Analysis of the signal transduction in the hawk moth Manduca sexta

Fliegende Insekten orientieren sich in ihrer Umwelt mit Hilfe ihres hoch entwickelten olfaktorischen Systems. Es ermöglicht ihnen das Auffinden geeigneter Futter- und Eiablageplätze und ist unverzichtbar bei der innerartlichen Kommunikation. Der Geruchssinn muss dabei gleichzeitig sehr schnell und sensitiv sein um selbst geringste Mengen, z.B. des arteigenen Sexualpheromons, wahrnehmen zu können. Spezifische olfaktorische Rezeptoren (ORs) zur Detektion dieser Duftstoffe werden zusammen mit einem hoch konservierten Co-Rezeptor (Orco) in olfaktorischen Rezeptorneuronen (ORNs) auf den Insektenantennen exprimiert. Sie gehören zu den 7 Transmembran Rezeptoren, zeigen jedoch eine invertierte Membrantopologie im Vergleich zu den ORs der Vertebraten. Darüber hinaus bildet der OR/Orco-Komplex einen spontanaktiven Kationenkanal, die Bindung an ein G Protein ist allerdings umstritten. Daher ist noch ungeklärt, ob die Duftstoffbindung zu einer ionotropen Aktivierung des OR/Orco Kanals führt oder ob metabotrope Mechanismen die Bildung von zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) oder Inositol 1,4,5-trisphosphat (IP3) bewirken. Mit Hilfe von extrazellulären Ableitungen einzelner Trichoidsensillen (tip recordings) auf den Antennen männlicher Manduca sexta wurde die Rolle von Orco sowie die Beteiligung einer Phospholipase Cβ (PLCβ)-abhängigen Transduktionskaskade untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die durch VUAA1 induzierte Spontanaktivität der ORNs durch OLC15 inhibiert und Orco somit kompetitiv gehemmt wurde. Eine Inhibition von Orco sollte die Antwort auf kurze Pheromonpulse sofort reduzieren, sollte die Transduktion über die Aktivierung des OR/Orco Kanals erfolgen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten jedoch keine Beeinflussung der primären Pheromonantwort, vielmehr wurde die späte, langanhaltende Antwort reduziert. Die ebenfalls als Orco-Antagonisten charakterisierten Amiloride MIA und HMA beeinflussen offensichtlich weitere Ziele, da eine substanz- und zeitgeberzeitabhängige Reduzierung der primären Antwort auftrat. Zusätzlich wurde die primäre Pheromonantwort durch die Inhibierung der PLCβ und der Proteinkinase C (PKC), sowie durch die Verwendung zweier Diacylglycerol (DAG)- Derivate signifikant beeinflusst. Hierbei zeigte die Inhibierung von PLCβ und PKC zeitgeberzeitabhängige Unterschiede in der Stärke der Antwortreduktion. Auch die Applikation des DAG-Derivates DOG reduzierte die Pheromonantwort, während die Zugabe von OAG die ORN Aktivität steigern oder reduzieren konnte, abhängig von der verwendeten Derivatkonzentration und der Pheromonkonzentration. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten somit auf einen metabotropen, sehr wahrscheinlich PLCβ-abhängigen Mechanismus für die Pheromontransduktion bei Manduca sexta.

Das Spiel von Grundschulkindern in der großen Pause

Wer schon einmal für kurze Zeit spielenden Kindern zugeschaut hat, mag es als faszinierend empfunden haben, dass das gemeinsame Spiel manchmal „wie von selbst“ abzulaufen scheint. Durch eine intensive Auseinandersetzung mit dessen Theorie und gezielten Beobachtungen ist allerdings festzustellen, dass Spiel eigentlich gar kein „Kinderspiel“, sondern vielmehr eine komplexe Tätigkeit ist. Jedes Spiel weist eine in sich abgeschlossene eigene Wirklichkeit auf, welche sich von der äußeren allgemeingültigen Wirklichkeit abhebt (vgl. Bateson 2007, S. 198f; Oerter 1997, S. 117). Ein Spielrahmen ist vorhanden, der die Situation als Spiel definiert und dessen Grenzen festlegt (vgl. Goffman 1973, S. 74). Im gemeinsamen Spiel ist es deshalb notwendig, dass sich die Teilnehmer das situative Vorhandensein des spezifischen Rahmens und dessen Inhalt mit bestimmten Signalen anzeigen und ihre Auffassungen aufeinander abstimmen (vgl. Oerter 1997, S. 117). Die dafür verwendeten Mitteilungen sind metakommunikativ, d. h. sie geben Auskunft darüber, wie die Kommunikation selbst im Folgenden zu verstehen ist, nämlich immer vor dem Hintergrund, dass „nur gespielt wird“. Erst dadurch können die Mitspieler das Verhalten der anderen als gespielt oder echt einordnen, sodass Missverständnisse vermieden werden (vgl. Bateson 2007, S. 193ff, 206; Oerter 1997, S. 117). Es ist erstaunlich, wie dies Kindern teilweise nur mit wenigen Worten, Gesten oder Handlungen gelingt. Der obige Ausschnitt aus einem Beobachtungsprotokoll zum Spiel von zwei Grundschülern in der großen Pause zeigt, dass nicht nur für Außenstehende, sondern mitunter auch für die Kinder selbst, nicht immer eindeutig oder bewusst ist, wie dieser Vorgang vonstattengeht. Justus und Raphael stimmen zwar darin überein, dass sie gemeinsam ein Spiel gespielt haben, können dieses aber weder benennen, noch beschreiben. Trotzdem scheinen sie beide die gleiche Vorstellung vom Spielablauf und dessen Inhalt gehabt bzw. das Spiel gleichermaßen gerahmt zu haben und zu einer Übereinkunft diesbezüglich gekommen zu sein. Ebenso wie die große Pause zur Schule gehört, gehört zur großen Pause wiederum - zumindest in der Grundschule - das Spiel. Damit ist das Pausenspiel i. d. R. ein fester Bestandteil des Schulalltags eines Grundschülers. Wie bereits angedeutet, leisten die Kinder sogar dabei etwas, nämlich die gemeinsame Bildung und Erhaltung eines gemeinsamen Spielrahmens durch Interaktion. In dieser Arbeit wird deshalb der folgenden Frage nachgegangen: Wie stellen Grundschulkinder in der großen Pause einen gemeinsamen Spielrahmen her und wie erhalten sie diesen aufrecht? Die Beschäftigung mit dieser Frage ist insbesondere für (zukünftige) Lehrpersonen lohnenswert, denn sie kann den Blick auf das Pausenspiel ggf. insofern verändern, dass es mehr wertgeschätzt wird. Ziel dieser Arbeit ist es, Aussagen zu der den Spielrahmen betreffenden Praxis von Grundschulkindern in der großen Pause herauszubilden. Dazu werden zunächst das Spiel und dessen Rahmen theoretisch abgehandelt. Vor diesem Hintergrund soll die Frage weiterführend mit Hilfe von Szenen zur praktischen Umsetzung gemeinsamer Spiele, die im Rahmen einer empirischen Untersuchung im Feld tatsächlich beobachtet und dokumentiert wurden, beantwortet werden. Es wird also nicht das Ziel verfolgt, eine eigenständige Theorie aus den Daten abzuleiten, vielmehr soll die bestehende Theorie mit realen, authentischen Beispielen aus dem Pausenalltag von Grundschülern unterlegt und ergänzt werden.

Repräsentationen im Biologieunterricht - eine qualitative Studie zur Perspektive von Lernenden

Externe Repräsentationen, wie beispielsweise Texte, Bilder und deren Kombinationen, sind zum einen im Alltag und in der Biologie als Wissenschaft, zum anderen ebenfalls im Unterrichtsfach Biologie allgegenwärtig. Die Darbietungsmöglichkeiten für externe Repräsentationen sind dabei äußerst vielfältig, wobei gerade in der heutigen Zeit Informationsquellen aller Art meist nur wenige Klicks entfernt, oder auf andere Weisen nahezu unmittelbar verfügbar sind. Für Lernende im Unterrichtsfach Biologie stellt das Erschließen und Austauschen biologisch relevanter Informationen eine wichtige Aufgabe und Herausforderung dar. Naturwissenschaftlicher Kommunikation wird sowohl im Hessischen Kerncurriculum als auch in den Bildungsstandards für das Fach Biologie eine zentrale Bedeutung beigemessen. Im Zuge dieser qualitativen, empirischen Studie zu externen Repräsentationen soll einerseits herausgefunden werden, welche Charakteristika bzw. Eigenschaften externer Repräsentationen im BU aus der Perspektive der Lernenden als typisch empfunden werden. Andererseits dient diese Arbeit dazu, den Strategieeinsatz der Lernenden in Bezug auf das Erschließen externer Repräsentationen im BU zu erforschen. Anhand von leitfadengestützten Interviews mit Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe II wurde zu diesem Forschungsanliegen Datenmaterial erhoben, das nach anschließender Transkription mit der Methode der qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet wird. Im Rahmen der durchgeführten Interviews wurden Beispielrepräsentationen aus Schulbüchern zum Themenfeld der klassischen Genetik eingesetzt, die im Vorfeld theoriegeleitet ausgewählt worden sind.

Von der Minderheit zur Mehrheit? Psycho-soziale Einflüsse bei der Verbreitung klima-schonender Innovationen

Vor dem Hintergrund des Klimawandels und weiterer Zukunftsherausforderungen stellt sich in drängenderem Maße die Frage, wie der Wandel zu einer nachhaltigen Gesellschaft gelingen kann. Im Zuge dessen rücken zunehmend solche Lösungsansätze in den Fokus, die an der Schnittstelle von technischen und sozialen Systemen nachhaltige und klimaschonende Innovationen entwickeln. Die vorliegende Dissertation beschäftigte sich in diesem Kontext mit der Frage, welche psychologischen und sozialen Faktoren und Mechanismen bei der individuellen Übernahme (Adoption) klimaschonender Innovationen von Bedeutung und für deren weitere Verbreitung (Diffusion) förderlich sind. Auf theoretischer und konzeptioneller Ebene wurden einerseits persönliche Eigenschaften von Adoptern wie der eigene Lebens- und Informationsverarbeitungsstil und andererseits die Charakteristika klimaschonender Innovationen und deren individuelle Wahrnehmung und Bewertung betrachtet und in einem umfassenden Modell integriert. Die Arbeit untersuchte zunächst mit Hilfe einer breit angelegten Fragebogenstudie (N = 778), wie weit die Innovationen Bezug von Ökostrom und Beteiligung an Bürger-Solaranlagen in verschiedenen sozialen Milieus bereits verbreitet waren und wie diese in milieuspezifischer Perspektive beurteilt und kommunikativ rezipiert wurden. Mittels Strukturgleichungsmodellierung wurde untersucht, inwiefern sich die Bewertungs- und Entscheidungsstrukturen von frühen und späteren Adoptern unterschieden. Es zeigten sich klare milieuspezifische Schwerpunkte: Personen aus dem postmateriellen und den hedonistischen Milieus bewerteten diese Innovationen positiver und waren häufiger unter den Adoptern zu finden als traditionelle und Mainstream-Milieus. Zudem deuteten die Ergebnisse auf eine stärker deliberativ ausgeprägte Entscheidungsstruktur bei frühen Adoptern hin – zumindest hinsichtlich des Bezugs von Ökostrom, der zum Zeitpunkt der Untersuchung bereits weiter verbreitet war als die Beteiligung an Bürger-Solaranlagen. In einer ergänzenden experimentellen Erhebung (N = 356) wurden die Teilnehmende zufällig einer von drei Untersuchungsbedingungen zugeordnet: In einem Informationstext über Smart Meter war eine (fingierte) entweder starke soziale Norm (Mehrheitsbedingung), eine schwache soziale Norm (Minderheitsbedingung) oder keine derartige soziale Information (Kontrollbedingung) enthalten. In einem nachfolgenden Test auf Wissenstransfer – als Indikator der Informationsverarbeitungstiefe – schnitten Personen mit geringerem Interesse an Smart Metern (also solche, die keine weiteren Informationen nachfragten) in der Mehrheitsbedingung am besten ab, wohingegen Personen mit größerem Interesse (fragten weitere Informationen nach) in der Minderheitsbedingung die beste Leistung erzielten. Auch diese Ergebnisse deuten auf unterschiedliche Informationsverarbeitungs- und Entscheidungsstrukturen je nach Wahrnehmung des bisherigen Verbreitungsgrads in Interaktion mit persönlichen Dispositionen hin. Aus den Ergebnissen lassen sich vielfältige Implikationen für ein verbessertes Marketing klimaschonender Innovationen, die umweltpolitische Praxis und für die weitere Forschung ableiten. Es wird empfohlen, bei der Kommunikation (z.B. im Rahmen zielgruppenspezifischer Kampagnen) soziale Normen und deren differentielle Wirkung auf die Verarbeitung innovationsbezogener Informationen gezielter zu nutzen. Da unter den aktuellen Rahmenbedingungen mit keiner hundertprozentigen Diffusion der betrachteten Innovationen in alle gesellschaftlichen Gruppen hinein zu rechnen ist, werden auf politischer Ebene neben „weichen“ politischen Instrumenten auch fiskalische oder ordnungsrechtliche Maßnahmen erforderlich sein. Schließlich erscheint es sinnvoll, sich in der weiteren Forschung stärker mit kommunikativen Prozessen wie beispielsweise Meinungsführerschaft oder dem Einfluss von Medienkampagnen und medialer Berichterstattung auseinander zu setzen.

Marketingstrategien zu In-Wert-Setzung von Naturschutzmaßnahmen in der ökologischen Direktvermarktung

Forschungsgegenstand der Arbeit sind Marketingstrategien zur In-Wert-Setzung von Naturschutzmaßnahmen in der ökologischen Direktvermarktung. Vor diesem Hintergrund wurden anhand konkreter Beispiele unterschiedliche Marketingstrategien und Kommunikationskonzepte verglichen und untersucht, wodurch die Aufpreisbereitschaft der KundInnen für den Zusatznutzen „Naturschutz“ beeinflusst wird. Die Untersuchungen fanden zwischen November 2015 und Januar 2016 auf drei Höfen, die Naturschutzmaßnahmen in die ökologische Direktvermarktung integriert haben, statt. Zunächst wurden leitfadengestützte Experteninterviews mit den Betriebsleitern, bzw. den Verantwortlichen für den Naturschutz, durchgeführt. Schwerpunkt der Interviews war das Naturschutzengagement der Betriebe und die Verwendung der Marketinginstrumente. Die Auswertung erfolgte anhand der inhaltlich strukturierenden qualitativen Inhaltsanalyse. Anschließend fanden in den drei Hofläden persönlich-schriftliche Kundenbefragungen mit Hilfe standardisierter Fragebögen statt. Zur Auswertung wurden statistische Tests im Rahmen der deskriptiven und explorativen Datenanalyse mit der Statistiksoftware SPSS 22.0 vorgenommen. Ergänzt wurden die Daten durch eine Internetrecherche zu weiteren Kommunikations- und Vermarktungskonzepten. Die Ergebnisse zeigten, dass es insgesamt in Deutschland nur wenige Marketingstrategien zur In- Wert-Setzung von Naturschutzmaßnahmen in der Direktvermarktung zu geben scheint. Auf den Höfen wurden zur In-Wert-Setzung des Naturschutzes insbesondere Öko-Marketingstrategien und Zusatznutzenstrategien verfolgt. Dabei stand die Kommunikationspolitik im Vordergrund. Die Intensität, mit der der Naturschutz marketingtechnisch eingesetzt wurde, reichte von sehr gering (Vorwerk Podemus) bis zu sehr ausgeprägt (Lämmerhof). Ob die KundInnen bereit sind, einen Aufpreis für den Naturschutz zu zahlen und ob es ihnen wichtig ist, dass sich der Betrieb für den Naturschutz einsetzt, stand in einem signifikanten Zusammenhang. Auch ob die KundInnen sich über das Engagement der Betriebe in den Bereichen Arten- und Biotopschutz gut informiert fühlten, beeinflusste die Aufpreisbereitschaft. Andere Studien bestätigen eine Aufpreisbereitschaft für einen Zusatznutzen wie den Naturschutz. Die Zahlungsbereitschaft kann durch persönliche Betroffenheit erhöht werden. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Sensibilisierung der KundInnen mit Hilfe eines systematisch geplanten und umgesetzten Kommunikationskonzeptes für die In-Wert-Setzung von Naturschutzmaßnahmen von großer Bedeutung ist. Transparenz und Glaubwürdigkeit spielen bei dem Transport des Konzeptes eine ausschlaggebende Rolle. Abschließend wurden Handlungsempfehlungen für LandwirtInnen und DirektvermarkterInnen formuliert.

BODIPY-Porphyrazin-Hybride als panchromatische Lichtsammelsysteme für farbstoffsensibilisierte Solarzellen

In farbstoffsensibilisierten Solarzellen (DSSC) spielen Chromophore, die als Lichtsammel- und Energie-/Elektronentransfersysteme fungieren, eine zentrale Rolle. Phthalocyanine mit ihren intensiven Absorptionsbanden um 400 nm und 700 nm besitzen großes Potential für die effektive Sensibilisierung von Solarzellen. Trotz ihrer vielversprechenden physikochemischen Eigenschaften und intensiver Bemühungen erreichen Phthalocyanin-sensibilisierte Solarzellen nicht die Effizienzen, die bisher mit anderen Chromophorklassen erzielt werden konnten. In der vorliegenden Dissertation wurde die Entwicklung effizienter Lichtsammelsysteme für DSSC auf der Basis von Aza-substituierten Phthalocyaninen, sogenannten Pyrazinoporphyrazinen, verfolgt. Ein besonderer Fokus lag dabei auf einer Verbesserung der Absorptionseigenschaften der Chromophore im Bereich ihrer intrinsischen Absorptionslücke zwischen den Maxima um 400 nm und 700 nm. Um diese optische Lücke zu schließen wurden komplementär absorbierende BODIPY-Farbstoffe kovalent an synthetisch maßgeschneiderte Porphyrazine gebunden. Insgesamt wurden sechs neue Porphyrazin-Sensibilisatoren synthetisiert und photophysikalisch sowie elektrochemisch charakterisiert. Alle in dieser Arbeit untersuchten Porphyrazine tragen sterisch anspruchsvolle Tri(p-tolyl)propinyl-Gruppen um Agglomerationen zu vermeiden. Darüber hinaus wurden die Porphyrazine peripher entweder mit Hydroxy- oder Carboxygruppen als Bindungsstellen für oxidische Materialien ausgestattet sowie mit sechs BODIPY-Auxiliarfarbstoffen funktionalisiert, deren Substitutionsmuster variiert wurden. Zur Darstellung der komplexen Porphyrazine wurde eine Syntheseroute erarbeitet, die statistische Cyclisierungen unterschiedlicher Dinitril-Vorstufen beinhaltete und es ermöglichte, funktionelle Gruppen erst am vorgeformten Makrocyclus einzuführen. Die photophysikalische Untersuchung der hochfunktionalisierten Farbstoffe erfolgte über UV/Vis- und Fluoreszenzspektroskopie. Im Fall der BODIPY-Porphyrazin-Hybride schließt die zusätzliche Absorptionsbande der peripheren BODIPY-Einheiten die intrinsische Absorptionslücke der Porphyrazine. Die Hybride zeigen somit eine breite Absorption über den gesamten sichtbaren Spektralbereich mit hohen Extinktionskoeffizienten von ca. 4·10^5 M^−1cm^−1. Mittels Fluoreszenz- und Anregungsspektren wurde ein photoinduzierter Energie-transfer von den BODIPY-Einheiten auf den Porphyrazinkern nachgewiesen. Das elektrochemische Verhalten der BODIPY- und Porphyrazin-Verbindungen wurde mittels Cyclo- und Square-Wave-Voltammetrie untersucht. Die Effizienzen der Lichtenergieumwandlung wurden mit Hilfe von selbst-hergestellten und standardisierten farbstoffsensibilisierten Solarzellen bewertet. Alle Solarzellen zeigten eine messbare Photoaktivität unter Bestrahlung. Die Wirkungsgrade der Zellen lagen jedoch alle unter 1 %. Generell führten die Carboxyl-funktionalisierten Porphyrazine zu besseren Wirkungsgraden als die analogen, mit der tripodalen Ankergruppe ausgestatteten Derivate. Die mit Hilfe von Adsorptionsisothermen ermittelten Bindungskonstanten der Adsorption der Farbstoffe auf der TiO2-Oberfläche zeigten, dass beide Hafteinheiten eine feste Verankerung der Chromophore auf den TiO2-Elektroden ermöglichten. Insgesamt wirkte sich die Präsenz der peripheren BODIPY-Farbstoffe positiv auf die Wirkungsgrade der Solarzellen aus, jedoch nur in geringem Maß. Dieses Ergebnis wurde hauptsächlich auf die geringe Energiedifferenz zwischen der Leitungsbandkante des TiO2 und den LUMO-Energieniveaus der Chromophore zurückgeführt. Zusätzlich scheinen konkurrierende Prozesse wie die direkte Photoelektroneninjektion von den BODIPY-Einheiten in das TiO2 eine wichtige Rolle zu spielen. Neben der Anwendung in DSSC wurde die Wechselwirkung der Porphyrazine mit Graphen untersucht. Hierzu wurden A3B-Porphyrazine mit Pyrenyl-Seitenketten ausgestattet, die eine nicht-kovalente Verankerung des Chromophors auf Graphen ermöglichen. UV/Vis- und Fluoreszenzmessungen gaben u.a. erste Hinweise auf eine elektronische Kommunikation zwischen den beiden Hybridpartnern.

Integrated soil fertility management in eastern and western Africa: The role of knowledge and innovation systems, its adoption and impact

The rise in population growth, as well as nutrient mining, has contributed to low agricultural productivity in Sub-Saharan Africa (SSA). A plethora of technologies to boost agricultural production have been developed but the dissemination of these agricultural innovations and subsequent uptake by smallholder farmers has remained a challenge. Scientists and philanthropists have adopted the Integrated Soil Fertility Management (ISFM) paradigm as a means to promote sustainable intensification of African farming systems. This comparative study aimed: 1) To assess the efficacy of Agricultural Knowledge and Innovation Systems (AKIS) in East (Kenya) and West (Ghana) Africa in the communication and dissemination of ISFM (Study I); 2) To investigate how specifically soil quality, and more broadly socio-economic status and institutional factors, influence farmer adoption of ISFM (Study II); and 3) To assess the effect of ISFM on maize yield and total household income of smallholder farmers (Study III). To address these aims, a mixed methodology approach was employed for study I. AKIS actors were subjected to social network analysis methods and in-depth interviews. Structured questionnaires were administered to 285 farming households in Tamale and 300 households in Kakamega selected using a stratified random sampling approach. There was a positive relationship between complete ISFM awareness among farmers and weak knowledge ties to both formal and informal actors at both research locations. The Kakamega AKIS revealed a relationship between complete ISFM awareness among farmers and them having strong knowledge ties to formal actors implying that further integration of formal actors with farmers’ local knowledge is crucial for the agricultural development progress. The structured questionnaire was also utilized to answer the query pertaining to study II. Soil samples (0-20 cm depth) were drawn from 322 (Tamale, Ghana) and 459 (Kakamega, Kenya) maize plots and analysed non-destructively for various soil fertility indicators. Ordinal regression modeling was applied to assess the cumulative adoption of ISFM. According to model estimates, soil carbon seemed to preclude farmers from intensifying input use in Tamale, whereas in Kakamega it spurred complete adoption. This varied response by farmers to soil quality conditions is multifaceted. From the Tamale perspective, it is consistent with farmers’ tendency to judiciously allocate scarce resources. Viewed from the Kakamega perspective, it points to a need for farmers here to intensify agricultural production in order to foster food security. In Kakamega, farmers with more acidic soils were more likely to adopt ISFM. Other household and farm-level factors necessary for ISFM adoption included off-farm income, livestock ownership, farmer associations, and market inter-linkages. Finally, in study III a counterfactual model was used to calculate the difference in outcomes (yield and household income) of the treatment (ISFM adoption) in order to estimate causal effects of ISFM adoption. Adoption of ISFM contributed to a yield increase of 16% in both Tamale and Kakamega. The innovation affected total household income only in Tamale, where ISFM adopters had an income gain of 20%. This may be attributable to the different policy contexts under which the two sets of farmers operate. The main recommendations underscored the need to: (1) improve the functioning of AKIS, (2) enhance farmer access to hybrid maize seed and credit, (3) and conduct additional multi-locational studies as farmers operate under varying contexts.