Unterstützende Lernbedingungen als soziales Kapital beim Übergang in die Sekundarstufe II am Beispiel der Jacob-Grimm-Schule Kassel: Ergebnisse einer Fragebogenerhebung

Als von der sozioökonomischen Herkunft unabhängige, in bestimmten Beziehungsstrukturen verankerte Ressource kann soziales Kapital nach Coleman gerade in der Institution Schule zur Kompensation familiär bedingter Benachteiligungen von Schülern herangezogen werden. Vor diesem Hintergrund wirkt schulisches Sozialkapital vor allem in unterstützenden Lernbedingungen, wie sie etwa durch soziale Einbindung, das Lehrer-Schüler-Verhältnis oder Partizipationsmöglichkeiten innerhalb der jeweiligen Schulstruktur abgebildet werden. So stellt die vorliegende Untersuchung die Rolle des schulischen Sozialkapitals am Übergang in die Sekundarstufe II, hier am Beispiel der gymnasialen Oberstufe, in den Fokus. Ausgehend von der Überlegung, dass gerade mit dem Wechsel in die Einführungsphase für Schüler, zumal vor dem Hintergrund der sich gegenwärtig vollziehenden Veränderungen im Hinblick auf die Gestaltung der Oberstufe, besondere Anforderungen einhergehen, rücken jene Investitionen in schulische Strukturen in den Vordergrund, die Schülern vor allem das Lernen, aber auch die erfolgreiche Bewältigung der Statuspassage an sich erleichtern sollen. Gerade die Dimension der vertrauensbasierten Lehrer-Schüler-Beziehung als unterstützender Lernbedingung im Sinne des schulischen Sozialkapitals soll in der vorliegenden Arbeit genauer theoretisch beleuchtet und mittels einer Hypothesenüberprüfung auf ihre angenommene Wirkung auf die von Schülern erlebte Lernatmosphäre hin untersucht werden. Dies geschieht anhand der Auswertung einer evaluativen Fragebogenerhebung, die an der Jacob-Grimm-Schule Kassel durchgeführt werden konnte. Ob der Feststellung, dass besagter Übergang in die Sekundarstufe II in der deutschen Schul- und Bildungsforschung bislang im Hinblick auf die Schülerperspektive noch nicht hinreichend als eigenständiger Forschungsgegenstand gewürdigt wird, wird anhand ausgewählter offener Items zudem untersucht, wie sich der Übergang in die Sekundarstufe II aus Schülersicht darstellt. So dient der Aufbau der Arbeit in ihrem theoretischen Teil der gezielten Hinführung zur empirischen Untersuchung und leistet hier am Beispiel der Jacob-Grimm-Schule Kassel vor allem auch die Übertragung verschiedener theoretischer Ansätze zum Sozialkapital in den Kontext der gymnasialen Oberstufe.

Die Ausbildung von Proteinaggregaten durch ektopisch lokalisierte, oligomerisierende, Aktin-bindende Proteine

Die ektopische Lokalisation des Aktin-bündelnden Proteins VASP an die späten Endosomen mittels VacuolinA-Myc (VAM) führt zur Ausbildung von Aktin-haltigen Aggregaten, die Ähnlichkeiten mit Hirano Bodies haben, welche neurodegenerativen Krankheiten in verschiedenen Organen entstehen. VAM-VASP-Aggregate haben neben Aktin noch einige Aktin-interagierende Proteine sequestriert und nehmen Einfluss auf unterschiedliche physiologische Prozesse der Zelle, wie z. B. das Wachstum, die Zytokinese oder den endozytotischen Transit. Mit dem Ziel, Ursachen für die Aggregatentstehung zu finden, wurden im Rahmen dieser Arbeit andere Aktin-interagierende Proteine an späte Endosomen lokalisiert. So führt VAM-Abp34 ebenfalls zur Ausbildung Aktin-haltiger Aggregate während VAM-α-Actinin und VAM-Filamin die Bildung Aktin-freier Aggregate zur Folge haben. Letztere sind hauptsächlich aus den Proteinhybriden und den jeweiligen endogenen Bindungspartnern aufgebaut und ähneln sogenannten Aggresomen. Dennoch führen die Aktin-freien VAM-α-Actinin- und VAM-Filamin-Aggregate zu vergleichbaren physiologischen Defekten in der Zelle wie die Aktin-haltigen VAM-VASP-Aggregate. Der Aktin-Gehalt der VAM-VASP-Aggregate ist auf das VASP-Protein zurückzuführen. Dieses Protein ist fähig, die Elongation von Aktin-Filamenten voranzutreiben und erreicht, ektopisch lokalisiert an Endosomen, Peroxisomen und Lipid Droplets eine Anreicherung von F-Aktin an diesen Organellen. Ein Vergleich der Proteine VASP, Abp34, α-Actinin und Filamin führt zu dem Schluss, dass die Fähigkeit der Proteine, Oligomere bilden zu können, einen relevanten Faktor in der Ausbildung der VAM-Aggregate spielt. Die VAM-Aggregate sind sehr kompakt und stabil. Die Untersuchungen in dieser Arbeit führen zu der Annahme, dass die Aggregate durch die Überlastung der zellulären Proteindegradationsmaschinerie entstehen.

Weiterentwicklung der schulpraktischen Lehrerbildung durch Kooperation der Ersten und Zweiten Phase am Beispiel der Region Nordhessen

Die Kooperation zwischen den beiden Phasen der Lehrerbildung an Universität und Studienseminar und die Qualitätsssteigerung der schulpraktischen Ausbildung werden nicht nur im Hessischen Lehrerbildungsgesetz als eine der Möglichkeiten gesehen, die Ausbildungsqualität angehender Lehrer zu verbessern. Um die Bedingungen für die Intensivierung der Kooperation zwischen den beiden Phasen bestimmen zu können werden in einer Expertenbefragung (Studie 1) die Haltung und Erwartung von Vertretern der universitären Lehrerbildung, des Referendariats und der Bildungsadministration erhoben. Dabei werden die Schulpraktischen Studien als Beispiele für eine phasenübergreifende Kooperation herausgestellt. Die Untersuchung zeigt aber nicht nur geeignete Möglichkeit der Zusammenarbeit auf. Es werden auch Ursachen erforscht, welche Gründe die Kooperation hemmen oder behindern, wie etwa gegenseitige Vorbehalte, fehlende Verbindlichkeit oder institutionalisiertes Ungleichgewicht zwischen den beiden Phasen. Seit der Kritik u. a. von Terhart (2000) an der mangelnden Abstimmung zwischen Erster und Zweiter Phase der Lehrerbildung und der Klage von Oelkers (2000) über den fehlenden Nachweis, wie wirksam die Lehrerbildung ist, sind in den letzten Jahren Studien über die Erste und Zweite Phase der Lehrerbildung entstanden. In die Darstellung des Stand der Forschung zur schulpraktischen Lehrerausbildung werden zwei groß angelegte Untersuchungen (MT21 und COACTIV) einbezogen, deren Ergebnisse die Diskussion um die Wirksamkeit der (Mathematik-) Lehrerbildung und der Bedeutung des (mathematik-)fachdidaktischen Wissens in den letzten Jahren entscheidend geprägt haben. Darüber hinaus werden die Forschungen des Deutschen Instituts für internationale Bildungsforschung (DIPF) zum Referendariat und von Schubarth zur Lehrerausbildung in der Ersten und Zweiten Phase dargestellt. Zu den schulpraktischen Studien werden einschlägige Untersuchungen angeführt (wie die von Hascher oder von Bodensohn u.a.), die ergänzt bzw. kontrastiert werden durch die Ergebnisse kleinerer Evaluationen. Schließlich werden Studien zur Rolle der Mentoren herangezogen, die sich mit den Unterrichtsnachbesprechungen im Rahmen der Schulpraktika oder mit dem Mentorieren auseinandersetzen. In die Ergebnisse der Studie 1 (s.o.) und in den Forschungsstand lassen sich Kooperationsformen zwischen der Ersten und Zweiten Phase der Lehrerbildung einbetten, die in der schulpraktischen Ausbildung verwirklicht werden können. Mit dem Kooperationspraktikum haben Vertreter der Ersten und der Zweiten Phase der Lehrerausbildung gemeinsame eine Form gefunden, wie ohne strukturelle Veränderung und bei möglichst geringem zusätzlichen Aufwand im bestehenden Ausbildungsrahmen eine fünfwöchige Lernpartnerschaft zwischen Referendaren und Studierenden unter Verantwortung eines gemeinsamen Mentors realisiert werden kann. Die Evaluation dieses Kooperationspraktikums (Studie 2) zeigt, dass die Lernpartner diese Art der Zusammenarbeit positiv empfinden. Es werden aber auch Probleme aufgezeigt, die verdeutlichen, mit welchen Schwierigkeiten die Forderung nach phasenübergreifender Kooperation in der konkreten Umsetzung verbunden sein kann. Um die Befunde aus der Evaluation zum Kooperationspraktikum auch wegen der relativ kleinen Stichprobe richtig einordnen zu können, werden sie mit den relevanten Forschungsergebnissen in Verbindung gebracht. Idealisierende Vorstellungen von Kooperation zwischen Erster und Zweiter Phase sind allerdings fehl am Platz. Die Hoffnung auf einen bruchlosen Übergang unterschätzt auch die Anforderungen an den Rollenwechsel vom Studierenden zum Referendaren. Um ein Kooperation durch Lernpartnerschaften im Rahmen eines Kooperationspraktikums zu verwirklichen, sind Gelingens¬bedingungen zu berücksichtigen, zu denen sowohl Rahmenbedingungen als auch die Möglichkeiten zur Institutionalisierung gehören. Beide Ausbildungsphasen haben zwar als gemeinsames Ziel, Lehrer für die Schule zu qualifizieren und sie verbindet zudem der schulpraktische Ausbildungsteil, der in den Schulen stattfindet. Dieser Ausbildungsteil hat aber je nach Phase eine andere Bedeutung und unterscheidet sich zudem nicht nur nach Aufwand und Anspruch, sondern vor allem aufgrund der institutionellen Rolle seiner Akteure. Das Kooperationspraktikum berücksichtigt diese Unterschiedlichkeit und zeigt trotzdem einen Weg auf, gegenseitigen von der Zusammenarbeit zu profitieren. Von daher kann das Kooperationspraktikum einen Beitrag zur Weiterentwicklung der phasenübergreifenden Zusammenarbeit leisten und die Erkenntnisse könnten bei der Konzeption eines Praxissemesters gewinnbringend eingebracht werden.

Mathematik im Übergang Schule / Hochschule und im ersten Studienjahr

Vom 20. bis zum 23. Februar 2013 fand die zweite Arbeitstagung des Kompetenzzentrums Hochschuldidaktik Mathematik (www.khdm.de) zum Thema „Mathematik im Übergang Schule/Hochschule und im ersten Studienjahr“ statt, auf der Forschungsergebnisse und Erfahrungen aus der Praxis zum Übergang Schule/Hochschule, zu Vor- und Brückenkurse und zum ersten Studienjahr bezogen auf die Studiengänge Bachelor und gymnasiales Lehramt Mathematik, Grund-, Haupt und Realschullehramt Mathematik, Mathematik im Service in den INT-Fächern und den nicht-INT Fächern vorgestellt und diskutiert wurden. Die Extended Abstracts geben einen Überblick über einen Großteil der Vorträge und Posterbeiträge.

Non-University Higher Education and the Relationship of Its Graduates and the World of Work: Colombia

The non-university sector has been part of the Colombian higher education system for more than 50-years. Despite its long years of existence, it has never occupied such an important role within the education system as the one it is having today. Therefore, the aim of this work is to analyze the development of the non-university sector in the framework of the country’s social, educational and economic demands. Likewise, its actual situation and certain aspects of the relationship between its graduates and the world of work, i.e., graduates’ employment characteristics, the relationship of higher education studies and their work, as well as their early career success, are examined. In order to generate the required information, a graduate survey was carried out in Atlántico (Colombia). The target population was graduates from higher education institutions registered in Atlántico who were awarded a technical, technological or professional degree in 2008 from any of the following knowledge areas: Fine Arts, Health Science, Economy-Administration-Accountancy and similar, and Engineering-Architecture-Urban planning and similar. Besides, interviews with academic and administrative staff from non-university institutions were carried out, and higher education related documents were analyzed. As a whole, the findings suggest that the non-university sector is expanding and may help to achieve some of the goals, for which it is widely promoted i.e., access expansion for under-represented groups, enhancement of the higher education system, and the provision of programs pertinent to the needs of the market. Nevertheless, some aspects require further consideration, e.g., the sector’s consolidation within the system and its quality. As for the relationship between non-university higher education and the world of work, it was found to be close; particularly in those aspects related to the use of knowledge and skills in the work, and the relationship between graduates’ studies and their work. Additionally, the analysis of the graduates’ in their early career stages exposes the significant role that the socioeconomic stratum plays in their working life, particularly in their wages. This indicates that apart from education, other factors like the graduates’ economic or social capital may have an impact on their future work perspectives

4,5-Dihydro-1,3-dioxepine als chirale Bausteine in der enantioselektiven organischen Synthese

Durch asymmetrische Doppelbindungsisomerisierung mittels Me-DuPHOS-modifizierter Dihalogen-Nickel-Komplexe als Katalysatorvorstufen lassen sich aus 2-Alkyl-4,7-dihydro-1,3-dioxepinen hochenantiomerenreine 2-Alkyl-4,5-dihydro-1,3-dioxepine erhalten. Ein Ziel dieser Arbeit war es, die bisher noch unbekannte Absolutkonfiguration dieses Verbindungstyps zu bestimmen und darüber hinaus ihre Einsatzfähigkeit in der enantioselektiven organischen Synthese zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden enantiomerenangereichertes 2-Isopropyl- und 2-tert-Butyl-4,5-dihydro-1,3-dioxepin mit m-Chlorperbenzoesäure epoxidiert. Dabei bildeten sich die entsprechenden 3-Chlorbenzoesäure-(2-alkyl-5-hydroxy-1,3-dioxepan-4yl)-ester in hohen Ausbeuten und Diastereoselektivitäten. Von den vier zu erwartenden Diastereomeren wurden jeweils nur zwei mit einer Selektivität von mehr als 95:5 gebildet. Im Fall des 3-Chlorbenzoesäure-(2-isopropyl-5-hydroxy-1,3-dioxepan-4yl)-esters konnte das Haupt-diastereomer kristallin erhalten werden. Durch röntgenspektroskopische Untersuchung war es möglich, die Relativ-Konfiguration dieser Verbindung zu bestimmen. Die Ester lassen sich unter Ringverengung in 2-Alkyl-1,3-dioxan-4-carbaldehyde umlagern. Ausgehend von diesen Carbaldehyden stehen zwei Synthesewege zur Verfügung, welche zu Verbindungen führen deren Absolutkonfiguration bereits bekannt ist. So erhält man durch Reduktion 2-Alkyl-1,3-dioxan-4-yl-methanole, welche sich in 1,2,4-Butantriol überführen lassen. Oxidation ergibt die 2-Alkyl-1,3-dioxan-4-carbonsäuren, aus denen 3-Hydroxytetrahydrofuran-2-on gewonnen werden kann. Messung des Drehwertes dieser beiden literaturbekannten Verbindungen liefert nicht nur Information über deren Enantiomerenreinheit sondern ebenfalls über die Konfiguration ihres Stereozentrums. In Kombination mit der Relativ-Konfiguration des Esters ist somit ein Rückschluss auf die Absolutkonfiguration der eingesetzten 4,5-Dihydro-1,3-dioxepine möglich. Die auf den beschriebenen Wegen gewonnenen Substanzen finden Anwendung in der stereoselektiven organischen Synthese. Löst man die Chlorbenzoesäureester in Dichlormethan und behandelt sie mit wässriger Salzsäure, so entstehen die bicyclischen 2-Alkyltetrahydrofuro[2,3-d][1,3]dioxole. Auch bei diesen Verbindungen konnten hohe Enantio- und Diastereoselektivitäten erzielt werden. Der intermolekular verlaufende Reaktionsmechanismus der Bicyclus-Bildung, welcher unter Abspaltung eines den Alkylrest tragenden Aldehyds und dessen Neuanlagerung unter Ausbildung eines Acetals verläuft, konnte in dieser Arbeit durch ein Kreuzungsexperiment bestätigt werden. Umacetalisierung der Bicyclen liefert 2-Methoxytetrahydrofuran-3-ol, aus dem durch Acetalspaltung Tetrahydrofuran-2,3-diol erhalten wird, das die Halbacetalform der entsprechenden Desoxytetrose darstellt, die auf diese Weise in einer de novo-Synthese hergestellt werden kann.

Jugendliche Alltagsgestaltung und Identitätsbildung mit Fantasy-Rollenspielen - Schule öffnen für Elemente des Spiels und spielerische Aktionsformen

Gerade männliche Jugendliche nutzen in ihrer Pubertät und Adoleszenz zu einer gelingenden Gestaltung ihres Alltags und zur Ausbildung ihrer Identität zahlreiche Erscheinungsformen des Fantasy-Rollenspielens. In einem Prozess von Aneignung und Entäußerung integrieren dabei die Jugendlichen das überaus reiche multimediale Angebot, welches die Spiele bieten, in ihre Alltagsgestaltung, indem sie sich daraus spezifische Medien-, Text- und Ereignisarrangements bauen. Diese dienen einerseits der sozialen Integration und Distinktion, andererseits der Präsentation ihrer Identitätsentwürfe sich und anderen. Die Jugendlichen schaffen sich mittels dieser spezifischen Medien-, Text- und Ereignisarrangements eine in weiten Teilen von ihnen selbst bestimmte Welt, in der sie ihre Phantasie wie Kreativität mit großer Intensität, ja Obsession, innerhalb integrativer und solidarischer Interaktionsformen selbststeuernd und professionell ausleben. Diese Medien-, Text- und Ereignisarrangements zeigen Angebots- und Nutzungsformen, die sich nach einem medienkommunikativen Aneignungs- und Entäußerungsmodell in der Tradition der Cultural Studies (Stuart Hall) beschreiben lassen. Die Langzeitbeobachtung der Jugendlichen zeigt, dass sie alltagspragmatische Kulturtechniken zur selbstbestimmten Gestaltung von Alltag entwickeln: zunächst eine Strukturierung ihrer kognitiven, affektiven und pragmatischen Interaktion nach Kriterien erfolgreicher intrinsischer Interaktion, mit dem Ziel derer Perpetuierung im Flow-Erleben (Mihalyi Csikszentmihalyi), dann eine Ästhetisierung von Alltagswirklichkeit mittels kollektiver Fiktionalisierung in der Tradition des Collective Story Telling (Janet H. Murray). Diese Kulturtechniken stellen vor dem Hintergrund der Enkodierung und Dekodierung sozialer Codes spezifische Adaptionen von Prozessen der Bedeutungszuweisung und Subjekt- bzw. Identitätskonstitution dar. Die sie evozierenden und mit ihnen korrespondierenden handlungsleitenden Themen der Jugendlichen sind der Wunsch nach Rekonstitution von Gesamtheit in einer sich fragmentarisierenden Wirklichkeit, die Affirmation von Selbstbestimmung- und Autonomieerfahrungen, das Erleben von Reintegration und Solidarität für das sich dissoziiert erfahrende Individuum. Das Handeln der Jugendlichen basiert damit auf dem momentan dominanten Prozess einer Individualisierung von Lebenswelt unter den Bedingungen von Reflexivität und Erlebnisrationalität in der postmodernen Gesellschaft. Mit ihren Versuchen selbstbestimmter Gestaltung folgen sie dem aktuellen gesellschaftlichen Auftrag einer weitgehend in eigener Regie vorzunehmenden Lokalisierung dieses Prozesses. Zunehmend tritt diese von den Jugendlichen selbstgesteuerte Sozialisation neben die traditionell heteronome Sozialisation von gesellschaftlichen Instituten wie etwa die von Schule. Damit wird das Handeln der Jugendlichen zu einer Herausforderung an Pädagogik und Schule. Schule muss, wenn sie ihrem eigentlichen Auftrag von Förderung gerecht werden will, eine Sensibilität für diese Eigenständigkeit von Jugendlichen entwickeln und in der Beobachtung ihres Handelns didaktische Innovationen für Lehren und Lernen entwickeln. Im Mittelpunkt steht dabei die Wiederentdeckung des pädagogischen Dialogs, besonders aber die Entwicklung einer individualisierten Lernkultur und die Förderung jugendlicher Gestaltungskompetenzen, welche von deren alltagsästhetischen Erfahrungen und Kompetenzen im Umgang mit multimedialen Kulturprodukten ausgeht. Schule kann und muss für diese Prozesse selbstgesteuerten Lernens angemessene pädagogische Räume bereitstellen, in denen die Jugendlichen innerhalb eines geschützten Kontextes in der Auseinandersetzung mit eigenen wie fremden Entwürfen ihre Identität entwickeln können.

Physik der Elektronen in Nanostrukturen und niedrigdimensionalen Systemen - Studie zweier Beispiele

Als Beispiele für die vielfältigen Phänomene der Physik der Elektronen in niedrigdimensionalen Systemen wurden in dieser Arbeit das Cu(110)(2x1)O-Adsorbatsystem und die violette Li0.9Mo6O17-Bronze untersucht. Das Adsorbatsystem bildet selbstorganisierte quasi-eindimensionale Nanostrukturen auf einer Kupferoberfläche. Die Li-Bronze ist ein Material, das aufgrund seiner Kristallstruktur quasi-eindimensionale elektronische Eigenschaften im Volumen aufweist. Auf der Cu(110)(2x1)O-Oberfläche kann durch Variation der Sauerstoffbedeckung die Größe der streifenartigen CuO-Domänen geändert werden und damit der Übergang von zwei Dimensionen auf eine Dimension untersucht werden. Der Einfluss der Dimensionalität wurde anhand eines unbesetzten elektronischen Oberflächenzustandes studiert. Dessen Energieposition (untere Bandkante) verschiebt mit zunehmender Einschränkung (schmalere CuO-Streifen) zu größeren Energien hin. Dies ist ein bekannter quantenmechanischer Effekt und relativ gut verstanden. Zusätzlich wurde die Lebensdauer des Zustandes auf der voll bedeckten Oberfläche (zwei Dimensionen) ermittelt und deren Veränderung mit der Breite der CuO-Streifen untersucht. Es zeigt sich, dass die Lebensdauer auf schmaleren CuO-Streifen drastisch abnimmt. Dieses Ergebnis ist neu. Es kann im Rahmen eines Fabry-Perot-Modells als Streuung in Zustände außerhalb der CuO-Streifen verstanden werden. Außer den gerade beschriebenen Effekten war es möglich die Ladungsdichte des diskutierten Zustandes orts- und energieabhängig auf den CuO-Streifen zu studieren. Die Li0.9Mo6O17-Bronze wurde im Hinblick auf das Verhalten der elektronischen Zustandsdichte an der Fermikante untersucht. Diese Fragestellung ist besonders wegen der Quasieindimensionalität des Materials interessant. Die Messungen von STS-Spektren in der Nähe der Fermienergie zeigen, dass die Elektronen in der Li0.9Mo6O17-Bronze eine sogenannte Luttingerflüssigkeit ausbilden, die anstatt einer Fermiflüssigkeit in eindimensionalen elektronischen Systemen erwartet wird. Bisher wurde Luttingerflüssigkeitsverhalten erst bei wenigen Materialien und Systemen experimentell nachgewiesen, obschon die theoretischen Voraussagen mehr als 30 Jahre zurückliegen. Ein Charakteristikum einer Luttingerflüssigkeit ist die Abnahme der Zustandsdichte an der Fermienergie mit einem Potenzgesetz. Dieses Verhalten wurde in STS-Spektren dieser Arbeit beobachtet und quantitativ im Rahmen eines Luttingerflüssigkeitsmodells beschrieben. Auch die Temperaturabhängigkeit des Phänomens im Bereich von 5K bis 55K ist konsistent mit der Beschreibung durch eine Luttingerflüssigkeit. Generell zeigen die Untersuchungen dieser Arbeit, dass die Dimensionalität, insbesondere deren Einschränkung, einen deutlichen Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften von Systemen und Materialien haben kann.

Die Auswirkungen von Hochgeschwindigkeitsverkehr auf die Erreichbarkeit der Regionen in Deutschland - dargestellt am Beispiel der Magnetschwebebahn Transrapid

Nach 35 Jahren Entwicklungszeit wurde im Jahr 2004 in Shanghai die erste kommerzielle Anwendung des innovativen Magnetbahnsystems Transrapid in Betrieb genommen; in Deutschland konnte bislang keine Transrapid-Strecke realisiert werden, obwohl dieses System entsprechend den Ergebnissen einer vom damaligen Bundesverkehrsminister beauftragten Studie aus dem Jahr 1972 für den Einsatz in Deutschland entwickelt wurde. Beim Transrapid handelt es sich um eine echte Produkt-Innovation im Bahnverkehr und nicht um eine Weiterentwicklung oder Optimierung wie beim ICE, und ist somit als innovativer Verkehrsträger der Zukunft in die langfristige Entwicklung der Verkehrssysteme einzufügen. Die modernen HGV Bahnsysteme (Shinkansen/TGV/ICE) hingegen sind, ähnlich der Clipper in der Phase der Segelschifffahrt im Übergang zum Dampfschiff, letzte Abwehrentwicklungen eines am Zenit angekommenen Schienen-Verkehrssystems. Die Einführung von Innovationen in einen geschlossenen Markt stellt sich als schwierig dar, da sie zu einem Bruch innerhalb eines etablierten Systems führen. Somit wird in der vorliegenden Arbeit im ersten Teil der Themenkomplex Innovation und die Einordnung der Magnet-Schwebe-Technologie in diese langfristig strukturierten Abläufe untersucht und dargestellt. Das Transrapid-Projekt ist demzufolge in eine zeitstrukturelle Zyklizität einzuordnen, die dafür spricht, die Realisierung des Gesamtprojektes in eine Zeitspanne von 20 bis 30 Jahre zu verlagern. Im zweiten Teil wird auf der Basis einer regionalstrukturellen Analyse der Bundesrepublik Deutschland ein mögliches Transrapidnetz entworfen und die in diesem Netz möglichen Reisezeiten simuliert. Weiterhin werden die Veränderungen in den Erreichbarkeiten der einzelnen Regionen aufgrund ihrer Erschließung durch das Transrapidnetz simuliert und grafisch dargestellt. Die vorliegende Analyse der zeitlichen Feinstruktur eines perspektiven Transrapidnetzes ist ein modellhafter Orientierungsrahmen für die Objektivierung von Zeitvorteilen einer abgestimmten Infrastruktur im Vergleich zu real möglichen Reisezeiten innerhalb Deutschlands mit den gegebenen Verkehrsträgern Schiene, Straße, Luft. So würde der Einsatz des Transrapid auf einem entsprechenden eigenständigen Netz die dezentrale Konzentration von Agglomerationen in Deutschland fördern und im Durchschnitt annähernd 1 h kürzere Reisezeiten als mit den aktuellen Verkehrsträgern ermöglichen. Zusätzlich wird noch ein Ausblick über mögliche Realisierungsschritte eines Gesamtnetzes gegeben und die aufgetretenen Schwierigkeiten bei der Einführung des innovativen Verkehrssystems Transrapid dargestellt.

Piezoresistive cantilevers with an integrated bimorph actuator

Scanning Probe Microscopy (SPM) has become of fundamental importance for research in area of micro and nano-technology. The continuous progress in these fields requires ultra sensitive measurements at high speed. The imaging speed limitation of the conventional Tapping Mode SPM is due to the actuation time constant of piezotube feedback loop that keeps the tapping amplitude constant. In order to avoid this limit a deflection sensor and an actuator have to be integrated into the cantilever. In this work has been demonstrated the possibility of realisation of piezoresistive cantilever with an embedded actuator. Piezoresistive detection provides a good alternative to the usual optical laser beam deflection technique. In frames of this thesis has been investigated and modelled the piezoresistive effect in bulk silicon (3D case) for both n- and p-type silicon. Moving towards ultra-sensitive measurements it is necessary to realize ultra-thin piezoresistors, which are well localized to the surface, where the stress magnitude is maximal. New physical effects such as quantum confinement which arise due to the scaling of the piezoresistor thickness was taken into account in order to model the piezoresistive effect and its modification in case of ultra-thin piezoresistor (2D case). The two-dimension character of the electron gas in n-type piezoresistors lead up to decreasing of the piezoresistive coefficients with increasing the degree of electron localisation. Moreover for p-type piezoresistors the predicted values of the piezoresistive coefficients are higher in case of localised holes. Additionally, to the integration of the piezoresistive sensor, actuator integrated into the cantilever is considered as fundamental for realisation of fast SPM imaging. Actuation of the beam is achieved thermally by relying on differences in the coefficients of thermal expansion between aluminum and silicon. In addition the aluminum layer forms the heating micro-resistor, which is able to accept heating impulses with frequency up to one megahertz. Such direct oscillating thermally driven bimorph actuator was studied also with respect to the bimorph actuator efficiency. Higher eigenmodes of the cantilever are used in order to increase the operating frequencies. As a result the scanning speed has been increased due to the decreasing of the actuation time constant. The fundamental limits to force sensitivity that are imposed by piezoresistive deflection sensing technique have been discussed. For imaging in ambient conditions the force sensitivity is limited by the thermo-mechanical cantilever noise. Additional noise sources, connected with the piezoresistive detection are negligible.

Not the outside but the inside matters : functional analysis of Capricious and Tartan during Drosophila tracheal morphogenesis

The tubular structures, which transport essential gases, liquids, or cells from one site to another, are shared among various divergent organisms. These highly organized tubular networks include lung, kidney, vasculature and mammary gland in mammals as well as trachea and salivary gland in Drosophila melanogaster. Many questions regarding the tubular morphogenesis cannot be addressed sufficiently by investigating the mammalian organs because their structures are extremely complex and therefore, systematic analyses of genetic and cellular programs guiding the development is not possible. In contrast, the Drosophila tracheal development provides an excellent model system since many molecular markers and powerful tools for genetic manipulations are available. Two mechanisms were shown to be important for the outgrowth of tracheal cells: the FGF signaling pathway and the interaction between the tracheal cells and the surrounding mesodermal cells. The Drosophila FGF ligand encoded by branchless (bnl) is localized in groups of cells near tracheal metameres. The tracheal cells expressing the FGF receptor breathless (btl) respond to these sources of FGF ligand and extend towards them. However, this FGF signaling pathway is not sufficient for the formation of continuous dorsal trunk, the only muticellular tube in tracheal system. Recently, it was found out that single mesodermal cells called bridge-cells are essential for the formation of continuous dorsal trunk as they direct the outgrowth of dorsal trunk cells towards the correct targets. The results in this PhD thesis demonstrate that a cell adhesion molecule Capricious (Caps), which is specifically localized on the surface of bridge-cells, plays an essential role in guiding the outgrowing dorsal trunk cells towards their correct targets. When caps is lacking, some bridge-cells cannot stretch properly towards the adjacent posterior tracheal metameres and thus fail to interconnect the juxtaposing dorsal trunk cells. Consequently, discontinuous dorsal trunks containing interruptions at several positions are formed. On the other hand, when caps is ectopically expressed in the mesodermal cells through a twi-GAL4 driver, these mesodermal cells acquire a guidance function through ectopic caps and misguide the outgrowing dorsal trunk cells in abnormal directions. As a result, disconnected dorsal trunks are formed. These loss- and gain-of-function studies suggest that Caps presumably establishes the cell-to-cell contact between the bridge-cells and the tracheal cells and thereby mediates directly the guidance function of bridge-cells. The most similar protein known to Caps is another cell adhesion molecule called Tartan (Trn). Interestingly, trn is expressed in the mesodermal cells but not in the bridge-cells. When trn is lacking, the outgrowth of not only the dorsal trunks but also the lateral trunks are disrupted. However, in contrast to the ectopic expression of caps, the misexpression of trn does not affect tracheal development. Whereas Trn requires only its extracellular domain to mediate the matrix function, Caps requires both its extracellular and intracellular domains to function as a guidance molecule in the bridge-cells. These observations suggest that Trn functions differently from Caps during tracheal morphogenesis. Presumably, Trn mediates a matrix function of mesodermal cells, which support the tracheal cells to extend efficiently through the surrounding mesodermal tissue. In order to determine which domains dictate the functional specificity of Caps, two hybrid proteins CapsEdTrnId, which contains the Caps extracellular domain and the Trn intracellular domain, and TrnEdCapsId, which consists of the Trn extracellular domain and the Caps intracellular domain, were constructed. Gain of function and rescue experiments with these hybrid proteins suggest on one hand that the extracellular domains of Caps and Trn are functionally redundant and on the other hand that the intracellular domain dictates the functional specificity of Caps. In order to identify putative interactors of Caps, yeast two-hybrid screening was performed. An in vivo interaction assay in yeast suggests that Ras64B interacts specifically with the Caps intracellular domain. In addition, an in vitro binding assay reveals a direct interaction between an inactive form of Ras64B and the Caps intracellular domain. ras64B, which encodes a small GTPase, is expressed in the mesodermal cells concurrently as caps. Finally, a gain-of-function study with the constitutively active Ras64B suggests that Ras64B presumably functions downstream of Caps. All these results suggest consistently that the small GTPase Ras64B binds specifically to the Caps intracellular domain and may thereby mediate the guidance function of Caps.

Herstellung von spannungsoptimierten Silizium-Membranen durch den elektrochemischen Ätzstopp an pn-Übergängen

Vielen Sensoren in mikroelektromechanische Systemen (MEMS) liegen Siliziummembranen zu Grunde. Die Membranen werden mit unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Zum Teil kann man Opferschichten benutzen. Will man jedoch Membranen aus kristallinem Silizium, so muß man auf Ätzstopptechniken zurückgreifen. Eine gängige Methode verwendet vergrabene p^(+)-Schichten. Die sehr hohe Dotierung des Siliziums führt jedoch zu unüberwindbaren Problemen bei der Schaltkreisintegration. Die Verwendung von pn-Übergängen beim elektrochemischen Ätzen als Ätzstopp scheint eine aussichtsreiche Lösung. Die Dotierstoffkonzentrationen sind unkritisch, da sie die Elektronik nicht beeinflussen. Die Siliziummembranen lassen sich mit den üblichen Standard-IC-Prozessen herstellen. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, die physikalisch-chemische Erklärung des elektrochemischen Ätzstopps von Silizium in alkalischen Lösungen zu finden. Dabei sollten Effekte untersucht werden, die einen Einfluß auf das Ätzstoppverhalten haben, wozu insbesondere - die Verarmungszone unterhalb der p-Silizium/Elektrolyt-Phasengrenzfläche - sowie die Raumladungszone des in Sperrichtung geschalteten pn-Übergangs zählen. Ausgangspunkt sind die chemischen Ätzmechanismen des Siliziums respektive des Siliziumdioxids, wobei der Mechanismus des Siliziumätzens in alkalischen Lösungen und die elektrochemischen Effekte ausführlich beschrieben werden. Es zeigt sich ein starker Einfluß der Oberflächenelektronen im Leitungsband des Siliziums und der Hydroxidionen des Elektrolyten auf den Auflösungsmechanismus des Siliziums. Diese Erkenntnisse ermöglichen es, den mittels pn-Übergangs kontrollierten elektrochemischen Ätzstopp vollständig zu beschreiben. Es zeigte sich, daß die Dicke der Membran von den Dotierstoffkonzentrationen des p-Siliziumsubstrats und der n-Siliziumschicht, der Tiefe der n-Dotierung, der Temperatur im Ätzsystem und besonders von der anodischen Sperrspannung abhängig ist. Zur Verifizierung wurden Siliziummembrandicken mit Hilfe von IR-Ellipsometrie vermessen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde auch der es Einflusses von starken Dotierungen im Silizium auf dessen elastische Eigenschaften untersucht, im speziellen bei µm-dünnen Membranen, die mittels elektrochemischen Ätzstopps hergestellt wurden. Dabei wird auf den Einfluß der hohen Dotierstoffkonzentrationen ein besonderes Augenmerk gelegt. Der Youngsche Modul läßt sich bei einem Zugversuch durch Messung der Ausdehnung ermitteln. Für eine zerstörungsfreie Messung der sehr dünnen pn-Siliziummembranen wird die Dehnung berührungslos mit Hilfe des Laser-Speckle Extensometers gemessen. Laserakustische Oberflächenwellen wurden eingesetzt, um gezielt den Einfluß der unterschiedlich starken Dotierung mit Phosphor auf den Elastizitätsmodul zu ermitteln.

Polarisation von Licht im Physikunterricht : ein Elementarisierungsansatz zur Einführung in quantenphysikalische Begriffe und Prinzipien

In der vorliegenden Arbeit wird ein Unterrichtskonzept für die gymnasiale Oberstufe beschrieben, das anhand der Polarisationseigenschaft des Lichts von der Beobachtung ausgehend einen Zugang zur Quantenphysik ermöglicht. Die Unterrichtsinhalte bauen so aufeinander auf, dass ein "harter Bruch" zwischen der klassischen und der quantenphysikalischen Beschreibung von Licht vermieden wird. Das methodische Vorgehen des Unterrichtskonzeptes führt vom Phänomen ausgehend zu quantitativen Experimenten hin zu einer Einführung in quantenphysikalische Begriffe und Prinzipien. Dabei bildet der elektrische Feldvektor die Verknüpfung zwischen der klassischen und der quantenphysi-kalischen Beschreibung der Polarisationsexperimente, in dem er zunächst die Polarisationsexperimente beschreibt und im weiteren Verlauf des Unterrichtsganges als Wahrscheinlichkeitsamplitude gedeutet wird. Die Polarisation von Licht wird zu Beginn des Unterrichtsganges im Rahmen eines fächerübergreifenden Kontextes eingeführt, wobei die Navigation der Insekten nach dem polarisierten Himmelslicht als Einstieg dient. Die Erzeugung und die Eigen-schaften von polarisiertem Licht werden anhand von einfachen qualitativen Schüler- und Demonstrationsexperimenten mit Polarisationsfolien erarbeitet. Das Polarisationsphänomen der Haidinger-Büschel, das bei der Beobachtung von polarisiertem Licht wahrgenommen werden kann, ermöglicht eine Anbindung an das eigene Erleben der Schülerinnen und Schüler. Zur Erklärung dieser Experimente auf der Modellebene wird der elektrische Feldvektor und dessen Komponentenzerlegung benutzt. Im weiteren Verlauf des Unterrichtsganges wird die Komponentenzerlegung des elektrischen Feldvektors für eine quantitative Beschreibung der Polarisationsexperimente wieder aufgegriffen. In Experimenten mit Polarisationsfiltern wird durch Intensitätsmessungen das Malussche Gesetz und der quadratische Zusammenhang zwischen Intensität und elektrischem Feldvektor erarbeitet. Als Abschluss der klassischen Polarisationsexperimente wird das Verhalten von polarisiertem Licht bei Überlagerung in einem Michelson-Interferometer untersucht. Das in Abhängigkeit der Polarisationsrichtungen entstehende Interferenzmuster wird wiederum mit Hilfe der Komponentenzerlegung des elektrischen Feldvektors beschrieben und führt zum Superpositionsprinzip der elektrischen Feldvektoren. Beim Übergang zur Quantenphysik werden die bereits durchgeführten Polarisationsexperimente als Gedankenexperimente in der Photonenvorstellung gedeutet. Zur Beschreibung der Polarisation von Photonen wird der Begriff des Zustandes eingeführt, der durch die Wechselwirkung der Photonen mit dem Polarisationsfilter erzeugt wird. Das Malussche Gesetz wird in der Teilchenvorstellung wieder aufgegriffen und führt mit Hilfe der statistischen Deutung zum Begriff der Wahrscheinlichkeit. Bei der Beschreibung von Interferenzexperimenten mit einzelnen Photonen wird die Notwendigkeit eines Analogons zum elektrischen Feldvektor deutlich. Diese Betrachtungen führen zum Begriff der Wahrscheinlichkeitsamplitude und zum Superpositionsprinzip der Wahrscheinlichkeitsamplituden. Zum Abschluss des Unterrichtsganges wird anhand des Lokalisationsproblems einzelner Photonen das Fundamentalprinzip der Quantenphysik erarbeitet.

Funktionsanalysen der Domänen des Vacuolin B und die Rolle des filamentösen Actins am Vacuolin B-positiven Kompartiment im endocytotischen Transit in Dictyostelium discoideum

Ähnlich wie in Säugerzellen ist das neutrale Postlysosom in Dictyostelium discoideum von einem Coat aus filamentösem Actin umgeben. In dieser Arbeit wurde der Frage nach der Funktion dieses Actin-Cytoskeletts am späten Endosom nachgegangen. Hierzu wurde zunächst eine Analyse der Domänen des Vacuolin B durchgeführt, das als bisher spätester bekannter Marker im Endocytoseweg in Dictyostelium discoideum das neutrale, postlysosomale Kompartiment dekoriert. In einer Yeast Two Hybrid-Analyse wurden die Bereiche des Vacuolin B identifiziert, die für eine Selbst-Interaktion des Proteins notwendig und ausreichend sind. Es handelt sich dabei um die coiled-coil-Domäne und einen daran anschließenden, 18 Aminosäuren langen, alpha-helicalen Abschnitt. Diesem helicalen Bereich scheint die Funktion einer modifizierenden, die coiled-coil-Ausbildung vermittelnden oder initiierenden Faltungseinheit zuzukommen. Sie weist jedoch nicht die typischen Merkmale einer trigger-Helix auf. Lokalisationsuntersuchungen mit GFP-Deletionskonstrukten zeigten, dass es einen Zusammenhang zwischen Interaktionsfähigkeit und Bindung des Vacuolin an die Oberfläche später Endosomen gibt: Eine korrekte Lokalisation und Membranassoziation waren nur dann zu beobachten, wenn in der Yeast Two Hybrid-Analyse eine Interaktion nachgewiesen werden konnte. Es wurden die für die Lokalisation und Assoziation mit der vacuolären Membran notwendigen Sequenzbereiche identifiziert; diese waren jedoch nicht hinreichend. Vermutlich sind hierfür auch Sequenzen des N-Terminus notwendig. Die erhobenen Daten legen weiterhin eine Bedeutung der hydrophoben Domäne des Vacuolin B für die korrekte Faltung des Proteins nahe. Im Anschluss an die Domänenanalyse wurde Vacuolin dazu benutzt, durch Herstellung von Hybridproteinen Actin-interagierende Proteine gezielt an das späte Endosom zu transportieren. Es wurde deren Einfluss auf den lokalen Actin Coat und den endocytotischen Transit untersucht. Zwei Actin-bindende Proteine mit depolymerisierender Wirkung konnten im Rahmen dieser Arbeit getestet werden, nämlich Severin und Cofilin. Die Schwächung des lokalen Actin Coats durch das Vorhandensein von Severin an der späten Vacuole war nicht eindeutig festzustellen. Severin am Postlysosom führte nicht zu einer Veränderung der Transitkinetik von Flüssigphasenmarker. Allerdings konnte ein Defekt in der Phagocytose festgestellt werden. Es könnte hierbei ein Zusammenhang zwischen der Mobilisierung von intrazellulärem Calcium während der Partikelaufnahme und der Calcium-abhängigen Regulation der Severin-Aktivität bestehen. Das Hybridprotein aus Vacuolin und Cofilin zeigte neben einer Assoziation mit der vacuolären Membran auch eine Lokalisation im Cytoplasma und Cortex der Zellen. Mit der Lokalisation im Cytoplasma und Cortex korrelierte eine Veränderung der endocytotischen Aktivität. Das Vacuolin-Cofilin-Fusionsprotein am Postlysosom rief einen Verlust des lokalen Actin Coats hervor. Dies führte zu einer traubenförmigen Assoziation der späten Endosomen; exocytotische Parameter blieben jedoch unbeeinflusst. Aufgrund der hier erhobenen Daten kann vermutet werden, dass der Actin Coat am Postlysosom dazu dient, eine Agglutination dieser Endosomen zu inhibieren. Dies könnte ein Schutzmechanismus zum Ausschluss von Docking- und Fusionsereignissen sein.

Untersuchungen zur Eliminierung und Resorption von Zink aus Säugerspermatozoen während der Nebenhodenpassage

Während der Spermatogenese wird das Element Zink an die Sulfhydrylreste der Cysteine in den Mantelfaserproteinen der Spermienflagellen gebunden. So kann in den noch unreifen Mantelfasern die ungerichtete Ausbildung von Disulfidbrücken verhindert werden. Im Zuge der Spermatozoenreifung während der Nebenhodenpassage wird dieses Zink androgenabhängig zu einem hohen Prozentsatz wieder eliminiert. Die nun gerichtete Ausbildung von Disulfidbrücken ermöglicht die Versteifung der Mantelfasern. Diese Rigidität stellt die Voraussetzung zur progressiven Motilität dar, ohne die eine Fertilisierung der Eizelle im weiblichen Genitaltrakt nicht möglich ist. Da eine negative Korrelation zwischen dem Zinkgehalt von Flagellen und ihrer Motilität besteht (Henkel et al., 1999), hat die Zinkeliminierung während der Nebenhodenpassage eine entscheidende Bedeutung in der Entwicklung der Spermatozoen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Mechanismen der epididymalen Zinkeliminierung sowie die an diesem Prozess beteiligten Komponenten und den Verbleib des eliminierten Zinks am System des Bullen, der Ratte und des Menschen. Mittels proteinchemischer Verfahren kann im bovinen System ein zinkbindendes 60 kDa-Protein als Albumin identifiziert werden. Ein 80 kDa-Protein mit zinkbindenden Eigenschaften bleibt unidentifiziert. Die Zinkbindungskapazität der fraktionierten Proteine ist dabei im Caput epididymidis am stärksten ausgeprägt. Atomabsorptionsspektralphotometrische Untersuchungen zeigen die höchsten flagellären Zinkwerte in den Spermien des Rete testis und eine Abnahme des Zinkgehalts zwischen Nebenhodenkopf und -körper. Durch Autometallographie kann eine epitheliale Zinkresorption im Nebenhodenschwanz nachgewiesen werden. Dort erfolgt auch die basale Anreicherung des Zinks. Am Zinkstoffwechsel scheint auch der Macrophage Migration Inhibitory Factor (MIF) beteiligt zu sein. Dieser ist ein Zytokin mit Oxidoreduktasecharakter und kommt unter anderem im Nebenhodenepithel sowie in den Vesikeln des Nebenhoden-Fluids der Ratte vor. MIF zeigt in den hier durchgeführten Untersuchungen sowohl in systemhomologer, als auch in rekombinanter Form in vitro eine Zink-eliminierende Wirkung auf Rattenspermatozoen des Caputs und der Cauda epididymidis und hat somit möglicherweise Einfluss auf den Reifungsprozess der Spermien im Nebenhoden. Lit.: Henkel R, Bittner J, Weber R, Hüther F, Miska W (1999). Relevance of zinc in human sperm flagella and its relation to motility. Fertil Steril 71: 1138-1143