brain areas and quantified the number of satellite microglia which is in contact with different neuronal subtypes. We found that satellite microglia numbers are highly correlated with neuronal densities of a certain area, while showing no preferences for any of the neuronal types. In Chapter two of this work, I study transcriptional heterogeneity of microglia from white and grey matters. For this I am employing Patch-seq, which we newly established in glial cells. This method allows a combination of morphological, electrophysiological and transcriptional profiles of single cells to assess their differences. When comparing Patch-seq dataset to the previously published FACS isolated single cell RNA-seq microglia datasets, we find a subtype of cells which uniquely belongs to FACS sample and is characterized by expression of stress-associated genes. This finding points out to the fact of dissociation-related artifacts in the single cell RNA-seq data which are not present in situ. In the third chapter, I identified transcripts which are induced during the dissociation of the tissue by employing the SLAM-seq method. This procedure allows to metabolically label newly transcribed mRNA and computationally remove transcripts from the sample. By removing the labeled transcripts from the dataset of cells isolated from the hippocampus via enzymatic dissociation, we observe that an “activated microglia” subtype merges with the general microglia population.

Nach einem ausführlichem Überblick über den Kenntnisstand der Genetik und Neurowissenschaft von allgemeiner Intelligenz und einer methodischen Anmerkung zur Notwendigkeit der Berücksichtigung latenter Variablen in den kognitiven Neurowissenschaften am Beispiel einer Reanalyse publizierter Ergebnisse wir das am besten etablierte Gehirnkorrelat der Intelligenz, die Gehirngröße, aus evolutionsgenetischer Perspektive neu betrachtet. Schätzungen des Koeffizienten additiv-genetischer deuten an, dass es keine rezente direktionale Selektion auf Gehirngröße gegeben hat, was ihre Validität als Proxy für Intelligenz in evolutionären Studien in Frage stellt. Stattdessen deuten Korrelationen der Gesichtssymmetrie älterer Männer mit Intelligenz und Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit an, dass organismusweite Entwicklungsstabilität eine wichtige Grundlage von unterschieden in kognitiven Fähigkeiten sein könnte. Im zweiten Teil dieser Arbeit geht es vornehmlich um die Alterung kognitiver Fähigkeiten, beginnend mit einem allgemeinen Überblick. Daten einer Stichprobe von über 130 Individuen zeigen dann, dass die Integrität verschiedener Nervenbahnen im Gehirn hoch korreliert, was die Extraktion eines Generalfaktors der Traktintegrität erlaubt, der mit Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit korreliert. Der einzige Trakt mit schwacher Ladung auf diesem Generalfaktor ist das Splenium des Corpus Callosum, welches mit Veränderungen der Intelligenz über 6 Jahrzehnte korreliert und den Effekt des Bet2 adrenergischem Rezeptorgens (ADRB2) auf diese Veränderung mediiert, möglicherweise durch Effekte auf neuronale Komopensationsprozesse. Schließlich wird auf Basis neuer Analyseverfahren für Magnetresonanzdaten gezeigt, dass vermehrte Eiseneinlagerungen im Gehirn, vermutlich Marker für zerebrale Mikroblutungen, sowohl mit lebenslang stabilen Intelligenzunterschieden als auch mit der altersbedingten Veränderung kognitiver Fähigkeiten assoziiert sind. / After an extensive review of what is known about the genetics and neuroscience of general intelligence and a methodological note emphasising the necessity to consider latent variables in cognitive neuroscience studies, exemplified by a re-analysis of published results, the most well-established brain correlate of intelligence, brain size, is revisited from an evolutionary genetic perspective. Estimates of the coefficient of additive genetic variation in brain size suggest that there was no recent directional selection on brain size, questioning its validity as a proxy for intelligence in evolutionary analyses. Instead, correlations of facial fluctuating asymmetry with intelligence and information processing speed in old men suggest that organism-wide developmental stability might be an important cause of individual differences in cognitive ability. The second half of the thesis focuses on cognitive ageing, beginning with a general review. In a sample of over 130 subjects it has then been found that the integrity of different white matter tracts in the brain is highly correlated, allowing for the extraction of a general factor of white matter tract integrity, which is correlated with information processing speed. The only tract not loading highly on this general factor is the splenium of the corpus callosum, which is correlated with changes in intelligence over 6 decades and mediates the effect of the beta2 adrenergic receptor gene (ADRB2) on cognitive ageing, possibly due to its involvement in neuronal compensation processes. Finally, using a novel analytic method for magnetic resonance data, it is shown that more iron depositions in the brain, presumably markers of a history of cerebral microbleeds, are associated with both lifelong-stable intelligence differences and age-related decline in cognitive functioning.

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Objectives: One of the most prominent features of schizophrenia is relatively lower general cognitive ability (GCA). An emerging approach to understanding the roots of variation in GCA relies on network properties of the brain. In this multi-center study, we determined global characteristics of brain networks using graph theory and related these to GCA in healthy controls and individuals with schizophrenia. Methods: Participants (N = 116 controls, 80 patients with schizophrenia) were recruited from four sites. GCA was represented by the first principal component of a large battery of neurocognitive tests. Graph metrics were derived from diffusion-weighted imaging. Results: The global metrics of longer characteristic path length and reduced overall connectivity predicted lower GCA across groups, and group differences were noted for both variables. Measures of clustering, efficiency, and modularity did not differ across groups or predict GCA. Follow-up analyses investigated three topological types of connectivity—connections among high degree “rich club” nodes, “feeder” connections to these rich club nodes, and “local” connections not involving the rich club. Rich club and local connectivity predicted performance across groups. In a subsample (N = 101 controls, 56 patients), a genetic measure reflecting mutation load, based on rare copy number deletions, was associated with longer characteristic path length. Conclusions: Results highlight the importance of characteristic path lengths and rich club connectivity for GCA and provide no evidence for group differences in the relationships between graph metrics and GCA.

In dieser Arbeit werden Synthesen neuartiger Tellurocyanate beschrieben, die Alkyl-, Allyl-, Allenyl- und Propargyl-Strukturen oder cyclischen Aufbau aufweisen. Die Darstellung erfolgt durch die Umsetzung von halogenierten Vorläufern mit verschiedenen Tellurocyanatsalzen oder aus lithiumorganischen Verbindungen mit Tellurpulver und Bromcyan. Die licht- und sauerstoffempfindlichen Substanzen werden mittels NMR-Spektroskopie (u. a. 125Te) und in einem Fall durch eine Einkristall-Röntgenstrukturanalyse charakterisiert. Ein weiterer Schwerpunkt besteht darin, die Reaktivität der Titelverbindungen zu dokumentieren, auch im Vergleich mit anderen Chalkocyanaten. Es wird gezeigt, daß Thermolysen von Allyl-Tellurocyanaten in Lösung oder in der Gasphase in präparativ nutzbaren Ausbeuten zu Isonitrilen führen. Diese entstehen möglicherweise [3,3]-sigmatrop über bisher unbekannte Isotellurocyanat-Zwischenstufen, aber auch radikalische Zwischenprodukte können durchlaufen werden. 2-Butenyl- und 1,2-Butadienyl-tellurocyanate bilden unter Photolysebedingungen durch 1,4-Eliminierung von HTeCN Kohlenwasserstoffe. Das wird bei der Photolyse des 2-Butenylselenocyanats nicht beobachtet. Bei der Behandlung von Tellurocyanaten mit elementarem Selen oder Schwefel findet ein irreversibler, zum Teil sehr rasch verlaufender Elementaustausch statt. Die Umsetzungen von 13C-markierten Tellurocyanaten mit unmarkierten Seleno- oder Thiocyanaten führen zu bislang nicht beobachteten CN-Austausch-Reaktionen, die auf die intermolekularen Wechselwirkungen des Telluratoms mit weiteren Cyanogruppen anderer Moleküle zurückzuführen sind.