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Pharmakophagie: Drogen, Sex und Schmetterlinge
Authors: Boppré Michael
Published: May 2005

Der stürmischen Entwicklung analytisch‐technischer Möglichkeiten in den letzten drei Jahrzehnten ist es zu verdanken. daß Substanzen selbst in Mikromengen chemisch charakterisierbar sind. Tausende neuer Naturstoffe konnten so identifiziert werden. Über ihre biologischen Funktionen beginnen wir, mehr and mehr zu lernen, und entdecken ungeahnt komplexe Beziehungen auf allen Ebenen, von der des Individuums bis zur Population und den vielfältig vernetzten Ökosystemen. Chemische Kommunikation spielt eine zentrale Rolle in der belebten Welt. Das Verständnis ihrer Grundlagen ist für uns Menschen zwangsläufig von immenser Bedeutung, nicht zuletzt für Bemühungen um umweltverträgliche Programme zum Management von Schadpopulationen.

Ziele und Aufgaben der jungen und multidisziplinären „Chemischen Ökologie”︁ sind es, all diejenigen Interaktionen zwischen Organismen zu untersuchen, die durch Naturstoffe vermittelt werden. Zu ihren bislang herausragenden Themengebieten gehören beispielsweise Beziehungen zwischen Insekten und Pflanzen, aber auch Pheromone, das sind Sekrete, die der innerartlichen Kommunikation von Organismen dienen.

Hier wird über Insekten berichtet, die Wehrstoffe („Gifte”︁) von Pflanzen unabhängig vom Nahrungserwerb aufnehmen können und diese Substanzen sowohl zum eigenen chemischen Schutz vor Gegenspielern als auch zur sexuellen Verständigung nutzen. Die chemische Ökologie solcher „pharmakophager Insekten”︁ liefert grundlegende Kenntnisse über Insekten‐Pflanzen‐Beziehungen. Sie verknüpft dabei klassische biologische Forschungsgebiete wie (Balz‐) Verhalten, (Sinnes‐ und Stoffwechsel‐) Physiologie, (Funktions‐)Morphologie und Taxonomie in einem ökologischen und evolutionsbiologischen Kontext untereinander wie auch mit der Naturstoffchemie.
Protonephridien: neue Erkenntnisse über Funktion und Evolution
Authors: Xylander Willi E. R. , Bartolomaeus Thomas
Published: May 2005

Bei wirbellosen Tieren treten verschiedene Exkretions‐ und Osmoregulationsorgane auf. Von diesen besitzen die Nephridialorgane eine besondere strukturelle Vielfalt; sie bestehen aus einer Filtrationsstruktur und einem ableitenden Kanalsystem. Das Filtrationselement erzeugt ein Ultrafiltrat, den Primärharn, der im Kanal modifiziert wird (Abbildung 1a, b.) In diesen Eigenschaften zeigen sie ein Funktionsprinzip, das auch vom Säugernephron bekannt ist. Bei den Nephridialorganen werden traditionell Protonephridien und metanephridiale Systeme unterschieden.

Protonephridien sind zur Leibeshöhle hin blind geschlossen (Abbildung 1c.) Sie bilden eine räumliche Einheit von Filtration (durch eine extrazelluläre Matrix im Bereich der proximalen Zellen, der Terminalzellen) und Resorption (durch die nachgeschalteten Kanalzellen). Bei metanephridialen Systemen sind Filtrationsstruktur und Kanalsystem räumlich voneinander getrennt [1,2]. Die Filtration erfolgt durch eine das Blutgefäßsystem auskleidende, extrazelluläre Matrix in das Coelom, die Resorption im Verlauf eines Kanals, der mit einem Wimpertrichter in das Coelom öffnet (Abbildung 1d). Bei dem ableitenden und rückresorbierenden Kanal sprechen wir von einem Metanephridium; das gesamte Exkretionssystem bezeichnet man als metanephridiales System. Das Coelom stellt damit funktionell einen „Speicher”︁ für den Primärharn dar.

Protonephridien sind erst in der Stammlinie der Bilateria entwickelt worden. Während einige Gruppen in allen Entwicklungsstadien Protonephridien als einzige Exkretionsorgane besitzen (Plathelminthes, Aschelminthes, Nemertini), treten sie in anderen Gruppen ausschließlich in den Larven auf (Mollusca, viele Annelida, Echiura, Tentaculata). In einigen Teilgruppen der Anneliden findet man Protonephridien allerdings auch in den postlarvalen Stadien (2,3).

Die vorliegende Arbeit stellt aktuelle Überlegungen und Interpretationen zur Entwicklung und Funktion der Protonephridien vor.
Die Optimierung des Energie und Stoffhaushalts von Zellen durch die Evolution
Authors: Wieser Wolfgang
Published: May 2005

Schenken wir den Deutungen von Paläontologen und Paläochemikern Glauben, dann gibt es auf dieser Erde seit etwa 3,5 Milliarden Jahren prokaryote und seit etwa 2 Milliarden Jahren eukaryote Zellen. Da zu den Axiomen der biologischen Evolutionstheorie die bereits von Charles Darwin formulierte Bedingung gehört, daß Lebewesen stets mehr Nachkommen produzieren als heranreifen können, muß sich die Evolution von Zellen auf der Erde von Anfang an unter dem Druck einer konsequenten Selektion in Richtung auf effiziente Ressourcennutzung vollzogen haben. Bei jeder Vermehrungsrunde mußten jene Varianten im Vorteil gewesen sein, die unter den gegebenen Bedingungen die zur Verfügung stehenden Ressourcen mit etwas geringeren Verlusten in Körpersubstanz und Nachkommen zu verwandeln vermochten als andere Varianten. Bedenkt man, daß die Generationendauer eines „modernen”︁ Prokaryoten bei 37 °C bloß 20–30 Minuten beträgt, dann sollten sich auch minimalste Selektionsvorteile in der zur Verfügung gestandenen Zeitspanne auf einen perfektionierten Systemzustand zusammenaddiert haben. Die Hypothese erscheint plausibel, daß die Strategien des zentralen Energie‐ und Stoffhaushalts von Zellen die bestmögliche, das heißt die sparsamste und effizienteste Lösung des Problems der Nutzung von Ressourcen durch Lebewesen repräsentieren.
Die Pflanzengalle – Ein Aktionsfeld für Organismen
Authors: Beiderbeck Rolf
Published: May 2005

Regelmäßig im August/September sieht man an den Blattunterseiten unserer Eichen in großer Anzahl schirmförmige, ockerfarbene Gebilde von 4–6 mm Durchmesser, die fest mit der Blattspreite verbunden sind und den Namen „Große Linsengallen”︁ tragen. Im Innern befindet sich eine Kammer, die die Larve der GallwespeNeuroterus quercusbaccarum(Abbildungen 1a und b) beherbergt. In engster Nachbarschaft werden oft auf demselben Blatt die formabweichenden Krempengallen (mitN. laeviusculus reflexus, Abbildung 2) und weitere Gallen mit anderen Neuroterus‐Arten (Abbildung 3) gefunden.

Was aber ist eine Pflanzengalle? In Anlehnung an Küster [4] und Braun [2] lassen sich Pflanzengallen oder Cecidien folgendermaßen definieren: Es handelt sich um limitierte Wachstumsreaktionen der Pflanzen (Wirte), die durch Viroide, Viren oder lebende Organismen (Gallerreger) verursacht werden. Zwischen Wirt und Erreger bestehen direkte ernährungsphysiologische Beziehungen.
Warum eine Immunisierung gegen Malaria so schwierig ist
Authors: Wenk Peter
Published: May 2005

Malaria gehört zu den größten Massenseuchen der Menschheit, wenn sie nicht die größte überhaupt ist: Etwa 45 % der Weltbevölkerung sind dauernd von ihr bedroht. Jahr für Jahr rechnet man mit 200 Millionen Neuerkrankungen. Bei einer globalen Letalität von nur 1 % bedeutet dies zwei Millionen Tote pro Jahr, zumeist Kinder bis zum Alter von sechs Jahren. Für die Überlebenden bringt sie ein oft lebenslanges Siechtum mit sich, eine ungeheure soziale Last für die betroffene Bevölkerung mit entsprechenden wirtschaftlichen Folgen. Nachdem weder Medikamente noch weltweit eingesetzte Insektizide daran das geringste zu ändern vermochten, scheint eine vorbeugende Schutzimpfung die einzig mögliche Lösung. Mit Hilfe der neuen molekularbiologischen Techniken versuchen verschiedene Arbeitsgruppen, eine entsprechende Vakzine zu entwickeln.
Palicourea marcgravii: „Giftcocktail”︁ gegen Freßfeinde
Authors: Kemmerling Wilhelm
Published: May 2005

Pflanzen sind bestrebt, sich vor Freßfeinden zu schützen. Eine Möglichkeit liegt in der chemischen „Kampfführung”︁. Dabei ist es die rabiateste Methode, seinen Freßfeind zu töten. Im Falle von Palicourea marcgravii geschieht dies mit einer optimierten Giftmischung aus vier Substanzen (Fluoracetat, N‐Methyltyramin, 2‐Methyltetrahydro‐ß‐carbolin und ω‐Fluorfettsäuren), die sich ideal in ihrer todbringenden Wirkung ergänzen und verstärken. Da die Vergiftung durch Palicourea häufig Weidetiere betrifft und daher zu einem beträchtlichen wirtschaftlichen Schaden führt, ist das Interesse an der Aufklärung der Giftwirkung natürlich groß.
Die „Evolutive Biotechnologie”︁ und ihre Perspektiven
Authors: Brakmann Susanne , Kettling Ulrich , Oehlenschläger Frank
Published: May 2005

Im Jahre 1943 fragte Erwin Schrödinger im Rahmen seiner Dubliner Vorlesung: „Wie lassen sich die Vorgänge in Raum und Zeit, welche innerhalb der räumlichen Begrenzung eines lebenden Organismus vor sich gehen, durch die Physik und die Chemie erklären? „Die mit dieser Frage nach dem Wesen des Lebens formulierte Herausforderung stand am Anfang einer Entwicklung, die 1953 zur Entdeckung der „Doppelhelix”︁‐Struktur der DNA durch Francis Crick und James Watson führte. Die Auflösung dieser Struktur ermöglichte erstmals die mechanistische Erklärung von Vervielfältigung, Veränderung und Ausführung der genetischen Information und legte damit den Grundstein für die moderne Molekularbiologie.

Fünfzig Jahre später haben wir zwar keine allgemeingültige Antwort auf Schrödingers wohl zu allgemein formulierte Frage „Was ist Leben?”︁, aber wir können immerhin lebende Organismen als komplexe, anpassungsfähige Systeme beschreiben, die sich von beliebig komplexen chemischen Systemen durch ihre Fähigkeit zur funktionalen Selbstorganisation unterscheiden. Funktionale Selbstorganisation meint die Koordinierung sämtlicher für einen Organismus nötigen biologischen Reaktionsabläufe, instruiert durch genetische Information. Diese Information entsteht von allein, sie generiert sich selbst durch Rückkopplungsschleifen, und ihr oberstes Prinzip lautet Selbsterhaltung. Der Menge an Information und ihrer Komplexität sind dabei keinerlei Grenzen gesetzt. Genetische Information existiert in Form von RNA oder DNA; sie ist also an Materie gebunden; da aber Materie ständig zerfällt und mithin die durch sie vermittelte Information nicht als solche beständig ist, bedarf es der reproduktiven Bewahrung. Selbstreproduktion ist in der Tat die einzige Möglichkeit, diese Information wirklich unbegrenzt zu erhalten.

Erfolgt der Prozeß des Kopierens fehlerhaft, entstehen Varianten, und diese werden – ebenso wie die ursprüngliche Information – anhand ihrer zugehörigen Funktion selektiv bewertet. Auf diese Weise ist eine Anpassung an sich verändernde Reproduktionsbedingungen möglich. Funktionelle Optimierung in sich laufend wiederholenden Zyklen von Mutation – Selektion – Reproduktion ist aber nichts anderes als das Prinzip der natürlichen Evolution, das schon Charles Darwin erkannt hatte.
Legionella pneumophila: Umweltbakterium und Erreger der Legionärskrankheit
Authors: Steinert Michael , Hacker Jörg
Published: May 2005

Im Jahre 1976 kam es während einer Tagung von amerikanischen Legionären bei vielen Teilnehmern zu schweren Lungenentzündungen und zu mysteriösen Todesfällen. Als Erreger wurde einige Zeit später ein Bakterium beschrieben, das den Namen Legionella pneumophila erhielt. Die von Legionellen ausgelöste Infektionskrankheit, Legionellose, oder aufgrund der historischen Vorgeschichte auch „Legionärskrankheit”︁ genannt, unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht von anderen Lungeninfekten:

Im Gegensatz zu Pneumokokken und Tuberkelbazillen sind Legionellen ausschließlich im Wasser beheimatet.

Die Übertragung dieser Bakterien erfolgt nicht von Mensch zu Mensch, sondern durch Inhalation keimhaltiger Aerosole, wie sie in Duschen, Klimaanlagen und Kühltürmen entstehen.

Durch die zunehmende Technisierung der menschlichen Umwelt nimmt auch die Gefährdung durch dieses Bakterium zu. Verschiedene Forschungsansätze haben in den vergangenen Jahren zu einem tieferen Verständnis dieses interessanten Krankheitserregers geführt.
Import kernkodierter Proteine des Photosyntheseapparates in den Chloroplasten
Authors: Knötzel Jürgen , Grimme L. Horst
Published: May 2005

Die Photosynthese‐ oder Thylakoidmembran im Chloroplasten nimmt eine einzigartige Stellung innerhalb der Biomembranen ein: sie wandelt Sonnenenergie in chemische Energie um. Die Proteine, die sie dazu benötigt, sind zweifachen genetischen Ursprungs. Chloroplasten besitzen zwar eine eigene DNA und die Fähigkeit, Proteine innerhalb des Organells zu synthetisieren, aber dennoch befindet sich etwa die Hälfte aller Gene für Chloroplastenproteine im Cytosol der Pflanzenzelle synthetisiert. Im Laufe der Evolution ist ein Großteil der chloroplastidären Gene zum Zellkern transferiert worden oder gar ganz verlorengegangen. Das konfrontierte die eukaryotische Zelle mit dem Problem, die Proteine in den Chloroplasten zu importieren und in die verschiedenen Subkompartimente innerhalb des Organells zu verteilen. Die Koordination zweier Genome ist notwendig, um zu gewährleisten, daß die Proteine der Photosynthesemembran ‐ wie auch alle anderen kernkodierten Chloroplastenproteine ‐ zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort in annähernd richtiger Stöchiometrie vorhanden sind.

Kernkodierte Proteine können erst in die vier Multiproteinkomplexe der Thylakoidmembran, in die Photosysteme I und II, in den Cytochrom b6/f‐Komplex und die ATP‐Synthase, eingebaut werden, wenn sic bis zu drei Membranen und zwei wäßrige Kompartimente des Chloroplasten durchquert haben: die doppelte Chloroplastenhüllmembran, die Thylakoidmembran, den Intermembranraum zwischen den beiden Hüllmembranen und das Stroma (Abbildung 1).
Aquatische Ökosysteme und globale Klimaänderungen
Authors: Häder Donat‐P.
Published: May 2005

Die aquatischen Ökosysteme produzieren etwa genauso viel Biomasse wie alle terrestrischen Ökosysteme zusammengenommen. Neben den Makroalgen, welche die Küsten der Weltmeere besiedeln, sind vor allem die Phytoplanktonorganismen (meist einzellige Mikroalgen) die wichtigsten Primärproduzenten. Obwohl die Einzelorganismen mikroskopisch klein sind (Abbildung 1), stellen sie die entscheidende erste Stufe des weitverzweigten Nahrungsnetzes dar. Eine meßbare Reduktion der Produktivität des Phytoplanktons durch erhöhte solare UV‐Strahlung hat sicherlich drastische Folgen für die nachgeschalteten Nahrungsketten sowie das gesamte Ökosystem. Außerdem muß mit dramatischen Folgen für unser Klima gerechnet werden [9].
Die Rolle begrünter Dächer in der Stadtökologie
Authors: Mann Gunter
Published: May 2005

Gärtnerisch begrünte Dächer stehen immer mehr im Blickpunkt siedlungsökologischer Untersuchungen, zumal die Zahl der Städte zunimmt, die Dachbegrünungen im Sinne des ∫ 8a des‐Bundesnaturschutzgesetzes als Ausgleichsmaßnahme vorschreiben. Ebenso nehmen die Diskussionen um die ökologische Wertigkeit von Dachbegrünungen zu, und es gibt Bestrebungen von öffentlicher Seite, Bewertungsschlüssel und Punktesysteme zur Beurteilung von Dachbegrünungen aufzustellen. Das Begrünen von Dächern ist eine ökologische Notwendigkeit, da täglich 80 Hektar unbebautes Land in den alten Bundesländern durch Häuser und Straßen „versiegelt”︁ werden.

Die Vorteile von Dachbegrünungen stellen sich wie folgt dar:

Schutz der Dachabdichtung vor UV‐Strahlung und Witterungseinflüssen, wie Wind und Hagel;

Minderung der Extremtemperaturen im Sommer und Winter, welche die Dachhaut stark belasten;

Wärmedämmfunktionen;

Staubbindung und Lärmminderung;

Verbesserung des Mikroklimas;

Wasserrückhalt und Verzögerung des Wasserabflusses und damit Entlastung der Kanalisation;

Teilweise Nutzung als Freizeitbereiche bei begehbaren Dachgärten;

Funktion als ökologische Ausgleichsflächen.

Der letztgenannte Punkt soll hinsichtlich der Fauna auf begrünten Dächern im Mittelpunkt dieses Artikels stehen. Doch zuerst sollen das Dach mit seinen Charakteristika und dessen Flora angesprochen werden.
Biophysik des Gehörs. Teil II: Die kontraintuitive Effektivität nichtlinearer Dynamik in der biologischen Informationsverarbeitung
Authors: Euler Manfred
Published: May 2005

Die Nichtlinearitäten des Innenohrverstärkers korrespondieren mit einer Reihe bemerkenswerter Eigenschaften des Gehörs. Die nichtlineare Dynamik strapaziert heftig unser Anschauungsvermögen und bringt eine Reihe überraschender Verhaltensweisen hervor, die sich für biologische und technische Prozesse der Informationsverarbeitung als sehr wirksam erweisen. Man beginnt allmählich, das trickreiche Zusammenspiel linearer und nichtlinearer Verarbeitungsprozesse beim Hören in seiner Gesamtheit zu verstehen. Wir präzisieren die im ersten Teil bereits näher ausgeführte kontraintuitive Effektivität nichtlinearer Mechanismen, die dem „blinden”︁ materiellen Substrat so etwas wie ein zielgerichtetes, sinnvolles, intelligentes Verhalten zu verleihen scheinen.
Funktion und Bedeutung der Isoprenabgabe durch Pflanzen
Authors: Zimmer Wolfgang
Published: May 2005

Eine Reihe höherer Pflanzen emittiert in Abhängigkeit von den jeweiligen Umweltbedingungen den flüchtigen Kohlenwasserstoff Isopren (2‐Methyl‐1,3‐Butadien) (Abbildung 1). Flüchtige organische Verbindungen wie Isopren spielen in der Chemie der Troposphäre eine wichtige Rolle. Sie beeinflussen als Reaktionspartner der verschiedenen hochreaktiven Sauerstoff‐verbindungen die Oxidationskapazität der Troposphäre und damit die Abbauraten anderer klimarelevanter Spurengase wie Methan. Eine weitere Rolle spielen sie bei der Bildung von Photosmog, der in den Sommermonaten bei stabiler Inversion und schwachen Winden auftreten kann. Zusammen mit anthropogen emittierten Stickoxiden können sie hier zu lokal hohen, gesundheitsschädlichen troposphärischen Ozonkonzentrationen und Photooxidantien führen. Isopren kann somit zu den klimarelevanten Spurengasen gezählt werden, und die Emission dieses Gases ist in ein weltweites Interesse gerückt.
Das Nervensystem des Flußkrebsmagens
Authors: Böhm Hartmut , Eitner Pascal , Messaï Eva , Heinzel Hans‐Georg
Published: May 2005

Seit jeher hat den Menschen die Frage fasziniert, wie Lebewesen ihre Umwelt wahrnehmen und wodurch ein bestimmtes Verhalten verursacht wird. Heute weiß man, daß die Informationsverarbeitung im Zentralnervensystem die Grundlage des Verhaltens ist. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Verschaltung einzelner Nervenzellen in neuronalen Netzwerken, da sie den koordinierten Ablauf einer Bewegung gewährleisten.

Diese Netzwerke interessieren zunehmend die öffentlichkeit, seit interdisziplinäre Forschergruppen aus den Bereichen Medizin, Biologie, Informatik und Ingenieurwissenschaften versuchen, die Funktionsprinzipien biologischer Netzwerke nachzuahmen. Mit Hilfe lernfähiger, sich selbst vernetzender Schaltungen sollen technische neuronale Netze zukünftig in der Lage sein, die Auswertung von Satellitenoder Personenbildern zu übernehmen Außerdem besteht die Hoffnung, bessere neuronale Prothesen zu entwickeln, die Patienten die Fähigkeit zum Hören, Sehen oder Laufen Zurückgeben Können.

Komplizierten Bewegungsmustern, wie Laufen, Schwimmen, Sprechen und Schreiben, liegen durch die Evolution angepaßte neuronale Aktivitätsmuster zugrunde. Diese Erregungsmuster werden von miteinander vernetzten Nervenzellen im Zentralnervensystem generiert und kontrolliert. Die Untersuchung von einigen Modellsystemen in der Neurobiologie hat gezeigt, daß biologische Netzwerke auf gemeinsamen Bausteinen oder Funktionsprinzipien basieren.

Ein hervorragendes Modellsystem zur Untersuchung dieser universellen Bausteine ist das stomatogastrische Nervensystem der Krebse [1] (griech. stoma – Mund, gastër – Magen). Dieses System wurde von einer Reihe internationaler Forschergruppen ausgewählt, da es nicht nur im Tier (Abbildung 1), sondern auch außerhalb des Tieres die neuronale Aktivität für vier verschiedene, rhythmische Bewegungen erzeugen kann.
Die Erdkröte: eine biologische Porträtskizze und die Lebensgeschichte der Weibchen. Wolfgang Wickler zum 65. Geburtstag
Authors: Kuhn Joachim
Published: May 2005

Lebensläufe von Organismen lassen sich analysieren und modellieren, wenn man sie als eine Folge von Entscheidungen auffaßt. Im Krötenleben betreffen solche „Lebenslaufentscheidungen”︁ insbesondere:

Alter und Größe bei der Metamorphose,

Alter und Größe beim Eintritt in die Geschlechtsreife,

Anzahl und Dauer der Fortpflanzungszyklen,

Anzahl und Größe der pro Fortpflanzungssaison befruchteten Eier.

das Ausmaß des Fortpflanzungsaufwandes und dessen Verteilung über die Lebensjahre und

die jahreszeitliche Einbindung der Fortpflanzung.

Alle diese Entscheidungen zusammen bedingen den Fortpflanzungserfolg eines Individuums in dessen gesamter lebenszeit.

Als „Lebenslaufstrategie”︁ sei die Gesamtheit der genetisch verankerten Entscheidungsregeln bezeichnet, die letztendlich den Lebensalauf formen. Die Prämisse dabei ist, daß die Selektion diejenigen genetischen Programme fördert, welche eine im Zeitverlauf optimale Aufteilung der Ressourcen auf Selbsterhaltung, Wachstum und Fortpflanzung bewirken, mit der Maßgabe, den höchsten Lebens‐Fortpflanzungserfolg unter den jeweiligen ökologischen Bedingungen zu gewährleisten. Voraussetzung für die Analyse der Lebensläufe ist die Kenntnis von Einflußfaktoren („Determinanten”︁) und Wechselwirkungen der drei „Grundgrößen”︁ Überleben, Fortpflanzung und Wachstum. Basierend auf einer mehrjährigen Untersuchung dreier Populationen ([14] und neuere Daten) wird im folgenden eine Lebensgeschichte von Erdkrötenweibchen entworfen.
Die Augen der Säugetiere: Unterschiedliche Blicke in die Welt
Authors: Peichl Leo
Published: May 2005

Katzen sehen im Dunkeln, Hunde sind farbenblind, Maulwürfe sind völlig blind. Stimmen diese volkstümlichen Aussagen? Unterschiede im Sehvermögen haben Laien und vergleichende Zoologen seit langem gleichermaßen fasziniert; sie haben den Stoff für unzählige Einzelarbeiten und einige umfangreiche Werke geliefert (siehe etwa [1, 2, 8–10]). Vieles in älteren Arbeiten Gesagte gilt heute noch; anderes muß korrigiert werden, seit verfeinerte und neue Untersuchungsmethoden tiefere Einblicke in Bau und Funktion des Auges ermöglichen.
Gendiagnostik und Gentherapie—Ein Spannungsfeld angewandter Gentechnologie
Authors: Epplen Jörg T. , Haupt Andrea
Published: May 2005

Medizinische Diagnostik und Therapie sind durch die Fortschritte der Molekularbiologie einem nachhaltigen Paradigmenwandel unterworfen. Im Verlauf dieser Entwicklungen entstehen ethische Dilemmata, die hier an Beispielen einiger neurogenetischer Erkrankungen dargestellt werden. Allgemein sind Gendiagnostik undtherapie bis vor kurzem in Deutschland überaus kritisch hinterfragt worden: Warum diagnostizieren wir überhaupt Krankheitsanlagen molekulargenetisch, deren Auswirkungen man noch nicht wesentlich beeinflussen und schon gar nicht beherrschen oder heilen kann? Sind die Erwartungen in das Potential der Gentherapie realistisch, welche Fortschritte lassen sich konkret feststellen oder prognostizieren?

Ein gewisser Umschwung in der öffentlichen Meinung wurde erst durch Hoffnungen auf Heilungschancen durch die Gentherapie bewirkt. Dieses sich noch stetig erweiternde Spannungsfeld angewandter Gentechnologie wird im folgenden in Ansätzen problematisiert und beleuchtet (Abbildung 1).
Abschied auf Raten – Grüne Inseln im bunten Herbstlaub
Authors: Kleber‐Janke Tamara , Kremer Bruno P.
Published: May 2005

Blattfall, Fallaub, Laubstreu, Streuzersetzung – am Waldboden geht es unauffällig, aber unaufhaltsam rund, damit wichtige Stoffe im Umlauf bleiben. Perfekter könnte ein systemerhaltendes Materialrecycling eigentlich gar nicht aussehen. Vor dem Ende als Humuskrümel inszeniert das fallende Blattwerk jedoch ein furioses, in vielen biochemischen und ökologischen Details noch wenig verstandenes Farbspektakel. Dabei treten gelegentlich bemerkenswerte Störfälle des Normalgeschehens auf, die willkommener Anlaß sind, Regic und Dramaturgie der Umfärbeereignisse etwas genauer zu betrachten, zumal sich hier außerdem kuriose Kleinstlebensräume auftun.
Proteinabbau nach Maß Das Proteasom ‐ eine vielseitige Protease mit bemerkenswerter Struktur
Authors: Zühl Frank , Zirrgiebel Ute
Published: May 2005

Viele Erkenntnisse über das Geschehen in einer Zelle vermitteln uns das Bild eines Fließgleichgewichts, das es der Zelle erlaubt, sich flexibel auf änderungen der Umwelt einzustellen. Während dieses Prinzip für Stoffwechselprozesse schon lange akzeptiertes Lehrbuchwissen darstellt, haben Untersuchungen zum Proteinabbau dieses Dogma nun auch auf proteolytische Prozesse erweitert. Die meisten zelluläen Proteine werden ständig neu gebildet und ebenso auch wieder abgebaut. Hierbei können sich ihre individuellen Halbwertszeiten je nach Funktion der Proteine stark voneinander unterscheiden. So besitzen Enzyme, die wichtige metabolische Kontrollfunktionen in der Zelle ausüben, Halbwertszeiten im Bereich von Minuten, während andere Proteine über Monate stabil vorliegen können. Der gezielte Proteinabbau stellt für die Zelle ein wirkungsvolles Kontrollinstrument dar, um die Konzentrationen wichtiger regulatorischer Proteine schnell und irreversibel zu senken. Auf diese Weise kann sich die Zelle zudem von abnormalen, wie zum Beispiel falsch gefalteten oder mutierten, und damit funktionsunfähigen Proteinen befreien, deren Ansammlung sie auf längere Sicht hin schäadigen würde. überdies werden wertvolle Aminosäurebausteine im Sinne eines effektiven Recyclings wieder zur Synthese neuer Proteine eingesetzt. Da die Proteinbiosynthese ein energieaufwendiger Prozeß ist, muß der regulierend eingesetzte Proteinabbau einer strikten Kontrolle unterliegen. Wir beginnen gerade zu verstehen, wie die Zelle das Kunststück fertigbringt, aus der großen Vielzahl aller zelluläen Proteine mit hoher Präzision diejenigen auszuwählen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt abgebaut werden sollen.
Afrikanische Trypanosomen: Die Erreger der Schlafkrankheit
Authors: Duszenko Michael
Published: May 2005

Vor etwa zwölf Jahren habe ich bereits an gleicher Stelle eine übersicht über Trypanosomen vorgestellt [3] und bemerke nun erstaunt, welche Entwicklung die Forschung in diesem Dezennium genommen hat und welch tiefe Einblicke in die molekulare Organisation und die zellbiologische Funktionsweise dieser Parasiten erzielt wurden, nur: Eine wirksame Kontrolle der Schlafkrankheit oder eine unbedenkliche Behandlungsmethode, die in jedem Fall eingesetzt werden kann und Parasiten aller Stadien ohne Nebenwirkungen climiniert, ist noch immer nicht gefunden. Im Gegenteil, sozialpolitische Umwälzungen, ethnische Rivalitäten und massenhafte Flüchtlingsbewegungen in Zentralafrika haben bedenkliche Auswirkungen auch‐ und besonders‐ auf die Infektionserkrankungen. Tatsächlich sind in dieser Region in den letzten Jahren wieder verstäkt lokale Epidemien der Schlafkrankheit beobachtet worden, und die Gefahr verheerender Massenerkrankungen, denen wie um die Jahrhundertwende Millionen von Menschen zum Opfer fallen könnten, ist keinesfalls gebannt. Vor diesem Hintergrund mußman die faszinierenden molekularen Details betrachten, mit denen dieser Parasitseinen überlebenskampf führt und sich gegen die geballte Macht des Immunsystems durchsetzt.

In den letzten Jahren wurde aber auch deutlich, daß Trypanosomen im Verlauf der Evolution auf einer sehr frühen Stufe aus der allgemeinen Entwicklung der Eukaryoten ausgeschert sind und somit den Blick auf die Entstehungsgeschichte der Organismen von den Prokaryoten zu den höheren Lebensformen freigeben. Diese Erkenntnis hat die Parasiten zu beliebten Forschungsobjekten gemacht und mittlerweile eine Reihe detailreicher Bilder zellbiologischer Phänomene geliefert, die bis dahin unbekannt waren. Im ersten Teil dieses Aufsatzes wird eine Auswahl interessanter Beispiele aus diesem Bereich veranschaulicht, im zweiten Teil stehen die parasitologischen Probleme im Vordergrund.
Die kleinsten Pflanzen im jüngsten Nationalpark Deutschlands‐Phytoplankter des Unteren Odertals
Authors: Kasten Juliane
Published: May 2005

Flußauen, wie das Untere Odertal, setzen sich mosaikartig aus unterschiedlichen aquatischen und terrestrischen Lebensräumen zusammen. Weitläufige Wiesenflächen werden von unzähligen Gewässern durchschnitten, an deren Ufern vereinzelt noch Auenwaldrelikte zu finden sind. Die Vielzahl der Biotope zum einen und ihre zeit weise Vernetzung während der regelmäßig auftretenden Hochwasserereignisse zum anderen bilden die groundlage für den enormen Artenreichtum der Aue.
Die Regulation der Transkription. Moleulare Mechanismen und synthetische Systeme
Authors: Lutz Rolf
Published: May 2005

Beim Prozeß der Genexpression wird die in Form doppelsträngiger DNA gespeicherte genetische Information durch Transkription und Translation in Proteinsequenzen umgewandelt. Da zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine begrenzte Anzahl von Genprodukten benötigt wird, unterliegt das Abrufen dieser Information auf mehreren Ebenen einer strengen Kontrolle. Hierbei ist die Regulation der Transkriptionsinitation der ökonomischste und deshalb am häufigsten vorkommende Mechanismus, durch den die Aktivität von Genen zeitlich und — in mehrzelligen Organismen‐auch räumlich kontrolliert wird.

In diesem Artikel wird an den Beispielen natürlicher und synthetischer Promotoren aus Escberichia coli erläutert, welchen Einfluß die DNA‐Sequenz eines prokaryo tischen Promotors auf sein Funktionsprogramm ausübt und nach welchen Prinzipien dieses Programm wiederum das Aktivierungs‐ oder Repressionspotential regulatorischer Proteine beeinflußt. Die dabei vorgestellten Ergebnisse führen zu einem überwiegend kinetisch determinierten Modell der Transkriptionskontrolle eines bakteriellen Operons. Da die Kontrolle pro‐ und eukaryotischer Transkriptionssignale denselben kinetischen und thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten unterliegt, kann mit Hilfe prokaryotischer Regulationselemente auch in höheren Eukaryoten die Aktivität eines Promotors schr effizient kontrolliert werden. Die Funktionsfähigkeit eines solchen heterologen Genregulationssystems Iäßt sich am Modell einer transgenen Maus demonstrieren.
Weiß + Grün = Panaschiert? Vergleichende Untersuchung weißgrüner Blätter
Authors: Lüthje Erich
Published: May 2005

Von vielen Pflanzenarten sind panaschierte Varietäten bekannt. Man versteht darunter weißgrün gescheckte Blattmuster. Im Genetikunterricht wird dieses Merkmal als Beispiel für einen nichtmendelnden Erbgang angeführt. Biologische Schulwerke (zum Beispiel [4]) erläutern die abweichende Vererbung grünweißer Blätter nach der Entmischungshypothese von E. Baur (1909) in etwa so: Panaschierte Sorten enthalten in ihren Blattzellen neben intakten (grünen) Chloroplasten mutierte (weiße) Defektplastiden, die zunächst zusammen in der Zygote vorlagen und sich bei anschließenden Zellteilungen nach dem Zufallsprinzip entmischten. So entstanden unterschiedlich gefärbte Zellen mit nur grünen, grünweißen sowie nur weißen Plastidensets und dementsprechend gescheckte Blattmuster. Die Mehrzahl grünweißer Sorten wird bei näherer Betrachtung zubegründeten Zweifeln an der Gültigkeit dieser Erklärung führen. Der Untersuchende kann aber fragliche Fälle mit einfachen Mitteln bearbeiten und dabei den Begriff der Panaschierung und seine Erläuterung in den Standardwerken kritisch überprüfen.
Wüstenmoose: Anpassungen und Überlebensstrategien im täglichen Kampf mit der Sonne
Authors: Frey Wolfgang , Kürschner Harald
Published: May 2005

Sengende Sonnenglut, heftige Sandstürme, Kälte bei Nacht und extremer Wassermangel, so stellen wir uns Wüsten vor. Es sind lebensfeindliche Räume, in denen Moose, die wir im allgemeinen als an Feuchtigkeit angepaßte Organismen kennen, denkbar schlechte Lebensbedingungen vorfinden. Aufgrund der extrem hohen Sonneneinstrahlung und dem Fehlen von Wasser galten Trockenwüsten daher als an Moosen verarmte Grenzlebensräume (Abbildung 1).

Unsere eigenen Forschungen der letzten zehn Jahre im altweltlichen Trockengürtel (Judäische Wüste, Wadi Arava/Jordanien, zentrales Saudi Arabien [5–10]) lassen die Moosflora der Wüsten aber in einem neuen Licht erscheinen. Es gibt hier eine ganze Reihe trockenadaptierter, oft nur einige Millimeter großer Spezialisten, die aufgrund der Selektion spezieller morphologischer, anatomischer und ökophysiologischer Differenzierungen ein hohes Evolutionspotential besitzen und eigenständige, oft nur lokal verbreitete (endemische) Arten hervorgebracht haben. Diese sind am Aufbau charakteristischer Moosgesellschaften beteiligt (Abbildung 2), die sich durch spezifische Standortbedingungen und eine konstante Artengarnitur auszeichnen.

Die überraschende Vielfalt und Differenzierung in der Moosflora der Wüsten führte uns zu der zentralen Frage: Welche Mechanismen und Lebensstrategien sind es, die Wüstenmoosen die Konstitution verleihen, um sich unter solch lebensfeindlichen Bedingungen behaupten zu können?
Exoenzyme carnivorer Pflanzen. Filmstreifen‐Technik zur mikroskopischen Lokalisation der Proteasesekretion
Authors: Heinrich Georg
Published: May 2005

Die Raffinesse, mit der carnivore Pflanzen Beute fangen, verlockt zur Beschäftigung mit diesen Pflanzen. Carnivore Pflanzen sind autotroph und können daher auch ohne tierische „Kost”︁ wachsen. Selektionsvorteile könnten sich aber bei der Besiedlung nährstoffarmer Standorte ergeben. Die Fangorgane selbst sind mehr oder minder metamorphosierte Blätter. Die Beute, häufig flinke Insekten, muß gefangen und festgehalten werden. Außerdem müssen Verdauungsenzyme nach außen abgegeben werden, um die Beutetiere zu zersetzen, deren Bausteine von der Pflanze aufgenommen und verwendet werden. Die Abgabe proteolytischer Enzyme ist bei den carnivoren Pflanzen besonders ausgeprägt und bekannt, aber auch keimende Samen, Pilze und Bakterien sezernieren sie. Das hier beschriebene Experiment zum Nachweis proteolytischer Enzyme ist sehr einfach, man verwendet Filmstücke, die normalerweise als Abfall weggeworfen werden.
Langstreckenwanderungen von Zugvögeln – eine energetische Meisterleistung
Authors: Bairlein Franz
Published: May 2005

Die alljährlichen Wanderungen von Millionen von Zugvögeln gehören dit zu den faszinierendsten Schauspielen der Natur. Vogelzug ist auf allen Kontinenten zu finden; seine Formen sind vielfältig. In unserer heimischen Vogelwelt reicht dies von Arten, die nicht alljährlich wandern und dann meist nur harschen Wintern ausweichen, wie der Kohlmeise, über solche Arten, die nur relativ kurz ziehen und dennordischen Winter im südlichen Europa verbringen, wie viele Greifvögel, das Rotkehlchen oder der Star, bis zu denen, die regelmäßlig;ig über riesige Distanzen wandern, wie viele der heimischen Grasmücken, die Laubsänger oder der Gartenrotschwanz, die im tropischen Westafrika überwintern. Der Weißlig;storch oder die Rauchschwalbe „Überwintern bis im südlichen Afrika, und die Küstenseeschwalbe pendelt sogar alljährlich zwischen arktischen Brutgebieten und antarktischen „überwinterungsgebieten”︁, eine Strecke von bis zu 40 000 km jährlich [10].

Während bei vielen der Kurz‐ und Mittelstreckenzieher häufig unmittelbare Witterungsfaktoren den zeitlichen Verlauf des Zuges bestimmen („Winterflucht”︁), geschieht die Steuerung bei den Fernziehern vornehmlich nach einem angeborenen, also genetisch bestimmten Raum‐Zeit‐Programm [12]. Der Aufbruch zum Zug, er erfolgt vielfach, wenn die Um weltbedingungen noch komfortabel sind, die Zugweglänge, die Richtungsfindung einschließlig;lich Richtungsänderungen und die Beendigung des Zuges folgen angeborenen Programmen, die über innere Jahreskalender organisiert sind [9, 13]. Zur Orientierung dienen biologische Kompasse, die Sonne, die Gestirne und vor allem das Magnetfeld der Erde [13].
Keine Entwarnung beim Bevölkerungswachstum: Brauchen wir global die Ein‐Kind‐Familie?
Authors: Nentwig Wolfgang
Published: May 2005

Die moderne Bevölkerungswissenschaft ist von der Theorie des demographischen übergangs (auch Transformationstheorie genannt) geprägt. Eigentlich werden hierunter zwei übergänge zusammengefaßlig;t, nämlich, im Verlauf von einigen Generationen, der Wechsel von einem hohen Niveau der Geburten‐ und Sterberate zu einem jeweils niedrigeren Niveau. Zuerst sinkt die Sterberate, später die Geburtenrate, so daßlig; die mittlere Phase dieses übergangs durch ein ausgeprägtes Bevölkerungswachstum gekennzeichnet ist (Abbildung 1). Es ist derzeit umstritten, in welchem Ausmaßlig; beide übergänge ursächlich zusammenhängen oder ob sie nur zufällig zeitlich aufeinander folgen. Strikte Abhängigkeit würde bedeuten, daßlig;alle Staaten der Erde diese Entwicklung irgendwann einmal durchlaufen und ein zukünftiger Wachstumsstillstand für die Weltbevölkerung bei etwa zwölf Milliarden Menschen angenommen werden kann. Derzeit wächst jedoch der relative Anteil der Weltbevölkerung, der sich nicht theoriekonform verhält. Die Entwicklung von Sterbe‐ und Geburtenrate kann sich also gegensinnig verhalten, das heißlig;t, auch bei sinkender Sterberate kann die Geburtenrate auf einem hohen Niveau verharren. Dies führt in einigen Staaten zuungebremstem Wachstum, obwohl sich die Lebensbedingungen rapide verschlechtern.
Genetische Ressourcen von Wildpflanzenarten beleben die Kulturpflanzenzüchtung
Authors: Zeller Friedrich J.
Published: May 2005

Die Entwicklung der heute in der Landwirtschaft und im Gartenbau genutzten Kulturpflanzen ist eine der wichtigsten Leistungen in der Geschichte der Menschheit. Züchterische Maßlig;nahmen des Menschen haben zum Ziel, Pflanzen so zu verändern, daßlig; sie besser an seine Bedürfnisse angepaßlig;t sind. Die Eingriffe durch Züchtung nennt man „gelenkte Evolution”︁. Ausgehend von wild vorkommenden Arten hat der Mensch Nutzpflanzen geschaffen, die ohne seine Hilfe in der freien Natur auf Dauer nur geringe überlebenschancen hätten. Neben den Nutzpflanzen findet man in der Natur noch viele wilde Arten, die mit den Kulturpflanzen verwandt sind und sich häufig mit ihnen kreuzen lassen. Die wilden Arten verfügen über ein genetisches Potential, auf das in den letzten Jahren immer häufiger zurückgegriffen worden ist, um Zuchtziele des Menschen zu verwirklichen. Vor allem müssen ständig neue Resistenzen gegen Krankheiten und Schädlinge gefunden werden, um dem Infektionsdruck der Krankheitserreger zu widerstehen. Aber auch Gene für Toleranz gegenüber abiotischem Streßlig;, wie Kälte, Dürre, Salz oder Aluminiumtoxizität, sind in den Wildarten vorhanden. Sie können in die Kulturpflanzen eingekreuzt werden, um sie gegen diese Streßlig;faktoren widerstandsfähiger zu machen.

Voraussetzung für den Gentransfer von einer Wildart in eine Kulturart ist ihre Kreuzbarkeit. Darüber hinaus mußlig; im Kreuzungsbastard crossing over zwischen homologen Chromosomen gewährleistet sein. Wenn die Chromosomen nicht zu natürlichem crossing over in der Lage sind, können genetische Paarungsmechanismen in der Meiose eingesetzt werden, die zu dem gewünschten Gentransfer führen.

Im folgenden soll anhand von drei Beispielen die Bedeutung des genetischen Potentials wilder und verwandter Pflanzenarten für die Verbesserung der Krankheitsresistenz und Inhaltsstoffe sowie Toleranz gegen abiotischen Streßlig; bei Kulturpflanzen demonstriert werden.
Der weite Weg der europäischen Waldbäume
Authors: Gliemeroth Anne Kathrin
Published: May 2005

Die heutigen Wälder, die man in Europa vorfindet, waren nicht immer dort. VOr 22000 Jahren ‐ im Hochglazial ‐ gab es nur im Mittelmeergebiet die klimatischen Voraussetzungen für das Wachstum von Bäumen. Allerdings waren dies meist keine dichten Wälder, sondern Steppen mit einzelnen Baumgruppen. Das bedeutet jedoch, daß die heute in Europa wachasenden Bäume während der letzten 12000 Jahre ‐ also seit dem Ende der letzten Eiszeit ‐ nach Mittel‐ und Nordeuropa eingewandert sein müssen. Am Beispiel der Waldbäume Eiche (Quercus), Hainbuche (Carpinus), Fichtet (Picea) und Tanne (Abies) soll diese Einwanderung aufgezeigt werden.
Immunüberwachung und Entzündung – ein komplexes Wechselspiel zwischen Leukozyten und Endothelzellen
Authors: Ebnet Klaus
Published: May 2005

Alle höheren Wirbeltiere besitzen ein ausgefeiltes Immunsystem, das im wesentlichen zwei Aufgaben hat:

den Organismus vor Infektionen durch Krankheitserreger zu Schützen

und den Organismus von entarteten Tumorzellen zu befreien.

Um diese Aufgabe zu bewältigen, hält das Immunsystem die weißen Blutkörperchen oder Leukozyten parat: Makrophagen und Granulozyten vernichten eingedrungene Erreger. Lymphozyten produzieren Antikörper (B‐Zellen), welche die Erreger neutralisieren; sie sezernieren Zytokine (T‐Helferzellen), welche die Immunreaktion gergen den Erreger koordinieren, oder sie wirken als Killerzellen (T‐Killerzellen), die in virusinfizierten Zellen und Tumorzellen den programmierten Zelltod (Apoptose) auslösen.

Aus ihrem Aufenthaltsort ‐ die Leukozyten zirkulieren passiv im Blutgefäßsystem ‐ ergibt sich ein prinzipielles Problem. I nfektionen oder Zellentartungen entstehen in den meisten Fällen nicht in den Blutgefäßen, sondern in den Geweben des Organismus. Um den Ort der Infektion zu erreichen, müssen die Leukozyten die Blutgefäße verlassen und in das betroffene Gewebe einwandern. Gleichzeitig muß gewährleistet werden, daß nur diejenigen Leukozyten das Gewebe infiltrieren, die dort auch gebraucht werden; würden alle Leu kozytentypen unkontrolliert in ein bestimmtes Gewebe einwandern, käme es zu unerwünschten Nebeneffekten, wie Autoimmunreaktionen oder chronischen Entzündungen. Das Auswandern von Leukozyten muß also sehr genau reguliert werden.

In der jüngsten Vergangenheit hat sich herausgestellt, daß den Leukozyten die notwendige Information von den Endothelzellen ‐ den Zellen, welche die innere Oberfläche der Blutgefäße auskleiden ‐ vermittelt wird. Über eine Kaskade von Zell‐Zell‐Interaktionen, vermittelt durch Zelladhäsionsmoleküle, werden die richtigen Leukozyten am richtigen Ort festgehalten und zum Auswandern in das Gewebe veranlaßt. Durch die Aufklärung der molekularen Mechanismen beginnt sich nun eine Antwort au f die Frage abzuzeichnen, wie verschiedene Leukozyten ihren Weg in die verschiedenen Kompartimente des Organismus finden. Die Kenntnis dieser molekularen Mechanismen bietet Ansatzpunkte für Therapien von Krankheiten, die durch eine fehlregulierte Entzündungsreaktion ausgelöst werden.
Exoten der Nordsee
Authors: Reise Karsten
Published: May 2005

Kein Schiff überquert sden Ozean ganz ohne blinde passagiere. Muscheln undAsseln bohren sich in Holzplanken. Algen und Seepocken heften sich mi Unterwasserbereich an die Schiffsrümpfe. Planktische sporen und Larven gelangen in das Ballastwasser, das jedes moderne Schiff zur Stabilisierung mit sich führt ‘1 und 3’. Je größer und schneller ein Schiff ist, desto, besser ist dies für die unbeachteten Tramper der Weltmeere. Wer solch eine lange Seereise überlebt, ist auch widerstands‐ und anpassungsfähig genug, um sich an neuen Küsten zurechtzufinden (Abbildung 2). Günstige Gelegenheiten zur Mitreise ergeben sich auch, wenn Austern oder andere Meerestiere für die Weiterzucht an ferne Küsten versandt werden. Solch ein Handel hat weltweit zugenommen, ebenso wie der interkontinentale Schffsverkehr. Diese Entwicklung führte dazu, daß mehr und mehr Arten zu Bewohnern weit voneinander entfernter Küsten wurden. Der mensch half die natürlichen Ausbreitungsbarrieren zu überwinden und leitete eine Globalisierung der Lebensgemeinschaften an den Küsten ein. ‐ Welchen Umfang aber hat dies im Bereich der Nordsee angenommen? ‐ Welche ökologischen Konsequenzen ergeben sich? ‐ Kann und soll dieser Trend aufgehalten werden? ‐ Diese brisanten Fragen stellen sich weltweit für die Meeresküsten und ebenso auch für die Süßwasser und das Land ‘11–13’.
Bergehalden im Ruhrgebiet – eine Oase für Tiere?
Authors: Abs Michael , Schwerk Axel , Zeiß Angelika
Published: May 2005

A Is unerläßliches Nebenprodukt fördert der Steinkohlenbergbau unverwertbares Gestein, die “Berge”. Nur ein geringer Prozentsatz dieses Materials kann wieder unter die Erde zuruckgebracht werden, der weitaus größte Teil wird zu Bergehalden aufgeschüttete man die Halden in Form von Spitzkegeln auf, später wurden sie als terrassierte Tafelberge gestaltet. Heute versucht man, die Bergehalden als eine Art “Landschaftsbauwerk” in die Umgebung zu integrieren.

Das nackte, schwarze Gestein der Aufhaldungen findet bei der Bevölkerung keine Akzeptanz, darüber hinaus verursacht eine unbegrünte Bergehalde erhebliche Staubentwicklung. Diese Gründe machten es erforderlich, die Bergehalden zu begrünung bestockte man die Halden mit Gehölzpflanzen, mittlerweile versucht man, die Halden unter Einbeziehung wissenschaftlicher Erkenntnisse nach ökoogischen Gesichtspunkten zu bepflanzen ‘22’. Von besonderem Interesse ist die Frage nach dem Wert dieser Flächen seitens des Naturschutzes. Dies gewinnt insbesondere deshalb an Bedeutung, da gerade in den industriellen Ballungsräumen im städtischen Bereich oft ein großer Verlust an Grünflaächen Stattgefunden hat. Eine Bewertung der Bergehalden hinsichtlich ihres Nutzens für naturschutzorientierte Zwecke kann jedoch nur anhand mehrjähriger Untersuchungen erfolgen.
A review of chemical structure retrieval systems
Authors: Willett Peter
Published: May 2005

This paper decribes the development and current state‐of‐the‐art in computerized systems for the storage and retrieval of chemical structure information. The main types of machine‐readable structure representation — fragmentation codes, linear notations and connection tables — are described, together with the retrieval algorithms which are used to provide structure and substructure search facilities. Current research work in chemical structure retrieval includes the development of techniques for the representation and searching of the generic structures which occur in chemical patents, for searching files of three‐dimensional structures, for ranking searches designed to identify compounds structurally similar to a given query compound, and the use of parallel computers to increase the efficiency of substructure searching. Chemical structure handling techniques are also applicable in a range of application areas, including chemical reaction indexing, computer‐aided synthesis design and structure elucidation, and substructural analysis methods for the study of quantitative structure—activity relationships.
Improved selectivity in spectroscopy by multivariate calibration
Authors: Martens Harald , Karstang Terje , Næs Tormod
Published: May 2005

This paper illustrates some advantages of indirect multivariate calibration over conventional calibration: selectivity enhancement and outlier detection. Partial least squares (PLS) calibration is applied for quantitative analysis in the presence of interferences that would make both conventional single‐wavelength calibration and direct multicomponent analysis impossible. The PLS algorithm is illustrated graphically, and the importance of outlier detection is demonstrated.
An evaluation of SIMCA. Part 1 — the reliability of the SIMCA pattern recognition method for a varying number of objects and features
Authors: Dröge J. B. M. , Van 'T Klooster H. A.
Published: May 2005

The SIMCA pattern recognition method has been evaluated with pseudo random data sets. The number of objects varied from 5 to 50 and the number of features from 5 to 300.

First, the determination of the significant number of PCs in the SIMCA models by the cross‐validation method was compared with the indicator function. The results showed that for the lower dimensions (≤ 15 objects or ≤ 15 features) the indicator function produces more reliable results.

Second, the classification results with SIMCA were analysed for data sets with two equally sized classes and a varying number of objects and features, using the recall function as the evaluation criterion. The results showed that the SIMCA classifier produces reliable results at the first classification level, even for a low object/feature ratio (5/300). However, at the second level the classification performance of SIMCA decreases rapidly with an increasing number of features, even when the data set consists of two very well separated classes and little random error.
Taxonomy based on chemical constitution: Differentiation of Africanized honey‐bees from European honey‐bees
Authors: Lavine B. K. , Carlson David A. , Henry Douglas , Jurs Peter C.
Published: May 2005

Gas chromatography and pattern recognition methods have been used to develop a potential method for differentiating between European and Africanized honey‐bees based on chemical constitution. 243 European, African and Africanized honey‐bees were characterized by 40‐peak GCs of cuticular hydrocarbon extracts. Discriminants were developed that correctly classified the bees, and these discriminants were used successfully to classify bees of unknown origin, including hybrids.