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Wüstenmoose: Anpassungen und Überlebensstrategien im täglichen Kampf mit der Sonne
Authors: Frey Wolfgang , Kürschner Harald 
Published: May 2005

AbstractSengende 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

AbstractDie 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

AbstractDie 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

AbstractDie 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

AbstractDie 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

AbstractDie 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

AbstractAlle 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

AbstractKein 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

AbstractA 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

AbstractThis 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

AbstractThis 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

AbstractThe 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

AbstractGas 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.
Selection of optimal regression models via cross‐validation
Authors: Osten David W. 
Published: May 2005

AbstractA general problem arising in the development of regression models is the selection of the optimal model. Whenever a feature selection procedure, such as step forward, backward elimination, best subset or all possible combinations, or when a data compression approach, such as principal components or partial least‐squares regression, is used, the question of how many regression terms to include in the final model must be addressed.This work describes the evaluation of four different criteria for selection of the optimal predictive regression model using cross‐validation. The results obtained in this work illustrate the problems which can arise in the analysis of small or inadequately sampled data sets. The common approach, selecting the model which yields the absolute minimum in the predictive residual error sum of squares (PRESS), was found to have particularly poor statistical properties. A very simple change to a criterion based on the first local minimum in PRESS will provide a significant improvement in the cross‐validation result. A criterion based on testing the significance of incremental changes in PRESS with anF‐test may provide more robust performance than the local minimum in PRESS method.
Principal component variable discriminant plots: A novel approach for interpretation and analysis of multi‐class data
Authors: Vogt Nils B. 
Published: May 2005

AbstractPrincipal component analysis is a useful method for analysing data‐matrices. By analysing separate class models, i.e. disjoint principal component modelling as in the SIMCA or FCVPC programs (developed for supervised and unsupervised principal component analysis respectively), the principal component variance/covariance decomposition (class models) may be used to investigate and interpret the data‐structure of separate classes. The potential of comparing the loadings of variables on subsequent eigenvectors in two class models where the same variables have been used will give information for determining how the variance/covariance in the two datasets differ. This information may then be used either to formulate a hypothesis or to select variables which are specific for the different classes.
Monte Carlo studies of non‐parametric linear discriminant functions
Authors: Lavine B. K. , Henry D. R. 
Published: May 2005

AbstractClassification rules using non‐parametric linear discriminant functions are often developed from training sets that are not linearly separable. In these situations it is a common practice among inexperienced workers to use many different pattern recognition methods and then select the results that look the best. However, this practice will only increase the risk of spurious results. To document this, we recently carried out a series of Monte Carlo simulation studies to assess the level of chance classification for two different classification algorithms. The level of chance classification for a given dichotomy is found to vary with the choice of the non‐parametric linear discriminant function employed. Although previous workers have indicated that the degree of separation in the data due to chance is only a function of the object‐to‐descriptor ratio, the results of this study suggest otherwise.
Evaluation of computing capabilities of a hierarchy of mini‐to‐supercomputers: Applications to ion microscopic analysis
Authors: Ling Yong‐Chien , Bernardo Dan N. , Morrison George H. 
Published: May 2005

AbstractThere has been a steadily increasing demand for more computational power in surface and interface analysis. This paper reports attempts to meet these demands through the use of different computing systems, ranging from minicomputer to supercomputer. Representative laboratory data processing programs for ion microscopic analysis are used to evaluate the performance of each system. The bottlenecks and other problems involved in running analytical programs on faster machines are identified and discussed. Results indicate that in order to attain the optimal cost‐performance ratio, programs must be tailored to specific forms required by the computing system. Algorithms must be formulated to exploit available vector and parallel processing capabilities.
Source contributions to ambient aerosol calculated by discriminat partial least squares regression (PLS)
Authors: Vong Richard , Geladi Paul , Wold Svante , Esbensen Kim 
Published: May 2005

AbstractPartial least squares regression (PLS) is proposed for solving ir pollution source apportionment problems as an alternative method to the frequently used chemical mass balance technique. A discriminant PLS is used to calculate linear mixing proportions for a synthetic ambient aerosol data set where the truth is known. Without sacrificing orthogonality of the source profiles, PLS can resolve the emission sources and accurately predict the emission source contributions. Further extensions of the PLS approach to environmental receptor modelling are discussed.
A multiblock partial least squares algorithm for investigating complex chemical systems
Authors: Wangen L. E. , Kowalski B. R. 
Published: May 2005

AbstractThe details of a general multiblock partial least squares (PLS) algorithm based on one originally presented by Wold et al. have been developed and are completely presented. The algorithm can handle most types of relationships between the blocks and constitutes a significant advancement in the modeling of complex chemical systems. The algorithm has been programmed in FORTRAN and has been tested on two simulated multiblock problems, a three‐block and a five‐block problem. The algorithm combines the score vectors for all blocks predicting a particular block into a new block. This new block is used to predict the predicted block in a manner analogous to the two‐block PLS. In a similar manner if one block predicts more than one other block, the score vectors of all predicted blocks are combined to form a new block, which is then predicted by the predictor block as in the two‐block PLS. Blocks that both predict and are predicted are treated in such a way that both of these roles can be taken into account when calculating interblock relationships. The results of numerical simulations indicate that the computer program is operating properly and that the multiblock PLS produces meaningful and consistent results.