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Zvi Orgad, Eliezer-Zusman of Brody: The Early Modern Synagogue Painter and His World (Leiden and Boston: Brill, 2022), xxxix+360 pp.
No full textDie molekulare Mechanik von Coiled-Coils bei der Belastung mit verschiedenen Zuggeometrien
No full textThe coiled coil (CC) structure is a simple folding motif that can be found in intracellular proteins as well as proteins of the extracellular matrix. It consists of two or more α-helices that are wrapped around each other into a superhelix. It engages in versatile biological functions with mechanical importance. As the main building block of intermediate filaments, CCs provide mechanical resistance to environmental stress and thus ensure the integrity of cells. Also, the extracellular protein laminin, which is part of the cell-supporting basement membrane, contains CC structures. CCs are key components of the major molecular motor proteins myosin, kinesin, and dynein. In these proteins they are actively involved in force transmission, enabling dynamic movements.
Motivated by the versatility of CCs in Nature, short four- and five-heptad-long synthetic CC heterodimers were designed to serve as nanomechanical building blocks in bioengineering applications. These synthetic CCs self-assemble into well-defined structures with high thermodynamic stability. Protein engineering approaches have shed light on the parameters responsible for this thermodynamics stability. More recent work has focused on understanding and controlling CC structure-mechanics relationships. Parameters investigated include CC length, hydrophobic core packing, overall helical propensity as well as local structural modifications to stabilize the helical structure at the force application points.
In this work, I focused on the pulling geometry as another key parameter to investigate and tune the response of CC structures to an applied load. It has been shown for a diversity of other biomolecules, incl. double-stranded DNA, green fluorescent protein, and antibody-antigen interactions, that the choice of force application points affects the dynamic mechanical stability of these molecules. Using the heterodimeric CCs A4B4 (four heptads) and A5B5 (five heptads), I significantly expanded earlier work that aimed at a comparison of different shear geometries. In shear geometry, the force application points are located at opposing termini of the two helices of CC heterodimers so that the CC are mechanically sheared apart parallel to the superhelical axis. I further introduced pulling geometries where at least one helix of the CC was pulled perpendicular to the superhelical axis. Using atomic force microscope (AFM)-based single-molecule force spectroscopy (SMFS), I investigated several different pulling geometries for the same CC and compared the experimental results with local structural properties of the CC to gain insight into the anisotropic mechanical behavior of the structure.
In the first series of experiments, the two possible shear geometries were compared for structurally tightly related four- and five-heptad-long CC heterodimers. SMFS showed differences in the dynamic mechanical stabilities for the two shear geometries of the four-heptad CC (NA4CB4 versus CA4NB4, where the superscripts denote the pulled termini). In contrast, no such difference was observed for the corresponding shear geometries of the five-heptad CC (NA5CB5 and CA5NB5). Both A4B4 and A5B5 contain a polar Asn residue pair in the hydrophobic core that ensures a unique alignment of the CC superhelix. This polar defect is nearly central in the five-heptad CC while it is located more closely to the C-terminus in the four-heptad CC. This asymmetry, in combination with different local helix propensities at the mechanically loaded termini, makes the four-heptad CC highly sensitive to the shearing direction whereas the five-heptad CC does not show such an anisotropy.
In a second series of experiments, I focused on the 5-heptad CC and probed additional pulling geometries where at least one CC helix was mechanically loaded perpendicular to the superhelical axis. Specifically, I designed one pulling geometry where the force application points were located in the central heptad (perpendicular; Cys21A5Cys21B5). In addition, a pulling geometry was tested where one force application point was located at the N-terminus while the second was placed in the central heptad (intermediate; Cys21A5NB5). The perpendicular pulling geometry exhibited a very broad distribution of rupture forces, ranging from 20 pN up to 200 pN. This result is currently explained by a diversity of force propagation and rupture pathways. In contrast, Cys21A5NB5 yielded narrow rupture force distributions. Compared to the previously characterized shear geometries, however, Cys21A5NB5 appeared less extensible and ruptured at smaller deformations (smaller potential width). Most likely, already small distortions in the central part of the CC lead to chain dissociation, making the structure less compliant in the intermediate pulling geometry.
In the last part of my work, I investigated if signatures of CC unfolding are evident in the force-extension curves measured for CC shearing. Earlier molecular dynamics simulations of CCs revealed a plateau in the force-extension curves that originates from progressive helix uncoiling. Force plateaus have also been observed experimentally for the myosin CC or intermediate filaments. For the four- and five-heptad CCs measured in this work, the plateau is expected to be short with a length of 2 to 10 nm. It could thus easily be hidden in the noise of the measured force-extension curves. To develop an unbiased plateau classifier, I established an artificial neural network. The network was trained with force-extension curves obtained from well-characterized short double-stranded DNA that either exhibit a clearly visible force plateau or rupture without any plateau. Subsequently, the network was used to classify whether plateaus are present in the CC force-extension curves. For NA4CB4, plateaus were identified in nearly 100% of the measured curves, independent of the loading rate. In contrast, CA4NB4 showed an increasing number of plateaus for higher loading rates. For the longer CCs NA5CB5 and CA5NB5, a more clearly visible plateau was expected; however, the results were inconsistent between independent repeats. A more detailed analysis of the accuracy of the plateau classifier is still needed before any conclusions about the possibility of using the neural network for plateau detection and the presence of force plateaus in the CC force-extension curves can be drawn.
In summary, this work demonstrates that the pulling geometry is a highly versatile parameter to tune the mechanical properties of synthetic CCs without significantly altering their thermodynamic stability. This work further shows that local differences in sequence (defects and helix propensity) can have a large effect on the structural response of CCs to mechanical load. Engineering the position of local defects and helix propensities with respect to the force application points thus appears as an excellent strategy for investigating CC structure-mechanics relationships. Combining these insights with advanced machine learning algorithms to extract structural transitions from force-extension curves, will ultimately provide design principles for developing a library of CC building blocks with tunable mechanical responses to be used as building blocks for smart biomaterials.Die Coiled-Coil Struktur (CC-Struktur) ist ein einfaches Faltungsmotiv, welches sowohl bei intrazellulären Proteinen als auch bei Proteinen der extrazellulären Matrix zu finden ist. Sie besteht aus zwei oder mehr α-Helices, die umeinandergewunden sind und somit eine Superhelix bilden. CCs sind an verschiedenen biologischen Prozessen beteiligt, insbesondere jenen, die mechanischer Natur sind. Sie sind, zum Beispiel, ein wichtiger Bestandteil von Intermediärfilamenten. Diese Zytoskelettkomponenten bieten mechanischen Widerstand bei äußeren Zugkräften oder mechanischer Belastung. Sie schützen so die Integrität von Zellen. Auch das extrazelluläre Protein Laminin, welches Teil der Basalmembran ist, besitzt CC-Domänen. Darüber hinaus enthalten auch die molekularen Motoren Myosin, Kinesin und Dynein CC-Strukturen. In diesen Proteinen sind CCs aktiv an der Übertragung von molekularen Kräften innerhalb der Proteinstruktur beteiligt und tragen somit zu dynamischen Konformations-änderungen bei.
Motiviert durch die Vielseitigkeit von CCs in einer Vielzahl von Proteinstrukturen wurden synthetische CCs mit einer Länge von vier bzw. fünf Heptaden entwickelt, um diese als nanomechanische Bausteine für biotechnologische Anwendungen einzusetzen. Diese synthetischen CCs organisieren sich selbst zu wohldefinierten Strukturen mit hoher thermodynamischer Stabilität. Mittels Protein-Engineering wurden die Zusammenhänge zwischen Struktur und thermodynamischer Stabilität untersucht. In den letzten Jahren rücken zunehmend auch mechanische Struktur-Funktionsbeziehungen in den Fokus. Die untersuchten Parameter beinhalten die CC-Länge, die Packung der hydrophoben Aminosäuren an der Dimer-Schnittstelle, die globale Helixpropensität sowie die Stabilisierung lokaler Helixwindungen an den Kraftangriffspunkten.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der geometrischen Anordnung von Kraftangriffspunkten. Die Richtung der Kraftvektoren ist ein weiterer Schlüsselfaktor, um die Antwort von CC-Strukturen auf äußere Kräfte zu untersuchen und diese zu lenken. Für eine Vielzahl anderer Biomoleküle (inkl. doppelsträngige DNS, grün fluoreszierendes Protein, Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen) ist bekannt, dass die Wahl der Kraftangriffspunkte die dynamisch-mechanische Stabilität dieser Moleküle maßgeblich beeinflusst. Aufbauend auf früheren Untersuchungen wurden in dieser Arbeit Schergeometrien für die CC-Heterodimere A4B4 (vier Heptaden) sowie A5B5 (fünf Heptaden) miteinander verglichen. In einer Schergeometrie greifen die Kraftangriffspunkte an den entgegengesetzten Enden der beiden Helices der Heterodimere an, sodass das CC entlang der superhelikalen Achse geschert wird. Darüber hinaus wurden zwei weitere Zuggeometrien eingeführt, bei denen die Kraft bei mindestens einer Helix senkrecht zur superhelikalen Achse wirkt. Unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskops wurden die verschiedenen Zuggeometrien für ein und dasselbe CC (A5 B5) mit Einzelmolekül-Kraftspektroskopie untersucht. Die Ergebnisse wurden mit lokalen strukturellen Eigenschaften des CCs verglichen, um einen tieferen Einblick in die anisotropen mechanischen Eigenschaften von CCs zu gewinnen.
In einer ersten Serie von Experimenten wurden die beiden möglichen Schergeometrien für die strukturell miteinander verwandten CCs A4B4 und A5B5 miteinander verglichen. Einzelmolekül-Kraftspektroskopie zeigt, dass die dynamisch-mechanische Stabilität von A4B4 deutliche Unterschiede für die verschiedenen Schergeometrien aufweist (NA4CB4 versus CA4NB4; die hochgestellten Indices entsprechen den Termini mit den jeweiligen Kraftangriffspunkten). Im Gegensatz dazu wurden keine Unterschiede für das längere A5B5 CC beobachtet (NA5CB5 versus CA5NB5). Beide CCs, A4B4 und A5B5, beinhalten ein polares Asparagin-Paar an der Dimer-Schnittstelle, welches die korrekte Anordnung der beiden Helices in der CC-Struktur gewährleistet und damit unerwünschte, versetzte Anordnungen behindert. Dieser polare Defekt ist fast mittig innerhalb der A5B5-Sequenz gelegen, wohingegen er sich bei A4B4 näher am C-Terminus befindet. In den verschiedenen Schergeometrien führt diese Asymmetrie bei A4B4 zu einer richtungsabhängigen mechanischen Antwort, während A5B5 keine Anisotropie aufweist.
In einer zweiten Serie von Experimenten wurden zwei zusätzliche Zuggeometrien für A5B5 untersucht. Bei der einen Geometrie wurden beide CC-Helices orthogonal zur superhelikalen Achse auseinandergezogen. Dazu wurden Kraftangriffspunkte in der zentralen Heptade (Position 21) verwendet (Cys21A5Cys21B5). Die zweite Geometrie ist eine Kombination der Schergeometrie und der orthogonalen Geometrie. An einer Helix befand sich der Kraftangriffspunkt am Terminus, während er an der zweiten Helix in der zentralen Heptade platziert wurde (Cys21A5NB5, intermediäre Geometrie). Die orthogonale Geometrie wies eine sehr breite Verteilung der Abrisskräfte auf, die von 20 pN bis 200 pN reichten. Dieses Ergebnis wird damit begründet, dass die wirkenden Kräfte sich unterschiedlich innerhalb des CC ausbreiten können und dem CC somit verschiedene Dissoziationspfade auf der Energielandschaft zur Verfügung stehen. Im Gegensatz dazu wurde bei der intermediären Geometrie (Cys21A5NB5) eine schmalere Verteilung der Abrisskräfte beobachtet. Verglichen mit der anfänglich untersuchten Schergeometrie CA5NB5, wies Cys21A5NB5 eine kleinere Potentialweite auf und erreicht daher den Übergangszustand bei kleineren Deformationen. Es wird angenommen, dass schon kleine strukturelle Änderungen in der zentralen Heptade zu einer kritischen Destabilisierung des CCs führen.
Im letzten Teil dieser Arbeit wurde untersucht, ob für die Schergeometrie gemessene Kraft-Abriss-Kurven Merkmale aufweisen, die eine Entfaltung der helikalen Struktur vor der Dissoziation erkennen lassen. Molekulardynamik-Simulationen haben gezeigt, dass die mechanisch induzierte Entfaltung der CC-Helices zu einem Kraft-Plateau in den gemessenen Kraftkurven führt. Experimentell wurde dies, zum Beispiel, auch für das Myosin-CC oder bei Intermediärfilamenten beobachtet. Für die in dieser Arbeit verwendeten CCs A4B4 und A5B5 wird ein Plateau mit einer Länge von 2 bis 10 nm erwartet. Aufgrund dieser kurzen Länge kann es schwierig sein, Plateaus im Rauschen der gemessenen Kraftkurven klar zu identifizieren. Um mögliche Plateaus objektiv in den Kraftkurven zu erkennen, wurde ein Plateau-Klassifikator entwickelt, der auf einem künstlichen neuronalen Netzwerk beruht. Dieses Netzwerk wurde mit Kraftkurven von kurzen DNS-Doppelsträngen trainiert, die entweder ein gut erkennbares Plateau besitzen oder einen Abriss ohne jedwedes Plateau zeigen. Anschließend wurde das trainierte Netzwerk benutzt, um zu klassifizieren, ob Plateaus in den CC-Kraftkurven erkannt werden können. Unabhängig von der Ladungsrate wurde für NA4CB4 in fast 100% der Fälle ein Plateau identifiziert. Im Gegensatz dazu stieg für CA4NB4 der Anteil der Plateaus mit höherer Ladungsrate an. Für das längere A5B5 CC wurden in beiden Schergeometrien deutlich erkennbare Plateaus erwartet. Jedoch waren die Ergebnisse innerhalb verschiedener, unabhängiger Messreihen nicht konsistent. Eine detailliertere Analyse zur Genauigkeit des Plateau-Klassifikators wird benötigt, bevor eine endgültige Aussage zur Detektion von Kraftplateaus mithilfe von künstlichen neuronalen Netzwerken getroffen werden kann.
Zusammenfassend wird in dieser Arbeit gezeigt, dass die Zuggeometrie ein wichtiger und vielseitiger Parameter ist, um die mechanischen Eigenschaften synthetischer CCs ohne signifikante Änderung der thermodynamischen Stabilität zu manipulieren. Weiterhin führt diese Arbeit vor, dass lokale Änderungen in der CC-Sequenz einen großen Einfluss darauf haben, wie CCs auf mechanische Belastung antworten. Das Hinzufügen lokaler Defekte oder Änderungen der Helizität an den Kraftangriffspunkten sind eine vielversprechende Strategie, um den Zusammenhang zwischen CC-Struktur und Mechanik zu untersuchen. Die Kombination von gezielten Sequenzänderungen mit fortgeschrittenem maschinellem Lernen ist ein vielversprechender Ansatz, um strukturelle Änderungen in Kraft-Abriss-Kurven zu erkennen. Dieser Ansatz ermöglicht eine neue Strategie zum Verständnis von CC-Bausteinen. Dieses dient als Grundlage für die Entwicklung einer Bibliothek aus CCs mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften zur Herstellung von intelligenten Biomaterialien
Leveraging sensors and machine learning to support health: Enhancing sitting posture classification and developing an affective computing approach for healthy eating behaviours
No full textThis PhD thesis investigates the role of sensor technology and machine learning in addressing two prevalent Non-Communicable Diseases (NCDs) significantly impacted by lifestyle factors: Low Back Pain (LBP) and obesity. It is noted that approximately 75% of individuals employed in various industries spend around 90% of their working hours sitting, a behaviour associated with an increased risk of LBP. This underscores the need for a precise and portable device capable of accurately measuring distinct postures based on spine movement to identify specific postures associated with the chronicity of LBP. Through a comprehensive systematic literature review, this thesis identifies a gap in the capability of existing devices to accurately classify sitting postures based on spine movement. While Inertial Measurement Units (IMUs) excel in detecting spine movements and posture transitions, the gap lies in the limited ability of existing studies and devices utilising IMUs to accurately classify specific sitting postures that contribute to LBP. To address this gap, a pilot study involving six subjects was conducted in a controlled environment to classify six distinct sitting postures, including transitional states. The study strategically placed sensors in the thoracic, right hip, and sacral regions, leveraging a support vector machine algorithm to achieve high accuracy in posture classification.
This thesis also works on affective computing to support healthy eating. Obesity, a rapidly growing global crisis projected to affect one billion people by 2030, results from complex factors, including lifestyle, dietary habits, psychological influences, and environmental conditions. Numerous studies have objectively classified cognitive load and affective states using physiological signals in various settings. Yet, an unexplored area is the direct impact of these factors on eating behaviour. Research in psychology and nutrition has often induced these states in controlled conditions, relying on subjective measures. However, there is a pressing need for objective validation due to the predominance of subjective methodologies in evaluating their impact on dietary habits. The progression of this research domain requires objective methodologies, especially within consumer and eating behaviour studies. This thesis addresses the objective measures of these measurements by using physiological sensor signals and context and food-related data to assess affective states and their relationship with eating behaviours objectively in a controlled environment and everyday life. Experimental software was developed to collect data in a controlled environment that was less biased for the designed study. This thesis contributes to objective data collected for 30 hours in a controlled environment and more than 730 hours in everyday life to analyse the relationship between eating behaviour and affective states. Further, both studies employed machine learning algorithms for the binary classification of cognitive load and stress, integrating hyperparameter optimisation and cross-validation in controlled and everyday settings, respectively. Due to increased environmental noise, 1D operational CycleGANs were used to denoise, and feed-forward neural networks were used to remove artifacts in everyday life data. The study found that personalised algorithms performed better in everyday life than generalised algorithms, which performed well in controlled environments. Moreover, there were significant changes in eating behaviour due to cognitive load and stress in both settings. A practical challenge encountered during everyday life data collection was subjects forgetting to journal their meals. To address this, an Android application was developed, using IMU sensors and a random forest algorithm, to prompt users to journal their meals within a 3-6 minute window after starting to eat.
This thesis highlights essential areas that require development, specifically in improving posture classification and understanding the role of affective states in eating behaviour. Despite challenges such as limited data collection windows, issues with subject compliance, and device limitations during the pandemic, the research supports the adoption of unobtrusive, advanced wearable technologies and adaptive research methods. Looking forward, it advocates for thorough, real-life data acquisition and the use of discreet devices tailored to individual health needs, laying the groundwork for more effective solutions in NCD prevention and management.Diese Doktorarbeit untersucht die Rolle von Sensortechnologie und maschinellem Lernen bei der Bewältigung von zwei weit verbreiteten Nicht-Übertragbaren Krankheiten (NÜK), die erheblich durch Lebensstilfaktoren beeinflusst werden: Rückenschmerzen (LBP) und Adipositas. Es wird festgestellt, dass etwa 75% der in verschiedenen Branchen beschäftigten Personen rund 90% ihrer Arbeitszeit sitzend verbringen, ein Verhalten, das mit einem erhöhten Risiko für LBP verbunden ist. Dies unterstreicht die Notwendigkeit eines präzisen und tragbaren Geräts, das in der Lage ist, verschiedene Sitzhaltungen basierend auf der Bewegung der Wirbelsäule genau zu messen, um spezifische Haltungen zu identifizieren, die zur Chronifizierung von LBP beitragen. Durch eine umfassende systematische Literaturübersicht identifiziert diese Arbeit eine Lücke in der Fähigkeit bestehender Geräte, Sitzhaltungen basierend auf Wirbelsäulenbewegungen genau zu klassifizieren. Während Inertiale Messeinheiten (IMUs) bei der Erkennung von Wirbelsäulenbewegungen und Haltungsübergängen hervorragende Ergebnisse erzielen, besteht die Lücke in der begrenzten Fähigkeit bestehender Studien und Geräte, die IMUs nutzen, spezifische Sitzhaltungen zu klassifizieren, die zu LBP beitragen. Um diese Lücke zu schließen, wurde eine Pilotstudie mit sechs Probanden in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt, um sechs verschiedene Sitzhaltungen, einschließlich Übergangszuständen, zu klassifizieren. Die Studie platzierte Sensoren strategisch im Brust-, rechten Hüft- und Sakralbereich und nutzte einen Support Vector Machine-Algorithmus, um eine hohe Genauigkeit bei der Haltungsklassifikation zu erreichen.
Diese Dissertation befasst sich auch mit affektiver Informatik zur Unterstützung eines gesunden Essverhaltens. Adipositas, eine rasch wachsende globale Krise, die bis 2030 eine Milliarde Menschen betreffen soll, resultiert aus komplexen Faktoren, einschließlich Lebensstil, Ernährungsgewohnheiten, psychologischen Einflüssen und Umweltbedingungen. Zahlreiche Studien haben kognitive Belastung und affektive Zustände anhand physiologischer Signale in verschiedenen Umgebungen objektiv klassifiziert. Ein unerforschtes Gebiet ist jedoch der direkte Einfluss dieser Faktoren auf das Essverhalten. Die Forschung in Psychologie und Ernährung hat diese Zustände oft in kontrollierten Bedingungen induziert und sich auf subjektive Messungen verlassen. Es besteht jedoch ein dringender Bedarf an objektiver Validierung, da subjektive Methoden in der Bewertung ihrer Auswirkungen auf Ernährungsgewohnheiten vorherrschen. Die Weiterentwicklung dieses Forschungsbereichs erfordert objektive Methoden, insbesondere in der Verbraucher- und Ernährungsverhaltensforschung. Diese Arbeit befasst sich mit objektiven Messmethoden durch den Einsatz von physiologischen Sensorsignalen sowie Kontext- und lebensmittelbezogenen Daten, um affektive Zustände und deren Beziehung zum Essverhalten sowohl in kontrollierten Umgebungen als auch im Alltag objektiv zu bewerten. Es wurde experimentelle Software entwickelt, um Daten in einer kontrollierten Umgebung zu sammeln, die für die geplante Studie weniger voreingenommen waren. Diese Dissertation trägt zu objektiven Daten bei, die über 30 Stunden in einer kontrollierten Umgebung und über 730 Stunden im Alltag gesammelt wurden, um die Beziehung zwischen Essverhalten und affektiven Zuständen zu analysieren. Darüber hinaus wurden in beiden Studien maschinelle Lernalgorithmen zur binären Klassifikation von kognitiver Belastung und Stress eingesetzt, wobei Hyperparameteroptimierung und Kreuzvalidierung in kontrollierten und alltäglichen Umgebungen integriert wurden. Aufgrund des erhöhten Umgebungslärms wurden 1D-Betriebs-CycleGANs zur Rauschunterdrückung und Feedforward-Neuronale Netze zur Entfernung von Artefakten in Alltagsdaten eingesetzt. Die Studie ergab, dass personalisierte Algorithmen im Alltag besser abschnitten als generalisierte Algorithmen, die in kontrollierten Umgebungen gut funktionierten. Darüber hinaus zeigten sich signifikante Veränderungen im Essverhalten aufgrund von kognitiver Belastung und Stress in beiden Umgebungen. Eine praktische Herausforderung bei der Datenerhebung im Alltag war, dass die Probanden vergaßen, ihre Mahlzeiten zu protokollieren. Um dies zu beheben, wurde eine Android-Anwendung entwickelt, die IMU-Sensoren und einen Random-Forest-Algorithmus nutzt, um die Benutzer innerhalb eines 3-6-Minuten-Fensters nach Beginn des Essens daran zu erinnern, ihre Mahlzeiten zu protokollieren.
Diese Dissertation hebt wesentliche Bereiche hervor, die entwickelt werden müssen, insbesondere die Verbesserung der Haltungsklassifikation und das Verständnis der Rolle affektiver Zustände im Essverhalten. Trotz Herausforderungen wie begrenzten Datenaufzeichnungsfenstern, Problemen mit der Einhaltung durch die Probanden und Gerätebeschränkungen während der Pandemie unterstützt die Forschung die Einführung unauffälliger, fortschrittlicher tragbarer Technologien und adaptiver Forschungsmethoden. In Zukunft wird eine gründliche, realitätsnahe Datenerfassung und die Verwendung diskreter Geräte, die auf individuelle Gesundheitsbedürfnisse zugeschnitten sind, empfohlen, um die Grundlage für wirksamere Lösungen zur Prävention und Behandlung von NÜKs zu schaffen
100 years of Falkensee
No full textDie vier Beiträge behandeln die vielfältigen Wandlungen der heutigen Stadt Falkensee vom 18. bis zum 20. Jahrhundert: die königliche Domäne Falkenhagen und das adlige Gut Seegefeld, die schwierige Vereinigung dieser beiden Landgemeinden zu einer neuen Gemeinde unter neuem Namen nach dem Ersten Weltkrieg, die Schicksale des Berliner Vorortes und Zwangsarbeiter-Lagerortes unter der nationalsozialistischen Diktatur sowie auch die zahlreichen Umnutzungen eines großen Gebäudekomplexes infolge der politischen Umbrüche des 20. Jahrhunderts vom Sanatorium über die Ausbildungsstätte einer NS-Organisation bis zum Alten- bzw. Feierabendheim.The four contributions address the diverse transformations of today's town of Falkensee from the 18th to the 20th century: the royal domain of Falkenhagen and the noble estate of Seegefeld, the difficult unification of these two rural communities into a new municipality under a new name after the First World War, the fate of the Berlin suburb and forced labor camp site under the National Socialist dictatorship, and the numerous conversions of a large building complex as a result of the political upheavals of the 20th century, from a sanatorium to a training center for a Nazi organization to a retirement home
Queer Jewish Groups in Europe (1972–1990s)
No full textIn the 1970s, queer Jews became excited by the developments of the Gay Liberation Movement in both the US and Europe. Until then, they were not able to express their queerness in Jewish communities and hoped for new inclusive spaces. Yet, they quickly realized that the movement was not as welcoming as anticipated. Thus, they started to organize: in February 1972, the world’s first queer Jewish group became publicly visible in London with its symposium "The Jewish Homosexual in Society." The Jewish Gay Group began tackling the exclusion of non-heteronormative Jews in British Jewish and queer communities. Soon after, two more queer Jewish groups formed: Beit Haverim ("House of Friends") in Paris and Sjalhomo (a neologism of "shalom" and "homosexual") in Amsterdam. Besides their goal of emancipation, these groups brought together their members based on shared experiences as both Jewish and queer, opening up much needed spaces for social encounters. The groups also established a Europe-wide support network that enabled international collaboration for more than a decade. This study archives these groups’ histories and that of their network. By doing so, it broadens prevalent narratives of Europe’s post-World War II Jewry and queers the discipline of Jewish History
Hochauflösende Spektroskopie klassischer Cepheiden und Multiwellenlängen-Kalibrierung von PLZ- und PWZ-Beziehungen
No full textClassical Cepheids are a type of variable stars critical for establishing distances in the Local Group. These stars are young, intermediate-mass stars evolving through a specific phase of the star evolution in which radial pulsation is excited, resulting in a change of brightness. What makes them one of the primary tools in estimating distances is the correlation between their intrinsic luminosities and pulsational periods. For this reason, they are usually referred to as "standard candles". This property, known as the Period-Luminosity (PL) relation, enables Cepheids to serve as fundamental anchors on the cosmic distance ladder, which allows us to determine the scale of the Universe. On the other hand, they represent powerful tools as tracers of the young population in the Milky Way disc, with the possibility to study variations in their chemical abundances as a function of their location in the Galaxy. The first part of this dissertation revolves around the description of the astrophysical characteristics of Cepheids, their progenitors, evolution and ultimate fate. The origin of stellar pulsation is explored, starting from the basics of stellar structure to the development of a pulsational theory. The main objective is to discover which mechanisms ignite pulsation, which are the constraints that define the region in the Hertzspring-Russell diagram, called the instability strip, where these mechanisms become relevant and what are the main implications and uses of the PL relation. Furthermore, we will navigate through the basics of spectroscopic analysis, the elements necessary to build an atmospheric model and which physical quantities play a relevant role in influencing the photosphere and need to be determined in order to characterise a star.
The remaining chapters are based on three peer-reviewed published papers and part of the C-MetaLL project survey: In Chapter 2 we have collected high-resolution spectroscopy with UVES@VLT for a sample of 65 DCEPs. The majority of them are the faintest DCEPs ever observed in the Milky Way. For each target, we derived accurate atmospheric parameters, radial velocities, and abundances for 24 different species. The resulting iron abundances range between +0.3 and -1.1 dex with the bulk of stars at [Fe/H] -0.5 dex. Our sample includes the most metal-poor DCEPs observed so far with high-resolution spectroscopy. Exploiting the role of Cepheids as tracers of young population stars, the radial metallicity gradient is studied together with the distribution of the sample in the disc.
In Chapter 3 we quantify the metallicity dependence of the PL and PW relations of the Galactic DCEPs for a variety of photometric bands, ranging from optical to near-infrared. We gathered a sample of 910 DCEPs with available [Fe/H] values from high-resolution spectroscopy or metallicities from the Gaia Radial Velocity Spectrometer. For all these stars, we collected photometry in the GBP, GRP, G, I, V, J, H, and KS bands and astrometry from Gaia Data Release 3 (DR3). We used these data to investigate the metal dependence of both the intercepts and slopes of a variety of PL and PW relations at multiple wavelengths.
In Chapter 4, a follow-up of Chapter 2, we enlarge the sample of DCEPs with accurate abundances from high-resolution spectroscopy. We present the results of the analysis of 331 spectra obtained for 180 individual DCEPs with a variety of high-resolution spectrographs. As already done in Chapter 2 we derived accurate atmospheric parameters, radial velocities, and abundances for up to 29 different species. A robust sample is obtained, distributed almost homogeneously in both distance and metallicity ranges. The radial metallicity gradient is studied for all the chemical species, highlighting the role of Cepheids as a powerful means to trace spiral arms not yet well constrained.Klassische Cepheiden sind eine Art von veränderlichen Sternen, die für die Bestimmung von Entfernungen in der Lokalen Gruppe entscheidend sind. Bei diesen Sternen handelt es sich um junge, mittelschwere Sterne, die eine bestimmte Phase der Sternentwicklung durchlaufen, in der radiale Pulsationen angeregt werden, was zu einer Helligkeitsänderung führt. Die Korrelation zwischen ihrer Eigenleuchtkraft und den Pulsationsperioden macht sie zu einem der wichtigsten Hilfsmittel bei der Abschätzung von Entfernungen. Aus diesem Grund werden sie gewöhnlich als „Standardkerzen“ bezeichnet. Dank dieser Eigenschaft, die als Perioden-Leuchtkraft-Beziehung (PL) bekannt ist, dienen uns Cepheiden als fundamentale Ankerpunkte auf der kosmischen Entfernungsleiter, was uns ermöglicht, die Größe des Universums zu bestimmen. Andererseits sind sie ein leistungsfähiges Instrument, um die junge Population in der Milchstraßenscheibe aufzuspüren, und bieten die Möglichkeit, Variationen ihrer chemischen Häufigkeiten in Abhängigkeit von ihrer Position in der Galaxie zu untersuchen. Der erste Teil dieser Dissertation befasst sich mit der Beschreibung der astrophysikalischen Eigenschaften von Cepheiden, ihren Vorläufern, ihrer Entwicklung und ihrem endgültigen Schicksal.
Der Ursprung stellarer Pulsation wird erforscht, ausgehend von den Grundlagen der stellaren Struktur bis hin zur Entwicklung einer Pulsationstheorie. Das Hauptziel besteht darin, herauszufinden, welche Mechanismen die Pulsation auslösen, welche Einschränkungen den Bereich im Hertzspring-Russell-Diagramm, den so genannten Instabilitätsstreifen, definieren, in dem diese Mechanismen relevant weryden, und was die wichtigsten Auswirkungen und Anwendungen der PL-Beziehung sind. Darüber hinaus werden wir die Grundlagen der spektroskopischen Analyse, die Elemente, die für den Aufbau eines Atmosphärenmodells erforderlich sind, und die physikalischen Größen, die eine wichtige Rolle bei der Beeinflussung der Photosphäre spielen und für die Charakterisierung eines Sterns bestimmt werden müssen, durchgehen. Die übrigen Kapitel basieren auf drei von Fachleuten begutachteten Veröffentlichungen und sind Teil der C-MetaLL-Projektstudie: In Kapitel 2 haben wir hochauflösende Spektroskopie mit UVES@VLT für eine Probe von 65 DCEPs gesammelt. Die meisten von ihnen sind die schwächsten DCEPs, die jemals in der Milchstraße beobachtet wurden. Für jedes Ziel haben wir genaue atmosphärische Parameter, Radialgeschwindigkeiten und Häufigkeiten für 24 verschiedene Elemente abgeleitet. Die resultierenden Eisenhäufigkeiten liegen zwischen +0,3 und -1,1 dex, wobei der Großteil der Sterne [Fe/H] -0,5 dex aufweist. Unsere Probe umfasst die metallärmsten DCEPs, die bisher mit hochauflösender Spektroskopie beobachtet wurden. Unter Ausnutzung der Rolle von Cepheiden als Indikatoren für junge Sternpopulationen wird der radiale Metallizitätsgradient zusammen mit der Verteilung der Probe in der Scheibe untersucht.
In Kapitel 3 quantifizieren wir die Metallizitätsabhängigkeit der PL- und PW-Relationen der galaktischen DCEPs für eine Vielzahl photometrischer Filter, die vom optischen bis zum nahen Infrarot reichen. Wir haben eine Stichprobe von 910 DCEPs mit verfügbaren [Fe/H]-Werten aus hochauflösender Spektroskopie oder Metallizitäten aus dem Gaia Radialgeschwindigkeitsspektrometer gesammelt. Für alle diese Sterne haben wir Photometrie in den Bändern GBP, GRP, G, I, V, J, H und KS sowie Astrometrie aus Gaia Data Release 3 (DR3) gesammelt. Anhand dieser Daten untersuchten wir die Metallabhängigkeit sowohl der Schnittpunkte als auch der Steigungen einer Reihe von PL- und PW-Beziehungen bei verschiedenen Wellenlängen.
In Kapitel 4, einer Fortsetzung von Kapitel 2, erweitern wir die Stichprobe von DCEPs mit genauen Elementhäufigkeiten aus hochauflösender Spektroskopie. Wir stellen die Ergebnisse der Analyse von 331 Spektren vor, die für 180 einzelne DCEPs mit einer Vielzahl von hochauflösenden Spektrographen gewonnen wurden. Wie bereits in Kapitel 2 haben wir genaue atmosphärische Parameter, Radialgeschwindigkeiten und Häufigkeiten für bis zu 29 verschiedene Elemente abgeleitet. Wir haben eine robuste Stichprobe erhalten, die sowohl in den Entfernungs- als auch in den Metallizitätsbereichen nahezu homogen verteilt ist. Der radiale Metallizitätsgradient wurde für alle chemischen Spezies untersucht, was die Rolle der Cepheiden als leistungsfähiges Mittel zum Aufspüren von Spiralarmen unterstreicht, die noch nicht gut erforscht sind
Galaktische diffuse Gammastrahlung bei TeV-Energien
No full textDiffuse Galactic γ-ray emission is the most prominent observable signature of celestial cosmic-ray interactions at high energies. While being studied at GeV energies for several decades, assessments of diffuse γ-ray emission at TeV energies is complicated by the low fluxes and the dominance of γ-ray sources in this energy regime. Measurements have so far been exclusively performed by ground-based particle detector arrays with their large fields of view. Imaging atmospheric Cherenkov telescopes with their superior angular resolution are hampered by few-degree-sized fields of view, which challenge the data collection on large scales and in particular the determination of the charged-cosmic-ray background, customarily done from within the field of view.
The systematic survey of the central Galaxy performed with the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) is used in this work for the first measurement of large-scale diffuse γ-ray emission along the Galactic Plane using imaging atmospheric Cherenkov telescopes. The challenge of the charged-cosmic-ray background is met by two different approaches: On the one hand a standard determination from within the field of view demonstrates that TeV diffuse emission is measurable by imaging atmospheric Cherenkov telescopes but results in distortions of the measurable signal. On the other hand a modelling of the background using Monte Carlo simulations enables an absolute measurement essentially unaffected by background-subtraction issues. Applying this novel technique the first high-resolution (<0.1◦) measurement of Galactic diffuse γ-ray emission is presented.
The other complication of TeV diffuse-emission measurements is the entanglement of γ-ray sources and diffuse emission. Unresolved sources below the detection threshold of the instrument form part of the measurable diffuse signal and discrete sources shape the distribution of the truly diffuse emission stemming from propagating cosmic rays. In this work, special focus is placed on this interplay. Concepts for the inclusion of γ-ray sources in the analysis and interpretation of TeV diffuse emission are developed and applied to the H.E.S.S. measurement: A population synthesis is invoked to characterise the overall properties of the Galactic TeV γ-ray source population. It is based on the strongly biased H.E.S.S. Galactic γ-ray source catalogue, requiring the inclusion of the complex details of the selection bias of the H.E.S.S. data set. Simulated source populations are then used for the derivation of the amount of unresolved γ-ray sources in the measurable diffuse signal and as input for the predictions of the diffuse emission stemming from cosmic-ray propagation.
With the development of concepts and techniques for the measurement and interpretation of diffuse γ-ray emission at TeV energies, this work does not aim at providing final answers on this subject. It is meant to lay the foundation for a more detailed understanding of cosmic-ray transport at TeV energies based on high-resolution H.E.S.S. and future Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) measurements.Die diffuse galaktische γ-Strahlung ist die prägnanteste Signatur der Wechselwirkung kosmischer Strahlung bei hohen Energien. Während die diffuse Emission bei GeV-Energien schon seit mehreren Jahrzehnten untersucht wird, ist die Datenlage bei TeV-Energien nach wie vor spärlich. Der Grund dafür sind die geringen Flüsse und die Dominanz von γ-Quellen in diesem Energiebereich. Messungen wurden bisher ausschließlich mit bodengestützten Teilchendetektor-Arrays mit ihren großen Sichtfeldern durchgeführt. Abbildende atmosphärische Cherenkov-Teleskope, die in ihrer Winkelauflösung überlegen sind, werden durch wenige Grad große Gesichtsfelder behindert, die die Datenerfassung auf großen Skalen und insbesondere die Bestimmung des Hintergrunds geladener kosmischer Strahlung, der üblicherweise im Gesichtsfeld erfolgt, erschwert. Die systematische Durchmusterung der zentralen Galaxie durch das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) wird in dieser Arbeit für die erste Messung der großräumigen diffusen γ-Strahlung mit abbildenden atmosphärischen Cherenkov-Teleskopen genutzt. Die Herausforderung des Hintergrunds geladener kosmischer Strahlung wird mit zwei verschiedenen Ansätzen angegangen: Zum einen zeigt eine Standardbestimmung innerhalb des Gesichtsfeldes, dass die diffuse TeV-Emission mit abbildenden atmosphärischen Cherenkov-Teleskopen messbar ist, aber zu Verzerrungen des messbaren Signals führt. Andererseits ermöglicht eine Modellierung des Hintergrunds mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen eine absolute Messung, die im Wesentlichen von Problemen der Hintergrundsubtraktion
unbeeinflusst ist. Unter Anwendung dieser Technik wird die erste hochauflösende (< 0,1°) Messung der galaktischen diffusen γ-Strahlung vorgestellt.
Die andere Herausforderung in der Messung diffuser Strahlung bei TeV-Energien liegt im Zusammenspiel von Quellen und diffuser Emission. Unaufgelöste Quellen unterhalb der Nachweisgrenze des Instruments bilden einen Teil des messbaren diffusen Signals, und diskrete Quellen prägen die Verteilung der wirklich diffusen Emission, die von der sich ausbreitenden kosmischen Strahlung stammt. In dieser Arbeit wird ein besonderes Augenmerk auf dieses Zusammenspiel gelegt. Es werden Konzepte für die Einbeziehung von γ-Quellen in die Analyse und Interpretation der diffusen TeV-Emission entwickelt und auf die H.E.S.S.-Messung angewendet: Eine Populationssynthese wird herangezogen, um die Gesamteigenschaften der galaktischen TeV-γ-Quellen-Population auf der Grundlage des stark verzerrten galaktischen H.E.S.S.-Quellkatalogs zu charakterisieren, was die Einbeziehung der komplexen Details der Selektionsverzerrung des H.E.S.S.-Datensatzes erfordert.
Die simulierten Quell-Populationen werden dann für die Bestimmung des Anteils der unaufgelösten γ-Quellen im messbaren Diffus-Signal sowie als Input für die Vorhersage der diffusen Emission aus der Wechselwirkung kosmischer Strahlung verwendet und auf die Messung angewandt.
Mit der Entwicklung von Konzepten und Techniken für die Messung und Interpretation diffuser Emission bei TeV-Energien zielt diese Arbeit nicht darauf ab, endgültige Antworten zu diesem Thema zu geben. Sie soll die Grundlage für ein detailliertes Verständnis des Transports kosmischer Strahlung bei TeV-Energien auf Basis von hochauflösenden H.E.S.S.- und zukünftigen Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO)-Messungen schaffen
Untersuchung der Molekularstruktur und Reaktionsdynamik von Übergangsmetallkomplexen der ersten Periode mittels Röntgenspektroskopie
No full textThe work presented here investigates the molecular structure and reaction dynamics in a series of first-row transition metal complexes using advanced X-ray spectroscopy techniques.
With the use of time-resolved X-ray absorption spectroscopy, Publication I investigates the photo-induced ligand replacement of Cr(CO)6 in 1-pentanol, revealing the dynamics involved in the ligand exchange of the organometallic model system. In the same framework, Publication II investigates another substitution reaction, now in aqueous solution. The ferrocyanide complex was investigated after photoexcitation at the ligand field band, emphasizing the electronic structural changes that occur during photoaquation.
Publication III tracks the production of [Fe(EDTA)]– from the free ligand using ligand K-edge spectroscopy, providing a comprehensive understanding of electronic density redistribution upon complexation. Publication IV, which combines exper- imental data and computational analysis to present a thorough understanding of excited state dynamics, examines the impact of the lowest excited triplet state on the photoaquation rate of hexacyanometalates and correlates the results obtained with the ones presented in Publication II.
Together, the presented results improve our knowledge of transition metal complexes’ electronic structures and reactivity, offering important new perspectives on both their fundamental properties, potential applications or optimization of current uses.Die vorliegende Arbeit untersucht die Molekularstruktur und Reaktionsdynamik einer Reihe von Übergangsmetallkomplexen der ersten Periode unter Verwendung fortgeschrittener Röntgenspektroskopie Techniken. Mit Hilfe der zeitaufgelösten Röntgenabsorptionsspektroskopie untersucht Publikation I den fotoinduzierten Ligandenaustausch von Cr(CO)₆ in 1-Pentanol und enthüllt die Dynamik, die am Ligandenaustausch des organometallischen Modellsystems beteiligt ist. Im gleichen Rahmen untersucht Publikation II eine weitere Substitutionsreaktion, nun in wässriger Lösung. Der Ferrocyanidkomplex wurde nach der Photoanregung am Ligandenfeldband untersucht, wobei die elektronischen Strukturveränderungen hervorgehoben werden, die während der Fotoaquation auftreten.
Publikation III verfolgt die Produktion von [Fe(EDTA)]⁻ aus dem freien Liganden unter Verwendung der Liganden-K-Kanten-Spektroskopie und bietet ein umfassendes Verständnis der elektronischen Dichteumverteilung bei der Komplexierung. Publikation IV kombiniert experimentelle Daten und rechnerische Analysen, um ein gründliches Verständnis der Dynamik angeregter Zustände zu präsentieren. Sie untersucht den Einfluss des niedrigsten angeregten Triplettzustands auf die Fotoaquationsrate von Hexacyanometallaten und korreliert die erhaltenen Ergebnisse mit denen aus Publikation II.
Zusammen verbessern die präsentierten Ergebnisse unser Wissen über die elektronischen Strukturen und Reaktivität von Übergangsmetallkomplexen und bieten wichtige neue Perspektiven sowohl auf ihre grundlegenden Eigenschaften als auch auf potenzielle Anwendungen oder die Optimierung der derzeitigen Nutzung
Sprachlicher Input und phonotaktische Wahrnehmung bei mehrsprachigen Säuglingen: Eine feldbasierte experimentelle Studie in Ghana
No full textMany infants worldwide grow up in environments and homes where they are exposed to two or more languages. However, how most of these infants, particularly those growing up in Africa, experience their languages and how exposure to multiple languages influences their language development remains understudied. This dissertation focuses on multilingual infants’ language input experiences and how exposure to multiple languages shapes phonotactic perception in infancy. Specifically, I investigate (i) language input and the factors that may influence the input to infants growing up in multilingual homes and environments in Accra, Ghana (Africa), (ii) sensitivity to Advanced Tongue Root (ATR) harmony in Akan (Kwa, Niger-Congo) and the ability to use ATR harmony cues for speech segmentation in multilingual infants exposed to both ATR harmony languages alongside non-vowel harmony (VH) languages in Ghana, and (iii) how these abilities are influenced by the degree of exposure to ATR harmony languages.
First, the language input situation of 3- to 12-month-old infants growing up in multilingual homes and environments in Accra, Ghana, was investigated using two language input assessment tools: an interview-based questionnaire and a logbook (Chapter 2). The findings reveal that infants are raised multilingually with two to six languages and have regular language exposure from two to six regular caregivers. The findings further show that there is a substantial variability in the relative amount of direct and indirect input that infants receive in the different languages they are exposed to.
Next, we investigate 6-month-old multilingual infants exposed to (an) ATR harmony language(s) (e.g., Akan) alongside other non-VH languages sensitivity to ATR harmony in Akan in an auditory preference task (Chapter 3). Results show that 6-month-old multilingual infants in Ghana are sensitive to ATR harmony in Akan and have a differential preference for harmonic syllable sequences over disharmonic ones. However, this sensitivity or preference was not modulated by the degree of exposure they receive in (an) ATR harmony language(s).
In Chapter 4, we investigate infants’ ability to segment words in fluent speech using ATR harmony cues in 9- to 11-month-old multilingual infants learning ATR harmony languages alongside non-VH languages. The findings reveal that multilingual infants segment bi-syllabic words in their native language (Akan) using ATR harmony cues. The relative amount of exposure to ATR harmony languages did not modulate the use of ATR harmony cues for segmentation.
In Chapter 5, I provide reflections on my experiences conducting field-based research in Ghana, focusing on methodological considerations, challenges, and solutions for my fieldwork in Ghana.
Overall, the present dissertation contributes to the growing literature on bilingual and multilingual infants’ language input and its impact on language development. Indeed, the studies presented in this dissertation provide evidence that, as a group, multilingual infants’ phonotactic acquisition and processing may be comparable to monolingual and bilingual infants and that exposure to multiple languages does not seem to affect Ghanaian infants’ native language phonotactic processing.Viele Säuglinge weltweit wachsen in Umgebungen und Haushalten auf, in denen sie mit zwei oder mehr Sprachen in Kontakt kommen. Wie die meisten dieser Säuglinge, insbesondere jene, die in Afrika aufwachsen, ihre Sprachen erleben, und wie der Kontakt mit mehreren Sprachen ihre Sprachentwicklung beeinflusst, ist jedoch noch wenig erforscht. Diese Dissertation befasst sich mit dem sprachlichen Input, den mehrsprachige Säuglinge bekommen, und damit, wie der Kontakt mit mehreren Sprachen die phonotaktische Wahrnehmung im Säuglingsalter beeinflusst. Konkret untersuche ich (i) den sprachlichen Input und die Faktoren, die den Input von Säuglingen beeinflussen können, die in mehrsprachigen Familien und Umgebungen in Accra, Ghana (Afrika) aufwachsen, (ii) die Sensitivität gegenüber Advanced Tongue Root (ATR)-Harmonie im Akan (Kwa, Niger-Kongo) und die Fähigkeit, ATR-Harmonie-Merkmale für die Sprachsegmentierung zu verwenden, bei mehrsprachigen Säuglingen, die sowohl ATR-Harmonie-Sprachen als auch Sprachen ohne Vokalharmonie (VH) in Ghana ausgesetzt sind, und (iii) inwiefern diese Fähigkeiten durch das Ausmaß des Kontakts mit ATR-Harmonie-Sprachen beeinflusst werden.
Zunächst wurde der Stand des sprachlichen Inputs von 3- bis 12-monatigen Säuglingen aus mehrsprachigen Haushalten und Umgebungen in Accra, Ghana, mithilfe von zwei Instrumenten zur Bewertung des Sprach-Inputs untersucht: einem interview-basierten Fragebogen und einem Logbuch (Kapitel 2). Die Ergebnisse zeigen, dass Säuglinge mehrsprachig mit zwei bis sechs Sprachen aufwachsen und und regelmäßig sprachlichen Input von zwei bis sechs Bezugspersonen erhalten. Darüber hinaus weisen die Befunde auf eine erhebliche Variabilität im Anteil des direkten und indirekten Inputs hin, den die Säuglinge in den jeweiligen Sprachen, denen sie ausgesetzt sind, erhalten.
Im Kapitel 3 untersuchen wir mithilfe einer auditiven Präferenzaufgabe die Sensitivität gegenüber der ATR-Harmonie im Akan bei 6-monatigen mehrsprachigen Säuglingen, die mit (einer) ATR-Harmonie-Sprache(n) (z. B. Akan) sowie anderen Sprachen ohne Vokalharmonie (VH) aufwachsen. Die Ergebnisse zeigen, dass 6 Monate alte mehrsprachige Säuglinge in Ghana auf ATR-Harmonie in Akan reagieren und eine differenzierte Präferenz für harmonische Silbenfolgen gegenüber disharmonischen haben. Diese Sensitivität oder Präferenz wurde jedoch nicht durch das Ausmaß des Kontakts mit (einer) ATR-Harmonie-Sprache(n) moduliert.
Im Kapitel 4 untersuchen wir die Fähigkeit von 9- bis 11-monatigen mehrsprachigen Säuglingen, die multilingual mit ATR-Harmonie-Sprachen und Nicht-VH-Sprachen aufwachsen, Wörter in flüssiger Sprache zu segmentieren. Die Ergebnisse zeigen, dass mehrsprachige Kinder zweisilbige Wörter in ihrer Muttersprache (Akan) unter Verwendung von ATR-Harmoniewörtern segmentieren können. Das relative Ausmaß des Sprachkontakts mit ATR-Harmonie-Sprachen beeinflusste nicht die Nutzung der ATR-Harmonie-Merkmale zur Segmentierung.
In Kapitel 5 reflektiere ich meine Erfahrungen bei der Durchführung von Feldforschung in Ghana und konzentriere mich dabei auf methodologische Überlegungen, Herausforderungen und Lösungen für meine Forschung.
Insgesamt leistet diese Dissertation einen Beitrag zur wachsenden Literatur über den sprachlichen Input zwei- und mehrsprachiger Kleinkinder und dessen Auswirkungen auf die Sprachentwicklung. Die in dieser Dissertation vorgestellten Studien belegen, dass der phonotaktische Erwerb und die phonotaktische Verarbeitung mehrsprachiger Säuglinge als Gruppe mit ein- und zweisprachigen Säuglingen vergleichbar sind und dass der Kontakt mit mehreren Sprachen die phonotaktische Verarbeitung der Muttersprache ghanaischer Säuglinge nicht zu beeinflussen scheint
Krustenstruktur der Ost- und Südostalpen Europas basierend auf Analysen lokaler Erdbeben
No full textThe Alpine Orogen is renowned for its complex and diverse structure. Substantial efforts have been undertaken in recent decades to unravel the tectonic complexities of the Alpine arc. Nevertheless, a comprehensive understanding of the tectonics requires detailed investigations of the 3-D crustal structure in specific regions of the Alpine. This thesis focuses on exploring the crustal structure of the Eastern and eastern Southern Alps, encompassing the northern tip of the Adriatic Plate indenting into the European Plate during the Oligo-Miocene period, known as the Adriatic Indenter (AI). The AI plays a pivotal role in the Alpine orogen.
The investigation involves the analysis of a large seismological dataset from the SWATH-D network, a dense temporary network operational from 2017 to 2019, and selected stations from the larger AlpArray Seismic Network (AASN). The small inter-station spacing (averaging ∼15 km) of this dataset enables unprecedented resolution in imaging the crustal structure across a crucial part of the Alps. To ensure well-constrained hypocenters, only earthquake data with magnitudes ranging from 1 to 4.2 ML are considered. The analysis begins with determining the arrival times of P and S waves, followed by the application of a Markov chain Monte Carlo inversion method. This method simultaneously calculates robust hypocenters, a 1-D velocity model, and station corrections without relying on prior assumptions. Apart from not relying on prior assumptions, the method offers the advantage of deriving model parameter uncertainties and noise levels.
The arrival times, hypocenters, and waveform data of subsets of the data are utilized for employing various passive seismic techniques, including local earthquake tomography (LET) and seismic attenuation tomography. LET provides VP and VP/VS models influenced by physical properties, while seismic attenuation model (QP) reflects mechanisms like fluid motion in pores and fractures or elevated temperatures. QP is also sensitive to the physical conditions and state of the rocks.
The derived images' resolution and reliability depend on the quality of arrival time data and earthquake location precision, validated through inversion of a synthetic travel time dataset created using a complex 3-D velocity model and real station and earthquake geometry. Further examination of location accuracy involves the calibration with quarry blasts. To evaluate the resolution of LET and attenuation tomography, the model resolution matrix is analyzed, and synthetic tests are additionally carried out.
The derived VP, VP/VS, and QP models uncover a highly heterogeneous structure with anomalies correlated with tectonic features. While VP is resolved down to ~60 km depth (with decreasing resolution though), VP/VS and QP models exhibit good resolution down to ~15 km and ~20 km, respectively. Seismicity patterns reveal the head-on convergence of the Adriatic indenter with the Alpine orogenic crust. Deeper seismicity in the Friuli and Giudicarie–Lessini regions than the modeled frontal thrusts indicates southward propagation of the southern Alpine deformation front (blind thrusts). The 3-D subsurface images highlight significant features, including a thickened lower crust beneath the Periadriatic Fault and the Tauern Window, suggesting decoupling from the mantle substratum and upper crust. Additionally, features along the north-western edge of the Dolomites Sub-Indenter (the sector of the AI situated to the east of the Giudicarie Fault and positioned between the Periadriatic Fault in the north and the Southern Alpine deformation front in the south) provide insights into its strength at depth.Das Alpen-Orogen ist bekannt für seine komplexe und vielfältige Struktur. In den letzten Jahrzehnten wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um die tektonischen Komplexität der Alpen zu entschlüsseln. Dennoch erfordert ein umfassendes Verständnis der Tektonik und des Entstehens des Orogens eine detaillierte Untersuchung der Krustenstruktur. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung der Krustenstruktur der Ost- und östlichen-Südalpen, die den nördlichen Rand der Adriatischen Platte umfassen und während des Oligo-Miozän in die Europäische Platte eingedrungen sind, bekannt als der Adriatische Indenter (AI). Der AI spielt eine entscheidende Rolle in der Entstehung des Alpenorogens.
Die Untersuchung umfasst die Analyse eines umfangreichen seismologischen Datensatzes des SWATH-D-Netzwerks, einem dichten temporären Netzwerk, das von 2017 bis 2019 in Betrieb war, sowie ausgewählter Stationen des größeren AlpArray Seismic Network (AASN). Der geringe Abstand zwischen den Stationen (im Durchschnitt ∼15 km) dieses Netzes ermöglicht eine beispiellose Auflösung der Krustenstruktur dieses wichtigen Teils der Alpen. Um gut bestimmte Hypozentren zu gewährleisten, werden nur Erdbeben mit Magnituden im Bereich von 1 bis 4,2 ML berücksichtigt. Die Analyse beginnt mit der Bestimmung der Ankunftszeiten von P- und S-Wellen, gefolgt von der Anwendung einer Markov Chain Monte Carlo Inversionsmethode. Diese Methode berechnet gleichzeitig robuste Hypozentren, ein 1-D Geschwindigkeitsmodell und Stationskorrekturen mit möglichst wenig vorherige Annahmen. Neben dem Verzicht auf vorherige Annahmen bietet die Methode den Vorteil, Unsicherheiten der Modellparameter und Rauschniveaus abzuleiten.
Die Ankunftszeitdaten, Hypozentren und Wellenformdaten werden für verschiedene passive seismische Techniken verwendet, darunter lokale Erdbeben-Tomographie (LET) und seismische Dämpfungstomographie. LET liefert VP und VP/VS Modelle, die hauptsächlich von physikalischen Eigenschaften beeinflusst werden, während das seismische Dämpfungsmodell (QP) Mechanismen wie die Bewegung von Flüssigkeiten in Poren und Brüchen von flüssigkeitsgefüllten Gesteinen oder hohe Temperaturen widerspiegelt. QP ist auch empfindlich gegenüber den physikalischen Bedingungen und dem Zustand der Gesteine.
Die Auflösung und Zuverlässigkeit der abgeleiteten Bilder hängen stark von der Qualität der verwendeten Ankunftszeitdaten und der Präzision der Erdbebenorte ab. Letztere werden unter anderem mittels Inversion von synthetischen Laufzeitdaten für ein komplexes 3-D Geschwindigkeitsmodell und der realen Stationen- und Erdbebengeometrie abgeschätzt. Die Genauigkeit der Hypozentrenbestimmung wird durch Relokalisierungen von Explosionen in Steinbrüchen st weiter untersucht. Zur Bewertung der Auflösung von LET und Dämpfungstomographie werden auch synthetische Tests durchgeführt und zusätzlich die Modellresolutionssmatrix analysiert.
Die abgeleiteten VP, VP/VS und QP Modelle enthüllen eine stark heterogene Struktur mit Anomalien, die mit tektonischen Merkmalen korreliert sind. Während VP bis in eine Tiefe von ~60 km aufgelöst ist (mit mit der Tiefe abnehmender Ausflösung), zeigen VP/VS und QP Modelle gute Auflösungen bis in Tiefen von ~15 km bzw. ~20 km. Seismizität spiegelt die frontal aufeinanderzulaufende Konvergenz des AIs mit der alpinen orogenen Kruste wider. Die tiefere Seismizität in den Regionen Friuli und Giudicarie–Lessini im Vergleich zu den modellierten Frontalstößen deutet auf eine südwärtige Ausbreitung der südalpinen Deformationsfront (blind thrusts) hin. Die 3-D Untergrundbilder heben weitere Merkmale hervor, darunter eine verdickte untere Kruste unterhalb der Periadriatischen Verwerfung und des Tauern Fensters, was auf eine Entkopplung von ihrem manteluntergründigen Substrat sowie von ihrer oberen Kruste hinweist. Zusätzlich bieten Merkmale entlang des nordwestlichen Randes des Dolomiten-Sub-Indenters (dem Sektor des AI, der östlich des Giudicarie-Fehlers liegt und zwischen der Periadriatischen Verwerfung im Norden und der südalpinen Deformationsfront im Süden positioniert ist) weitere Einblicke in dessen tiefere Eigenschaften