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Purification and electron transfer from soluble c-type cytochrome TorC to TorA for trimethylamine N-oxide reduction
No full textThe enterobacterium Escherichia coli present in the human gut can reduce trimethylamine N-oxide (TMAO) to trimethylamine during anaerobic respiration. The TMAO reductase TorA is a monomeric, bis-molybdopterin guanine dinucleotide (bis-MGD) cofactor-containing enzyme that belongs to the dimethyl sulfoxide reductase family of molybdoenzymes. TorA is anchored to the membrane via TorC, a pentahemic c-type cytochrome which receives the electrons from the menaquinol pool. Here, we designed an expression system for the production of a stable soluble form of multiheme-containing TorC, providing, for the first time, the purification of a soluble pentahemic cytochrome-c from E. coli. Our focus was to investigate the interaction between TorA and soluble TorC to establish the electron transfer pathway. We solved the X-ray structure of E. coli TorA and performed chemical crosslinking of TorA and TorC. Another goal was to establish an activity assay that used the physiological electron transfer pathway instead of the commonly used unphysiological electron donors methylviologen or benzylviologen. An AlphaFold model including the crosslinking sites provided insights into the electron transfer between TorCC and the active site of TorA
Unraveling the molecular mechanisms of Hepatitis C virus assembly
No full textHepatitis C virus (HCV) is associated with liver infection that, if untreated, can progress to liver cirrhosis and cancer. Despite the availability of medications, HCV infection poses a significant mortality risk. The absence of a vaccine has spurred global researchers to delve into the infection mechanism of this virus.
HCV is an enveloped virus, containing a positive-strand RNA, which is protected within a capsid. The capsid is an icosahedral structure, that gets constructed on lipid membrane platforms, namely monolayers (lipid droplets) and bilayers (endoplasmic reticulum membrane), through the ordered assembly of one of the HCV proteins, the Core. While studies have shed light on the Core's structure and functions, there remains a gap in understanding the role of the lipid molecules in this assembly process. This knowledge is crucial, as the Core assembly is fundamental to the virus's life cycle, and addressing this assembly process could result in the development of effective antiviral strategies. In this regard, this dissertation addresses key questions connected to Core-lipid interactions and their potential impact on the Core assembly. Additionally, this work examines the behaviour of the above-mentioned lipid membrane platforms, providing deeper insight into their properties.
Initial understanding of the lipid monolayer and bilayer behaviour was needed to the investigation of the Core, as this protein resides in these membrane platforms. Hence, the first question focuses on a specific type of inter-leaflet interaction in a lipid bilayer, that might influence the independent existence of each leaflet as a monolayer. Here, through extensive study of lipid monolayers and bilayers, composed of different lipid species, potential lipid specific interactions between bilayer leaflets have been revealed.
HCV infection is known to modulate the host lipid metabolism. However, the impact of such modulations on Core-membrane interactions and the subsequent Core assembly process, remains unexplored. Thus, the second question addresses this unexplored area.
The Core protein is well known to modulate various host cellular processes during the HCV life cycle. In this regard, one intriguing possibility is the involvement of the Core in lipid membrane modifications within the host cell. However, this aspect remains unaddressed. Hence, the final inquiry centres on understanding the lipid membrane modulation by the Core protein, in terms of lipid dynamics.
The research questions in this work were primarily investigated using fluorescence correlation spectroscopy (FCS) on lipid model membranes. In this regard, FCS enabled the determination of lipid/protein diffusivity, concentration, multimerization and intensity.Das Hepatitis-C-Virus (HCV) ist mit einer Leberinfektion verbunden, die unbehandelt zu Leberzirrhose und Krebs führen kann. Trotz der Verfügbarkeit von Medikamenten stellt die HCV-Infektion ein erhebliches Sterberisiko dar. Das Fehlen eines Impfstoffs hat Forscher weltweit dazu veranlasst, den Infektionsmechanismus dieses Virus zu erforschen.
Der Kern ist ein wesentliches HCV-Protein, das sich zum Kapsid, der strukturellen Grundlage von HCV, zusammensetzt, in dem sich der positive RNA Stang befindet. Sowohl der Assemblierungsprozess als auch die Faktoren, welche diesen kontrollieren sind noch unerforscht, jedoch könnten neue Erkenntnisse diesbezüglich von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung wirksamer antiviraler Strategien sein. Es ist bereits bekannt das dieser Assemblierungsprozess des Core Proteins auf Lipidmembranplattformen, genauer Mono- und Doppelschichten, stattfindet. Detailliertere Information wie die Lipiddeterminanten für dieses Phänomen sind noch nicht ausreichend beschrieben. Deshalb konzentriert sich diese Dissertation zunächst darauf einen tieferen Einblick in diese Lipidmembranplattformen zu ermöglichen und anschließend neue Erkenntnisse über den Assemblierungsprozess des Core Proteins zu gewinnen.
Für die Beantwortung der Forschungsfragen dieser Arbeit wurde hauptsächlich die Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (FCS) eingesetzt, eine ‘cutting-edge’ Technologie auf dem Gebiet der Fluoreszenzmikroskopie. Mit Hilfe der FCS lassen sich die biophysikalischen Eigenschaften bestimmter Biomoleküle sowohl in vitro als auch in vivo untersuchen.
Die erste Frage konzentriert sich auf eine bestimmte Art der Inter-leaflet-Wechselwirkung in einer Lipid-Doppelschicht. In diesem Zusammenhang wurden die spezifischen Lipidmoleküle bestimmt, die für ein solches Phänomen verantwortlich sind.
Die zweite Frage bezieht sich auf die Lipid-Determinanten der Core-Membran-Interaktion und ihren anschließenden Beitrag zur Core-Assemblierung.
Die letzte Frage betrifft die mögliche Modulation der physikalischen Eigenschaften der Lipidmembran durch das Core Protein
African dryland antelope trade‐off behaviours in response to heat extremes
No full textClimate change is predicted to narrow the prescriptive zone of dryland species, potentially leading to behavioural modifications with fitness consequences. This study explores the behavioural responses of three widespread African antelope species—springbok, kudu and eland—to extreme heat in a dryland savanna. We classified the behaviour of 29 individuals during the hot, dry season on the basis of accelerometer data using supervised machine learning and analysed the impact of afternoon heat on behaviour‐specific time allocation and overall dynamic body acceleration (ODBA), a proxy for energy expenditure, along with compensatory changes over the 24‐hour cycle. Extreme afternoon heat reduced feeding time in all three antelope species, increased ruminating and resting time, while only minimally affecting walking time. With rising heat, all three species reduced ODBA on feeding, while eland reduced and kudu increased ODBA on walking. Diel responses in behaviour differed between species, but were generally characterised by daytime reductions in feeding and increases in ruminating or resting on hot days compared to cool days. While antelope compensated for heat‐driven behavioural change over the 24‐hour cycle in some cases, significant differences persisted in others, including reduced feeding and increased rumination and resting. The impact of heat on antelope behaviour reveals trade‐offs between feeding and thermoregulation, as well as between feeding and rumination, the latter suggesting a strategy to enhance nutrient uptake through increased digestive efficiency, while the walking response suggests narrow constraints between cost and necessity. Our findings suggest that heat influences both behaviour‐specific time allocation and energy expenditure. Altered diel behaviour patterns and incomplete compensation over the 24‐hour cycle point to fitness consequences. The need to prioritise thermoregulation over feeding is likely to narrow the prescriptive zone of these dryland antelope
Untersuchung der Kühleffekte verschiedener Vegetationslandschaften auf umliegende Gebiete: Ein datengesteuerter Ansatz
No full textLocal extreme temperatures are expected to increase significantly and show greater fluctuations than the average global temperature, leading to more severe and prolonged local heatwaves. Heatwaves have placed additional stress on ecosystems over the past decade. As climate and soil conditions are the primary factors influencing crop yield, agricultural management practices could be employed to mitigate the negative impacts associated with both. A better understanding of the most available and applicable mitigation measures could help decision makers to reduce the negative effects of heatwaves. Mitigation measures could enhance the ability of crops to escape adverse conditions. In this dissertation, I aimed to investigate two mitigation measures, irrigation and agroforestry, that could sustain the microclimate of croplands. I deepened our current understanding of microclimatic effects resulting from the integration of trees into agricultural landscapes and from irrigation within and above crop canopies. The findings of this thesis clarify how each measure in the field affects the perceived cooling effect. Additionally, they provide direction for enhancing the effectiveness of these measures through optimized implementation at both the field and regional scales. To achieve this objective, I leveraged publicly available data from diverse sources, including field data, remote sensing, and weather data. I conducted statistical analyses using advanced techniques such as machine learning (ML) and image processing.
In the first part, I examined the microclimate beneath the canopy of forest trees to determine which meteorological variables from the surrounding areas significantly synchronized with the forest microclimate. I applied machine learning methods to develop a model using macro-meteorological variables to predict the temperature in forests. During warm periods, the forest microclimate can buffer heatwave-induced thermal exposure. Synoptic stations, which are typically situated in grassland areas and have historical records of different climate variables, were used for the prediction of the sequence of surface temperature values within and outside forests. Global radiation, relative air humidity, air temperature, and soil temperature were determined to be independent variables in this study and were found to significantly influence the temperature gradient between forests and nearby weather stations. Different ML models were adapted to establish complex, nonlinear relationships among input variables and air temperature within forests. Furthermore, I employed the SHapley additive explanation method (SHAP) to assign an importance value to each input variable for predicting the temperature in forests. Among the attributes, air and soil temperature, as well as solar radiation, had the greatest contribution to the temperature in forests. The model was optimized by using the ensemble method to improve model performance. The model can be applied to translate climate change scenarios into temperatures in forests to assess temperature-related ecosystem services provided by forests.
In the second part of this thesis, I considered plant transpiration as a cooling mechanism under crop canopies. Irrigation could affect this mechanism by changing the air‒water content above and below canopies. In a canopy with no water stress, the addition of water to the air causes a reduction in air temperature. Considering this fact comprehension, I applied a physics-based model to estimate the potential impact of microclimate variables on the surplus air‒water content and its cooling effect after irrigation on the microclimate both above and below canopies. In this experimental study, I measured microclimate variables both above and within the canopy and then integrated them into the model. The cooling effects of irrigation were greater than those of the other treatments and lasted longer under the canopy of the irrigated plots. The microclimate above the canopy exhibited closer connectivity between adjacent plots irrespective of irrigation practices. In this study, the irrigation schedule was based on the cumulative daily water deficit between precipitation and the crop-specific potential evapotranspiration (PET). The Food and Agricultural Organization (FAO) of the United Nations (UN) proposed a reference crop approach to estimate PET. This value was estimated from data recorded at the plot as well as from a synoptic station next to the experimental field. The area under the canopy was considered an adiabatic system in terms of heat flow, which was the only condition I set in this study. The canopy prevents solar radiation from reaching the ground, reducing the heat stored under the canopy, and the intercepted solar energy increases the latent heat flux. The findings of this study underscore the crucial role of water stress in maintaining the stability of microclimates, particularly in moderating extreme conditions such as heat, especially during the latter part of the day. This emphasizes the importance of implementing effective water management practices in agricultural settings to ensure a stable microclimate and potentially enhance crop productivity.
In the third part, I examined the cooling effect of trees of different populations and sizes mixed with shrubs, known as woody features in my study, on the agricultural landscape at the regional scale. I applied descriptive and predictive statistical analyses to the most available multisource remotely sensed proxies of vegetation factors (such as topography and crop types) with high resolution at the mesoscale. I considered the physical attributes of woody features in this study through image processing. By combining the most relevant characteristics of the woody features and adjacent fields, I was able to use supervised machine learning (ML) methods to predict the land surface temperature in the range of buffer zones. I applied two alternative data availability scenarios: (1) I considered the land surface temperature of the nearest small woody feature as the input to the regression models and (2) I considered the land surface temperature of the area between the point and the nearest woody features. The performances of the ML models were compared with those of the multilinear regression model for both approaches. The obtained results demonstrated that physical attributes could strongly contribute to the prediction of surface temperature as well as adjacent field features such as crop type. Specifically, the ML methods consistently indicated that the influence of the shape of woody features was greater than that of their size. The observed cooling effect of woody features on adjacent fields also faded at a distance of more than 75 meters from the features.
Several conclusions were drawn from this study. Specifically, under no-water-stress conditions, crops experience a more consistent microclimate under the canopy than above it. Additionally, the evaporative cooling effect of irrigation is significant and lasts longer under the canopy of crops than above the canopy. Hence, while the effect of irrigation on the overall field-scale microclimate might be negligible, its impact beneath the crop canopy is notable. Consequently, management practices such as irrigation should be regarded as crucial adaptation strategies to protect crops.
Alternatively, integrating woody features into fields can strongly impact the surface temperature of nearby areas. The cooling effect can be significant, especially for woody features with certain shapes and orientations. The orientation of woody features may be influenced by regional topography and the prevailing wind direction. Incorporating woody features into agricultural landscapes may aid crop systems in mitigating the negative impacts of climate change.
Finally, utilizing data-driven models such as machine learning models for complex systems such as microclimates yields provides acceptable results that may be challenging to explain through process-based models.Die lokalen Temperaturextreme werden erwartbar stärker ansteigen und größeren Schwankungen als der globalen Durchschnittstemperatur unterliegen, mit der Folge schwererer und länger anhaltender Hitzewellen. Darüber hinaus haben schon in den letzten zehn Jahren Hitzewellen die Ökosysteme zusätzlich belastet. Da die Haupteinflussfaktoren für den Ernteertrag die Klima- und die Bodenbedingungen sind, ließen sich mit landwirtschaftlichen Bewirtschaftungspraktiken die mit diesen beiden Faktoren verbundenen negativen Auswirkungen einhegen. Den Entscheidungsträgern könnte ein besseres Verständnis der verfügbarsten und anwendbaren Abhilfemaßnahmen zur Verringerung der negativen Auswirkungen von Hitzewellen helfen. Abmilderungsmaßnahmen können die Fähigkeit der Pflanzen verbessern, widrigen Bedingungen zu entgehen. In dieser Dissertation wollte ich zwei Eindämmungsmaßnahmen untersuchen, nämlich die Bewässerung und die Agroforstwirtschaft, die das Mikroklima von Anbauflächen erhalten könnten. Ich habe unser derzeitiges Verständnis der mikroklimatischen Auswirkungen vertieft, die sich aus der Einbeziehung von Bäumen in Agrarlandschaften und aus der Bewässerung innerhalb und oberhalb des Kronendachs ergeben. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen, wie sich die einzelnen Maßnahmen auf dem Feld auf den wahrgenommenen Kühleffekt auswirken. Darüber hinaus geben sie Hinweise darauf, wie die Wirksamkeit dieser Maßnahmen durch eine optimierte Umsetzung sowohl auf der Feld- als auch auf der regionalen Ebene gesteigert werden kann. Um dieses Ziel zu erreichen, habe ich öffentlich zugängliche Daten aus verschiedenen Quellen genutzt, darunter Fernerkundungs- und Wetterdaten. Ich habe statistische Analysen mit fortschrittlichen Techniken wie maschinellem Lernen durchgeführt.
Im ersten Teil untersuchte ich das Mikroklima unterhalb des Kronendachs von Waldbäumen, um zu bestimmen, welche meteorologischen Variablen des Umgebungsbereichs den erheblichen Einfluss auf das Mikroklima des Waldes nehmen. Die Methoden des Maschinellen Lernens (ML) verwendete ich zur Entwicklung eines Modells mit makrometeorologischen Variablen zur Prognose der Temperatur in Waldgebieten. In warmen Perioden ist das Mikroklima des Waldes in der Lage, eine durch Hitzewellen induzierte Wärmebelastung abzupuffern. Synoptische Stationen, die sich in der Regel in Grünlandgebieten befinden und über historische Aufzeichnungen verschiedener Klimavariablen verfügen, wurden für die Vorhersage der Abfolge von Oberflächentemperaturen innerhalb und außerhalb von Wäldern verwendet. Die Globale Strahlung, die relative Luftfeuchtigkeit, die Lufttemperatur und die Bodentemperatur wurden in dieser Studie als unabhängige Variablen bestimmt und es wurde festgestellt, dass sie den Temperaturgradienten zwischen Wäldern und nahe gelegenen Wetterstationen erheblich beeinflussen.Verschiedene ML-Modelle wurden angepasst, um komplexe, nichtlineare Beziehungen zwischen den Eingangsvariablen und der Lufttemperatur in den Wäldern herzustellen. Darüber hinaus wandte ich die SHapley additive explanation Methode (SHAP) an, um jeder Eingangsvariablen einen Wichtigkeitswert für die Vorhersage der Temperatur in Wäldern zuzuweisen. Unter den Attributen hatten die Luft- und Bodentemperatur sowie die Sonneneinstrahlung den größten Einfluss auf die Temperatur in Wäldern. Das Modell wurde mit Hilfe der Ensemble-Methode optimiert, um die Modellleistung zu verbessern. Das Modell kann zur Umsetzung von Klimawandelszenarien in Temperaturen in Wäldern verwendet werden, um temperaturbedingte Ökosystemdienste von Wäldern zu bewerten.
Im zweiten Teil dieser Dissertation untersuche ich die Transpiration von Pflanzen als Kühlungsmechanismus unter dem Pflanzendach. Bewässerung kann diesen Mechanismus beeinflussen durch Ändern der Luft-Wasser Verhältnisse über und unter den Planzendächern. In einem Pflanzendach ohne Wasserstress führt die Zuführung von Wasser zu einer Reduzierung der Lufttemperatur. In diesem Verständnis habe ich ein physikalisch basiertes Model angewendet um den möglichen Einfluss von Makroklimavariablen auf die zusätzliche Luftfeuchtigkeit und ihren Kühlungseffekt nach Bewässerung auf das Mikroklima sowohl unter als auch im Pflanzendach zu schätzen. In dieser experimentierenden Studie habe ich Mikroklima.Variable oberhalb und unterhalb des Kronendachs gemessen und in das Modell integriert. Der Kühleffekt bei Bewässerung war größer als bei anderer Bewirtschaftung und langanhaltender unterhalb des Kronendachs der bewässerten Felder. Das Mikroklima oberhalb des Kronendachs zeigte eine engere Verbindung zwischen anliegenden Feldern unabhängig von der Bewässerungspraxis. In dieser Studie war der Bewässerungsplan auf Grundlage des kumulierten täglichen Wassermangels zwischen Niederschlägen und planzenbezogener protenzieller Verdunstung (PET). Die Organisation für Ernährung und Landwirtschaft (FAO) der Vereinten Nationen hat einen Ansatz mit Referenzpflanzen für die Schätzung des PET vorgeschlagen. Dieser Wert wurde geschätzt mit Hilfe von Datenaufzeichnungen am Feld sowie von synoptischen Stationen neben dem experimentellen Feld. Der Bereich unterhalb des Kronendaches wurde berücksichtigt hinsichtlich Hitzefluss, was die einzige gesetzte Bedingung in dieser Studie war. Das Kronendach hindert die Sonnenstrahlung daran, den Boden zu erreichen, und die abgefangene Sonnenernergie erhöht den latenten Hitzefluss. Die Ergebnisse dieser Studien betonen die kritische Rollen von Wasserstress auf die Aufrehterhaltung von Stabilität des Mikroklimas, speziell in der Moderation von extremen Bedingungen wie Hitze und insbesondere in der zweiten Tageshälfte. Das verdeutlicht die Bedeutung einer Umsetzung von effektiven Wassermanagementpraktiken im landwirtschaftlichen Umfeld für ein stabiles Mikroklima und für eine mögliche Verbesserung der Produktivität der Pflanzen.
Im dritten Teil untersuchte ich in meiner Studie den Kühlungseffekt von Bäumen in unterschiedlichen Zusammenstellungen und Größen versetzt mit Hecken, auch bekannt als Woody Features in meiner Studie, auf die Agrarlandschaft auf regionaler Ebene. Ich nutze deskriptive und prognostizierende statistische Analysen für die meisten verfügbaren vielquelligen Fernerkundungsanker von Vegetationdfaktoren (wie zum Beispiel Topographie und Pflanzenart) in Hochauflösung auf der Mesoebene.
Ich habe die physikalischen Attribute von Woody Features in dieser Studie durch Bildverarbeitung berücksichtigt. In Kombination der relevantesten Charakteristika der Gehölze (Woody Features) und angrenzender Felder war ich in der Lage dazu, überwachte Methoden des Maschinellen Lernen (ML) zu verwenden, um die Landoberflächentemperatur im Bereich der Pufferzone vorherzubestimmen. Ich verwendete zwei alternative Datenverfügbarkeitsszenarien: (I) Ich betrachtete die Landoberflächentemperatur des nächstgelegenden Woody Features als Eingangsvariable für das Regresionsmodell und (2) betrachte ich die Landoberflächentemperatur des Gebiets zwischen dem Punkt und dem nächstgelegenden Gehölzen (Woody Features). Das Leistungsvermögen von ML Modellen wurde bei beiden Ansätzen multilingualen Regressionsmodellen gegenüber gestellt. Die erlangten Ergebnisse demonstieren, dass physikalische Eigenschaften wirkungsvoll zur Vorhersage der Temperatur des Landoberflächen beitragen wie auch die Eigenschaften der angrenzenden Felder wie beispielswiese die Art der Bepflanzung. Im besonderen ergaben die ML Methoden durchgehend, dass der Einfluss der Form von Woody Features größer ist als der ihrer Größe. Der beobachtete Kühlungseffekt von Woody Features auf anliegende Felder verschwindet bei einem Abstand von mehr als 100 Metern von dem Feature.
Zahlreiche Schlussfolgerungen ließen sich aus dieser Studie ableiten. Insbesondere, unter der Bedingung abwesenden Wasserstresses, herrscht bei Pflanzen unter dem Kronendach ein gleichmäßigeres Mikroklima als oberhalb. Darüber hinaus ist der Kühlungseffekt durch Bewässerung signifikant und hält unter dem Kronendach der Pflanzen länger an als über dem Kronendach. Während also die Auswirkung der Bewässerung auf das gesamte Mikroklima auf dem Feld vernachlässigbar sein mag, ist die Auswirkung unter dem Kronendach der Pflanzen bemerkenswert. Deshalb sollten Bewirtschaftungspraktiken wie die Bewässerung als wichtige Anpassungsstrategien zum Schutz der Kulturpflanzen betrachtet werden.
Alternativ kann das Einbeziehen von Gehölzen in Felder die Oberflächentemperatur nahe gelegener Gebiete stark beeinflussen. Der Kühleffekt kann erheblich sein, insbesondere bei Gehölzen mit bestimmten Formen und Ausrichtungen. Die Ausrichtung von Gehölzen kann von der regionalen Topografie und der vorherrschenden Windrichtung beeinflusst werden. Die Einbindung von Gehölzen in die Agrarlandschaft kann den Anbausystemen helfen, die negativen Auswirkungen des Klimawandels abzumildern.
Zusammengefasst führt die Anwendung statistischer Modelle, wie z. B. Modelle des maschinellen Lernens bei komplexen Systemen wie den Mikroklimata zu akzeptablen Ergebnissen, die nur herausfordernd mit prozessbasierten Modellen erklärbar sind
‘The wide canvas of human drama’
No full textThis paper argues that representation of classical antiquity through graphic novel runs a risk of idealizing reconstructed antiquity. In a way similar to the archaic and classical Greek representation in visual arts of the content of heroic (fragmentary) epic, 21st-century retelling in Age of Bronze fantasizes with regard to both narratology and outlook. In 1998 Eisner Award-wining cartoonist Eric Shanower started Age of Bronze, a serialized Trojan War account, 34 episodes of which have appeared up to date. The graphic novelization aims to ‘present the complete story of the world-famous War at Troy, freshly retold for the 21st century’. Its format serves to have ‘all the drama of the ancient and thrilling tradition unfold before your eyes.’ As its sources it lists Homer’s Iliad, works from classical, medieval and renaissance literature, and archaeological excavations. The artist uses different styles for episodes from various sources, thus imitating the archaic and classical vase paintings’ attempt to stereotype the narrative in visual representation. Shanower’s detailed processing of contemporary visualization enforces a new standard of the heroic world’s representation. The decision to translate antiquity’s patchwork of stories, fragments and testimonia into a single all-encompassing thread echoes both ancient epics’ tendency to ‘contain’, and novels’ to work against medias in res. The series’ attempt ‘to be true to all traditions’ does cater ‘those who think visually’, but envisions, I argue, a fantasy rather than ‘Troy sprung to life’
The forgotten language of non-theistic mysticism
No full textIn You Shall Be as Gods, Erich Fromm (1900–1980) defines his position as nontheistic mysticism. This research clarifies the term, considers its importance within Fromm’s humanism, and explores its potential origins. The nontheistic mystical position plays a central role in Fromm’s understanding of the relationship between mysticism and organized religion, religion and religiosity, and it clarifies the relationship between religion, philosophy, and social psychoanalysis, whose combination constitutes his humanistic ethics. Nontheistic mysticism relates, as well, to Fromm’s understanding of human nature; it involves the question of the relationship between language, perception, and experience. The nontheistic mystical position is linked to Fromm’s negative theology, the x experience, and idolatry. Hence, the nontheistic mystical position is relevant to Fromm’s understanding of self-realization and his vision of a sane society. Unlike some scholarly opinion, the conclusions of this paper suggest that Fromm’s humanism is not radical, as long as radical is defined as an absolute atheistic secular feature that eliminates the range of religious language and experience. Rather, it is a broad and cautious humanism that, on the one hand, internalizes the transcendent divinity into the human subject and transforms it into anthropological–ethical phenomena, but, on the other, implies that atheism carries the risk of an idolatrous identification of the human being with God. Consequently, this humanism requires a religious–mystical component to adequately portray the spiritual and ethical potentials of humanity and its challenges. Nontheistic mysticism is a consciousness mechanism aimed at the fine-tuning of the individual’s moral compass, which is affected by the pathologies of normalcy that prevail in all societies
Optische Eigenschaften von (Mg,Fe)O unter Hochdruck
No full textLarge parts of the Earth’s interior are inaccessible to direct observation, yet global geodynamic processes are governed by the physical material properties under extreme pressure and temperature conditions. It is therefore essential to investigate the deep Earth’s physical properties through in-situ laboratory experiments. With this goal in mind, the optical properties of mantle minerals at high pressure offer a unique way to determine a variety of physical properties, in a straight-forward, reproducible, and time-effective manner, thus providing valuable insights into the physical processes of the deep Earth. This thesis focusses on the system Mg-Fe-O, specifically on the optical properties of periclase (MgO) and its iron-bearing variant ferropericlase ((Mg,Fe)O), forming a major planetary building block. The primary objective is to establish links between physical material properties and optical properties. In particular the spin transition in ferropericlase, the second-most abundant phase of the lower mantle, is known to change the physical material properties. Although the spin transition region likely extends down to the core-mantle boundary, the ef-fects of the mixed-spin state, where both high- and low-spin state are present, remains poorly constrained.
In the studies presented herein, we show how optical properties are linked to physical properties such as electrical conductivity, radiative thermal conductivity and viscosity. We also show how the optical properties reveal changes in the chemical bonding. Furthermore, we unveil how the chemical bonding, the optical and other physical properties are affected by the iron spin transition. We find opposing trends in the pres-sure dependence of the refractive index of MgO and (Mg,Fe)O. From 1 atm to ~140 GPa, the refractive index of MgO decreases by ~2.4% from 1.737 to 1.696 (±0.017). In contrast, the refractive index of (Mg0.87Fe0.13)O (Fp13) and (Mg0.76Fe0.24)O (Fp24) ferropericlase increases with pressure, likely because Fe Fe interactions between adjacent iron sites hinder a strong decrease of polarizability, as it is observed with increasing density in the case of pure MgO. An analysis of the index dispersion in MgO (decreasing by ~23% from 1 atm to ~103 GPa) reflects a widening of the band gap from ~7.4 eV at 1 atm to ~8.5 (±0.6) eV at ~103 GPa. The index dispersion (between 550 and 870 nm) of Fp13 reveals a decrease by a factor of ~3 over the spin transition range (~44–100 GPa). We show that the electrical band gap of ferropericlase significantly widens up to ~4.7 eV in the mixed spin region, equivalent to an increase by a factor of ~1.7. We propose that this is due to a lower electron mobility between adjacent Fe2+ sites of opposite spin, explaining the previously observed low electrical conductivity in the mixed spin region. From the study of absorbance spectra in Fp13, we show an increasing covalency of the Fe-O bond with pressure for high-spin ferropericlase, whereas in the low-spin state a trend to a more ionic nature of the Fe-O bond is observed, indicating a bond weakening effect of the spin transition. We found that the spin transition is ultimately caused by both an increase of the ligand field-splitting energy and a decreasing spin-pairing energy of high-spin Fe2+.Geodynamische Prozesse werden von den physikalischen Materialeigenschaften unter den extremen Druck- und Temperaturbedingungen des Erdinneren gesteuert, gerade diese Areale sind aber faktisch nicht für direkte Beobachtungen zugänglich. Umso wichtiger ist es, die physikalischen Eigenschaften unter Bedingungen des Erdinneren zu untersuchen. Mit diesem Ziel vor Augen erlaubt das Studium der optischen Eigenschaften von Mineralen des Erdmantels, eine große Bandbreite an physikalischen Materialeigenschaften, in einer einfachen, reproduzierbaren und effizienten Art und Weise zu bestimmen. Dadurch bieten sich wichtige Einblicke in die physikalischen Prozessen des Erdinneren. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf das System Mg-Fe-O, im Speziellen auf Periklas (MgO) und seine Eisen-haltige Variante Ferroperiklas ((Mg,Fe)O), ein wichtiger Baustein planetarer Körper. Das Hauptziel der Arbeit besteht darin Verbindungen zwischen optischen Eigenschaften und physikalischen Materialeigenschaften zu finden. Gerade der Spin-Übergang in Ferroperiklas, der zweithäufigsten Phase des unteren Erdmantels, ist dabei von Bedeutung, da damit Veränderungen in den physikalischen Materialeigenschaften einhergehen. Obwohl sich der Spinübergangsbereich vermutlich bis zur Kern-Mantel-Grenze erstreckt, sind die Auswirkungen des gemischten Spin-Zustandes, bei dem sowohl Hoch- als auch Tief-Spin präsent sind, nur unzureichend untersucht.
Die hier vorgestellten Studien zeigen, wie optische Eigenschaften mit anderen wichtigen physikalischen Eigenschaften wie elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, Viskosität oder auch mit der chemischen Bindung verbunden sind. Daraus lässt sich auch ableiten wie der Spin-Übergang in Ferroperiklas diese Eigenschaften beeinflusst. Von Raumbedingungen bis zu ~140 GPa sinkt der Brechungsindex von MgO um ~2.4 % von 1.737 auf 1.696 (±0.017). Im Gegensatz dazu steigt der Brechungsindex von (Mg0.87Fe0.13)O (Fp13) und (Mg0.76Fe0.24)O (Fp24) Ferroperiklas mit dem Druck an. Dies ist auf Fe-Fe Wechselwirkungen zwischen benachbarten Eisenpositionen zurückzuführen, die eine starke Verringerung der Polarisierbarkeit, wie im Falle von reinem MgO mit zunehmender Dichte, behindern. Eine Analyse der Dispersion des Brechungsindexes von MgO (Abnahme um ~23 % von 1 Atm zu ~103 GPa) offenbart eine Verbreiterung der Bandlücke von ~7.4 eV bei 1 Atm zu ~8.5 (±0.6) eV bei ~103 GPa. Die Messung der Dispersion (zwischen 550 und 870 nm) in Fp13 zeigt eine starke Abnahme über den Bereich des Spin-Überganges (~44–100 GPa) bis zu einem Faktor von ~3. Die Bandlücke nimmt in der Region des gemischten Spin-Zustandes signifikant auf bis zu ~4.7 eV zu (entspricht einer Zunahme um den Faktor ~1.7). Dies deutet auf eine Verringerung der Elektronen-Mobilität zwischen benachbarten Fe2+-Positionen mit unterschiedlichem Spin-Zustand hin, was die bereits in früheren Arbeiten beobachtete Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit im Bereich des gemischten Spin-Zustandes erklärt. Absorptionsspektren an Fp13 zeigen eine Druck-bedingte Zunahme der Kovalenz der Fe-O Bindung für Ferroperiklas im Hoch-Spin Zustand, wohingegen Tief-Spin Ferroperiklas einen Trend zu einer mehr ionischen Fe-O Bindung auf-weist, was auf einen Bindungs-schwächenden Effekt des Spin-Wechsels hinweist. Der Übergang von Hoch- zu Tiefspin ist letztlich auf eine Zunahme der Ligandenfeldaufspaltungsenergie sowie eine abnehmende Spinpaarungsenergie von Hoch-Spin Fe2+ zurückzuführen