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Breaking down barriers
No full textMany researchers hesitate to provide full access to their datasets due to a lack of knowledge about research data management (RDM) tools and perceived fears, such as losing the value of one's own data. Existing tools and approaches often do not take into account these fears and missing knowledge. In this study, we examined how conversational agents (CAs) can provide a natural way of guidance through RDM processes and nudge researchers towards more data sharing. This work offers an online experiment in which researchers interacted with a CA on a self-developed RDM platform and a survey on participants’ data sharing behavior. Our findings indicate that the presence of a guiding and enlightening CA on an RDM platform has a constructive influence on both the intention to share data and the actual behavior of data sharing. Notably, individual factors do not appear to impede or hinder this effect
Portal = Welt retten
No full textFragen beantworten, Unbekanntes erklären, Rätsel lösen – und die gewonnenen Erkenntnisse zum Nutzen der Menschheit einsetzen: Das treibt Wissenschaftler*innen auf der ganzen Welt an. Forschung ist keine Geheimwissenschaft, die im stillen Kämmerlein passiert. Sie dient im besten Fall allen. Sie funktioniert voraussetzungsfrei und ergebnisoffen, und gerade deshalb können Forschungsergebnisse notwendige Innovationen, Transformation oder Umdenken fördern und auf diese Weise die Welt verändern. Zum Besseren, so die Hoffnung. Für diese Ausgabe der „Portal“ haben wir Universitätspräsident Prof. Oliver Günther, Ph.D. und die Ökologin Prof. Dr. Damaris Zurell gefragt, ob Wissenschaft die Welt retten kann. Sie sind sich einig: Forschung trägt dazu bei, dass viele Menschen ein lebenswertes und erfülltes Leben führen können. Sie betonen aber auch: Wissenschaft kann das nicht allein erreichen, für echte Veränderungen braucht es Politik, Wirtschaft und Gesellschaft.
Wie wichtig es ist, dass wissenschaftliche Erkenntnisse uns zum Handeln bewegen, davon erzählen auch die vielen anderen Geschichten in diesem Heft. Denn in Potsdam tragen nicht nur Wissenschaftler*innen, sondern auch Studierende und Beschäftigte in Technik und Verwaltung dazu bei, die Universität, ihr Umfeld oder „die Welt da draußen“ Stück für Stück besser zu machen. Jonathan Schorsch zum Beispiel, Professor für Jüdische Religions- und Geistesgeschichte, hat den „Grünen Sabbat“ ins Leben gerufen: einen Tag in der Woche, an dem wir der Erde – und uns selbst – eine kleine Pause gönnen. Der Jurist Andreas Zimmermann berichtet von einem Verfahren vor dem Internationalen Gerichtshof zum Klimawandel, an dem er als Forscher beteiligt ist, und seine Kollegin Dr. Anna von Rebay kämpft als Anwältin für die Rechte des Meeres vor Ausbeutung und Verschmutzung. Der Voltaire-Preisträger Gera Gizaw erzählt von einem Flüchtlingscamp in Kenia aus die Geschichten der Menschen dort und der Medizinethiker Robert Ranisch zeigt, wie die Pflege künftig für noch mehr Wohl sorgen kann. Hochschulangehörige engagieren sich für den Bildungsaufstieg von Menschen aus nicht-akademischen Familien und der Student Tobias Föhl kämpft bei ONE gegen Armut auf der Welt. Mitarbeiter aus der Musikwissenschaft verlängern das Leben von alten Möbeln und Musikinstrumenten, Studierende arbeiten mit Jugendfeuerwehren aus der Region zusammen. Der Better World Award wirft ein Licht auf innovative Ideen, die schnellstmöglich ihren Weg aus der Uni in die Öffentlichkeit finden sollten. Wie wichtig die Kommunikation wissenschaftlicher Erkenntnisse ist, zeigen Julia Wandt und Kristin Küter, die Menschen aus dem Wissenschaftsbetrieb beraten, die Anfeindungen ausgesetzt sind. Denn damit es vorangeht, damit Lösungen für Probleme dieser Welt gefunden werden, darf eines nicht geschehen: dass die Forschung verstummt
Optische Kontrolle von Blasendomänen und Skyrmionen in dünnen Schichten
No full textLaser induced switching offers an attractive possibility to manipulate small magnetic domains for prospective memory and logic devices on ultrashort time scales. Moreover, optical control of magnetization without high applied magnetic fields allows manipulation of magnetic domains individually and locally, without expensive heat dissipation. One of the major challenges for developing novel optically controlled magnetic memory and logic devices is reliable formation and annihilation of non-volatile magnetic domains that can serve as memory bits in ambient conditions. Magnetic skyrmions, topologically nontrivial spin textures, have been studied intensively since their discovery due to their stability and scalability in potential spintronic devices. However, skyrmion formation and, especially, annihilation processes are still not completely understood and further investigation on such mechanisms are needed. The aim of this thesis is to contribute to better understanding of the physical processes behind the optical control of magnetism in thin films, with the goal of optimizing material parameters and methods for their potential use in next generation memory and logic devices.
First part of the thesis is dedicated to investigation of all-optical helicity-dependent switching (AO-HDS) as a method for magnetization manipulation. AO-HDS in Co/Pt multilayer and CoFeB alloys with and without the presence of Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI), which is a type of exchange interaction, have been investigated by magnetic imaging using photo-emission electron microscopy (PEEM) in combination with X-ray magnetic circular dichroism (XMCD). The results show that in a narrow range of the laser fluence, circularly polarized laser light induces a drag on domain walls. This enables a local deterministic transformation of the magnetic domain pattern from stripes to bubbles in out-of-plane magnetized Co/Pt multilayers, only controlled by the helicity of ultrashort laser pulses. The temperature and characteristic fields at which the stripe-bubble transformation occurs has been calculated using theory for isolated magnetic bubbles, using as parameters experimentally determined average size of stripe domains and the magnetic layer thickness.
The second part of the work aims at purely optical formation and annihilation of magnetic skyrmions by a single laser pulse. The presence of a skyrmion phase in the investigated CoFeB alloys was first confirmed using a Kerr microscope. Then the helicity-dependent skyrmion manipulation was studied using AO-HDS at different laser fluences. It was found that formation or annihilation individual skyrmions using AO-HDS is possible, but not always reliable, as fluctuations in the laser fluence or position can easily overwrite the helicity-dependent effect of AO-HDS. However, the experimental results and magnetic simulations showed that the threshold values for the laser fluence for the formation and annihilation of skyrmions are different. A higher fluence is required for skyrmion formation, and existing skyrmions can be annihilated by pulses with a slightly lower fluence. This provides a further option for controlling formation and annihilation of skyrmions using the laser fluence. Micromagnetic simulations provide additional insights into the formation and annihilation mechanism.
The ability to manipulate the magnetic state of individual skyrmions is of fundamental importance for magnetic data storage technologies. Our results show for the first time that the optical formation and annihilation of skyrmions is possible without changing the external field. These results enable further investigations to optimise the magnetic layer to maximise the energy gap between the formation and annihilation barrier. As a result, unwanted switching due to small laser fluctuations can be avoided and fully deterministic optical switching can be achieved.Laser induziertes Schalten bietet eine attraktive Möglichkeit zur Manipulation kleiner magnetischer Domänen für zukünftige Speicher- und Logikbauteile auf ultrakurzen Zeitskalen. Darüber hinaus ermöglicht die rein optische Kontrolle der Magnetisierung ohne hohe angelegte Magnetfelder eine individuelle und lokale Manipulation magnetischer Domänen ohne teure Wärmeverluste. Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung neuartiger optisch kontrollierter magnetischer Speicher- und Logikbauteile ist das zuverlässige Schreiben stabiler magnetischer Domänen, die unter Umgebungsbedingungen als Speicherbits dienen können. Magnetische Skyrmionen, topologisch nichttriviale wirbelf¨ormige Spin-Texturen, wurden seit ihrer Entdeckung aufgrund ihrer Stabilität und Skalierbarkeit in potenziellen spintronischen Bauelementen intensiv untersucht. Allerdings sind die Prozesse der Skyrmionenbildung und vor allem der Skyrmionenvernichtung noch immer nicht vollständig verstanden, so dass weitere Untersuchungen zu diesen Mechanismen erforderlich sind. Ziel dieser Arbeit ist es, zu einem besseren Verständnis der physikalischen Prozesse beizutragen, die der optischen Kontrolle magnetischer Texturen in dünnen Filmen zugrunde liegen, mit dem Ziel, die Materialparameter und Methoden für ihren potenziellen Einsatz in Speicher- und Logikbauteilen der nächsten Generation zu optimieren.
Der erste Teil der Arbeit widmet sich der Untersuchung des rein optischen helizitätsabhängigen Schaltens (AO-HDS) als Methode zur Manipulation der Magnetisierung. AO-HDS wurde in Co/Pt-Multilayern und CoFeB-Legierungen mit und ohne DMI (Dzyaloshinskii-Moriya-Wechselwirkung), einer Art Austauschwechselwirkung, mittels magnetischer Bildgebung durch Photoemissions-Elektronenmikroskopie (PEEM) in Kombination mit magnetischem Röntgendichroismus (XMCD) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass zirkular polarisiertes Licht in einem bestimmten Bereich der Laserfluenz einen Zug auf Domänenwände ausübt. Dies ermöglicht eine lokale deterministische Umwandlung des magnetischen Domänenmusters von Streifen zu Blasen Domänen in unmagnetisierten Co/Pt- Multilagen, die ausschließlich durch die Helizität der ultrakurzen Laserpulse gesteuert wird. Die Temperatur und die charakteristischen Felder, bei denen die Umwandlung von Streifen zu Blasen Domänen stattfindet, wurden mithilfe der Theorie für isolierte magnetische Blasen berechnet, wobei die experimentell ermittelte durchschnittliche Größe der Streifendom¨anen und die Dicke der magnetischen Schicht als Parameter verwendet wurden.
Der zweite Teil der Arbeit zielt darauf ab, optimale Parameter zu ermitteln, die für das rein optische Schreiben und Löschen von magnetischen Skyrmionen in einem einzigen Laser Puls erforderlich sind. Das Vorhandensein einer Skyrmion-Phase in dafür verwendeten CoFeB-Legierungen wurde zunächst mit Hilfe eines Kerr-Mikroskops bestätigt. Dann wurde die helizitätsabhängige Skyrmion-Manipulation mittels AOHDS für verschiedene Laserfluenzen untersucht. Es zeigte sich, dass eine Schreiben oder Löschen einzelner Skyrmionen mittels AO-HDS zwar möglich ist, aber nicht immer zuverlässig, da Fluktuationen in der Laserfluenz oder Position den helizitätsabhängigen Effekt von AO-HDS leicht überschreiben können. Die experimentellen Ergebnisse und magnetischen Simulationen zeigten allerdings, dass die Schwellenwerte für die Laserfluenz zur Bildung und Vernichtung von Skyrmionen unterschiedlich sind. Für die Skyrmionenbildung wird eine höhere Fluenz benötigt, und bereits existierende Skyrmionen können durch Laser Pulse mit etwas geringerer Fluenz gelöscht werden. Dadurch bietet sich eine weitere Möglichkeit das Schreiben und Löschen von Skyrmionen durch die Laserfluenz zu kontrollieren. Mikromagnetische Simulationen liefern zusätzliche Erkenntnisse über den Schreib- und Löschmechanismus.
Die Möglichkeit, den magnetischen Zustand einzelner Skyrmionen zu manipulieren, ist von grundlegender Bedeutung für magnetische Datenspeichertechnologien. Unsere Ergebnisse zeigen erstmalig, dass die optische Bildung und Vernichtung von Skyrmionen ohne Änderung des externen Feldes möglich ist. Diese Ergebnisse ermöglichen weitere Untersuchungen zur Optimierung der magnetischen Schicht, um die Energielücke zwischen Bildungs- und Vernichtungsbarriere zu maximieren. Dadurch kann unerwünschtes Schalten aufgrund kleiner Laserfluktuationen vermieden und vollständig deterministisches optisches Schalten erreicht werden
Resolving the evolutionary history of two hippotragin antelopes using archival and ancient DNA
No full textAfrican antelopes are iconic but surprisingly understudied in terms of their genetics, especially when it comes to their evolutionary history and genetic diversity. The age of genomics provides an opportunity to investigate evolution using whole nuclear genomes. Decreasing sequencing costs enable the recovery of multiple loci per genome, giving more power to single specimen analyses and providing higher resolution insights into species and populations that can help guide conservation efforts. This age of genomics has only recently begun for African antelopes. Many African bovids have a declining population trend and hence, are often endangered. Consequently, contemporary samples from the wild are often hard to collect. In these cases, ex situ samples from contemporary captive populations or in the form of archival or ancient DNA (aDNA) from historical museum or archaeological/paleontological specimens present a great research opportunity with the latter two even offering a window to information about the past. However, the recovery of aDNA is still considered challenging from regions with prevailing climatic conditions that are deemed adverse for DNA preservation like the African continent. This raises the question if DNA recovery from fossils as old as the early Holocene from these regions is possible.
This thesis focuses on investigating the evolutionary history and genetic diversity of two species: the addax (Addax nasomaculatus) and the blue antelope (Hippotragus leucophaeus). The addax is critically endangered and might even already be extinct in the wild, while the blue antelope became extinct ~1800 AD, becoming the first extinct large African mammal species in historical times. Together, the addax and the blue antelope can inform us about current and past extinction events and the knowledge gained can help guide conservation efforts of threatened species. The three studies used ex situ samples and present the first nuclear whole genome data for both species. The addax study used historical museum specimens and a contemporary sample from a captive population. The two studies on the blue antelope used mainly historical museum specimens but also fossils, and resulted in the recovery of the oldest paleogenome from Africa at that time.
The aim of the first study was to assess the genetic diversity and the evolutionary history of the addax. It found that the historical wild addax population showed only limited phylogeographic structuring, indicating that the addax was a highly mobile and panmictic population and suggesting that the current European captive population might be missing the majority of the historical mitochondrial diversity. It also found the nuclear and mitochondrial diversity in the addax to be rather low compared to other wild ungulate species. Suggestions on how to best save the remaining genetic diversity are presented. The European zoo population was shown to exhibit no or only minor levels of inbreeding, indicating good prospects for the restoration of the species in the wild. The trajectory of the addax’s effective population size indicated a major bottleneck in the late Pleistocene and a low effective population size well before recent human impact led to the species being critically endangered today.
The second study set out to investigate the identities of historical blue antelope specimens using aDNA techniques. Results showed that six out of ten investigated specimens were misidentified, demonstrating the blue antelope to be one of the scarcest mammal species in historical natural history collections, with almost no bone reference material. The preliminary analysis of the mitochondrial genomes suggested a low diversity and hence low population size at the time of the European colonization of southern Africa.
Study three presents the results of the analyses of two blue antelope nuclear genomes, one ~200 years old and another dating to the early Holocene, 9,800–9,300 cal years BP. A fossil-calibrated phylogeny dated the divergence time of the three historically extant Hippotragus species to ~2.86 Ma and demonstrated the blue and the sable antelope (H. niger) to be sister species. In addition, ancient gene flow from the roan (H. equinus) into the blue antelope was detected. A comparison with the roan and the sable antelope indicated that the blue antelope had a much lower nuclear diversity, suggesting a low population size since at least the early Holocene. This concurs with findings from the fossil record that show a considerable decline in abundance after the Pleistocene–Holocene transition. Moreover, it suggests that the blue antelope persisted throughout the Holocene regardless of a low population size, indicating that human impact in the colonial era was a major factor in the blue antelope’s extinction.
This thesis uses aDNA analyses to provide deeper insights into the evolutionary history and genetic diversity of the addax and the blue antelope. Human impact likely was the main driver of extinction in the blue antelope, and is likely the main factor threatening the addax today. This thesis demonstrates the value of ex situ samples for science and conservation, and suggests to include genetic data for conservation assessments of species. It further demonstrates the beneficial use of aDNA for the taxonomic identification of historically important specimens in natural history collections. Finally, the successful retrieval of a paleogenome from the early Holocene of Africa using shotgun sequencing shows that DNA retrieval from samples of that age is possible from regions generally deemed unfavorable for DNA preservation, opening up new research opportunities. All three studies enhance our knowledge of African antelopes, contributing to the general understanding of African large mammal evolution and to the conservation of these and similarly threatened species.Afrikanische Antilopen sind sehr bekannte Tiere. Allerdings sind sie genetisch wenig untersucht, vor allem hinsichtlich ihrer Evolutionsgeschichte und genetischen Diversität. Das Zeitalter der Genomik ermöglicht es, Evolution mit Hilfe von kompletten nukleären Genomen zu untersuchen. Durch sinkende Sequenzierkosten können zahlreiche Genloci pro Genom gewonnen werden, wodurch Analysen mit nur einem Exemplar mehr Aussagekraft zukommt und tiefere Erkenntnisse über Arten und Populationen zulassen, die Artenschutzbemühungen unterstützen können. Für afrikanische Antilopen hat dieses Zeitalter gerade erst begonnen. Viele afrikanische Boviden haben einen sinkenden Populationstrend und sind daher häufig gefährdet. Dies erschwert es oft, Proben freilebender Tiere zu bekommen. In diesen Fällen bieten ex situ Proben von in Gefangenschaft lebenden Tieren oder in Form von alter DNA (aDNA) aus naturhistorischen Sammlungen eine gute Forschungsmöglichkeit. Letztere ermöglicht zudem den Zugang zu Informationen aus der Vergangenheit. Es gilt noch immer als Herausforderung, aDNA aus Regionen zu erlangen, deren Bedingungen schlecht für den Erhalt von DNA sind. Dies wirft die Frage auf, ob es möglich ist, aDNA aus Fossilien vom Beginn des Holozäns aus Afrika zu erhalten.
Das Ziel dieser Doktorarbeit war die Erforschung der Evolutionsgeschichte und der genetischen Diversität der Mendesantilope (Addax nasomaculatus) und des Blaubocks (Hippotragus leucophaeus). Die Mendesantilope ist vom Aussterben bedroht und könnte in freier Wildbahn bereits ausgestorben sein. Der Blaubock starb ca. 1800 aus und war das erste afrikanische Großsäugetier, das in historischer Zeit ausstarb. Beide Arten können unsere Kenntnisse über derzeitige und vergangene Aussterbeereignisse erweitern, um den Schutz bedrohter Arten zu unterstützen. Die drei Studien dieser Doktorarbeit nutzten ex situ Proben und präsentieren die ersten kompletten nukleären Genome dieser beiden Arten. Die Studie über die Mendesantilope nutzte historische Präparate aus naturhistorischen Sammlungen sowie eine rezente Probe eines Tieres aus Gefangenschaft. Beide Blaubock-Studien nutzten vor allem Präparate aus naturhistorischen Sammlungen, aber auch Fossilien, woraus das zu diesem Zeitpunkt älteste Paläogenom aus Afrika resultierte.
Die erste Studie untersuchte die genetische Diversität und Evolutionsgeschichte der Mendesantilope. Es zeigte sich, dass ihre historische Wildpopulation nur eine geringe phylogeographische Strukturierung aufwies, was auf eine sehr mobile und panmiktische Population hindeutet. Dies legt nahe, dass die rezente europäische Zoopopulation vermutlich Großteile der historischen mitochondrialen Diversität verloren hat. Zusätzlich zeigte sich, dass die nukleäre und mitochondriale Diversität relativ gering waren im Vergleich zu anderen wilden Huftierarten. Es werden Möglichkeiten zum Erhalt der verbliebenen Diversität aufgezeigt. Die europäische Zoopopulation zeigte keine beziehungsweise nur geringe Anzeichen von Inzucht, was für gute Wiederauswilderungsaussichten spricht. Die effektive Populationsgröße der Mendesantilope weist einen starken genetischen Flaschenhals im späten Pleistozän auf. Zudem war sie bereits deutlich niedrig, bevor der derzeitige menschliche Einfluss zu ihrer heutigen Bedrohung führte.
Die zweite Stude untersuchte mit Hilfe von aDNA die Identitäten historischer Blaubock-Präparate. Nur vier der zehn untersuchten Präparate stellten sich als Blauböcke heraus. Somit ist der Blaubock eine der seltensten Säugetierarten in naturhistorischen Sammlungen, für die es zudem kaum Knochenreferenzmaterial gibt. Die vorläufige Analyse des mitochondrialen Genoms deutet auf eine geringe Diversität und daher eine geringe Populationsgröße zur Zeit der europäischen Kolonialisierung Südafrikas hin.
Die dritte Studie analysierte zwei nukleäre Blaubockgenome, ein ~200 Jahre altes Präparat und eines aus dem frühen Holozän, 9.800–9.300 Jahre. Ein mit Hilfe von Fossilien kalibrierter Stammbaum datiert die Aufspaltung der drei historisch rezenten Hippotragus-Arten auf ~2,86 Mio. Jahre und zeigt die Rappenantilope (H. niger) und den Blaubock als Schwesterarten. Darüber hinaus wurde früherer Genfluss der Pferdeantilope (H. equinus) zum Blaubock festgestellt. Der Vergleich der drei Hippotragus-Arten legt nahe, dass der Blaubock eine deutlich geringere nukleäre Diversität besaß und somit seit mindestens dem frühen Holozän nur über eine geringe Populationsgröße verfügte. Dies stimmt mit Ergebnissen aus dem Fossilbericht überein, die eine deutliche Häufigkeitsabnahme nach dem Übergang des Pleistozäns zum Holozän aufzeigen. Außerdem suggeriert es, dass der Blaubock unabhängig von einer geringen Populationsgröße das Holozän überdauerte und sein Aussterben stark durch den Menschen während der Kolonialzeit beeinflusst wurde.
Diese Doktorarbeit bietet mit Hilfe von aDNA gewonnene Erkenntnisse über die Evolutionsgeschichte und die genetische Diversität der Mendesantilope und des Blaubocks. Der menschliche Einfluss war vermutlich der Hauptaussterbegrund des Blaubocks. Dies gilt wahrscheinlich ebenso für die heutige Bedrohung der Mendesantilope. Diese Doktorarbeit zeigt den Wert von ex situ Proben für die Wissenschaft und den Artenschutz und legt die Einbindung von genetischen Daten für die Bewertung des Gefährdungsstatus einer Art nahe. Des Weiteren demonstriert sie die Nutzung von aDNA für taxonomische Bestimmungen von historisch wichtigen Präparaten in naturhistorischen Sammlungen. Die erfolgreiche Gewinnung eines Paläogenoms aus dem frühen Holozän Afrikas mittels shotgun-Sequenzierung zeigt, dass die DNA-Gewinnung aus Proben diesen Alters aus Regionen möglich ist, deren Bedingungen allgemein als ungünstig für den Erhalt von DNA gelten. Dies eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten. Alle drei Studien erweitern unser Wissen über afrikanische Antilopen und tragen damit zum allgemeinen Verständnis der Evolution von afrikanischen Großsäugetieren sowie zu deren Erhalt und dem ähnlich gefährdeter Arten bei
Marine carbon dioxide removal by alkalinization should no longer be overlooked
No full textTo achieve the Paris climate target, deep emissions reductions have to be complemented with carbon dioxide removal (CDR). However, a portfolio of CDR options is necessary to reduce risks and potential negative side effects. Despite a large theoretical potential, ocean-based CDR such as ocean alkalinity enhancement (OAE) has been omitted in climate change mitigation scenarios so far. In this study, we provide a techno-economic assessment of large-scale OAE using hydrated lime ('ocean liming'). We address key uncertainties that determine the overall cost of ocean liming (OL) such as the CO2 uptake efficiency per unit of material, distribution strategies avoiding carbonate precipitation which would compromise efficiency, and technology availability (e.g., solar calciners). We find that at economic costs of 130–295 $/tCO2 net-removed, ocean liming could be a competitive CDR option which could make a significant contribution towards the Paris climate target. As the techno-economic assessment identified no showstoppers, we argue for more research on ecosystem impacts, governance, monitoring, reporting, and verification, and technology development and assessment to determine whether ocean liming and other OAE should be considered as part of a broader CDR portfolio
Top-down or bottom-up digital transformation?
No full textThis article analyses incremental institutional change and subsequent organizational and performance outcomes of the digital transformation from a comparative perspective. Through 31 expert interviews, the authors compare two digitalized public services in Germany. Two digitalization approaches are identified. The voluntary, decentralized bottom-up approach involves layering of new rules, limited organizational restructuring, and performance deficits. Conversely, the compulsory, top-down approach with centralized control facilitates displacement of existing rules and far-reaching organizational change; in this study, it is also associated with improved performance