Applications of remote sensing and geographic information systems in geomorphological studies: Safaga - El Quseir area, Red Sea coast, Egypt as an example

In den letzten drei Jahrzehnten sind Fernerkundung und GIS in den Geowissenschaften zunehmend wichtiger geworden, um die konventionellen Methoden von Datensammlung und zur Herstellung von Landkarten zu verbessern. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung von Fernerkundung und geographischen Informationssystemen (GIS) für geomorphologische Untersuchungen. Durch die Kombination beider Techniken ist es vor allem möglich geworden, geomorphologische Formen im Überblick und dennoch detailliert zu erfassen. Als Grundlagen werden in dieser Arbeit topographische und geologische Karten, Satellitenbilder und Klimadaten benutzt. Die Arbeit besteht aus 6 Kapiteln. Das erste Kapitel gibt einen allgemeinen Überblick über den Untersuchungsraum. Dieser umfasst folgende morphologische Einheiten, klimatischen Verhältnisse, insbesondere die Ariditätsindizes der Küsten- und Gebirgslandschaft sowie das Siedlungsmuster beschrieben. Kapitel 2 befasst sich mit der regionalen Geologie und Stratigraphie des Untersuchungsraumes. Es wird versucht, die Hauptformationen mit Hilfe von ETM-Satellitenbildern zu identifizieren. Angewandt werden hierzu folgende Methoden: Colour Band Composite, Image Rationing und die sog. überwachte Klassifikation. Kapitel 3 enthält eine Beschreibung der strukturell bedingten Oberflächenformen, um die Wechselwirkung zwischen Tektonik und geomorphologischen Prozessen aufzuklären. Es geht es um die vielfältigen Methoden, zum Beispiel das sog. Image Processing, um die im Gebirgskörper vorhandenen Lineamente einwandfrei zu deuten. Spezielle Filtermethoden werden angewandt, um die wichtigsten Lineamente zu kartieren. Kapitel 4 stellt den Versuch dar, mit Hilfe von aufbereiteten SRTM-Satellitenbildern eine automatisierte Erfassung des Gewässernetzes. Es wird ausführlich diskutiert, inwieweit bei diesen Arbeitsschritten die Qualität kleinmaßstäbiger SRTM-Satellitenbilder mit großmaßstäbigen topographischen Karten vergleichbar ist. Weiterhin werden hydrologische Parameter über eine qualitative und quantitative Analyse des Abflussregimes einzelner Wadis erfasst. Der Ursprung von Entwässerungssystemen wird auf der Basis geomorphologischer und geologischer Befunde interpretiert. Kapitel 5 befasst sich mit der Abschätzung der Gefahr episodischer Wadifluten. Die Wahrscheinlichkeit ihres jährlichen Auftretens bzw. des Auftretens starker Fluten im Abstand mehrerer Jahre wird in einer historischen Betrachtung bis 1921 zurückverfolgt. Die Bedeutung von Regentiefs, die sich über dem Roten Meer entwickeln, und die für eine Abflussbildung in Frage kommen, wird mit Hilfe der IDW-Methode (Inverse Distance Weighted) untersucht. Betrachtet werden außerdem weitere, regenbringende Wetterlagen mit Hilfe von Meteosat Infrarotbildern. Genauer betrachtet wird die Periode 1990-1997, in der kräftige, Wadifluten auslösende Regenfälle auftraten. Flutereignisse und Fluthöhe werden anhand von hydrographischen Daten (Pegelmessungen) ermittelt. Auch die Landnutzung und Siedlungsstruktur im Einzugsgebiet eines Wadis wird berücksichtigt. In Kapitel 6 geht es um die unterschiedlichen Küstenformen auf der Westseite des Roten Meeres zum Beispiel die Erosionsformen, Aufbauformen, untergetauchte Formen. Im abschließenden Teil geht es um die Stratigraphie und zeitliche Zuordnung von submarinen Terrassen auf Korallenriffen sowie den Vergleich mit anderen solcher Terrassen an der ägyptischen Rotmeerküste westlich und östlich der Sinai-Halbinsel.

Expression profiling und rationale Expressionsoptimierung am Beispiel eines prokaryontischen Wirt-,Vektor-Systems

Durch globale Expressionsprofil-Analysen auf Transkriptom-, Proteom- oder Metabolom-Ebene können biotechnologische Produktionsprozesse besser verstanden und die Erkenntnisse für die zielgerichtete, rationale Optimierung von Expressionssystemen genutzt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Überexpression einer Glukose-Dehydrogenase (EC 1.1.5.2), die von der Roche Diagnostics GmbH für die diagnostische Anwendung optimiert worden war, in Escherichia coli untersucht. Die Enzymvariante unterscheidet sich in sieben ihrer 455 Aminosäuren vom Wildtyp-Enzym und wird im sonst isogenen Wirt-/Vektor-System in signifikant geringeren Mengen (Faktor 5) gebildet. Das prokaryontische Expressionssystem wurde auf Proteom-Ebene charakterisiert. Die 2-dimensionale differenzielle Gelelektrophorese (DIGE) wurde zuvor unter statistischen Aspekten untersucht. Unter Berücksichtigung von technischen und biologischen Variationen, falsch-positiven (α-) und falsch-negativen (β-) Fehlern sowie einem daraus abgeleiteten Versuchsdesign konnten Expressionsunterschiede als signifikant quantifiziert werden, wenn sie um den Faktor ≥ 1,4 differierten. Durch eine Hauptkomponenten-Analyse wurde gezeigt, dass die DIGE-Technologie für die Expressionsprofil-Analyse des Modellsystems geeignet ist. Der Expressionsstamm für die Enzymvariante zeichnete sich durch eine höhere Variabilität an Enzymen für den Zuckerabbau und die Nukleinsäure-Synthese aus. Im Expressionssystem für das Wildtyp-Enzym wurde eine unerwartet erhöhte Plasmidkopienzahl nachgewiesen. Als potenzieller Engpass in der Expression der rekombinanten Glukose-Dehydrogenase wurde die Löslichkeitsvermittlung identifiziert. Im Expressionsstamm für das Wildtyp-Enzym wurden viele Proteine für die Biogenese der äußeren Membran verstärkt exprimiert. Als Folge dessen wurde ein sog. envelope stress ausgelöst und die Zellen gingen in die stationäre Wuchsphase über. Die Ergebnisse der Proteomanalyse wurden weiterführend dazu genutzt, die Produktionsleistung für die Enzymvariante zu verbessern. Durch den Austausch des Replikationsursprungs im Expressionsvektor wurde die Plasmidkopienzahl erhöht und die zelluläre Expressionsleistung für die diagnostisch interessantere Enzymvariante um Faktor 7 - 9 gesteigert. Um die Löslichkeitsvermittlung während der Expression zu verbessern, wurde die Plasmidkopienzahl gesenkt und die Coexpression von Chaperonen initiiert. Die Ausbeuten aktiver Glukose-Dehydrogenase wurden durch die Renaturierung inaktiven Produkts aus dem optimierten Expressionssystem insgesamt um einen Faktor von 4,5 erhöht. Somit führte im Rahmen dieser Arbeit eine proteombasierte Expressionsprofil-Analyse zur zielgerichteten, rationalen Expressionsoptimierung eines prokaryontischen Modellsystems.

Modelling and simulating in systems biology: an approach based on multi-agent systems

Systems Biology is an innovative way of doing biology recently raised in bio-informatics contexts, characterised by the study of biological systems as complex systems with a strong focus on the system level and on the interaction dimension. In other words, the objective is to understand biological systems as a whole, putting on the foreground not only the study of the individual parts as standalone parts, but also of their interaction and of the global properties that emerge at the system level by means of the interaction among the parts. This thesis focuses on the adoption of multi-agent systems (MAS) as a suitable paradigm for Systems Biology, for developing models and simulation of complex biological systems. Multi-agent system have been recently introduced in informatics context as a suitabe paradigm for modelling and engineering complex systems. Roughly speaking, a MAS can be conceived as a set of autonomous and interacting entities, called agents, situated in some kind of nvironment, where they fruitfully interact and coordinate so as to obtain a coherent global system behaviour. The claim of this work is that the general properties of MAS make them an effective approach for modelling and building simulations of complex biological systems, following the methodological principles identified by Systems Biology. In particular, the thesis focuses on cell populations as biological systems. In order to support the claim, the thesis introduces and describes (i) a MAS-based model conceived for modelling the dynamics of systems of cells interacting inside cell environment called niches. (ii) a computational tool, developed for implementing the models and executing the simulations. The tool is meant to work as a kind of virtual laboratory, on top of which kinds of virtual experiments can be performed, characterised by the definition and execution of specific models implemented as MASs, so as to support the validation, falsification and improvement of the models through the observation and analysis of the simulations. A hematopoietic stem cell system is taken as reference case study for formulating a specific model and executing virtual experiments.

Effects of housing, perches, genetics, and 25-hydroxycholecalciferol on keel bone deformities in laying hens

Several studies have shown a high prevalence of keel bone deformities in commercial laying hens. The aim of this project was to assess the effects of perch material, a vitamin D feed additive (25-hydroxyvitamin D(3); HyD, DSM Nutritional Products, Basel, Switzerland), and genetics on keel bone pathology. The study consisted of 2 experiments. In the first experiment, 4,000 Lohmann Selected Leghorn hens were raised in aviary systems until 18 wk of age. Two factors were investigated: perch material (plastic or rubber-coated metal) and feed (with and without HyD). Afterward, the hens were moved to a layer house with 8 pens with 2 aviary systems. Daily feed consumption, egg production, mortality, and feather condition were evaluated. Every 6 wk, the keel bones of 10 randomly selected birds per pen were palpated and scored. In the second experiment, 2,000 Lohmann Brown (LB) hens and 2,000 Lohmann Brown parent stock (LBPS) hens were raised in a manner identical to the first experiment. During the laying period, the hens were kept in 24 identical floor pens but equipped with different perch material (plastic or rubber-coated metal). The same variables were investigated as in the first experiment. No keel bone deformities were found during the rearing period in either experiment. During the laying period, deformities gradually appeared and reached a prevalence of 35% in the first experiment and 43.8% in the second experiment at the age of 65 and 62 wk, respectively. In the first experiment, neither HyD nor the aviary system had any significant effect on the prevalence of keel bone deformities. In the second experiment, LBPS had significantly fewer moderate and severe deformities than LB, and rubber-coated metal perches were associated with a higher prevalence of keel bone deformities compared with plastic perches. The LBPS laid more but smaller eggs than the LB. Again, HyD did not affect the prevalence of keel bone deformities. However, the significant effect of breed affiliation strongly indicates a sizeable genetic component that may provide a basis for targeted selection.

Pelvic floor stimulation: what are the good vibrations?

OBJECTIVE: The aim of this study was to determine if two different whole body vibration, sinusoidal vibration (SV) and stochastic resonance vibration (SRV), using various intensities lead to a reactive activation of pelvic floor muscles. STUDY DESIGN: We compared the pelvic floor muscle response of a healthy control group with that of a post partum group with weakened pelvic floor contraction. Activation effects of stochastic resonance vibration and sinusoidal vibration with six increasing vibration intensities were investigated using pelvic floor EMG and compared to activity during rest and maximum voluntary contraction. RESULTS: Both whole body vibration systems were able to activate pelvic floor muscles significantly depending on vibration intensity. Generally, the SRV achieved a significantly higher activation than maximum voluntary contraction, especially in women post partum and using a frequency of 6-12 Hz. CONCLUSION: SRV, compared to SV, leads to higher pelvic floor muscle activation in subjects with weakened pelvic floor muscles and achieves higher pelvic floor activation than maximum voluntary contraction alone. Neurourol. Urodynam. 28:405-410, 2009. (c) 2009 Wiley-Liss, Inc.

In vitro-ex vivo model systems for nanosafety assessment

Engineered nanomaterials have unique and novel properties enabling wide-ranging new applications in nearly all fields of research. As these new properties have raised concerns about potential adverse effects for the environment and human health, extensive efforts are underway to define reliable, cost- and time-effective, as well as mechanistic-based testing strategies to replace the current method of animal testing, which is still the most prevalent model used for the risk assessment of chemicals. Current approaches for nanomaterials follow this line. The aim of this review is to explore and qualify the relevance of new in vitro and ex vivo models in (nano)material safety assessment, a crucial prerequisite for translation into applications.

Linking soil properties and pre-Columbian agricultural strategies in the Bolivian lowlands: The case of raised fields in Exaltación

This paper aims to further our understanding of pre-Columbian agricultural systems in the Llanos de Moxos, Bolivia. Three different types of raised fields co-existing in the same site near the community of Exaltación, in north-western Beni, were studied. The morphology, texture and geochemistry of the soils of these fields and the surrounding area were analysed. Differences in field design have often been associated with the diversity of cultural practices. Our results suggest that in the study area differences in field shape, height and layout are primarily the result of an adaptation to the local edaphology. By using the technology of raised fields, pre-Columbian people were able to drain and cultivate soils with very different characteristics, making the land suitable for agriculture and possibly different crops. This study also shows that some fields in the Llanos de Moxos were built to prolong the presence of water, allowing an additional cultivation period in the dry season and/or in times of drought. Nevertheless, the nature of the highly weathered soils suggests that raised fields were not able to support large populations and their management required long fallow periods.