11723 research outputs found
Sort by
Pathogenicity of UCH-L1 autoantibodies in membranous nephropathy
No full textThe autoimmune disease membranous nephropathy (MN), affects podocytes, specialized cells of the kidney, which contribute to the filtration of the blood and the secretion of glomerular basement membrane (GBM) components. MN is caused by primary autoantibodies directed against foot process (FP) proteins such as THSD7A, binding their target antigen and accumulating as immune complexes along the glomerular filtration barrier (GFB). In the past years next to the primary autoantibodies a multitude of putative MN-associated autoantibodies were discovered, which among others are directed to intracellular proteins and might occur as a secondary immune response. Altghough their relation to MN pathogenesis is unclear, MN patients with secondary autoantibodies against intracellular proteins are linked to a poor clinical outcome. A subset of MN patients presents with secondary autoantibodies directed against the intracellular deubiquitinating enzyme Ubiquitin C-terminal Hydrolase L1 (UCH-L1), which is de novo expressed in injured podocytes. Hypothesis of the current work is that secondary anti-UCH-L1 antibodies lead to a worsening of MN either through their presence at the GFB or by interference with UCH-L1 functionality. To investigate the pathogenicity of those secondary antibodies in MN, experiments were performed in established human podocyte cell culture and THSD7A-MN mouse models. After MN induction, secondary anti-UCH-L1 antibodies were applied to achieve a second hit (THSD7A-MN+2nd hit). For pathogenicity, antibodies need to have access to the antigen, which could be verified through a foot process/plasma membrane localization of UCH-L1 in the THSD7A-MN setting. The THSD7A-MN+2nd hit led to an aggravation of the disease, demonstrated by increased proteinuria and a worsening of FP effacement. Mechanistically 2nd hit anti-UCH-L1-abs exhibited pathogenicity through a higher antibody load at the GFB, especially within the glomerular immune complex containing protein fraction. Additionally, GBM synthesis was dysregulated with a shift in collagen IV α-chain synthesis towards a form expressed by podocytes during GBM development. Furthermore, protein amounts of UCH-L1 were elevated in THSD7A-MN+2nd hit and showed aggregates in podocytes. Investigations in podocyte cell culture medium as well as human and mouse urine were significant for an increased release of THSD7A antibody loaded extracellular vesicles (EVs). Those EVs furthermore contained non-functional UCH-L1, next to proteolytically processed THSD7A, demonstrating that EVs represent a potential exit route for MN antigens. This could potentially represent a first step towards antigen-spreading in MN. In conclusion anti-UCH-L1 antibodies aggravate clinical and morphologic podocyte injury by contributing to GFB damage and binding membrane-bound UCH-L1. This work contributes to a more detailed understanding of factors leading to a poor clinical outcome of MN and demonstrate the necessity for investigations on other putative secondary antigens.Die Membranöse Nephropathie (MN) ist eine Autoimmunerkrankung der Niere, welche Podozyten, spezialisierte Zellen der Niere, betrifft. Diese sind an der Filtration des Blutes und der Synthese der glomerulären Basalmembran beteiligt. Die MN wird durch primäre Autoantikörper gegen Podozytenantigene wie THSD7A, welche an den Fußfortsätzen exprimiert werden, ausgelöst. Die entstehenden Immunkomplexe werden entlang der glomerulären Filtrationsbarriere abgelagert und führen zu einer Zerstörung der glomerulären Filtrationsbarriere. In den letzten Jahren wurden neben den primären Autoantikörpern weitere MN-assoziierte Autoantikörper identifiziert, die unter anderem gegen intrazelluläre Proteine gerichtet sind und vermutlich als sekundäre Immunreaktion auftreten. Es ist unklar, ob diese zur Pathogenität der MN beitragen, allerdings zeigen MN-Patienten, die solche sekundären Autoantikörper aufweisen, eine Verschlechterung des Krankheitsverlaufs. Einige MN-Patienten weisen spezifisch Autoantikörper gegen das in geschädigten Podozyten de novo exprimierte, intrazelluläre deubiquitinierende Enzym Ubiquitin C-terminale Hydrolase L1 (UCH-L1) auf. Hypothese dieser Arbeit ist, dass diese sekundären anti-UCH-L1 Antikörper durch ihre Präsenz an der glomerulären Filtrationsbarriere oder durch die Beeinflussung der UCH-L1 Protein Aktivität, zu einer Verschlechterung der MN führen. Um die Pathogenität sekundärer anti-UCH-L1 Antikörper im Zusammenhang mit der MN zu untersuchen, wurden Versuche in etablierten humanen Zellkulturpodozyten und Maus Modellen der THSD7A-MN durchgeführt. Nach MN-Entwicklung wurden anti-UCH-L1 Antikörper als sekundäre Behandlung appliziert (THSD7A-MN+2nd hit). Um einen pathogenen Einfluss zu haben, müssen Antikörper Zugang zu dem entsprechenden Antigen haben. Dies konnte in MN-Patienten und dem THSD7A-MN Maus Modell durch die Lokalisierung an der Podozytenfußfortsatzmembran gezeigt werden. Die Applizierung des sekundären anti-UCH-L1 Antikörpers führte zu einem verschlechterten Krankheitsverlauf mit verstärkter Proteinurie und Fußfortsatzverschmelzung. Morphologisch-funktionell zeigten THSD7A-MN+2nd hit Mäuse zudem eine erhöhte Antikörper Last an der glomerulären Filtrationsbarriere und eine Veränderung in der Kollagen IV Produktion hin zu einer Form, welche nur im sich entwickelnden Glomerulus vorkommt. Weiterhin wurde beobachtet, dass der podozytäre UCH-L1 Gehalt anstieg und das Protein in Podozyten aggregierte. Mittels Zellkultur- und Urinuntersuchungen konnte eine vermehrte Abgabe von Extrazellularvesikeln gezeigt werden, welche mit anti-THSD7A Antikörpern beladen sind. Zusätzlich enthielten die Extrazellularvesikel nicht-funktionales UCH-L1 ebenso wie ein proteolytisch gespaltenes THSD7A, wodurch Extrazellularvesikel eine mögliche Austrittspforte für geschädigte Antigene darstellen. Zusammenfassend gibt die zugrundeliegende Arbeit gibt einen ersten Hinweis auf einen krankheitsverschlechternden Einfluss der sekundären anti-UCH-L1 Antikörper und trägt zu einem besseren Verständnis der Faktoren bei, welche zu einer Verschlächterung der MN führen. Sie zeigt somit auch die Notwendigkeit weitere mögliche (sekundäre) Antigene und ihren Einfluss zu untersuchen
Galaxienhaufen im Zeitalter ultratiefer Radiofrequenzen: Ein LOFAR-LBA-Blick von Radiogalaxien bis hin zu diffuser Emission
Get PDFGalaxienhaufen entstehen an den Knotenpunkten kosmischer filamente durch den gravitativen Kollaps anfänglicher Dichtefluktuationen im frühen Universum sowie durch die anschließende Akkretion von Gas und Substrukturen.
Während dieses Prozesses wird eine große Menge Energie in Form von Schockwellen und Turbulenzen freigesetzt, die wiederum das Magnetfeld komprimieren und verstärken sowie Elementarteilchen auf relativistische Energien beschleunigen können.
Aufgrund des ~ micro Gauss starken Magnetfeldes im Haufenplasma emittieren diese relativistischen Teilchen Synchrotronstrahlung im Radiobereich, die typischerweise als diffuse Quellen von Mpc-Ausmaß beobachtet wird – in Form von Radiohalos und -relikten.
Radiorelikte sind länglich Quellen, die sich meist in den Außenbereichen der Haufen befinden und Schockwellen aufzeigen, die durch Haufenverschmelzungen ausgelöst wurden. Radiohalos hingegen sind zentral im Haufen gelegene Quellen, deren Ursprung auf durch die von Haufenverschmelzung erzeugte Turbulenzen zurückgeführt wird, welche eine Wiederbeschleunigung von Elektronen bewirken.
Beobachtungen bei ultra-niedrigen Frequenzen (<100 MHz) sind entscheidend, um die Energieverteilung der Elektronen auf Hinweise zum zeitlichen Ablauf der Beschleunigungs- und Alterungsprozesse der strahlenden Teilchen zu prüfen.
Bislang wurden nur wenige Galaxienhaufen in diesem Frequenzbereich untersucht, weshalb jedes neue Objekt einen wertvollen Beitrag zum Verständnis der nicht-thermischen Physik bei ultra-niedrigen Frequenzen liefert.
Eine weitere charakteristische Komponente von Haufen im Radiobereich sind Radiogalaxien. In Haufen zeigen die Materiestrahlen aktiver galaktischer Kerne (AGN) aufgrund ihrer Wechselwirkung mit dem sie umgebenden intracluster Medium (ICM) häufig eine besondere Morphologie. Durch diese Wechselwirkung spielen sie eine wichtige Rolle in der thermischen und dynamischen Entwicklung der Haufen und dienen gleichzeitig als Quelle relativistischer Teilchen im ICM. Diese leicht-relativistischen Teilchen können später durch großskalige Prozesse im Haufen wiederbeschleunigt werden und zur Bildung der oben genannten diffusen Radioquellen beitragen.
Aufgrund ihrer charakteristisch steilen Spektren werden sowohl diffuse Haufenemissionen als auch AGN-Plasma bevorzugt bei niedrigen Radiofrequenzen (< 300 MHz) untersucht, bei denen sie intrinsisch heller erscheinen.
Allerdings sind interferometrische Radiobeobachtungen in diesem Bereich mit erheblichen technischen Herausforderungen verbunden, insbesondere durch die starke Beeinflussung durch ionosphärische Störungen, die richtungsabhängige systematische Fehler im Sichtfeld verursachen.
Mit der Einführung des LOw-Frequency ARray (LOFAR), insbesondere seines Low Band Antennas (LBA)-Systems, wurde ein neues Beobachtungsfenster eröffnet, das hochauflösende und empfindliche Aufnahmen in diesem Frequenzbereich ermöglicht.
Der Zugang zu diesem ultra-niedrigen Frequenzbereich ist entscheidend, um Emission mit ultra-steilen Spektrum nachzuverfolgen, Alterungs- und Wiederbeschleunigungsprozesse kosmischer Elektronen zu untersuchen und fossiles Plasma aus früheren AGN-Aktivitätsphasen zu erfassen.
In dieser Dissertation nutze ich die Möglichkeiten von LOFAR LBA, um eine Auswahl an Objekten zu untersuchen, die aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften wichtige Einblicke in die nicht-thermische Physik von Galaxienhaufen liefern.
Im ersten Projekt dieser Arbeit habe ich die dynamische Wechselwirkung zwischen Radiogalaxien und dem umgebenden Medium im Galaxienhaufen ZwCl0634.1+4747 untersucht. Ich kombinierte Daten von vier Teleskopen, die Frequenzen zwischen 53 MHz und 1,5 GHz abdecken, für drei sogenannte Head-Tail-Radiogalaxien in diesem Haufen. Diese stellen vermutlich eine wichtige Quelle leicht relativistischer Elektronen im ICM dar und sind somit ein zentraler Bestandteil der (Wieder-) Beschleunigungsprozesse, die für die diffuse, großskalige Radioemission in Haufen verantwortlich sind.
Für diese Untersuchung war die kombinierte Nutzung von LOFAR LBA- und HBA-Beobachtungen entscheidend, um das gesamte Ausmaß der Radiogalaxienschweife bis zu einer Entfernung von ~1 Mpc zu erfassen – darunter die längsten bekannten Head-Tail-Radiogalaxien – und um die spektralen Eigenschaften der AGN-Schweife zu charakterisieren.
Ich stellte deutliche Abweichungen von reinen Alterungsmodellen fest, die auf Synchrotron- und inverse-Compton-Verlusten basieren.
Abschließend untersuchte ich verschiedene physikalische Prozesse, die für dieses Verhalten verantwortlich sein könnten, und zeigte, dass durch Turbulenzen im Schweif verursachte Wiederbeschleunigung – ausgelöst durch die Wechselwirkung mit dem ICM – eine plausible Erklärung darstellt.
Im zweiten und dritten Projekt konzentrierte ich mich auf die Teilchenbeschleunigung in haufenverschmelzenden Galaxienhaufen durch die Untersuchung von Radiorelikten und Halos.
Das zweite Projekt befasst sich mit CIZA J2242.8+5301, einem wohlbekannten verschmelzenden Galaxienhaufen, der ein prototypisches Beispiel für ein Radiorelikt enthält.
Für dieses Objekt führte ich die erste vollständige Reduktion und Kalibration von LOFAR LBA-Daten bei 45 MHz durch, wobei ich ein durch thermisches Rauschen begrenztes Bild mit ~1.5 mJy/beam erzielte.
Durch die Kombination dieser Beobachtungen mit umfangreichen Multifrequenzdaten bis 3 GHz konnte ich integrierte und räumlich aufgelöste Spektralindizes sowie Karten der spektralen Krümmung erzeugen.
Darüber hinaus ermöglichten die niederfrequenten Daten – die naturgemäß weniger von Strahlungsverlusten betroffen sind – eine direkte Abschätzung des Injektionsspektrums und damit der Mach-Zahlen der Schockfronten: Mach = 2.9 +- 0.5 und 2.9 +- 0.8 für das nördliche bzw. südliche Relikt.
Schließlich untersuchte ich die Oberflächenhelligkeitverteilung des nördlichen Relikts – jener gut definierten Radiostruktur, die dem Haufen den Spitznamen „Sausage Cluster“ eingebracht hat.
Ich stellte fest, dass der östliche Teil des nördlichen Relikts entgegen den Erwartungen ein bemerkenswert symmetrisches Profil zeigt, mit „Flügeln“ zu beiden Seiten des Maximums.
Dies steht im Widerspruch zum Standardszenario, das von einer einzigen, scharfen Schockfront mit nachgelagerten Strahlungsverlusten ausgeht.
Zur Erklärung modellierte ich das Oberflächenhelligkeitsprofil unter Berücksichtigung von Projektionseffekten, Magnetfeldvariationen und Schockdeformation, um eine realistischere Beschreibung der beobachteten Emission zu liefern.
Das dritte Projekt konzentriert sich auf das komplexe dreifachverschmelzende System Abell 746, in dem ich mehrere reliktartige Strukturen sowie das zentrale Radiohalo mithilfe von LOFAR LBA, HBA und ergänzenden höherfrequenten Daten analysierte.
Ich bestätigte das Vorhandensein eines klassischen bogenförmigen Relikts im Nordwesten mit typischer spektraler Steilung, was mit einer Alterung hinter einer Stoßfront mit Mach ~2.8 übereinstimmt.
Ähnlich niedrige Mach-Zahlen wurden für die anderen reliktartigen Strukturen (R1, R2, R3) abgeleitet, was auf eine ineffiziente Teilchenbeschleunigung hinweist und die Rolle fossilen Plasmas als Saatpopulation für die Wiederbeschleunigung unterstreicht.
Schließlich zeigte sich, dass das zentrale Gebiet ein~1 Mic großes Radiohalo mit einem ultra-steilen Spektrum (~ -1.6) beherbergt, das durch Anpassung des Oberflächenhelligkeitsprofils charakterisiert wurde. Eine vollständige Abtrennung von diffuser, kontaminierender Emission war jedoch nicht möglich. Dieses Ergebnis stimmt mit Vorhersagen aus dem Szenario der turbulenten Wiederbeschleunigung überein, welches ultra-steile Halos bevorzugt in massearmen Haufen wie A746 erwartet.
Die Ergebnisse dieser Arbeiten belegen, dass die Kombination aus niedrig- und ultra- niedrigfrequenten Beobachtungen entscheidend ist, um die Population steilspektraler Radioquellen in Galaxienhaufen zu identifizieren und zu charakterisieren.
Die in dieser Arbeit genutzte Synergie zwischen LOFAR HBA (~ 150 MHz) und LBA (~ 50 MHz) ermöglichte eine detaillierte Untersuchung der Spektralverteilung dieser Quellen und lieferte wertvolle Einblicke in Teilchenalterungs und -wiederbeschleunigungsprozesse, die bei höheren Frequenzen (~ GHz) verborgen geblieben wären
Boundary Layer Wind Balances and their Influence on Equatorial Sea Surface Temperatures
No full textWas machen äquatoriale Oberflächenwinde über dem Ozean so besonders – und warum verdienen sie unsere Aufmerksamkeit? Diese Oberflächenwinde wirken als Teil der Schnittstelle zwischen Ozean und Atmosphäre sowohl an ozeanischen als auch atmosphärischen Prozessen mit. Sie entziehen dem Ozean Wärme, übertragen diese in die darüberliegende Atmosphäre und treiben damit atmosphärische Dynamiken an, indem sie Oberflächentemperaturen, Feuchtigkeitsprofile und die Stabilität der Grenzschicht beeinflussen. Das Verständnis der Oberflächenwinde ist für Mechanismen des Energie-, Feuchtigkeits- und Impulsaustauschs in tropischen Regionen elementar.
Obwohl bekannt ist, dass temperaturbedingte Druckgradienten die Windrichtung in der äquatorialen Grenzschicht vorgeben, fehlt es an einer gründlichen Quantifizierung des Impulses in der Grenzschicht, der Windgeschwindigkeit und -richtung bestimmt. Klimamodelle beruhen oft auf einer vereinfachten Annahme bei der Parametrisierung der Oberflächenaustauschkoeffiziente für Regime mit niedrigen Windgeschwindigkeiten, wodurch Prozesse gefördert werden sollen, die nur schwer aufzulösen sind. Der Austausch von Energie, Feuchtigkeit und Impuls zwischen Atmosphäre und Ozean beeinflusst die Oberflächendruckverteilung, aber das Verständnis der Oberflächendruckmuster bleibt unvollständig.
Ich untersuche in dieser Dissertation, wie die Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ozean die äquatorialen Winde in der Grenzschicht und den Oberflächendruck beeinflussen. Zunächst quantifiziere ich die Beiträge des horizontalen und vertikalen Impulstransports zu den Grenzschichtwinden mit Hilfe des sturmauflösenden ICON-Modells in einer gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Land-Konfiguration mit einer horizontalen Auflösung von 5km quantifiziert. Es wird gezeigt, dass der horizontale und vertikale Impuls in der gleichen Größenordnung vorliegt wie die Druckgradientenkraft. Ich identifiziere zwei anhaltende Windmuster - zonal und meridional -, die durch Oberflächentemperaturen-Gradienten und Impulsprozesse angetrieben werden, was mich zur Entwicklung eines Windmodells führt, das diese Antriebskräfte widerspiegelt.
Darauf aufbauend untersuche ich die Rolle der Winde bei der Gestaltung des Oberflächendrucks und untersuche ihre Beziehung zu den Oberflächenaustauschkoeffizienten. Unter Verwendung von ICON in einer reinen Atmosphären-Land-Konfiguration mit 10km horizontaler Auflösung habe ich die Oberflächenaustauschkoeffizienten für schwache Windbedingungen erhöht. Ich verwende ERA5 Reanalysedaten, um meine Ergebnisse zu vergleichen und stelle verstärkte Druckgradienten und tiefere atmosphärische Konvektion fest. Dadurch wird deutlich, wie kleinskalige Oberflächenprozesse die großskalige atmosphärische Dynamik antreiben können.
Meine Ergebnisse tragen zu einer ganzheitlicheren Betrachtung der Grenzschichtwinde als Vermittler zwischen dem Ozean und der Atmosphäre bei. Sie werden durch Prozesse an der Meeresoberfläche und in der freien Troposphäre angetrieben, tragen aber auch zur Gestaltung dieser Systeme bei. Ich bewerte die Aufteilung des windgetriebenen Impulses neu und betone die Rolle der Oberflächendruckverteilung. Ich decke Prozesse auf, die nicht nur die Grenzschicht beeinflussen, sondern auch vertikale Profile der Dichte und Konvektion in der Troposphäre formen. Dennoch bleiben die treibenden Kräfte der zugrundeliegenden Meeresoberflächentemperatur, die die untere Randbedingung für die Grenzschicht darstellt, eine offene und herausfordernde Frage für zukünftige Forschung
Studies on Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition of Superconducting- Insulating-Superconducting Multilayers for Use in SRF Cavities
No full textSuperconducting-Insulating-Superconducting (SIS) multilayers offer a promising approach to surpass the accelerating gradients of standard bulk Nb superconducting radio frequency (SRF) cavities, while enabling more efficient and sustainable accelerators. This dissertation contributes to the pursuit of higher accelerating gradients and improved quality factors by tailoring SRF cavities, focusing on the synthesis and characterisation of SIS multilayers to pave the way for plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD)-based SRF cavities. One of the biggest challenges in developing SIS-based SRF cavities is achieving conformal and uniform coatings on the cavity shape. PEALD is the most promising technique, as it allows for conformal coating of highly structured, three-dimensional substrates without shadowing effect and with sub-nm thickness precision. Furthermore, it is a mature technology already established in industrial processes. The SIS multilayers studied consisted of AlN-NbTiN deposited on planar substrates: on Nb, representing cavity-relevant conditions, and on Si to offer insights into the intrinsic material properties. The optimisation of the SIS multilayers synthesis by PEALD was carried out by studying the superconducting properties of the NbTiN thin films. Fundamental studies were conducted using various material analysis techniques to assess the film microstructure, composition, crystal structure, and superconducting performance. The PEALD-deposited thin films were found to be smooth, which is essential for sustaining high fields in SRF cavities by minimizing field enhancements and preventing early quenching or losses. The study emphasised the interface between the superconducting and insulating films. The NbTiN composition (ratio of Nb to Ti within the ternary) was confirmed to be precisely tailored by the PEALD deposition process. The superconducting performance of NbTiN films is related to the composition and crystal structure of the film. The ratio of Nb to Ti was adjusted to 3:1 for an improved superconducting transition temperature. The PEALD-deposited NbTiN films formed the phase of interest δ-NbTiN. Post-deposition thermal procedures were found to promote crystal growth and impurities outgassing, significantly enhancing the superconducting performance of NbTiN thin films. The post-deposition annealing process was optimised, with higher annealing temperatures resulting in greater enhancements. The impact of annealing on SIS multilayers—microstructure, morphology, composition, crystal structure, and superconducting performance—was evaluated. SIS multilayers produced by PEALD met the necessary criteria for potential implementation in SRF cavities and demonstrated suitability for cavity preparation processes. Nevertheless, RF performance tests are required to assess the effectiveness of SIS coatings
Immersive Medien und Klang - Die ästhetische Wahrnehmung und Gestaltung von Musik und Klang in der virtuellen Realität
No full textDie Dissertation befasst sich mit der ästhetischen Wahrnehmung und Gestaltung von Musik und Klang in der virtuellen Realität (VR). Im theoretischen Teil werden philosophische Überlegungen zur Realität und Virtualität behandelt, unter anderem durch Gedankenexperimente wie „Brain in a vat“ von Hilary Putnam und „The Experience Machine“ von Robert Nozick. David Chalmers’ Überlegungen zu Immersion, Interaktion und Virtualisierung werden auf musikalische Kontexte angewendet. Zudem wird Luciano Floridis Philosophie der Information vorgestellt, um eine ästhetische Analyse von Musik in VR zu ermöglichen.
Im praktischen Teil untersucht die Arbeit, wie Digitalisierung und VR das klassische Konzert beeinflussen. Hybride Aufführungssituationen wie „ˈʊmˌvɛltn̩“ und „Spatial Encounters“ werden analysiert, ebenso wie virtuelle Konzertformate im Metaverse anhand von Beispielen wie „Virtuoso“ und „PatchWorld“.
Die Arbeit schließt mit einer Reflexion über die zukünftige musikalische Ästhetik in VR und betont die Notwendigkeit interdisziplinärer Ansätze, um die vielfältigen Möglichkeiten und Herausforderungen der immersiven Klangwelten umfassend zu erfasse
Über den Einsatz von Peer Production für eine Green-Growth-Ökonomie
No full textDie vorliegende englischsprachige Dissertationsschrift dokumentiert eine Untersuchung der Produktionsmethode peer production, also dezentraler Produktion mit hoher Granularität und Selbstzuweisung der Arbeit, im Kontext der Durchsetzung der Wirtschaftsform green growth in Anlehnung an Carlota Perez’ Theorie der Techno-Ökonomischen Paradigmenwechsel. Hauptsächliches Wesensmerkmal von green growth ist eine Entkopplung des Wachstums (BIP) vom Wachstum des Ressourcenverbrauchs.
Ein Anlass der Untersuchung war, dass peer production bei der Entwicklung von immateriellen Gütern teilweise bereits frühere Formen des Wirtschaftens verdrängt hat, und vor diesem Hintergrund in Teilen von Wissenschaft und Praxis angenommen wird, dass peer production von physischen Gütern ebenfalls möglich ist. Diese Annahme ist eher implizit als explizit formuliert und deswegen umso wichtiger in Frage zu stellen, weil sie gegebenenfalls für ausbleibenden Erfolg der Praxis beziehungsweise falsche Aussagen der Wissenschaft verantwortlich ist, ohne dass dies erkannt würde. Der Verfasser dieser Schrift war selbst aktiv in der Praxis der Umsetzung auf Grundlage der genannten Annahme involviert, was sowohl Software- und Hardware-Entwicklung und -Verbreitung von Infrastrukturen für die Nutzbarmachung von peer production für die Durchsetzung von green growth umfasste, als auch die Entwicklung und Verbreitung der Produkte (genauer als Artefakte zu bezeichnen) mit Infrastruktur dieser Art selbst, umfasste.
Eine weitere Rechtfertigung der Untersuchung ist eine Verschärfung der sogenannten Ökodesignverordnung durch die EU-Kommission, die eine sukzessive aber verpflichtende Einführung digitaler Produktpässe für nahezu alle physischen Güter auf dem EU-Markt vorsieht. Damit wird die Chance der Realisierung des beschriebenen angenommenen Potenzials von peer production für physische Güter erhöht, weil die Güter damit allgemein digitaler werden und sich somit eher dezentral vervielfältigen lassen.
Der Fokus der Untersuchung liegt zunächst auf der frühen Phase der Wertschöpfungskette von Hardware, also physischen Gütern. Konkret ist die erste Forschungsfrage, inwieweit peer production von Hardware, im Vergleich zu inhärent digitalen Gütern, wie etwa Software, vorkommt. Um diese Frage zu beantworten, definiert diese Studie genauer, was für sie peer production ist und greift dabei auf eine etablierte transaktionskostenbasierte Herleitung der Produktionsmethode zurück. Darauf aufbauend stellt sie den peer production-coefficient (PPC) auf, mittels dessen messbar wird, inwieweit die Entwicklung eines ökonomischen Gutes dem zuvor definierten Verständnis von peer production entspricht. Der PPC wird anschließend auf verschiedenartige Git-basierte Hardware und inhärent digitale Güter angewandt. Mittels der fuzzy-set Qualitative Comparative Analysis (fsQCA) werden die unterschiedlichen PPC-Ergebnisse verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs ist, dass physische Güter mit geringeren PPC-Werten entwickelt werden und die erste Forschungsfrage insofern beantwortet werden kann. Bei den über 60 untersuchten ökonomischen Gütern entspricht die Entwicklung jener eher der peer production, die inhärent digital sind. Es wird zugestanden, dass die Datenbasis zwar nicht unrepräsentativ ist, aber es für die Zukunft Sinn ergibt, für eine größere Aussagekraft, eine umfangreichere und breitere Datenbasis zu verwenden.
Darüber hinaus werden durch die Anwendung verschiedener weiterer qualitativer und quantitativer Methoden, insbesondere fsQCA des erwähnten Datensatzes, Bedingungen identifiziert, unter denen digital und dezentral entwickelte physische Güter, eher erfolgreich seien können. Finanzielle Kompensation der Beitragenden sticht hierbau heraus. Dies ist in Einklang mit der transaktionskostenbasierten Herleitung von peer production, wonach die höheren Transaktionskosten physischer Güter zu einer geringeren Granularität der Zusammensetzung der Beitragenden führt. Für den Erfolg physischer Güter ist es also förderlich, wenn durch finanzielle Kompensation ermöglicht wird, dass die einzelnen Arbeitspakete in der verteilten Entwicklung größer sind. Nimmt sich beispielsweise eine individuelle Entwicklerin mehr Zeit für ihren Beitrag, ist es ihr tendenziell erschwert möglich, dieses in ihrer nicht finanziell vergüteten Freizeit zu tun.
Aufbauend auf dieser Erkenntnis wird mit der Beantwortung der zweiten und dritten Forschungsfrage entlang der Wertschöpfungskette physischer Güter, die digital entwickelt werden, bis zur Rezyklierung einzelner Materialien anhand der Transaktionskosten abgeleitet, welche Art der Ökonomie die jeweils durchsetzungskräftigste ist. Nach Yochai Benkler wird hierbei zwischen Markt, Unternehmen und peer production unterschieden. Dafür wird eine digitale Infrastruktur skizziert, auf der sich eine Ökonomie entfalten könnte, die auch mittels peer production green growth erreichen könnte. Schließlich wird für die Beantwortung der vierten Forschungsfrage darauf eingegangen, was, anhand der Theorie der Techno-Ökonomischen Paradigmenwechsel, effektiv Ansätze sind, einen Transformationspfad hin zu green growth zu betreten.
Die Arbeit ist in einer erkenntnistheoretischen Haltung des kritischen Realismus verortet und steht ontologisch auf dem Fundament eines Tanach-basierten Weltbilds, das die Welt als sinnvoll geordnet und den Menschen als verantwortlichen Mitgestalter versteht. Insgesamt leistet die Studie einen originären Beitrag zur Operationalisierung und Bewertung von Peer Production im Kontext nachhaltiger Transformation, entwickelt konzeptionell Infrastrukturen zur Förderung derselben und bietet eine zukunftsgerichtete Perspektive auf deren systemische Verankerung im aktuellen techno-ökonomischen Paradigma.The English-language dissertation at hand documents an investigation into the production method peer production, which is decentralized production with high granularity and self-assigned tasks, within the context of advancing the economic model of green growth, in alignment with Carlota Perez’s theory of techno-economic paradigm shifts (TEPS). The defining feature of green growth is the decoupling of economic growth (GDP) from the growth of resource consumption.
One of the motivations behind this research was the observation that peer production has already replaced earlier forms of economic governance regimes in the development of intangible goods. Against this background, it has been implicitly assumed in parts of science and practice that peer production of physical goods is also possible. This assumption, however, is rarely made explicit and therefore needs to be critically examined, as it may contribute to a lack of success in practical implementations or flawed conclusions in scientific discourse, without being recognized as the root cause. The author of this work was personally involved in such practical implementations, both in the development and dissemination of infrastructures intended to enable peer production in support of green growth (including software and hardware), and in the development and diffusion of the resulting products (artefacts) themselves.
Another justification for this research lies in the tightening of the EU’s Ecodesign Directive, which foresees the gradual but mandatory introduction of digital product passports for nearly all physical goods on the European market. This shift increases the feasibility of the assumed potential of peer production for physical goods, as it contributes to the digitization of these goods and thus enhances their capacity for decentralized reproduction.
The study primarily focuses on the early phase of the value chain of hardware, i.e. physical goods. The first research question addresses the extent to which peer production of hardware occurs in comparison to inherently digital goods such as software. To answer this question, the study defines more precisely what is meant by peer production, drawing on an established transaction-cost-based derivation of the concept. Building on this, the study develops the Peer Production-Coefficient (PPC), a metric designed to quantify the extent to which the development of a particular good aligns with the defined concept of peer production. The PPC is applied to various Git-based hardware projects (resulting in economic goods) as well as inherently digital goods. The results are then compared using fuzzy-set Qualitative Comparative Analysis (fsQCA). The outcome of this comparison reveals that physical goods tend to be developed with lower PPC scores. Insofar, the first research question is answered: among more than 60 analysed economic goods, those that are inherently digital are more closely aligned with the characteristics of peer production. Although the dataset is not unrepresentative, the study acknowledges that future research would benefit from a broader and more comprehensive dataset to enhance generalisability.
Beyond this, the application of various additional qualitative and quantitative methods, especially further fsQCA analyses of the dataset mentioned above, enables the identification of conditions under which digitally and decentrally developed physical goods are more likely to be successful. A key finding here is the importance of financial compensation for contributors. This aligns with the transaction-cost-based derivation of peer production, in which the relatively higher transaction costs associated with physical goods tend to reduce the granularity of contributors’ involvement. Therefore, the success of physical goods in peer production environments is more likely if larger work packages can be made viable, something that financial compensation helps facilitate. For example, if an individual developer is to invest more time into her contribution, it becomes more difficult to do so purely in unpaid free time.
Building on this insight, the study addresses the second and third research questions by analysing the value chain of digitally developed physical goods through to the recycling of materials. It derives which type of economic governance, market, firm, or peer production (following Yochai Benkler), is most suitable at each stage, based on transaction cost considerations. A digital infrastructure is outlined upon which an economy could develop that leverages peer production to achieve green growth. Finally, to address the fourth research question, the study draws on the TEPS theory to explore what kinds of policy and systemic approaches might initiate a viable transformation path toward green growth.
This research is rooted in an epistemological stance of critical realism and is ontologically grounded in a Tanakh-based worldview, in which the world is seen as purposefully ordered and humanity as a responsible co-creator within that order. Ultimately, the study contributes an original framework for the operationalisation and evaluation of peer production in the context of sustainable transformation, develops conceptual infrastructures to support it, and offers a forward-looking perspective on how peer production may become systematically embedded within the current techno-economic paradigm
Notstandsbefugnisse und demokratische Erosion – Die Rolle von Notstandsbestimmungen in Autokratisierungsprozessen
Get PDFThis dissertation examines the relationship between states of emergency (SOEs) and democratic erosion, focusing on the role of SOE provisions in autocratization processes. SOEs serve as security instruments that enable the executive branch to temporarily centralize power and bypass democratic constraints to address existential threats. While the crises that usually precede the proclamation of SOE are difficult to predict, their political consequences are not. They facilitate concentration and often the abuse of power. Enacted SOE enable procedural shortcuts and repressive measures that endanger democracy. Combining theoretical insights with empirical testing, the study sheds light on how SOEs contribute to incremental democratic decline under specific conditions, advancing the understanding of the mechanisms that facilitate autocratization.
Using a cross-sectional time-series dataset, the analysis confirms that SOEs are associated with a significant decline in democracy, particularly when declared in response to man-made domestic crises rather than natural disasters. Importantly, the impact of SOEs is conditional on regime context: low- and medium-quality democracies experience democratic decline, while high-quality democracies remain resilient. Temporal analyses suggest that the democratic decline persists beyond the year of the SOE declaration, indicating long-term autocratization effects.
Moreover, the strength of emergency power provisions plays a significant role. Provisions that grant greater executive powers are associated with sharper democratic decline. However, once an SOE is declared, the specific content of these provisions no influence on subsequent changes in democracy, suggesting that the act of declaring the SOE itself is the decisive factor. Nonetheless, the high degree of power concentration enabled by such provisions makes them particularly appealing to aspiring autocrats from the outset. The dissertation also explores additional moderating effects of contextual factors. A strong opposition substantially mitigates the autocratizing effects of SOEs, while an independent judiciary seems to serve as a critical deterrent against their abuse. In contrast, diagonal accountability mechanisms, such as civil society and media oversight, exhibit no statistically significant moderating effects.
In a more detailed analysis, the study identifies specific democratic constraints targeted by aspiring autocrats during SOEs, moving from a broad, aggregated view of democracy to the impact on individual civil liberties, the rule of law, and elections. Freedom of association is especially vulnerable, with a sustained decline extending beyond the emergency period, as is the rule of law. Freedom of expression and access to alternative sources of information are also negatively impacted, though the magnitude of the effect remains uncertain. In contrast, no significant relationship is found between SOEs and freedom of peaceful assembly. Free and fair elections also remain unaffected by emergency powers.
Overall, this dissertation refines existing theories on the impact of SOEs by demonstrating their heterogeneous effects, contingent on triggering events and regime context. It contributes to the literature by highlighting the conditional nature of SOE-induced democratic erosion and the critical role of contextual safeguards, providing valuable insights for policymakers and scholars concerned with defending democracy in crisis situations.Diese Dissertation untersucht den Zusammenhang zwischen Ausnahmezuständen (SOEs) und der Erosion demokratischer Strukturen, wobei der Fokus auf der Rolle der Notstandsbefugnisse in Autokratisierungsprozessen liegt. SOEs sind Instrumente der Exekutive, um in Krisenzeiten vorübergehend Macht zu zentralisieren und demokratische Beschränkungen zu umgehen. Auch wenn die Krisen, die einen SOE auslösen, schwer vorhersehbar sind, sind die politischen Konsequenzen meist eindeutig: Sie erleichtern Machtkonzentration und Missbrauch. SOEs ermöglichen verfahrensmäßige Abkürzungen und repressive Maßnahmen, die die Demokratie gefährden. Diese Dissertation kombiniert theoretische Überlegungen mit empirischen Tests, um zu zeigen, wie SOEs unter bestimmten Bedingungen zu einem schrittweisen demokratischen Rückgang beitragen.
Durch die Analyse eines Querschnittszeitreihendatensatzes zeigt die Studie, dass ausgerufene SOEs mit einem signifikanten demokratischen Rückgang verbunden sind, insbesondere wenn sie als Reaktion auf von Menschen verursachte Krisen erklärt werden, nicht jedoch auf Naturkatastrophen. Wichtig dabei ist, dass die Auswirkungen von SOEs vom jeweiligen Regimekontext abhängen: Niedrig- und mittelqualitative Demokratien sind stärker von einem demokratischen Rückgang betroffen, während hochqualitative Demokratien resistenter bleiben. Zeitliche Analysen deuten darauf hin, dass der demokratische Rückgang über das Jahr der SOE-Erklärung hinaus anhält, was auf langfristige Autokratisierungseffekte hindeutet.
Ein weiterer wichtiger Befund betrifft die Stärke der Notstandsbefugnisse. Bestimmungen, die der Exekutive größere Machtbefugnisse einräumen, korrelieren mit einem stärkeren demokratischen Rückgang. Allerdings hat der Inhalt dieser Bestimmungen nach der Erklärung eines SOEs keinen wesentlichen Einfluss auf den weiteren Verlauf der Demokratieentwicklung. Die Erklärung des SOEs selbst scheint der entscheidende Faktor zu sein. Der hohe Grad an Machtkonzentration, den diese Bestimmungen ermöglichen, macht sie jedoch besonders attraktiv für aufstrebende Autokraten.
Darüber hinaus untersucht die Dissertation auch den Einfluss von Kontextfaktoren. Eine starke Opposition mildert die autokratisierenden Effekte von SOEs erheblich, während eine unabhängige Justiz als wichtige Bremse gegen den Missbrauch von SOEs fungiert. Im Gegensatz dazu haben Mechanismen wie zivilgesellschaftliche Beteiligung und die Medien als Kontrollorgan keinen signifikanten moderierenden Einfluss.
In einer detaillierteren Analyse geht die Studie auf die spezifischen demokratischen Freiheiten ein, die von aufstrebenden Autokraten während SOEs gezielt angegriffen werden. So ist insbesondere die Vereinigungsfreiheit besonders gefährdet und erfährt einen anhaltenden Rückgang über den Notstandszeitraum hinaus. Auch die Rechtsstaatlichkeit leidet unter SOEs. Die Meinungsfreiheit und der Zugang zu alternativen Informationsquellen sind ebenfalls negativ betroffen, wobei der genaue Umfang des Effekts jedoch unsicher bleibt. Hingegen konnte keine signifikante Beziehung zwischen SOEs und der Freiheit der friedlichen Versammlung festgestellt werden. Auch freie und faire Wahlen bleiben von Notstandsbefugnissen unberührt.
Insgesamt erweitert diese Dissertation das bestehende Wissen über die Auswirkungen von SOEs, indem sie deren unterschiedliche Effekte in Abhängigkeit vom Kontext und den auslösenden Ereignissen aufzeigt. Sie trägt zur Literatur bei, indem sie die bedingte Natur der demokratischen Erosion durch SOEs und die Bedeutung von Kontextfaktoren für die Wahrung der Demokratie in Krisenzeiten unterstreicht
Cytokeratin 10 (CK10) expression in cancer: A tissue microarray study on 11,021 tumors
Get PDFCytokeratin 10 (CK10) ist ein saures Cytokeratin vom Typ I mit niedrigem Molekulargewicht, das hauptsächlich im keratinisierenden Plattenepithel der Haut vorkommt. Bei Plattenepithelkarzinomen verschiedener Lokalisationen und bei einigen anderen epithelialen Neoplasien wurden unterschiedliche Konzentrationen von CK10 festgestellt. Um die Prävalenz der CK10-Expression in normalem und neoplastischem Gewebe umfassend zu bestimmen, wurde ein Tissue Microarray mit 11 021 Proben von 131 verschiedenen Tumortypen und -subtypen immunhistochemisch analysiert. Eine CK10-Immunfärbung war in 41 von 131 Tumorkategorien nachweisbar, darunter 18 (13,7%) Tumorarten mit mindestens einem stark positiven Fall. Die höchste Rate positiver Färbungen wurde bei Plattenepithelkarzinomen unterschiedlicher Herkunft (positiv in 18,6%-66,1%) und bei Warthin-Tumoren der Speicheldrüsen (47,8 %) festgestellt, gefolgt von verschiedenen Tumorentitäten, von denen bekannt ist, dass sie potenziell Bereiche mit Plattenepithelzelldifferenzierung aufweisen, wie Teratome (33,3 %), Basalzellkarzinome der Haut (14,3 %), adenosquamöse Karzinome des Gebärmutterhalses (11,1 %) und verschiedene Kategorien urothelialer Neoplasien (3,1 %-16,8 %). In einer kombinierten Analyse von 906 Plattenepithelkarzinomen aus 11 verschiedenen Ursprungsorten, wurde eine reduzierte CK10-Färbung mit einem hohen Grad (p<0,0001) und einem fortgeschrittenen pT-Stadium (p=0,0015) beobachtet, diese standen jedoch nicht mit einer HPV-Infektion in Verbindung. Bei 176 Plattenepithelkarzinomen des Gebärmutterhalses stand die CK10-Färbung in keinem statistischen Zusammenhang mit dem Grad (p=0,1509), dem rezidiv freien (p=0,5247) oder dem Gesamtüberleben (p=0,5082). In der Harnblase trat die CK10-Färbung häufiger bei muskelinvasiven Urothelkarzinomen (17,7%), als bei nicht-invasiven Urothelkarzinomen (4,0%-6,0%; p<0,0001) auf. Zusammenfassend unterstreichen unsere Daten eine Rolle von CK10 als Marker für die reife, keratinisierende Plattenepithelzelldifferenzierung in Epithelgeweben. Die CK10-Immunhistochemie kann daher für eine objektivere Bewertung der klinischen Bedeutung der fokalen Plattenepithelzelldifferenzierung bei Krebs hilfreich sein
Parameterizing Lagrangian cloud microphysics using machine learning
No full textParameterizations in weather and climate models are essential for representing sub-grid scale processes that cannot be explicitly resolved due to computational constraints. However, they introduce significant uncertainties in the prediction of key atmospheric variables such as precipitation, cloud cover, and the estimation of the radiative balance.
As kilometer-scale models eliminate the need for many parameterization schemes, micro-scale phenomena such as cloud microphysical processes emerge as important sources of model error. Cloud microphysical processes are represented via bulk schemes, which, while computationally efficient, rely on simplified assumptions that can lead to substantial errors in forecasts.
This thesis presents the development of machine learning (ML)
emulators aimed at improving the accuracy of these parameterizations by leveraging Lagrangian models, specifically the superdroplet method, which provides a more physically consistent representation of cloud microphysical processes. I introduce SuperdropNet, an MLbased emulator trained on superdroplet simulations, designed to predict the evolution of bulk moments while bypassing the assumptions
of the bulk schemes. I introduce new training techniques and employ methods such as autoregressive training to develop a physicsinformed ML emulator. SuperdropNet demonstrates a stable performance across a wide variety of initial conditions and outperforms previously available ML emulators for droplet collisions.
The emulator was also evaluated in an online scenario by coupling
it with the ICOsahedral Nonhydrostatic (ICON) model. Coupling ML
emulators to an atmospheric model is usually a labourious task that impedes the process of developing an effective emulator. I solved the technically challenging task of coupling a Python-based ML model to the FORTRAN codebase of ICON. I tested multiple coupling mechanisms for flexibility, ease of use, and speed, and found a C-based interface to be the most suitable. Encouragingly, when coupled to a warm bubble test scenario, SuperdropNet demonstrated long-term stability and predicted physically plausible quantities.
This research underscores the potential of ML emulators to bridge
the gap between the computational efficiency of bulk moment schemes and the physical accuracy of Lagrangian models. Such an approach could be extended to other ill-represented cloud microphysical processes in atmospheric modeling, such as sedimentation and cloudaerosol interactions, ultimately leading to more reliable weather and climate predictions