On the Descriptional Complexity of Simple RL-Automata

Analysis by reduction is a method used in linguistics for checking the correctness of sentences of natural languages. This method is modelled by restarting automata. Here we study a new type of restarting automaton, the so-called t-sRL-automaton, which is an RL-automaton that is rather restricted in that it has a window of size 1 only, and that it works under a minimal acceptance condition. On the other hand, it is allowed to perform up to t rewrite (that is, delete) steps per cycle. We focus on the descriptional complexity of these automata, establishing two complexity measures that are both based on the description of t-sRL-automata in terms of so-called meta-instructions. We present some hierarchy results as well as a non-recursive trade-off between deterministic 2-sRL-automata and finite-state acceptors.

Church-Rosser groups and growing context-sensitive groups

A finitely generated group is called a Church-Rosser group (growing context-sensitive group) if it admits a finitely generated presentation for which the word problem is a Church-Rosser (growing context-sensitive) language. Although the Church-Rosser languages are incomparable to the context-free languages under set inclusion, they strictly contain the class of deterministic context-free languages. As each context-free group language is actually deterministic context-free, it follows that all context-free groups are Church-Rosser groups. As the free abelian group of rank 2 is a non-context-free Church-Rosser group, this inclusion is proper. On the other hand, we show that there are co-context-free groups that are not growing context-sensitive. Also some closure and non-closure properties are established for the classes of Church-Rosser and growing context-sensitive groups. More generally, we also establish some new characterizations and closure properties for the classes of Church-Rosser and growing context-sensitive languages.

Bismarck und der Arbeiterschutz

The eighteen-eighties under Chancellor Otto von Bismarck saw the establishment of statutory workers' insurance in Germany. Germany remained backwards, however, in the statutory protection of workers at their workplace, the prevention of dangers arising from industrial work, and the limitation of hours of work for children, young persons, women or even workers in general. The protection of young workers, for example, remained until 1891 as it had been in 1853. That was due to the fundamental refusal of all improvments in matters of regulations for the protection of workers on the part of Bismarck, who blocked all relevant initiatives. Along with other sources this article draws on previously rarely used marginalia of Bismarck's in ministerial documents on factory inspection, children's and women's labour, the prohibition of Sunday work, and the introduction of a standard working day. The investigation deals with the Chancellor's motives and the arguments deployed in his prevention of measures of workers' protection, which he called an infringement of workers' freedom of action.

Alltag, Organisationskultur und beruflicher Habitus

Aus der Einleitung: "Weder in den klassischen, allgemein erziehungswissenschaftlichen Hand- und Wörterbüchern der letzten drei Dekaden (vgl. u.a. Speck/Wehle 1970; Lenzen 1989; Krüger/Grunert 2004) noch in den entsprechenden Überblickspublikationen der Sozialpädagogik (vgl. u.a. Deutscher Verein für öffentliche und private Fürsorge 2002; Lauermann/Knapp 2003; Otto/Thiersch 2005; Kreft/Mielenz 2005) werden Frage- und Problemstellungen der Relation von Distanz und Nähe – zumindest nicht unter dieser Titulatur – diskutiert. Demgegenüber wird in den pflegeorientierten und gesundheitspräventiven wie auch patientenbezogenen Diskussionen der Medizin, in der Theologie und Ethnologie, in der Medien- und Migrationwissenschaft, der Germanistik und der vergleichenden Geschichtswissenschaft sowie in den psychotherapeutischen Diskursen der Nähe-Distanz-Problematik größere Aufmerksamkeit zuteil als in den pädagogischen und erziehungswissenschaftlichen Reflexionen und Diskursen. Wenn sie dennoch Objekt von erziehungswissenschaftlich gefärbten Beobachtungen wird, dann nur mittelbar und allenfalls in Randnotizen, wenn es – thematisch eingegrenzt – um das Ausbalancieren von Distanz und Nähe in den Beziehungen von PädagogInnen und AdressatInnen und der in diesem pädagogischen Verhältnis eingelagerten Intimität geht (vgl. u. a. Bittner/Rehm 1966). Die 'Erotik' im pädagogischen Alltag, die Ängste und die Verdrängungen dieser Dimension durch Aufbau von Distanz oder schließlich die Angst, durch eine zu große Nähe zu den AdressatInnen 'Kontrolle' über den Beruf zu 'verlieren', bleiben weitgehend ebenso unbeleuchtet wie eine nähere Betrachtung der Auswirkungen von zu viel Nähe zu Beruf und AdressatInnen auf die privaten, intimen wie freundschaftlichen Beziehungen (aus ethnopsychoanalytischer Perspektive hierzu u. a. Parin 1978). Zudem wird das Verhältnis von Nähe und Distanz – wenn überhaupt – jeweils spezifisch und auf eine je eigene Art als ein individuelles, nicht jedoch als ein in die Organisation des Pädagogischen immanent eingelagertes Problem beleuchtet, das sich zusätzlich aus den in den jeweiligen pädagogischen Arbeitsfeldern eingelagerten Handlungslogiken speist. Selbstverständlich kann das ambivalente Verhältnis von Nähe und Distanz nicht aus dem personalen Kontext entlassen werden. Wie immer es auch gewendet und thematisiert wird, es bleibt eine in Interaktionen eingewobene Polarität. Doch, und darauf zielen die Suchbewegungen in diesem Beitrag ab, wird es im pädagogischen Alltag von der jeweiligen Kultur der Organisation des Pädagogischen respektive der Sozialen Arbeit gerahmt – quasi kontextualisiert – und geprägt von den jeweils different modellierten beruflichen Habitus der professionellen AkteurInnen. Organisationskulturelle und habituelle Rahmungen des interaktiven Geschehens wiederum sind nicht ohne die Betrachtung der jeweils vorzufindenden feldspezifischen Regeln (vgl. Bourdieu/Wacquant 1996; zur Berücksichtigung einer Theorie des pädagogischen Feldes für Professionalisierung und Qualität vgl. Honig 2004). Diesen Rahmungen von Distanz und Nähe wird nachfolgend nachgespürt, indem erstens einige Beobachtungen aus dem sozialpädagogischen Alltag vorgestellt (1) und sie zweitens hinsichtlich der Ausbuchstabierung von Distanz und Nähe betrachtet werden (2). Drittens werden die bisherigen Überlegungen mit einem weiteren Fallportrait angereichert (3), um schließlich zu rekonstruieren, in welche Modalitäten Nähe und Distanz habituell, organisationskulturell und feldspezifisch eingebunden sind (4)."

"Bildungsbremse" Herkunft

Aus der Einleitung: "Die bildungsorientierte Betreuung von Kindern im vorschulischen Alter und die Frage, wie sich Familie und Beruf – insbesondere weibliche Berufskarrieren und Mutterschaft – miteinander vereinbaren lassen, genießen zur Zeit eine erhöhte öffentliche Aufmerksamkeit. In den öffentlichen Debatten wird 'Bildung fast über Nacht mit Vorschule und früher Kindheit zusammen gedacht' (Stamm 2004, S. 865). Der Beitrag schließt an die diesbezüglichen Diskussionen an und fragt danach, von welchen gesellschaftlich zu realisierenden Bedarf an außerfamilialen, bildungsorientierten Betreuungsangeboten für unter dreijährige Kinder zukünftig auszugehen ist. Die Gemengelage der gegenwärtig intensiv diskutierten sozial- und bildungspolitischen Themen stellt sich allerdings äußerst komplex und diffus dar. Die öffentliche Diskussion der zur Lösung anstehenden Fragen zeigt erstens partiell eine recht wahllose Inanspruchnahme empirischer Befunde (1) und scheint zweitens eine Diversifizierung der fachwissenschaftlichen Aufmerksamkeiten zu provozieren (2)."

DNA methylation in Dictyostelium discoideum

DNA methyltransferases of type Dnmt2 are a highly conserved protein family with enigmatic function. The aim of this work was to characterize DnmA, the Dnmt2 methyltransferase in Dictyostelium discoideum, and further to investigate its implication in DNA methylation and transcriptional gene silencing. The genome of the social amoeba Dictyostelium encodes DnmA as the sole DNA methyltransferase. The enzyme bears all ten characteristic DNA methyltransferase motifs in its catalytic domain. The DnmA mRNA was found by RT-PCR to be expressed during vegetative growth and down regulated during development. Investigations using fluorescence microscopy showed that both DnmA-myc and DnmA-GFP fusions predominantly localised to the nucleus. The function of DnmA remained initially unclear, but later experiment revealed that the enzyme is an active DNA methyltransferase responsible for all DNA (cytosine) methylation in Dictyostelium. Neither in gel retardation assays, nor by the yeast two hybrid system, clues on the functionality of DnmA could be obtained. However, immunological detection of the methylation mark with an α - 5mC antibody gave initial evidence that the DNA of Dictyostelium was methylated. Furthermore, addition of 5-aza-cytidine as demethylating agent to the Dictyostelium medium and subsequent in vitro incubation of the DNA isolated from these cells with recombinant DnmA showed that the enzyme binds slightly better to this target DNA. In order to investigate further the function of the protein, a gene knock-out for dnmA was generated. The gene was successfully disrupted by homologous recombination, the knock-out strain, however, did not show any obvious phenotype under normal laboratory conditions. To identify specific target sequences for DNA methylation, a microarray analysis was carried out. Setting a threshold of at least 1.5 fold for differences in the strength of gene expression, several such genes in the knock-out strain were chosen for further investigation. Among the up-regulated genes were the ESTs representing the gag and the RT genes respectively of the retrotransposon skipper. In addition Northern blot analysis confirmed the up-regulation of skipper in the DnmA knock-out strain. Bisufite treatment and sequencing of specific DNA stretches from skipper revealed that DnmA is responsible for methylation of mostly asymmetric cytosines. Together with skipper, DIRS-1 retrotransposon was found later also to be methylated but was not present on the microarray. Furthermore, skipper transcription was also up-regulated in strains that had genes disrupted encoding components of the RNA interference pathway. In contrast, DIRS 1 expression was not affected by a loss of DnmA but was strongly increased in the strain that had the RNA directed RNA polymerase gene rrpC disrupted. Strains generated by propagating the usual wild type Ax2 and the DnmA knock-out cells over 16 rounds in development were analyzed for transposon activity. Northern blot analysis revealed activation for skipper expression, but not for DIRS-1. A large number of siRNAs were found to be correspondent to the DIRS-1 sequence, suggesting concerted regulation of DIRS-1 expression by RNAi and DNA methylation. In contrast, no siRNAs corresponding to the standard skipper element were found. The data show that DNA methylation plays a crucial role in epigenetic gene regulation in Dictyostelium and that different, partially overlapping mechanisms control transposon silencing for skipper and DIRS-1. To elucidate the mechanism of targeting the protein to particular genes in the Dictyostelium genome, some more genes which were up-regulated in the DnmA knock-out strain were analyzed by bisulfite sequencing. The chosen genes are involved in the multidrug response in other species, but their function in Dictyostelium is uncertain. Bisulfite data showed that two of these genes were methylated at asymmetrical C-residues in the wild type, but not in DnmA knock-out cells. This suggested that DNA methylation in Dictyostelium is involved not only in transposon regulation but also in transcriptional silencing of specific genes.

Jugend, Freizeit, Medien und Kultur

Aus der Einleitung: "Alles ist anders als früher, widerspruchsvoller. Das 'Frottee Trockenschampoo Zeitalter' scheint endgültig vorbei. Die Zeiten, als die 'hellblaue Dose (…) noch einen dramatischen Vorfall von Nachfetten der Haare' während eines Rockkonzertes 'auf irgendeiner Kuhwiese verhindern musste' (Dörrie 2001), sind vergessen. Auf modernen Musik-Events wird sie nicht mehr benötigt. 'Im Kopf ganz frei' schmuggelt man sich aktuell in irgendeine Chefetage ein, wo 'OutKast ein kurzes Konzert für die (…) Business-Partner geben', träumt mit der Band vom utopischen 'Stankonia' und lässt sich von einem 'distinguierten französischen Barmann' bedienen (Braddock/Hertel 2001). 'Frottee' ist hier überflüssig. Heute ist eben alles ist anders als früher. Der 'Punker' spielt 'Soul-Techno' und der 'Gangster-Rapper' Golf. Trotzdem scheint sich nur wenig verändert zu haben. Peter Maffey geht nur noch selten über 'sieben Brücken', dennoch erklimmt er im Februar 2001 Platz eins der MTV-Zuhörer-Charts. 'Abraxas' von Santana ist zwar nur noch nostalgie-verhangegen Alt-Siebzigern ein Begriff, aber als 'Latin-Musiker' hochaktuell – und die Beatles thronen zu Beginn des 21. Jahrhunderts wie vor 35 Jahren an der Spitze der nationalen, europäischen und us-amerikanischen Hitliste (vgl. musikexpress 2001; Juice 2001). Der Beitrag geht diesen ambivalenten Entwicklungen nach und erkundigt sich, ob und wenn ja inwieweit sich jugendliche Freizeitorientierungen und -formen in den letzten Jahrzehnten modifizierten und welche gesellschaftlichen Entwicklungen die zu beobachtenden Prozesse beeinflussten. Um den ins Gerede gekommenen, aber dennoch nach wie vor diskutierten theoretischen Positionierungen von Jugend Rechnung zu tragen, werden in einer ersten Annäherung relevante Theoriezugänge in gebotener Kürze vorgestellt und diskutiert (1.). Der Ausdifferenzierung der Ansätze folgend, werden zuerst allgemeine theoretische Ortbestimmungen erörtert (1.1), bevor in einem zweiten Zugriff medientheoretisch akzentuierte Erklärungsansätze ins Zentrum rücken (1.2). Nach einem kurzen, einleitenden Rekurs werden die zeitlichen und materiellen Ressourcenlagen Jugendlicher (2.1) sowie die Ergebnisse der aktuelleren Freizeit- und Medienforschung erörtert (2.2). Auf Grund der enorm angewachsenen Forschungslage ist es angebracht und notwendig, einzelne Ergebnisse der Medienforschung ebenso gesondert zu präsentieren (2.3) wie das Wissen über die Einbindung Jugendlicher in informelle und formelle Gleichaltrigengruppen (2.4). Einem resümierenden Blick auf die Gesamtpalette der dargestellten Befunde zu jugendlichen Freizeitorientierungen (3.1) folgt abschließend die Nennung der Desiderate, die die bisherige Jugendfreizeit- und -medienforschung aufweist, und eine Diskussion der sich daraus ergebenden theoretischen und methodologischen Herausforderungen für die zukünftige Forschung (3.3)."

Manipulation der Aktin-Hülle später Endosomen durch ektopisches Protein-Targeting und Etablierung einer in vivo-Hierarchie cytoplasmatischer Targeting-Signalstärken

Der Endocytoseweg in Dictyostelium verläuft über definierte endosomale Reifestadien. Dabei werden die reifenden Endosomen im letzten Stadium durch eine Schicht aus filamentösem Aktin umhüllt. Über die biologische Funktion dieser Aktin-Hülle ist derzeit wenig bekannt. Zum weiteren Erkenntnisgewinn sollten daher unterschiedliche Aktin-interagierende Proteine an die endosomale Aktin-Hülle dirigiert und die sich daraus ergebenden Folgen untersucht werden. Dabei wurde der in Drengk et al., 2003 beschriebene Ansatz aufgegriffen, in dem Proteine durch die Fusion an Vacuolin an die späte endosomale Membran transportiert wurden. Die endosomale Lokalisation von DAip1 bewirkte den vollständigen Verlust der endosomalen Aktin-Hülle, ohne dabei das restliche zelluläre Cytoskelett zu beeinträchtigen. Dabei wird die Depolymerisation vermutlich über die nachgewiesene Interaktion von DAip1 mit dem Aktin-depolymerisierenden Protein Cofilin bewirkt. Einhergehend damit trat eine Aggregation der betroffenen Kompartimente, eine Verzögerung des endocytotischen Transits, sowie eine verstärkte Retention lysosomaler Enzyme auf. Diese Ergebnisse ließen auf eine Funktion der endosomalen Aktin-Hülle als Fusionsinhibitor oder in der Regulation von Recycling-Prozessen an späten Endosomen schließen. Die Verlängerung der endosomalen Verweilzeit des den Arp2/3-Komplex negativ regulierenden Proteins Coronin bewirkte dagegen keine offensichtlichen Veränderungen in den betroffenen Zellen. Diese Beoachtung könnte ein Indiz dafür sein, dass nach der Ausbildung der Aktin-Hülle keine weiteren essentiellen Arp2/3-abhängigen mehr an der endosomalen Membran auftreten. Die endosomale Lokalisation des Aktin-Crosslinkers ABP34 induzierte ebenfalls keine Abweichungen vom Wildtyp-Verhalten. Hierbei besteht allerdings die Möglichkeit, dass die Aktivität des Proteins durch die bereits zuvor beschriebene Calcium-Sensitivität beeintächtigt vorliegt. Eine Verstärkung der endosomalen Hülle konnte trotz der Verwendung unterschiedlicher Ansätze nicht hervorgerufen werden. Offensichtlich wirkt die zusätzliche Expression zentraler Regulatoren der Aktin-Polymerisation in der Zelle cytotoxisch. Die Bindung von VASP an die endosomale Membran bewirkte in den Zellen die Ausbildung voluminöser, cytoplasmatischer „Aktin-Bälle“. Diese riefen in den betroffenen Zellen Defekte in unterschiedlichen Aktin-abhängigen Prozessen, wie der Phago- und Pinocytose, sowie der Cytokinese hervor. Dabei gehen die beobachteten Veränderungen vermutlich auf die nachgewiesene Störung im Gleichgewicht zwischen G- und F-Aktin zurück. Obwohl die Aktin-Bälle an der endosomalen Membran entstehen, weisen sie nach vollendeter Entstehung keine inneren oder äußeren Membranen mehr auf und nehmen nicht mehr aktiv am endocytotischen Geschehen teil. Die nähere Charakterisierung offenbarte große Ähnlichkeit zu den mit unterschiedlichen neurodegenerativen Erkrankungen assoziierten Hirano-Bodies. Über das beobachtbare Lokalisationsverhalten der unterschiedlichen im ersten Teil der Arbeit eingesetzten Vacuolin-Hybridproteine ließ sich die Stärke der Lokalisationsinformationen der fusionierten Aktin-interagierenden Proteine miteinander vergleichen. Dies wurde verwendet, um die einzelnen Proteine gemäß ihres Targeting-Potenzials hierarchisch anzuordnen. Im zweiten Teil der Arbeit wurden dieser Hierarchie die beiden cytoplasmatischen Targeting-Signale für Peroxisomen (PTS1) und den Zellkern (SV40-NLS) hinzugefügt. Der vorgenommene Vergleich dieser in vivo gewonnen Daten aus Dictyostelium mit unterschiedlichen in vitro-Bindungsstudien mit homologen Proteinen anderer Organismen zeigte eine erstaunlich gute Übereinstimmung. Diese Beobachtung lässt auf vergleichbare Targeting-Affinitäten innerhalb der Eukaryoten schließen und belegt, dass die zelluläre Lokalisation eines Proteins relativ sicher anhand der in ihm vorhandenen Bindungs-Affinitäten vorhergesagt werden kann. Durch die Kombination der in vivo- und in vitro-Daten war es auch ohne Kenntnis des Oligomerisierungsgrades und des Interaktionspartners erstmals möglich, die Bindungsstärke von Vacuolin an der endosomalen Membran auf einen definierten Bereich einzugrenzen.

Herrschen durch Delegation

Am Beispiel der in der Wetterau gelegenen Reichsgrafschaft Solms-Rödelheim werden in der Dissertation die Existenzbedingungen der kleinen und kleinsten selbstständigen Reichsstände im Heiligen Römischen Reich Deutscher Nation der Frühen Neuzeit untersucht. Erkenntnisleitend ist dabei die Frage, ob und wie solche Territorien nicht nur trotz wiederkehrender Existenzbedrohungen bis zum Ende des Alten Reichs überleben konnten, sondern durch welche Strategien es ihnen gelang, dabei teilweise recht erfolgreich zu sein, wobei sich Erfolg durch politische Stabilität und wirtschaftliche Effizienz äußern konnte. Diese Frage rückt die zahlreichen kleinen Stände in den Fokus, nachdem diese lange Zeit marginalisiert und als bloße Objekte im Spiel der mächtigen Fürsten angesehen wurden. Insofern füllt sie eine bis heute evidente Lücke in der historischen Forschung zu frühneuzeitlicher Landesherrschaft, aber auch zum Funktionieren des Reichs als Verbund von Hoch-adelsherrschaften insgesamt. Zu ihrer Beantwortung werden zunächst systematisch die territorialen und rechtlichen Grundlagen reichsgräflicher Herrschaft herausgearbeitet, die aus einer größeren Zahl einzelner Rechts- und Herrschaftstitel zusammengesetzt waren. Die Herrschaft der Reichsgrafen unterschied sich also im 18. Jahrhundert deutlich von derjenigen der meisten Fürsten, die oft eine autonome und einheitliche Landeshoheit hatten herausbilden können. Die verstreut liegenden Gebiete, auf die sie sich bezog, wurden durch eine wirtschaftliche und herrschaftliche Administration verwaltet, die trotz kleiner Dimensionen als auf der Höhe der Zeit befindlich und leistungsfähig bezeichnet werden kann. Sowohl Herrschaft als auch Ökonomie waren dabei jederzeit stark auf die Person des regierenden Reichsgrafen ausge-richtet, weshalb in der Dissertation der Begriff „personale Ökonomie“ analog zur geläufigen „personalen Herrschaft“ entwickelt wird. Die schmale territoriale Basis konnte im späten 17. und im 18. Jahrhundert auf verschiedenen Wegen erweitert werden. Durch eine rigidere Kontrolle über die Weitergabe durch Vererbung durch die Durchsetzung der Primogenitur gelang es zudem, eine neuerliche Zersplitterung beim Tod eines Regenten weitgehend zu verhindern. Dass dies jedoch nicht die Lösung aller Probleme bedeutete, zeigt die Untersuchung der Position des Sekundogenitus, die – insbesondere wenn er der Erbe eines verfeindeten Bruders war – große Bedeutung für die Entwicklung einer Reichsgrafschaft gewinnen konnte. Im letzten Kapitel schließlich rückt das in der Dissertation entwickelte Konzept der „Herrschaft durch Delegation“ in den Mittelpunkt. Danach funktionierte eine Landesherrschaft kleiner und kleinster Reichsstände angesichts der großen Herausforderungen bei gleichzeitig geringer Macht und vergleichsweise wenig leistungsfähiger Verwaltungen dann besonders gut, wenn die Landesherren darauf verzichteten, alle ihnen prinzipiell zustehenden Rechte selbst auszuüben, sondern sie statt dessen an Dritte delegierten. Für die Reichsgrafen von Solms-Rödelheim wird herausgearbeitet, dass besonders Haus und Familie, Ständische Bündnissysteme wie der Wetterauer Grafenverein, der Oberrheinische Reichskreis und innerterritoriale Mediatgewalten, hier v.a. die Gemeinden, große Bedeutung als Träger delegierter Herrschaft besaßen.

On Alternating Non-Context-Free Grammars

We study several extensions of the notion of alternation from context-free grammars to context-sensitive and arbitrary phrase-structure grammars. Thereby new grammatical characterizations are obtained for the class of languages that are accepted by alternating pushdown automata.

The Degree of Word-Expansion of Lexicalized RRWW-Automata

Restarting automata can be seen as analytical variants of classical automata as well as of regulated rewriting systems. We study a measure for the degree of nondeterminism of (context-free) languages in terms of deterministic restarting automata that are (strongly) lexicalized. This measure is based on the number of auxiliary symbols (categories) used for recognizing a language as the projection of its characteristic language onto its input alphabet. This type of recognition is typical for analysis by reduction, a method used in linguistics for the creation and verification of formal descriptions of natural languages. Our main results establish a hierarchy of classes of context-free languages and two hierarchies of classes of non-context-free languages that are based on the expansion factor of a language.

Design, implementation and application of a generic framework for integrated regional land-use modeling

Land use is a crucial link between human activities and the natural environment and one of the main driving forces of global environmental change. Large parts of the terrestrial land surface are used for agriculture, forestry, settlements and infrastructure. Given the importance of land use, it is essential to understand the multitude of influential factors and resulting land use patterns. An essential methodology to study and quantify such interactions is provided by the adoption of land-use models. By the application of land-use models, it is possible to analyze the complex structure of linkages and feedbacks and to also determine the relevance of driving forces. Modeling land use and land use changes has a long-term tradition. In particular on the regional scale, a variety of models for different regions and research questions has been created. Modeling capabilities grow with steady advances in computer technology, which on the one hand are driven by increasing computing power on the other hand by new methods in software development, e.g. object- and component-oriented architectures. In this thesis, SITE (Simulation of Terrestrial Environments), a novel framework for integrated regional sland-use modeling, will be introduced and discussed. Particular features of SITE are the notably extended capability to integrate models and the strict separation of application and implementation. These features enable efficient development, test and usage of integrated land-use models. On its system side, SITE provides generic data structures (grid, grid cells, attributes etc.) and takes over the responsibility for their administration. By means of a scripting language (Python) that has been extended by language features specific for land-use modeling, these data structures can be utilized and manipulated by modeling applications. The scripting language interpreter is embedded in SITE. The integration of sub models can be achieved via the scripting language or by usage of a generic interface provided by SITE. Furthermore, functionalities important for land-use modeling like model calibration, model tests and analysis support of simulation results have been integrated into the generic framework. During the implementation of SITE, specific emphasis was laid on expandability, maintainability and usability. Along with the modeling framework a land use model for the analysis of the stability of tropical rainforest margins was developed in the context of the collaborative research project STORMA (SFB 552). In a research area in Central Sulawesi, Indonesia, socio-environmental impacts of land-use changes were examined. SITE was used to simulate land-use dynamics in the historical period of 1981 to 2002. Analogous to that, a scenario that did not consider migration in the population dynamics, was analyzed. For the calculation of crop yields and trace gas emissions, the DAYCENT agro-ecosystem model was integrated. In this case study, it could be shown that land-use changes in the Indonesian research area could mainly be characterized by the expansion of agricultural areas at the expense of natural forest. For this reason, the situation had to be interpreted as unsustainable even though increased agricultural use implied economic improvements and higher farmers' incomes. Due to the importance of model calibration, it was explicitly addressed in the SITE architecture through the introduction of a specific component. The calibration functionality can be used by all SITE applications and enables largely automated model calibration. Calibration in SITE is understood as a process that finds an optimal or at least adequate solution for a set of arbitrarily selectable model parameters with respect to an objective function. In SITE, an objective function typically is a map comparison algorithm capable of comparing a simulation result to a reference map. Several map optimization and map comparison methodologies are available and can be combined. The STORMA land-use model was calibrated using a genetic algorithm for optimization and the figure of merit map comparison measure as objective function. The time period for the calibration ranged from 1981 to 2002. For this period, respective reference land-use maps were compiled. It could be shown, that an efficient automated model calibration with SITE is possible. Nevertheless, the selection of the calibration parameters required detailed knowledge about the underlying land-use model and cannot be automated. In another case study decreases in crop yields and resulting losses in income from coffee cultivation were analyzed and quantified under the assumption of four different deforestation scenarios. For this task, an empirical model, describing the dependence of bee pollination and resulting coffee fruit set from the distance to the closest natural forest, was integrated. Land-use simulations showed, that depending on the magnitude and location of ongoing forest conversion, pollination services are expected to decline continuously. This results in a reduction of coffee yields of up to 18% and a loss of net revenues per hectare of up to 14%. However, the study also showed that ecological and economic values can be preserved if patches of natural vegetation are conservated in the agricultural landscape. -----------------------------------------------------------------------

Dipodal Ferrocene Derivatives for Nanostructured Redox-Functionalised Surfaces

Self-assembled monolayers (SAMs) on solid surfaces are of great current interest in science and nanotechnology. This thesis describes the preparation of several symmetrically 1,1’-substituted ferrocene derivatives that contain anchoring groups suitable for chemisorption on gold and may give rise to SAMs with electrochemically switchable properties. The binding groups are isocyano (-NC), isothiocyanato (-NCS), phosphanyl (-PPh2), thioether (-SR) and thienyl. In the context of SAM fabrication, isothiocyanates and phosphanes are adsorbate systems which, surprisingly, have remained essentially unexplored. SAMs on gold have been fabricated with the adsorbates from solution and investigated primarily by X-ray photoelectron spectroscopy and near-edge X-ray absorption fine structure spectroscopy. The results of these analytical investigations are presented and discussed in matters of the film quality and possible binding modes. The quality of self-assembled monolayers fabricated from 1,1’-diisocyanoferrocene and 1,1’-diisothiocyanatoferrocene turned out to be superior to that of films based on the other adsorbate species investigated. Films of those absorbates as well as of dppf afforded well-defined SAMs of good quality. All other films of this study based on sulfur containing anchoring groups exhibit chemical inhomogeneity and low orientational order of the film constituents and therefore failed to give rise to well-defined SAMs. Surface coordination chemistry is naturally related to molecular coordination chemistry. Since all SAMs described in this thesis were prepared on gold (111) surfaces, the ferrocene-based ligands of this study have been investigated in their ability for complexation towards gold(I). The sulfur-based ferrocene ligands [fc(SR)2] failed to give stable gold(I) complexes. In contrast, 1,1’-diisocyanoferrocene (1) proved to be an excellent ligand for the complexation of gold(I). Several complexes were prepared and characterised utilising a series of gold(I) acetylides. These complexes show interesting structural motifs in the solid state, since intramolecular aurophilic interactions lead to a parallel orientation of the isocyano moieties, combined with an antiparallel alignment of neighbouring units. The reaction of 1 with the gold(I) acetylide [Au(C≡C–Fc)]n turned out to be very unusual, since the two chemically equivalent isocyano groups undergo a different reaction. One group shows an ordinary coordination and the other one undergoes an extraordinary 1,1-insertion into the Au-C bond. As a sideline of the research of this thesis several ferrocene derivatives have been tested for their suitability for potential surface reactions. Copper(I) mediated 1,3-dipolar cycloadditions of azidoferrocene derivatives with terminal alkynes appeared very promising in this context, but failed to a certain extent in terms of ‘click’ chemistry, since the formation of the triazoles depended on the strict exclusion of oxygen and moisture and yields were only moderate. Staudinger reactions between dppf and azidoferrocene derivatives were also tested. The nucleophilic additions of secondary amines to 1,1’-diisothiocyanatoferrocene led to the respective thiourea derivatives in quantitative yields.