University of Kaiserslautern
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Vergleichsarbeiten (VERA): Eine empirische Untersuchung zur Akzeptanz bei Lehrkräften
Get PDFDie Forschungsliteratur zu Vergleichsarbeiten (VERA) thematisiert seit ihrer Einführung die Akzeptanz von VERA bei Lehrkräften als eine entscheidende Gelingensbedingung einer erfolgreichen Implementierung des Instruments zur Schul- und Unterrichtsentwicklung. Diesen Untersuchungen mangelt es jedoch i. d. R. an einer theoretischen Grundlage sowie einer eindeutigen oder gar einheitlichen Konzeptualisierung und Begriffsdefinition. Anknüpfend an dieses Forschungsdesiderat beschäftigt sich diese Arbeit mit der Entwicklung einer theorie- und empiriegestützen Definition von Akzeptanz (Ziel 1) und der Konkretisierung dieses Akzeptanzverständnisses im Kontext von VERA, einschließlich der Entwicklung (Ziel 2) und Validierung (Ziel 3) eines empirischen Akzeptanzmodells. Des Weiteren widmet sich die Arbeit der Analyse von Unterschieden in der Akzeptanz zwischen Grundschullehrkräften (VE-RA3) und Lehrkräften weiterführender Schulen (VERA8) (Ziel 4). Theoretische Grundlage zur Bearbeitung dieser Forschungsziele bilden Einstellungstheorien und Forschungsbefunde zur Wahrnehmung von Lehrkräften mit Blick auf Vergleichsarbeiten. Basierend auf dem Technology Acceptance Model (TAM), in Verbindung mit einschlägiger Forschungsliteratur zu Vergleichsarbeiten, werden eine Definition von Akzeptanz sowie ein entsprechendes Forschungsmodell aufgestellt. Zentrale Einflussfaktoren im Modell auf die Nutzungsintention der Rückmeldungen aus Vergleichsarbeiten stellen dabei die Wahrnehmung der zeitlichen Belastung und der Nützlichkeit dar, deren Einfluss auf Einstellung und Nutzungsintention untersucht wird. Die Überprüfung dieses Akzeptanzmodells erfolgt mittels Strukturgleichungsanalysen. Datengrundlage bilden Survey-Daten aus Befragungen mit Lehrkräften zu VERA3 (2018, N = 4 141; 2019, N = 2 751) und VERA8 (2019, N = 782). In der empirischen Überprüfung erweist sich das ursprünglich aufgestellte Modell 1 zwar als passend zu den Daten, wird jedoch aufgrund statistischer und inhaltlicher Überlegungen angepasst. Die Ergebnisse der empirischen Analyse des angepassten Modells 2, ohne eine separate Modellierung eines Aufwand-Nutzen-Konstrukts, zeigen hingegen, dass es gelungen ist, ein Forschungsmodell zur Akzeptanz von VERA aufzustellen, das sich in verschiedenen Stichproben (VERA3 und VERA8) bewährt. Zentrale Erkenntnis der Arbeit ist, dass die Nutzenwahrnehmung den wichtigsten Einflussfaktor bei der Frage nach der Weiterarbeit mit den Rückmeldungen aus Vergleichsarbeiten darstellt. Die Arbeit kann die Überlegenheit dieses Einflusses gegenüber einer zeitlichen Entlastung von Lehrkräften quantitativ belegen und verdeutlicht hierbei, dass eine Maximierung des Nutzens gegenüber einer zeitlichen Optimierung in der Praxis priorisiert werden sollte. Die Implikationen dieser Erkenntnis für Forschung und Praxis werden im letzten Teil der Arbeit diskutiert
Hypocoercivity for infinite dimensional non-linear degenerate stochastic differential equations with multiplicative noise
Get PDFWe analyze infinite dimensional Langevin dynamics with multiplicative noise. Such a dynamic is described via a coupled system of an infinite dimensional differential equation with an infinite dimensional non-linear stochastic differential equation with multiplicative noise. The coupled system is defined on the Cartesian product of two real separable Hilbert spaces and . The non-linearity of the equation is caused by considering external forces, induced by a potential function . Moreover, we allow stochastic perturbations in terms of a multiplicative noise, driven by an infinite dimensional cylindrical Wiener process in .
First, the essential m-dissipativity of the associated Kolmogorov backwards operator on defined on smooth finitely based functions is established. Moreover, we show that the strongly continuous contraction semigroup generated by the closure of in is sub-Markovian and conservative. Here, is the canonical invariant measure with density with respect to an infinite dimensional non-degenerate Gaussian measure on . The main difficulty, besides the non-sectorality of , is the coverage of a large class of potentials.
Second, we apply a refinement of the abstract Hilbert space hypocoercivity method, developed by Dolbeault, Mouhot and Schmeiser, to derive the hypocoercivity of . We take domain issues into account and use the formulation in the Kolmogorov backwards setting worked out by Grothaus and Stilgenbauer. The method enables us to explicitly compute the constants determining the exponential convergence rate to equilibrium of . To utilize this method, we derive a general Poincaré inequality for measures of type . We also derive the essential m-dissipativity and a second order regularity estimate for a perturbed infinite dimensional Ornstein-Uhlenbeck operator with possibly unbounded diffusion coefficient.
In the third part, we use abstract analytic potential theoretic results to construct a right process that solves the martingale problem for the Kolmogorov backwards generator with respect to the equilibrium measure. Under stronger assumptions, we construct a -invariant Hunt process with infinite life-time and weakly continuous paths, whose transition semigroup is associated with . This process provides a stochastically and analytically weak solution to the infinite dimensional Langevin dynamics with multiplicative noise. Hypocoercivity of and the identification of with the transition semigroups of the processes yields exponential ergodicity of the processes.
Finally, we apply our results to degenerate second order in time stochastic reaction-diffusion and Cahn-Hilliard-type equations with multiplicative noise. A discussion of the class of applicable potentials and coefficients governing these equations completes our analysis.Wir analysieren unendlichdimensionale Langevin Dynamiken mit multiplikativem Rauschen. Eine solche Dynamik wird durch ein gekoppeltes System beschrieben, welches durch eine unendlichdimensionale Differentialgleichung und eine unendlichdimensionale nichtlineare stochastische Differentialgleichung mit multiplikativem Rauschen gegeben ist. Das gekoppelte System ist auf dem kartesischen Produkt zweier reeller separabler Hilberträume und definiert. Die Nichtlinearität der Gleichung wird durch die Berücksichtigung externer Kräfte hervorgerufen, die durch die Potentialfunktion induziert werden. Zusätzlich erlauben wir stochastische Störungen in Form eines multiplikativen Rauschens, das von einem unendlichdimensionalen zylindrischen Wiener Process in getrieben wird.
Zunächst wird die essentielle m-Dissipativität des zugehörigen Kolmogorov Rückwärtsoperators , welcher auf dem Raum der glatten Zylinderfunktionen definiert ist, in etabliert. Außerdem zeigen wir, dass die stark stetige Kontraktionshalbgruppe , die vom Abschluss von in erzeugt wird, sub-Markovsch und konservativ ist. Hierbei bezeichnet das kanonische invariante Maß mit Dichte bezüglich eines unendlichdimensionalen nicht-entarteten Gaußschen Maßes auf . Die Herausforderung, neben der Nicht-Sektoralität von , ist dabei die Betrachtung einer möglichst großen Klasse von Potentialen.
Zweitens wenden wir eine Verfeinerung der von Dolbeault, Mouhot und Schmeiser entwickelten abstrakten Hilbertraum Hypokoerzitivitätsmethode an, um die Hypokoerzitivität von herzuleiten. Das heißt wir achten sorgfältig auf Definitionsbereiche und verwenden die von Grothaus und Stilgenbauer ausgearbeitete Formulierung im Kolmogorov Rückwärtsrahmen. Die Methode erlaubt die explizite Bestimmung der Konstanten, die die exponentielle Konvergenzgeschwindigkeit ins Gleichgewicht von festlegen. Um diese Methode anzuwenden, beweisen wir eine allgemeine Poincaré Ungleichung für Maße vom Typ . Wir stellen auch die wesentliche m-Dissipativität und eine Regularitätsabschätzungen zweiter Ordnung für einen gestörten unendlichdimensionalen Ornstein-Uhlenbeck Operator mit möglicherweise unbeschränktem Diffusionskoeffizienten bereit.
Im dritten Teil benutzen wir Methoden der analytischen Potentialtheorie, um einen stochastischen Prozess zu konstruieren, der das Martingalproblem für den Kolmogorov Rückwärtsoperator bezüglich des Gleichgewichtsmaßes löst. Unter stärkeren Annahmen konstruieren wir einen -invarianten Hunt Prozess, mit schwach stetigen Pfaden und unendlicher Lebensdauer, dessen Übergangshalbgruppe mit assoziiert ist. Dieser Prozess löst die unendlichdimensionale Langevin Dynamik mit multiplikativem Rauschen im stochastisch und analytisch schwachen Sinne. Hypokoerzitivität von und die Identifikation von mit den Übergangshalbgruppen der Prozesse resultieren in exponentieller Ergodizität der Prozesse.
Schließlich wenden wir unsere Ergebnisse auf entartete stochastische Reaktions-Diffusions und Cahn-Hilliard Gleichungen, zweiter Ordnung in der Zeitvariablen, mit multiplikativem Rauschen an. Eine Diskussion der Klasse zulässiger Potentiale und Koeffizienten, die diese Gleichungen beschreiben, vervollständigt unsere Analyse
Visualizing entanglement in multiqubit systems
Get PDFIn the field of quantum information science and technology, the representation and visualization of quantum states and related processes are essential for both research and education. In this context, a focus lies especially on ensembles of few qubits. There exist many powerful representations for single-qubit and multiqubit systems, such as the famous Bloch sphere and generalizations. Here, we utilize the dimensional circle notation as a representation of such ensembles, adapting the so-called circle notation of qubits and the idea of representing the -particle system in an -dimensional space. We show that the mathematical conditions for separability lead to symmetry conditions of the quantum state visualized, offering a new perspective on entanglement in few-qubit systems and therefore on various quantum algorithms. In this way, dimensional notations promise significant potential for conveying nontrivial quantum entanglement properties and processes in few-qubit systems to a broader audience, and could enhance understanding of these concepts as a bridge between intuitive quantum insight and formal mathematical descriptions
15O-Wasser PET Studien zur Sprachverarbeitung bei Patienten mit auditorischem Implantat – Relevanz des Aufnahmeintervalls und der Blutflussquantifizierung für die Analyse mittels Statistical Parametric Mapping
Get PDFIn der vorliegenden Masterarbeit wurden Machbarkeit und Vorteile von verschiedenen Aufnahmezeitintervallen, sowie einer quantitativen Analyse von Blutflusswerten für Aktivierungsstudien des auditorischen Systems bei einer kleinen Zahl von CI-Nutzern mit unterschiedlicher Hörperformance/zu erwartender Aktivierung evaluiert. Dafür wurden die PET-Daten sogenannter „good performer“ und „poor performer“ zunächst individuell analysiert. Die Beurteilung der Performance erfolgte über das Sprachverstehen im Störgeräusch (HSM-Satztest), bei dem die Probanden entweder ≥ 70 % oder ≤ 30 % verstehen [13]. Eine Unterscheidung bzw. Auswertung zwischen den Gruppen findet in der vorliegenden Masterarbeit nicht statt. Um den Ergebnissen jedoch eine breitere Gültigkeit zu geben, ist es von Vorteil, ein Spektrum unterschiedlicher CI-Nutzer mit unterschiedlicher Hörperfor-mance zu inkludieren.
Die Analyse des Aufnahmezeitintervalls wurde mittels Statistical Parametric Mapping (SPM) durchgeführt, die Blutflussquantifizierung mittels PMOD Software. Die mit diesen Verfahren individuell ermittelten Werte wurden anschließend weiter statistisch analysiert
Velocity Based Training: Adaption der geschwindigkeitsbasierten Belastungssteuerung für das Widerstandstraining mit submaximaler Bewegungsgeschwindigkeit
Get PDFVelocity Based Training ist ein Ansatz zur Belastungssteuerung im Widerstandstraining, der die volitional maximale konzentrische Durchschnittsgeschwindigkeit gegen einen bestimmten Lastwiderstand zur Steuerung der Belastungsintensität sowie das Ausmaß der intraseriellen konzentrischen Geschwindigkeitsreduktion zur Steuerung der intraseriellen muskulären Ermüdung verwendet. Die diesem Ansatz inhärente Grundvoraussetzung, sich mit volitional maximalen konzentrischen Geschwindigkeiten zu bewegen, führt jedoch dazu, dass die Steuerung der muskulären Ermüdung auf Basis der relativen Geschwindigkeitsreduktion nicht umsetzbar ist, wenn man sich im Widerstandstraining mit volitional submaximaler Geschwindigkeit bewegt. Deshalb befasste sich dieses Promotionsprojekt mit der übergeordneten Forschungsfrage, inwieweit sich ein adaptierter Ansatz der geschwindigkeitsbasierten Belastungssteuerung im Widerstandstraining auf Basis der Minimum Velocity Threshold (MVT), der eine „Relative Stopping Velocity Threshold“ ([RSVT], berechnet als Vielfaches der MVT in Prozent) zur objektiven Autoregulation der Belastungsdauer verwendet, dazu eignet, den Grad der muskulären Ermüdung innerhalb eines Trainingssatzes mit volitional submaximaler konzentrischer Bewegungsgeschwindigkeit zu steuern.
Zur Beantwortung dieser übergeordneten Forschungsfrage wurde eine explanative, prospektive Untersuchung im quasiexperimentellen Design durchgeführt. Dabei wurde für alle Probanden an einem ersten Termin die individuelle dynamische Maximalkraftleistung (1-RM) für die Langhantelübungen Bankdrücken und Kreuzheben ermittelt und an einem zweiten Termin die eigentliche Testung durchgeführt. An diesem zweiten Testtermin wurde pro Übung jeweils ein Testsatz mit volitional maximaler und ein Testsatz mit volitional submaximaler konzentrischer Bewegungsgeschwindigkeit bei einer standardisierten Belastungsintensität von 75 % 1-RM ausgeführt, während die konzentrische Bewegungsgeschwindigkeit der einzelnen Wiederholungen mittels einer Inertialsensoreinheit erfasst wurde, um die ermüdungsbedingte Geschwindigkeitsreduktion der Wiederholungen am Ende eines ausbelastenden Testsatzes zu untersuchen.
Als Antwort auf die übergeordnete Forschungsfrage dieser Untersuchung kann festgehalten werden, dass sich die RSVT grundsätzlich zur Steuerung der intraseriellen muskulären Ermüdung im Widerstandstraining mit volitional submaximaler konzentrischer Bewegungsgeschwindigkeit eignet. Für fitness- und gesundheitsorientierte Personen wurde ein RSVT-Zielkorridor abgeleitet der RSVT = 171,4 - 186,6 % MVT entspricht. Führt man einen Satz Bankdrücken mit der Langhantel mit einer Belastungsintensität von 75 % 1-RM und volitional submaximaler konzentrischer Bewegungsgeschwindigkeit so lange aus, bis die durchschnittliche konzentrische Bewegungsgeschwindigkeit (MV) einer Wiederholung ermüdungsbedingt in diesen Zielkorridor absinkt, sollten noch zwei bis drei weitere Wiederholungen ausführbar sein, bevor der Punkt des momentanen konzentrischen Muskelversagens erreicht wird. Für leistungsorientierte Personen im trainierten Zustand wurde ein RSVT-Zielkorridor von RSVT = 183,8 - 211,3 % MVT abgeleitet. Sinkt die gemessene MV einer Wiederholung ermüdungsbedingt in diesen Zielkorridor, kann mit vertretbarer Sicherheit davon ausgegangen werden, dass noch eine bis zwei weitere Wiederholungen bis zum Punkt des momentanen konzentrischen Muskelversagens ausgeführt werden können.
Die vorliegende Dissertation liefert durch diese Weiterentwicklung des Velocity Based Training einen adaptierten Steuerungsansatz, mit dem es erstmals möglich wird, die geschwindigkeitsbasierte Belastungssteuerung im Widerstandstraining auch bei volitional submaximalen konzentrischen Bewegungsgeschwindigkeiten sinnvoll anzuwenden. Aufgrund bestehender Limitationen der Untersuchung sind jedoch weitere wissenschaftliche Studien erforderlich, um die Gültigkeit, die Übertragbarkeit sowie die Effektivität des MVT-basierten Steuerungsansatzes weiter zu erforschen
Development and Evaluation of Protocols for the Operation of Wireless Ad-Hoc Networks with Quality-of-Service Requirements
Get PDFThis thesis focuses on the operation of reliability-constrained routes in wireless ad-hoc networks. A complete communication protocol that is capable of guaranteeing a statistical minimum reliability level would have to support several functionalities: first, routes that are capable of supporting the specified Quality of Service requirement have to be discovered. During operation of discovered routes, the current Quality of Service level has to be monitored continuously. Whenever significant deviations are detected and the required level of Quality of Service is endangered, route maintenance has to ensure continuous operation. All four functionalities, route discovery, route operation, route maintenance and collection and distribution of network status information, will be addressed in this thesis.
In the first part of the thesis, we propose a new approach for Quality-of- Service routing in wireless ad-hoc networks called rmin-routing, with the provision of statistical minimum route reliability as main route selection criterion. To achieve specified minimum route reliabilities, we improve the reliability of individual links by well-directed retransmissions, to be applied during the operation of routes. To select among a set of candidate routes, we define and apply route quality criteria concerning network load.
High-quality information about the network status is essential for the discovery and operation of routes and clusters in wireless ad-hoc networks. This requires permanent observation and assessment of nodes, links, and link metrics, and the exchange of gathered status data. In the second part of the thesis, we present cTEx, a configurable topology explorer for wireless ad-hoc networks that efficiently detects and exchanges high-quality network status information during operation.
In the third part, we propose a decentralized algorithm for the discovery and operation of reliability-constrained routes in wireless ad-hoc networks called dRmin-routing. The algorithm uses locally available network status information about network topology and link properties that is collected proactively in order to discover a preliminary route candidate. This is followed by a distributed, reactive search along this preselected route to remove imprecisions of the locally recorded network status before making a final route selection. During route operation, dRmin-routing monitors routes and performs different kinds of route repair actions to maintain route reliability in order to overcome varying link reliabilities
Funktionen und Folgen der Matrixorganisation: Eine funktionale Analyse zur Ableitung von Organisationsentwicklungsmaßnahmen
Get PDFMatrixstrukturen, -organisationen, -prinzipien und -modelle werden seit den 1960-er Jahren in der hauptsächlich betriebswirtschaftlichen Organisationsliteratur beschrieben. Ihre praktische Relevanz wechselte im Laufe der folgenden Jahrzehnte mehrfach. Die „Matrix“ gilt bis heute als eine zwar für Organisationen lohnende, für Mitarbeitende jedoch als schwierig zu lebende Organisationsform. Diese Arbeit geht der Frage nach, wie sich diese Ambivalenz unter einer organisationssoziologischen Perspektive darstellt. Dazu bietet sich die funktionale Analyse als Methode der Systemtheorie an. Sie fragt, welche Funktionen eine Matrixstruktur für eine konkrete Beispielorganisation erfüllt und welche - auch ungewollten - Nebenfolgen sich daraus ergeben. Dadurch werden Anschlussstellen für Organisationsentwicklungsmaßnahmen aufgezeigt
Navigating the Noise: Sparse Profile Analysis of Omics Data
Get PDFLiving systems incessantly engage in the regulation of their cellular processes to fulfill their biological functions. Beyond development-related adjustments or cell cycle oscillations, environmental fluctuations compel the system to reorganize metabolic pathways, structural components, or molecular repair and reconstitution mechanisms. These responses manifest across diverse temporal scales, necessitating an intricate regulatory orchestration. Time series experiments have become increasingly popular for charting the chronological order and elucidating the underlying mechanisms. In the era of high-throughput technologies, the majority of cellular molecules can be analyzed in one fell swoop, generating a comprehensive snapshot of the status quo of most present molecules. Methodological advancements also permit the monitoring not only of molecular abundances but also the functional status of transcripts and proteins. However, due to the still high efforts associated with such experiments, the number of measured time points and the replication of measurements remains limited. Resulting datasets contain signals from thousands of molecules, yet they are sparse in temporal resolution and are often imprecise due to biological variability and technical measurement inaccuracies.
This thesis explores the complexities arising from the examination of short time series data and introduces pioneering tools that offer fresh insights into the realm of biological time series analysis. The broad spectrum of analytic possibilities ranges from a molecule-centric investigation of individual time courses to a holistic aggregation of the system’s response to its main characteristics. By creating a modeling framework that applies domain-specific constraints, time-course signals can be transformed from a series of discrete data points into a continuous curve. These curves align with current biological conjectures about molecule kinetics being smooth and devoid of superfluous oscillations. Noise present at individual time points is judiciously accounted for during curve fitting, mitigating the impact of time points with high variance on the curve. Subsequent classification is based on the features of these curves (extreme points and inflection points) and ensures a reduction in data amount and complexity. Succinct labels assigned to each molecule's kinetics encapsulate the signal's most notable features. Besides this modeling approach, an innovative enrichment strategy is introduced, that is independent of prior data partitioning and capable of segregating the temporal response into its thermodynamically relevant components. This approach allows for a continuous assessment of each molecule's contribution to these components, obviating the need for exclusive allocation. The application of various analytical approaches to heat acclimation experiments in Chlamydomonas highlights the relevance and potential of time series experiments and specifically tailored analysis techniques. The integration of different system levels has led to the identification of regulatory peculiarities, such as an increased correlation between transcripts and corresponding proteins during acclimation responses. These and other insights may herald new avenues of research that could ultimately enhance plant robustness in the face of increasing environmental perturbations.
The growing popularity of time series experiments necessitates dedicated analytical approaches that empower researchers and analysts to decipher patterns, discern trends, and unravel the underlying structures within the data, facilitating predictions and the derivation of meaningful conclusions that could potentially build bridges between the interweaved systems levels.Ein biologisches System, sei es eine einzelne Zelle, ein Gewebe, Organ oder Organismus, beschäftigt sich unermüdlich mit der Regulierung zellulärer Prozesse, um seine biologischen Funktionen zu erfüllen. Über Anpassungen während der Entwicklung und Zellzyklus-Oszillationen hinaus, zwingen Schwankungen von Umweltfaktoren das System dazu, Stoffwechselwege, strukturelle Komponenten oder Reparationsmechanismen neu zu organisieren. Diese Reaktionen verlaufen in unterschiedlichen zeitlichen Abfolgen und Laufzeiten und erfordern dadurch eine komplexe regulatorische Orchestrierung. Zeitreihenexperimente erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, um diese Reihenfolgen zu erfassen und die zugrunde liegenden Mechanismen aufzuklären. Die Ära der Hochdurchsatztechnologien ermöglicht Wissenschaftlern, einen Großteil der zellulären Moleküle in einem einzigen Durchgang zu quantifizieren, was eine umfassende Momentaufnahme des zellulären Zustands liefert. Methodische Fortschritte ermöglichen neben der Messung der Molekülabundanz auch eine Schätzung ihrer biologischen Aktivität. Aufgrund des nach wie vor hohen Aufwands solcher Experimente ist die Anzahl von vermessenen Zeitpunkten sowie die Replikatanzahl von Zeitserienexperimenten vergleichsweise gering. Die resultierenden Datensätze enthalten die Messwerte von Tausenden von Molekülen, sind jedoch in ihrer zeitlichen Auflösung spärlich und aufgrund biologischer Variabilität und technischer Messungenauigkeiten oftmals ungenau.
Diese Arbeit befasst sich mit den Herausforderungen, die sich mit der Analyse kurzen, verrauschten Zeitreihen ergeben, und präsentiert die Entwicklung innovativer Methoden, die neue Perspektiven in der biologischen Zeitreihenanalyse eröffnen. Das Spektrum der Analysemöglichkeiten reicht von einer molekül-zentrischen Untersuchung einzelner Zeitverläufe bis hin zu einer ganzheitlichen Aggregation der Reaktion des Systems auf seine Hauptcharakteristiken. Durch die Entwicklung einer Modellierungsstrategie, die domänenspezifische Annahmen durchsetzt, können Zeitseriensignale aus einer Reihe diskreter Datenpunkte in einen kontinuierlichen Abundanz-Verlauf umgewandelt werden. Die entstehenden Kurven entsprechen aktuell gültigen Annahmen über die Kinetik von biologischen Molekülen, indem ihr Verlauf glatt ist und keine unnötigen Oszillationen aufweisen. Vorhandenes Rauschen an einzelnen Zeitpunkten wird bei der Modellierung berücksichtigt, um die Auswirkungen von Zeitpunkten mit hoher Varianz auf die Kurve zu mildern. Eine anschließende Klassifizierung, die auf den Merkmalen dieser Kurven beruht (Lage und Beschaffenheit von Extrem- und Wendepunkten), ermöglicht eine Reduktion der Datenmenge und -komplexität. Jedem Molekül kann so eine Kennzeichnung seiner Kinetik zugewiesen werden, die die auffälligsten Merkmale des Signals zusammenfasst. Neben dieser Zeitserien-Modellierung wird außerdem eine Label-Enrichment-Strategie vorgestellt, die von einer vorherigen Aufspaltung des Datensatzes unabhängig ist und außerdem die biologischen Reaktionen in ihre markantesten Komponenten unterteilt. Diese Methodik ermöglicht eine gewichtete Zuordnung der Molekülrelevanz zu diesen Komponenten. Die Anwendung verschiedener analytischer Strategien auf Hitzeakklimatisierungs-Experimente in Chlamydomonas soll die Relevanz und das Potenzial von Zeitreihenexperimenten und speziell darauf zugeschnittenen Analysetechniken unterstreichen. Durch die Integration verschiedener Systemebenen konnten regulatorische Besonderheiten unter Hitze ermittelt werden, wie beispielsweise eine erhöhte Korrelation zwischen Transkripten und ihren entsprechenden Protein-Abundanzen. Diese und weitere Einblicke eröffnen neue Forschungsansätze, die angesichts zunehmender klimatischer Veränderungen letztendlich die Widerstandsfähigkeit von Pflanzen steigern könnten.
Die wachsende Popularität von Zeitreihenexperimenten erfordert spezielle analytische Methoden, die Forschende dazu befähigen, zugrunde liegende Muster und Strukturen in den Daten zu entschlüsseln. Dies trägt dazu bei, Vorhersagen zu ermöglichen und Schlussfolgerungen abzuleiten, die potenziell unerkannte Verbindungen zwischen miteinander verflochtenen Systemebenen sichtbar machen
Characterisation of Aphanomyces astaci’s virulence: from phenotype to genome
Get PDFEuropean crayfish species are considered keystone in freshwater ecosystems. As such, their conservation is of paramount importance to prevent biodiversity decline and loss of ecosystem function. Unfortunately, today, European crayfish species are among the most threatened crayfish species worldwide. An especially relevant threat is represented by the invasive pathogen Aphanomyces astaci. This oomycete, native of North America, has been one of the main causes of crayfish population declines across Europe since its first introduction 150 years ago, to the point of causing the local extinction of many populations. Over the years, several introductions of A. astaci strains into Europe took place through translocation of infected North American crayfish, and were followed by mass mortalities across European crayfish populations. However, in the past 20 years, more and more reports emerged of European crayfish populations surviving A. astaci infections or being latently infected with the pathogen. The survival of infected crayfish can be ascribed to both increased resistance of some crayfish populations and decreased virulence of some A. astaci strains. As the relationship between host and pathogen in Europe is changing, it is imperative to gain insights on what shapes these changes to understand the implications for the long-term coexistence of crayfish and A. astaci in Europe. With this thesis, I focused on the virulence of A. astaci, looking for mechanisms, patterns and determinants underlying the pathogen’s virulence variability. In particular, by characterising the virulence of several A. astaci strains, I identified two possible different mechanisms of loss of virulence. I revealed that A. astaci’s virulence variability is not linked to variation of in vitro growth and sporulation, traits classically associated with a pathogen’s virulence. Based on these results, I suggest that the pathogen’s virulence determinants are likely its “virulence effectors”, of which A. astaci genome is enriched. Additionally, with the present work I provided transcriptomic evidence of coevolution between A. astaci and European crayfish. I showed that the haplogroups based on the canonical mitochondrial markers, often used to assess A. astaci’s virulence to inform management actions, do not differ for some of their characterising phenotypical traits, including virulence. Finally, after experimental characterisation of virulence and assessment of its likely phenotypical determinants, i.e., sporulation and growth, the next and more comprehensive step to study the pathogen’s virulence is through genomic approaches. To this aim, I provided key data for future comparative genomic studies, i.e., highly complete genome assemblies based on Nanopore (3) and Illumina reads (11). These data can be exploited in several ways, from building a pangenome of the species to a genome-wide association study (GWAS), that can offer a much deeper understanding of A. astaci’s virulence and adaptability. In particular, the identification of the loci associated with virulence through a GWAS has the potential to be revolutionary for the management of A. astaci, as it can become the basis to create a genomic tool to quickly and accurately assess the virulence of newly introduced strains, directing management actions towards the more dangerous strains
Multifunktionale Bauteile als Wärmespeicher
Get PDFGebäude tragen aktuell in Deutschland zu rd. 30 % der Treibhausgasemissionen bei, die reduziert werden sollen. Um dies zu erreichen, werden aktuell unterschiedlichste Ansätze diskutiert, die von der Reduktion der Wärmebedarfe über einen höheren Anteil an Erneuerbaren Energien am Wärmebedarf reichen. Für letzteres müssen das Angebot an Erneuerbaren Energien und der Wärmebedarf durch Speicherung ausgeglichen werden. Neben Pufferspeichern kann auch die Masse des Gebäudes zur Wärmespeicherung genutzt werden. Bei einem hydraulischen System eine thermische Aktivierung – wasserführende Rohre im Bauteil - mit dem Heizsystem verbunden. Da das Bauteil neben den passiv energetischen, statischen und konstruktiven Funktionen auch die aktiven energetischen Funktionen Wärmespeicherung- und -übertragung übernimmt, werden diese als multifunktionale Bauteile (MFB) bezeichnet. Um mit Hilfe der MFB die Treibhausgasemissionen von Gebäuden zu reduzieren, muss deren Temperatur- und Leistungsverlauf in Folge einer Beladung bekannt sein. Im Rahmen dieser Arbeit wird am Beispiel eines repräsentativen Einfamilienhauses mit MFB und Solarthermie gezeigt, dass durch die Ausbildung von Außenwänden als multifunktionale Bauteile die Treibhausgasemissionen im Betrieb von 56 auf 32 t-CO2-Äq., also um 40 %, reduziert werden können. Diese Einsparung ist vorrangig auf die Steigerung des Anteils solarer Wärme am Wärmebedarf auf Grund der MFB zurückzuführen. Wird der gesamte Lebenszyklus des Gebäudes betrachtet, sinken die Emissionen von 86,2 auf 63 t-CO2-Äq., was einer Einsparung von 27 % entspricht. Diesen Einsparungen resultieren in höheren Lebenszykluskosten, welche von 521.000 auf 525.000 €, also um weniger als 1 %, steigen. Bei der Untersuchung von Schichtaufbau, Größe und Orientierung der multifunktionalen Bauteile als Außenwände konnte gezeigt werden, dass die gängigen Aufbauten, Kernaktivierung einer 20 cm dicken Tragschale und Dämmung mit UAW = 0,28 W/(m².K), zu den geringsten Bedarfen an elektrischer Energie führen. Bei der Lage der Aktivierung sollten Außenwände von Räumen ausgewählt werden, die keine nach Süden oder Westen orientierten Fenster aufweisen. Die intendierte zeitversetzte Wärmeabgabe der multifunktionalen Bauteile deckt dann am besten die Heizlast, die im Tagesgang primär durch die Orientierung der Fenster des jeweiligen Raumes beeinflusst wird.Um die multifunktionalen Bauteile mit thermischer Aktivierung in die Baupraxis zu ermöglichen, schließt die Arbeit mit einem Vorschlag zu deren Berücksichtigung in der DIN V 18599