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Development of a CRISPR/Cas gene editing technique for the coccolithophore Chrysotila carterae
No full textCoccolithophores are unicellular marine algae that decorate their cell surface with intricately shaped calcite scales known as coccoliths. Through coccolith synthesis and photosynthesis, these algae play a special role in the global carbon cycle, which makes them of great importance in the context of marine ecology and ocean biogeochemistry. The extraordinary morphology of coccoliths is very attractive for bioinspired material science research, and their unique features have a high potential to find an application in the production of nano-devices. A main impediment to understanding the cell biology of coccolithophores is the lack of protocols for genetic manipulation. The first and yet only available genetic transformation technique for a coccolithophore has been established by Endo et al. (2016) for the model coccolithophore species Chrysotila carterae. This provided a starting point for the molecular genetics studies of coccolithophores, allowing the development of new protocols for genetic manipulation. The aim of this study was to develop a CRISPR/Cas gene editing technique for Chrysotila carterae.
In order to achieve this goal, I used an approach based on targeting an endogenous negative counter-selectable marker gene since it allows the selection of the knockout mutants without additional integration and expression of an antibiotic resistance gene. Within the time course of this project, I was considering and evaluating three potential systems. From the performed experiments, the gene encoding adenine phosphoribosyl transferase (APT) was selected as the most promising candidate for establishing a genome editing technique. APT is the key enzyme in the adenine salvage pathway, and the APT gene disruption results in cell insensitivity to the otherwise toxic compound 2 fluoroadenine (2-FA).
To generate the APT gene knockout mutants, I tested plasmid-borne CRISPR/Cas9 genome editing as well as a DNA-free editing approach based on the delivery of CRISPR/Cas in vitro preassembled ribonucleoproteins (RNPs) via PEG-mediated transformation. While developing the plasmid for genome editing, I achieved transient expression of the Cas9 protein in C. carterae cells, demonstrated the functionality of the nuclear localization signal, and identified a promising promoter for the gRNA transcription. Working on the RNP-based approach, I tested two endonucleases, Cas9 and Cpf1. In the existing literature, PEG-mediated transformation of C. carterae has only been shown for plasmid delivery. In this study, I demonstrated that RNP delivery can be achieved by optimizing the delivery parameters and the cell growth conditions. The optimization of the mentioned parameters allowed the establishment of conditions for performing CRISPR/Cpf1-based gene knockout in C. carterae. As a result of the performed experiments, the first CRISPR/Cpf1-induced APT knockout mutants of C. carterae were obtained. The initial experiments on validating the newly developed system were carried out using the target genes associated with photosynthesis and the uracil biosynthesis pathway.
The established system allows the generation of multiple disruptions at different gRNA binding sites simultaneously, therefore providing an opportunity to generate targeted knockout of the genes with non-selectable phenotypes. The results obtained in this work serve as a starting point for further gene editing experiments in C. carterae, opening up new possibilities to perform more molecular genetic studies on coccolithophores.Coccolithophorida, auf Deutsch auch Kalkflagellaten genannt, sind einzellige Meeresalgen, die ihre Zelloberfläche mit komplex geformten Calcitschuppen, den sogenannten Coccolithen, verzieren. Durch die Synthese von Coccolithen und der Fähigkeit Photosynthese zu betreiben spielen diese Algen eine besondere Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf, was sie im Hinblick auf die Meeresökologie und die Biogeochemie der Ozeane bedeutsam macht. Die außergewöhnliche Morphologie der Coccolithen ist für die biologisch-inspirierte materialwissenschaftliche Forschung sehr attraktiv. Ihre einzigartigen Eigenschaften haben ein hohes Potenzial bei der Herstellung von Nanobauteilen Anwendung zu finden. Ein Haupthindernis für das Verständnis der zellbiologischen Vorgänge bei Coccolithophoriden ist das Fehlen von Protokollen für die genetische Manipulation der Organismen. Die erste und bisher einzige verfügbare genetische Transformationsmethode für einen Coccolithophoriden wurde von Endo et al. (2016) für die Modell-Coccolithophoridenart Chrysotila carterae entwickelt. Dies lieferte einen Ausgangspunkt für weitere molekulargenetische Studien an Coccolithophoriden und ermöglichte die Entwicklung neuer Protokolle für die genetische Manipulation. Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung einer CRISPR/Cas-Genome-Editing-Methode für Chrysotila carterae.
Um dieses Ziel zu erreichen, habe ich einen Ansatz gewählt, der auf einem endogenen negativen, gegenselektierbaren Markergen basiert, da es die Selektion der Knockout-Mutanten ohne zusätzliche Integration und Expression eines Antibiotikaresistenzgens ermöglicht. Im Laufe dieses Projekts wurden drei potenzielle Systeme in Betracht gezogen und untersucht. Aus den durchgeführten Experimenten wurde das Gen, welches für die Adenin-Phosphoribosyl-Transferase (APT) kodiert, als der vielversprechendste Kandidat für die Etablierung einer Genome-Editing-Technik ausgewählt. APT ist das Schlüsselenzym im Adenin-Salvage-Pathway, und die Unterbrechung des APT-Gens führt zu einer Unempfindlichkeit der Zellen gegenüber der ansonsten toxischen Verbindung 2-Fluoradenin (2-FA).
Um die APT-Gen-Knockout-Mutanten zu erzeugen, testete ich einen Plasmid-gestützten CRISPR/Cas9-Genome-Editing-Ansatz sowie einen DNA-freien Editing-Ansatz, der auf der Bereitstellung von in vitro präassemblierten CRISPR/Cas-Ribonukleoproteinen (RNPs) durch PEG-vermittelte Transformation basiert. Während der Entwicklung des Plasmids für die Genom-Editierung wurde eine transiente Expression des Cas9-Proteins in C. carterae-Zellen erreicht. Zudem konnte die Funktionalität des Kernlokalisierungssignals gezeigt und ein vielversprechender Promoter für die gRNA-Transkription identifiziert werden. Im Hinblick auf den RNP-basierten Ansatz testete ich zwei Endonukleasen: Cas9 und Cpf1. In der verfügbaren Literatur wurde die PEG-vermittelte Transformation von C. carterae bisher nur für die Übertragung von Plasmiden gezeigt. In dieser Arbeit konnte ich zeigen, dass das RNP-Einschleusung durch Optimierung der Parameter und der Wachstumsbedingungen für die Zellen erreicht werden kann. Die Optimierung der genannten Parameter ermöglichte die Schaffung von Bedingungen für die Durchführung eines CRISPR/Cpf1-basiertem Gen-Knockouts in C. carterae. Als Resultat der durchgeführten Experimente wurden die ersten CRISPR/Cpf1-induzierten APT-Knockout-Mutanten von C. carterae erzeugt. Weitere Experimente zur Validierung des neu entwickelten Systems wurden mit Zielgenen im Bereich der Photosynthese und dem Uracil-Biosyntheseweg durchgeführt.
Das so etablierte System ermöglicht die gleichzeitige Erzeugung mehrerer Deletionen an unterschiedlichen gRNA-Bindungsstellen und bietet somit die Möglichkeit, Gene mit nicht selektierbaren Phänotypen gezielt auszuschalten. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse dienen als Ausgangspunkt für weitere Gene-Editing-Experimente bei C. carterae und eröffnen neue Möglichkeiten zur Durchführung zusätzlicher molekulargenetischer Studien an Coccolithophoriden
Openness indicators for the evaluation of digital platforms between the launch and maturity phase
No full textIn recent years, the evaluation of digital platforms has become an important focus in the field of information systems science. The identification of influential indicators that drive changes in digital platforms, specifically those related to openness, is still an unresolved issue. This paper addresses the challenge of identifying measurable indicators and characterizing the transition from launch to maturity in digital platforms. It proposes a systematic analytical approach to identify relevant openness indicators for evaluation purposes. The main contributions of this study are the following (1) the development of a comprehensive procedure for analyzing indicators, (2) the categorization of indicators as evaluation metrics within a multidimensional grid-box model, (3) the selection and evaluation of relevant indicators, (4) the identification and assessment of digital platform architectures during the launch-to-maturity transition, and (5) the evaluation of the applicability of the conceptualization and design process for digital platform evaluation
Strengthening the UN Human Rights Treaty Bodies
No full textNils-Hendrik Grohmann beschäftigt sich mit dem noch andauernden Stärkungsprozess der UN-Menschenrechtsvertragsorgane. Er analysiert, welche rechtlichen Befugnisse die Ausschüsse haben, ob sie von sich aus Vorschläge einbringen können und inwieweit sie ihre Verfahrensweisen bisher aufeinander abgestimmt haben. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Ausschüssen und der Frage, welche Rolle das Treffen der Vorsitzenden bei der Stärkung spielen kann
Auf ganzzahliger linearer Optimierung basierende Heuristiken für partiell-replizierte Datenbankcluster und das Auswählen von Indizes
No full textColumn-oriented database systems can efficiently process transactional and analytical queries on a single node. However, increasing or peak analytical loads can quickly saturate single-node database systems. Then, a common scale-out option is using a database cluster with a single primary node for transaction processing and read-only replicas. Using (the naive) full replication, queries are distributed among nodes independently of the accessed data. This approach is relatively expensive because all nodes must store all data and apply all data modifications caused by inserts, deletes, or updates.
In contrast to full replication, partial replication is a more cost-efficient implementation: Instead of duplicating all data to all replica nodes, partial replicas store only a subset of the data while being able to process a large workload share. Besides lower storage costs, partial replicas enable (i) better scaling because replicas must potentially synchronize only subsets of the data modifications and thus have more capacity for read-only queries and (ii) better elasticity because replicas have to load less data and can be set up faster. However, splitting the overall workload evenly among the replica nodes while optimizing the data allocation is a challenging assignment problem.
The calculation of optimized data allocations in a partially replicated database cluster can be modeled using integer linear programming (ILP). ILP is a common approach for solving assignment problems, also in the context of database systems. Because ILP is not scalable, existing approaches (also for calculating partial allocations) often fall back to simple (e.g., greedy) heuristics for larger problem instances. Simple heuristics may work well but can lose optimization potential.
In this thesis, we present optimal and ILP-based heuristic programming models for calculating data fragment allocations for partially replicated database clusters. Using ILP, we are flexible to extend our models to (i) consider data modifications and reallocations and (ii) increase the robustness of allocations to compensate for node failures and workload uncertainty. We evaluate our approaches for TPC-H, TPC-DS, and a real-world accounting workload and compare the results to state-of-the-art allocation approaches. Our evaluations show significant improvements for varied allocation’s properties: Compared to existing approaches, we can, for example, (i) almost halve the amount of allocated data, (ii) improve the throughput in case of node failures and workload uncertainty while using even less memory, (iii) halve the costs of data modifications, and (iv) reallocate less than 90% of data when adding a node to the cluster. Importantly, we can calculate the corresponding ILP-based heuristic solutions within a few seconds. Finally, we demonstrate that the ideas of our ILP-based heuristics are also applicable to the index selection problem.Spaltenorientierte Datenbanksysteme können transaktionale und analytische Abfragen effizient auf einem einzigen Rechenknoten verarbeiten. Steigende Lasten oder Lastspitzen können Datenbanksysteme mit nur einem Rechenknoten jedoch schnell überlasten. Dann besteht eine gängige Skalierungsmöglichkeit darin, einen Datenbankcluster mit einem einzigen Rechenknoten für die Transaktionsverarbeitung und Replikatknoten für lesende Datenbankanfragen zu verwenden. Bei der (naiven) vollständigen Replikation werden Anfragen unabhängig von den Daten, auf die zugegriffen wird, auf die Knoten verteilt. Dieser Ansatz ist relativ teuer, da alle Knoten alle Daten speichern und alle Datenänderungen anwenden müssen, die durch das Einfügen, Löschen oder Aktualisieren von Datenbankeinträgen verursacht werden.
Im Gegensatz zur vollständigen Replikation ist die partielle Replikation eine kostengünstige Alternative: Anstatt alle Daten auf alle Replikationsknoten zu duplizieren, speichern partielle Replikate nur eine Teilmenge der Daten und können gleichzeitig einen großen Anteil der Anfragelast verarbeiten. Neben niedrigeren Speicherkosten ermöglichen partielle Replikate (i) eine bessere Skalierung, da Replikate potenziell nur Teilmengen der Datenänderungen synchronisieren müssen und somit mehr Kapazität für lesende Anfragen haben, und (ii) eine bessere Elastizität, da Replikate weniger Daten laden müssen und daher schneller eingesetzt werden können. Die gleichmäßige Lastbalancierung auf die Replikatknoten bei gleichzeitiger Optimierung der Datenzuweisung ist jedoch ein schwieriges Zuordnungsproblem.
Die Berechnung einer optimierten Datenverteilung in einem Datenbankcluster mit partiellen Replikaten kann mithilfe der ganzzahligen linearen Optimierung (engl. integer linear programming, ILP) durchgeführt werden. ILP ist ein gängiger Ansatz zur Lösung von Zuordnungsproblemen, auch im Kontext von Datenbanksystemen. Da ILP nicht skalierbar ist, greifen bestehende Ansätze (auch zur Berechnung von partiellen Replikationen) für größere Probleminstanzen oft auf einfache Heuristiken (z.B. Greedy-Algorithmen) zurück. Einfache Heuristiken können gut funktionieren, aber auch Optimierungspotenzial einbüßen.
In dieser Arbeit stellen wir optimale und ILP-basierte heuristische Ansätze zur Berechnung von Datenzuweisungen für partiell-replizierte Datenbankcluster vor. Mithilfe von ILP können wir unsere Ansätze flexibel erweitern, um (i) Datenänderungen und -umverteilungen zu berücksichtigen und (ii) die Robustheit von Zuweisungen zu erhöhen, um Knotenausfälle und Unsicherheiten bezüglich der Anfragelast zu kompensieren. Wir evaluieren unsere Ansätze für TPC-H, TPC-DS und eine reale Buchhaltungsanfragelast und vergleichen die Ergebnisse mit herkömmlichen Verteilungsansätzen. Unsere Auswertungen zeigen signifikante Verbesserungen für verschiedene Eigenschaften der berechneten Datenzuordnungen: Im Vergleich zu bestehenden Ansätzen können wir beispielsweise (i) die Menge der gespeicherten Daten in Cluster fast halbieren, (ii) den Anfragedurchsatz bei Knotenausfällen und unsicherer Anfragelast verbessern und benötigen dafür auch noch weniger Speicher, (iii) die Kosten von Datenänderungen halbieren, und (iv) weniger als 90 % der Daten umverteilen, wenn ein Rechenknoten zum Cluster hinzugefügt wird. Wichtig ist, dass wir die entsprechenden ILP-basierten heuristischen Lösungen innerhalb weniger Sekunden berechnen können. Schließlich demonstrieren wir, dass die Ideen von unseren ILP-basierten Heuristiken auch auf das Indexauswahlproblem anwendbar sind
The effects of nutrients on bone stem cell function and regeneration
No full textAging is associated with bone loss, which can lead to osteoporosis and high fracture risk. This coincides with the enhanced formation of bone marrow adipose tissue (BMAT), suggesting a negative effect of bone marrow adipocytes on skeletal health. Increased BMAT formation is also observed in pathologies such as obesity, type 2 diabetes and osteoporosis. However, a subset of bone marrow adipocytes forming the constitutive BMAT (cBMAT), arise early in life in the distal skeleton, contain high levels of unsaturated fatty acids and are thought to provide a physiological function. Regulated BMAT (rBMAT) forms during aging and obesity in proximal regions of the bone and contain a large proportion of saturated fatty acids. Paradoxically, BMAT accumulation is also enhanced during caloric restriction (CR), a life-span extending dietary intervention. This indicates, that different types of BMAT can form in response to opposing nutritional stimuli with potentially different functions.
To this end, two types of nutritional interventions, CR and high fat diet (HFD), that are both described to induce BMAT accumulation were carried out. CR markedly increased BMAT formation in the proximal tibia and led to a higher proportion of unsaturated fatty acids, making it similar to the physiological cBMAT. Additionally, proximal and diaphyseal tibia regions displayed higher adiponectin expression. In aged mice, CR was associated with an improved trabecular bone structure. Taken together, these findings demonstrate, that the type of BMAT that forms during CR might provide beneficial effects for local bone stem/progenitor cells and metabolic health. The HFD intervention performed in this thesis showed no effect on BMAT accumulation and bone microstructure. RNA Seq analysis revealed alterations in the composition of the collagen-containing extracellular matrix (ECM).
In order to investigate the effects of glucose homeostasis on osteogenesis, differentiation capacity of immortalized multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs) and osteochondrogenic progenitor cells (OPCs) was analyzed. Insulin improved differentiation in both cell types, however, combination of with a high glucose concentration led to an impaired mineralization of the ECM. In the MSCs, this was accompanied by the formation of adipocytes, indicating negative effects of the adipocytes formed during hyperglycemic conditions on mineralization processes. However, the altered mineralization pattern and structure of the ECM was also observed in OPCs, which did not form any adipocytes, suggesting further negative effects of a hyperglycemic environment on osteogenic differentiation.
In summary, the work provided in this thesis demonstrated that differentiation commitment of bone-resident stem cells can be altered through nutrient availability, specifically glucose. Surprisingly, both high nutrient supply, e.g. the hyperglycemic cell culture conditions, and low nutrient supply, e.g. CR, can induce adipogenic differentiation. However, while CR-induced adipocyte formation was associated with improved trabecular bone structure, adipocyte formation in a hyperglycemic cell-culture environment hampered mineralization. This thesis provides further evidence for the existence of different types of BMAT with specific functions
Die Juristenausbildung in der SBZ-DDR als System durchgeformter Kontrolle
No full textLaw Studies in the SBZ/GDR as a System of Organized Control. Evaluation of Sources with Special Consideration of the Selection, Education and Further Training of Public Prosecutors«: Using the original sources kept in the Federal Archives, this work examines the requirements placed on law studies in the GDR and the circumstances under which legal training took place. The analysis of the archive material leads to the conclusion that the education and training of GDR lawyers was determined by a systematic political-ideological education and control to ensure the goals of the socialist party.In der DDR sollte die Rechtsprechung den Zielen der Politik und dem Aufbau sowie der Sicherung des Sozialismus dienen. Zur Verwirklichung dieser Ziele unternahm das SED-Regime insbesondere den Versuch, auf die Ausbildung des juristischen Nachwuchses Einfluss zu nehmen. Die Arbeit untersucht anhand der im Bundesarchiv verwahrten Originalquellen die Anforderungen, die an das juristische Studium in der DDR gestellt wurden, und die Umstände, unter denen die juristische Ausbildung erfolgte. Unter besonderer Berücksichtigung der Auswahl, Aus- und Weiterbildung der Staatsanwälte beleuchtet die Arbeit die sog. »Kaderarbeit« der DDR-Justiz sowie die wesentlichen Zulassungs-, Prüfungs-, Studien- und Weiterbildungsbedingungen. Die Auswertung des überlieferten Archivmaterials führt zu der Erkenntnis, dass die Aus- und Weiterbildung der DDR-Juristen zur Sicherstellung der Ziele der sozialistischen Partei durch eine planmäßige und systematische politisch-ideologische Erziehung und Kontrolle bestimmt war
Plattformen : Grundlagen und Neuordnung des Rechts digitaler Plattformen
No full textDigitale Plattformen prägen unsere Rechts- und Wirtschaftsordnung, die Freizeitgestaltung, das Informationsverhalten und im Aggregat die digitale Öffentlichkeit. Die damit verbundenen Rechtsfragen sind im Fluss und berühren alle juristischen Teildisziplinen. Der Tagungsband nähert sich daher den Entwicklungen des Plattformrechts aus disziplinübergreifendem Blickwinkel. Dieser Versuch einer überspannenden Perspektive fokussiert vor allem auf die beiden „Großen“ der jüngsten Rechtsakte (DSA/DMA) unter dem besonderen Gesichtspunkt ihres Vollzugs: Wie kann man ein globales Phänomen wie Plattformen lokal und regional regulieren? Welche Rolle spielt der Schwarm der Vielen in der Effektivierung der neuen Regularien? Passen Regelungsmodelle wie das Urheberrecht zum Plattformphänomen
Integrierte Ansätze zur Vorhersage von Erdbeben
No full textA comprehensive study on seismic hazard and earthquake triggering is crucial for effective mitigation of earthquake risks. The destructive nature of earthquakes motivates researchers to work on forecasting despite the apparent randomness of the earthquake occurrences. Understanding their underlying mechanisms and patterns is vital, given their potential for widespread devastation and loss of life. This thesis combines methodologies, including Coulomb stress calculations and aftershock analysis, to shed light on earthquake complexities, ultimately enhancing seismic hazard assessment.
The Coulomb failure stress (CFS) criterion is widely used to predict the spatial distributions of aftershocks following large earthquakes. However, uncertainties associated with CFS calculations arise from non-unique slip inversions and unknown fault networks, particularly due to the choice of the assumed aftershocks (receiver) mechanisms. Recent studies have proposed alternative stress quantities and deep neural network approaches as superior to CFS with predefined receiver mechanisms. To challenge these propositions, I utilized 289 slip inversions from the SRCMOD database to calculate more realistic CFS values for a layered-half space and variable receiver mechanisms. The analysis also investigates the impact of magnitude cutoff, grid size variation, and aftershock duration on the ranking of stress metrics using receiver operating characteristic (ROC) analysis. Results reveal the performance of stress metrics significantly improves after accounting for receiver variability and for larger aftershocks and shorter time periods, without altering the relative ranking of the different stress metrics.
To corroborate Coulomb stress calculations with the findings of earthquake source studies in more detail, I studied the source properties of the 2005 Kashmir earthquake and its aftershocks, aiming to unravel the seismotectonics of the NW Himalayan syntaxis. I simultaneously relocated the mainshock and its largest aftershocks using phase data, followed by a comprehensive analysis of Coulomb stress changes on the aftershock planes. By computing the Coulomb failure stress changes on the aftershock faults, I found that all large aftershocks lie in regions of positive stress change, indicating triggering by either co-seismic or post-seismic slip on the mainshock fault.
Finally, I investigated the relationship between mainshock-induced stress changes and associated seismicity parameters, in particular those of the frequency-magnitude (Gutenberg-Richter) distribution and the temporal aftershock decay (Omori-Utsu law). For that purpose, I used my global data set of 127 mainshock-aftershock sequences with the calculated Coulomb Stress (ΔCFS) and the alternative receiver-independent stress metrics in the vicinity of the mainshocks and analyzed the aftershocks properties depend on the stress values. Surprisingly, the results show a clear positive correlation between the Gutenberg-Richter b-value and induced stress, contrary to expectations from laboratory experiments. This observation highlights the significance of structural heterogeneity and strength variations in seismicity patterns. Furthermore, the study demonstrates that aftershock productivity increases nonlinearly with stress, while the Omori-Utsu parameters c and p systematically decrease with increasing stress changes. These partly unexpected findings have significant implications for future estimations of aftershock hazard.
The findings in this thesis provides valuable insights into earthquake triggering mechanisms by examining the relationship between stress changes and aftershock occurrence. The results contribute to improved understanding of earthquake behavior and can aid in the development of more accurate probabilistic-seismic hazard forecasts and risk reduction strategies.Ein umfassendes Verständnis der seismischen Gefahr und Erdbebenauslösung ist wichtig für eine Minderung von Erdbebenrisiken. Die zerstörerische Natur von Erdbeben motiviert Forscher dazu, trotz der scheinbaren Zufälligkeit der Erdbebenereignisse an Vorhersagen zu arbeiten. Das Verständnis der den Beben zugrunde liegenden Mechanismen und Muster ist angesichts ihres Potenzials für weitreichende Verwüstung und den Verlust von Menschenleben von entscheidender Bedeutung. Diese Arbeit kombiniert Methoden, einschließlich der Berechnung der Coulombschen Spannung und der Analyse von Nachbeben, um die Komplexitäten von Erdbeben besser zu verstehen und letztendlich die Bewertung der seismischen Gefahr zu verbessern.
Das Coulomb Spannungskriterium (CFS) wird oft verwendet, um die räumliche Verteilung von Nachbeben nach großen Erdbeben vorherzusagen. Jedoch ergeben sich Unsicherheiten bei der Berechnung von CFS aus nicht eindeutigen slip-inversion und der unbekannten Störungsnetzwerken, insbesondere aufgrund der Unsicherheit bezüglich der Nachbebenmechanismen (Empfänger). Neueste Studien deuten darauf hin dass alternative Spannungsgrößen und Deep-Learning-Ansätze gegenüber CFS mit vordefinierten Empfängermechanismen. Um diese Ergebnisse zu hinterfragen, habe ich 289 Slip-inversion uberlegensind aus der SRCMOD-Datenbank verwendet, um realistischere CFS-Werte für einen geschichteten Halbraum und variable Empfängermechanismen zu berechnen. Dabei habe ich auch den Einfluss von Magnitudenschwellenwerten, Gittergrößenvariationen und der Nachbeben-Dauer auf die vorhersagemöglichkeiten der Spannungsmetriken unter Verwendung der ROC-Analyse (Receiver Operating Characteristic) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die berudzsidtizung von variablen Empfangermechanism und größere Nachbeben und kürzere Zeiträume die vorhersagekraft steigern, wobei die relative Rangfolge der verschiedenen Spannungsmetriken nicht geändert wird.
Um die Coulomb Spannungsberechnungen genauer mit den Ergebnissen von Erdbebenstudien abzugleichen, habe ich die Quelleneigenschaften des Erdbebens von Kaschmir aus dem Jahr 2005 und seiner Nachbeben mit dem ziel, die Seismotektonik des NW-Himalaya Syntaxis zu entschlüsseln, detailliert untersucht. Ich habe gleichzeitig das Hauptbeben und seine größten Nachbeben unter Verwendung von seismischen Phaseneinsetzen relokalisiert und anschließend eine umfassende Analyse der Coulomb Spannungsänderungen auf den Bruchflächen der Nachbeben durchgeführt. Durch die Berechnung der Coulomb Spannungsänderungen an den während der Nachbeben aktivierten Störungen konnte ich herausfinden, dass alle großen Nachbeben in Regionen mit positiven Spannungsänderungen liegen, was auf eine Auslösung durch entweder ko-seismische oder post-seismische Verschiebungen des Hauptbebens hinweist.
Schließlich habe ich die Beziehung zwischen den durch Hauptbeben verursachten Spannungsänderungen und den damit verbundenen seismischen Parametern untersucht, insbesondere denen der Häufigkeits-Magnituden (Gutenberg-Richter) Verteilung und des zeitlichen Nachbebenabklingens (Omori-Utsu-Gesetz). Zu diesem Zweck habe ich meinen globalen Datensatz von 127 Hauptbeben-Nachbeben-Sequenzen mit den in der Umgebung der Hauptbeben berechneten Coulomb Spannungen (CFS) zusammen mit den alternativen, empfänger-unabhängigen Spannungsmetriken, verwendet und die Eigenschaften in Abhängigkeit der Spannungswerte analysiert. Überraschenderweise zeigen die Ergebnisse eine klar positive Korrelation zwischen dem -Wert der Gutenberg-Richter-Verteilung und der induzierten Spannung, was im Kontrast zu den Erwartungen aus Laborexperimenten steht. Diese Beobachtung unterstreicht die Bedeutung struktureller Heterogenitäten und Festigkeitsvariationen in seismischen Mustern. Darüber hinaus zeigt die Studie, dass die Anzahl von Nachbeben nichtlinear mit der Spannung zunimmt, während die Omori-Utsu-Parameter und systematisch mit zunehmenden Spannungsänderungen abnehmen. Diese teilweise unerwarteten Ergebnisse haben bedeutende Auswirkungen auf zukünftige Abschätzungen der Nachbebengefahr.
Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern wertvolle Einblicke in die Mechanismen der Erdbebenauslösung, indem sie die Beziehung zwischen Spannungsänderungen und dem Auftreten von Nachbeben untersuchen. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis des Verhaltens von Erdbeben bei und können bei der Entwicklung genauerer probabilistischer, seismischer Gefahreneinschätzungen und Risikominderungsstrategien helfen
Die Verarbeitung von OVS- und Passiv-Sätzen in deutschen monolingualen und deutsch-italienisch simultan-bilingualen Kindern
No full textIt is a common finding that preschoolers have difficulties in identifying who is doing what to whom in non-canonical sentences, such as (object-verb-subject) OVS and passive sentences in German. This dissertation investigates how German monolingual and German-Italian simultaneous bilingual children process German OVS sentences in Study 1 and German passives in Study 2. Offline data (i.e., accuracy data) and online data (i.e., eye-gaze and pupillometry data) were analyzed to explore whether children can assign thematic roles during sentence comprehension and processing. Executive functions, language-internal and -external factors were investigated as potential predictors for children’s sentence comprehension and processing.
Throughout the literature, there are contradicting findings on the relation between language and executive functions. While some results show a bilingual cognitive advantage over monolingual speakers, others suggest there is no relationship between bilingualism and executive functions. If bilingual children possess more advanced executive function abilities than monolingual children, then this might also be reflected in a better performance on linguistic tasks. In the current studies monolingual and bilingual children were tested by means of two executive function tasks: the Flanker task and the task-switching paradigm. However, these findings showed no bilingual cognitive advantages and no better performance by bilingual children in the linguistic tasks. The performance was rather comparable between bilingual and monolingual children, or even better for the monolingual group. This may be due to cross-linguistic influences and language experience (i.e., language input and output). Italian was used because it does not syntactically overlap with the structure of German OVS sentences, and it only overlapped with one of the two types of sentence condition used for the passive study - considering the subject-(finite)verb alignment. The findings showed a better performance of bilingual children in the passive sentence structure that syntactically overlapped in the two languages, providing evidence for cross-linguistic influences.
Further factors for children’s sentence comprehension were considered. The parents’ education, the number of older siblings and language experience variables were derived from a language background questionnaire completed by parents. Scores of receptive vocabulary and grammar, visual and short-term memory and reasoning ability were measured by means of standardized tests. It was shown that higher German language experience by bilinguals correlates with better accuracy in German OVS sentences but not in passive sentences. Memory capacity had a positive effect on the comprehension of OVS and passive sentences in the bilingual group. Additionally, a role was played by executive function abilities in the comprehension of OVS sentences and not of passive sentences. It is suggested that executive function abilities might help children in the sentence comprehension task when the linguistic structures are not yet fully mastered.
Altogether, these findings show that bilinguals’ poorer performance in the comprehension and processing of German OVS is mainly due to reduced language experience in German, and that the different performance of bilingual children with the two types of passives is mainly due to cross-linguistic influences.Es ist ein häufiger Befund, dass Vorschulkinder Schwierigkeiten haben zu erkennen ‚wer etwas mit jemandem tut‘ in nicht-kanonischen Sätzen, wie z.B. deutsche OVS- (Objekt-Verb-Subjekt) oder Passiv-Sätze. Diese Dissertation untersucht wie deutsche monolinguale und deutsch-italienische simultan-bilinguale Kinder deutsche OVS-Sätze (Studie 1) und deutsche Passiv-Sätze (Studie 2) verarbeiten. Offline-Daten (z.B. Datengenauigkeit) und Online-Daten (z.B. Blickbewegung-Daten und Pupillometrie-Daten) wurden analysiert, um herauszufinden, ob Kinder thematische Rollen während Satzverständnis und Satzverarbeitung zuteilen können. Exekutive Funktionen, interne und externe Sprachfaktoren wurden als mögliche Prädiktoren für Satzverständnis und Satzverarbeitung in Kindern untersucht.
In der Literatur findet man unterschiedliche Ergebnisse über den Zusammenhang zwischen Sprache und exekutiven Funktionen. Während einige Ergebnisse kognitive Vorteile für bilinguale Sprecher zeigen, deuten andere darauf hin, dass es keinen Zusammenhang zwischen Bilingualismus und exekutiven Funktionen gibt. Wenn bilinguale Kinder fortgeschrittene exekutive Funktionen im Vergleich zu monolingualen Kindern haben, könnte sich dies auch in besseren Leistungen in linguistischen Aufgaben widerspiegeln. In diesem Forschungsprojekt wurden monolinguale und bilinguale Kinder mit zwei verschiedenen Aufgaben getestet, die die exekutiven Funktionen messen: der Flanker-Test und das Aufgabenwechsel-Paradigma. Die Ergebnisse konnten jedoch keinen bilingualen kognitiven Vorteil und keine besseren Leistungen von bilingualen Kindern in den linguistischen Aufgaben belegen. Die Leistung war vergleichbar zwischen monolingualen und bilingualen Kindern, oder sogar besser in der monolingualen Gruppe. Dies könnte an cross-linguistische Einflüssen und Spracherfahrung (z.B. Sprach-Input und -Output) liegen. Italienisch wurde gewählt, da es zum einen keine syntaktischen Überschneidungen mit der Struktur von deutschen OVS-Sätzen aufweist, und zum anderen sich nur in einer von zwei der in der Passiv-Studie genutzten Satz-Bedingungen überschneidet – im Hinblick auf die Subjekt-(finite) Verb Ausrichtung. Die Ergebnisse zeigen eine bessere Leistung von bilingualen Kindern in Passiv-Sätzen, die eine syntaktische Überschneidung in den zwei Sprachen aufweisen, und zeigen somit Hinweise für cross-linguistische Einflüsse.
Weitere Einflussfaktoren auf das Satzverständnis der Kinder wurden berücksichtigt. Der Bildungsgrad der Eltern, die Anzahl von älteren Geschwistern und Spracherfahrungsvariablen wurden über den, von den Eltern beantworteten, Sprachhintergrund-Fragebogen abgeleitet. Werte zu rezeptivem Vokabular und Grammatik, Visuelles- und Kurzeitgedächtnis und Denkfähigkeit wurden durch standardisierte Tests erhoben. Es konnte gezeigt werden, dass größere Spracherfahrung im Deutschen bei bilingualen Kindern mit einer größeren Genauigkeit bei deutschen OVS-Sätzen korreliert, aber nicht bei Passiv-Sätzen. Bessere Gedächtnisleistung hatte einen positiven Effekt auf das Sprachverständnis der bilingualen Gruppe bei OVS- und Passiv-Sätzen. Zusätzlich spielten exekutive Funktionen eine Rolle beim Verständnis von OVS-Sätzen, aber nicht bei Passiv-Sätzen. Es wird angenommen, dass exekutive Funktionen Kindern in Satzverständnisaufgaben helfen könnten, wenn die linguistischen Strukturen noch nicht vollständig beherrscht werden.
Zusammengenommen zeigen die vorliegenden Ergebnisse, dass die geringere Leistung von bilingualen Kindern beim Satzverständnis und Satzverarbeitung von deutschen OVS Sätzen hauptsächlich an der geringeren Spracherfahrung im Deutschen liegt und, dass die unterschiedliche Leistung von bilingualen Kindern mit den zwei Strukturen des Passivs überwiegend auf cross-linguistische Einflüsse zurückzuführen ist