Coarse-graining and quantum-classical adaptive coupling in soft matter

Die vorliegende Arbeit untersucht den Zusammenhang zwischen Skalen in Systemen weicher Materie, der für Multiskalen-Simulationen eine wichtige Rolle spielt. Zu diesem Zweck wurde eine Methode entwickelt, die die Approximation der Separierbarkeit von Variablen für die Molekulardynamik und ähnliche Anwendungen bewertet. Der zweite und größere Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der konzeptionellen und technischen Erweiterung des Adaptive Resolution Scheme'' (AdResS), einer Methode zur gleichzeitigen Simulation von Systemen mit mehreren Auflösungsebenen. Diese Methode wurde auf Systeme erweitert, in denen klassische und quantenmechanische Effekte eine Rolle spielen.rnrnDie oben genannte erste Methode benötigt nur die analytische Form der Potentiale, wie sie die meisten Molekulardynamik-Programme zur Verfügung stellen. Die Anwendung der Methode auf ein spezielles Problem gibt bei erfolgreichem Ausgang einen numerischen Hinweis auf die Gültigkeit der Variablenseparation. Bei nicht erfolgreichem Ausgang garantiert sie, dass keine Separation der Variablen möglich ist. Die Methode wird exemplarisch auf ein zweiatomiges Molekül auf einer Oberfläche und für die zweidimensionale Version des Rotational Isomer State (RIS) Modells einer Polymerkette angewandt.rnrnDer zweite Teil der Arbeit behandelt die Entwicklung eines Algorithmus zur adaptiven Simulation von Systemen, in denen Quanteneffekte berücksichtigt werden. Die Quantennatur von Atomen wird dabei in der Pfadintegral-Methode durch einen klassischen Polymerring repräsentiert. Die adaptive Pfadintegral-Methode wird zunächst für einatomige Flüssigkeiten und tetraedrische Moleküle unter normalen thermodynamischen Bedingungen getestet. Schließlich wird die Stabilität der Methode durch ihre Anwendung auf flüssigen para-Wasserstoff bei niedrigen Temperaturen geprüft.

Statistical mechanics of protein complexed and condensed DNA

In this thesis I treat various biophysical questions arising in the context of complexed / ”protein-packed” DNA and DNA in confined geometries (like in viruses or toroidal DNA condensates). Using diverse theoretical methods I consider the statistical mechanics as well as the dynamics of DNA under these conditions. In the first part of the thesis (chapter 2) I derive for the first time the single molecule ”equation of state”, i.e. the force-extension relation of a looped DNA (Eq. 2.94) by using the path integral formalism. Generalizing these results I show that the presence of elastic substructures like loops or deflections caused by anchoring boundary conditions (e.g. at the AFM tip or the mica substrate) gives rise to a significant renormalization of the apparent persistence length as extracted from single molecule experiments (Eqs. 2.39 and 2.98). As I show the experimentally observed apparent persistence length reduction by a factor of 10 or more is naturally explained by this theory. In chapter 3 I theoretically consider the thermal motion of nucleosomes along a DNA template. After an extensive analysis of available experimental data and theoretical modelling of two possible mechanisms I conclude that the ”corkscrew-motion” mechanism most consistently explains this biologically important process. In chapter 4 I demonstrate that DNA-spools (architectures in which DNA circumferentially winds on a cylindrical surface, or onto itself) show a remarkable ”kinetic inertness” that protects them from tension-induced disruption on experimentally and biologically relevant timescales (cf. Fig. 4.1 and Eq. 4.18). I show that the underlying model establishes a connection between the seemingly unrelated and previously unexplained force peaks in single molecule nucleosome and DNA-toroid stretching experiments. Finally in chapter 5 I show that toroidally confined DNA (found in viruses, DNAcondensates or sperm chromatin) undergoes a transition to a twisted, highly entangled state provided that the aspect ratio of the underlying torus crosses a certain critical value (cf. Eq. 5.6 and the phase diagram in Fig. 5.4). The presented mechanism could rationalize several experimental mysteries, ranging from entangled and supercoiled toroids released from virus capsids to the unexpectedly short cholesteric pitch in the (toroidaly wound) sperm chromatin. I propose that the ”topological encapsulation” resulting from our model may have some practical implications for the gene-therapeutic DNA delivery process.

Die Reproduktion von Dorschen (Gadus morhua L. und Gadus morhua callarias L.) in der Ostsee unter besonderer Berücksichtigung der Arkonasee. Teil II: Statistische Analysen zum Anteil reproduktiv aktiver Dorsche in Bezug auf gebietsspezifische Unterschiede und Gemeinsamkeiten, sowie deren mögliche Ursachen.

Surveys were conducted to analyse temporal and spatial aspects of the spawning activities of cod in the Baltic Sea from 1993 to 2003. Part I of the article describes the general maturity development and the spawning activities in the western Baltic Sea, the Arkona Sea and the Bornholm Sea. The studies suggest that two types of spawner can be distinguished, the spring spawner in the western Baltic Sea and the summer spawner in the Arkona Sea and the Bornholm Basin. The descriptive analysis is supported by statistical studies presented in this article. It is shown, that the proportion of spawning individuals is significantly higher in summer than in spring in the ArkonaSea and the Bornholm Sea. Furthermore, it is shown that reproductive mixing of both types of spawner is possible in the Arkona Sea in May/June due to the hydrographical conditions in the Arkona Sea which were suitable in 8 of 10 years for successful reproduction of both Baltic cod stocks, and that spatial expansion of spawning activities of the eastern Baltic cod stock into the Arkona Sea is positive correlated with the size of spawning stock in the Bornholm Sea.

Zeitschrift für angewandte mathematik und mechanik

Ing. Holger Steeb, Dr.-Ing. Fehmi Cirak, Prof. Dr.-Ing. Ekkehard Ramm, University of Stuttgart, Department of Civil Engineering, Institute of Structural ...

Statistische Betrachtungen und mößbauerspektroskopische Untersuchungen von Ordnungszuständen in Biotiten

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit standen Untersuchungen zu strukturellen Ordnungs- und Unordnungsphänomenen an natürlichen, substitutionellen Mischkristallen. Aufgrund der enormen Vielfalt an potentiellen Austauschpartnern wurden hierfür Vertreter der Biotit-Mischkristallreihe "Phlogopit-Annit" ausgewählt. Ihr modulartiger Aufbau ermöglichte die gezielte Beschreibung von Verteilungsmustern anionischer und kationischer Merkmalsträger innerhalb der Oktaederschicht der Biotit-Mischkristalle. Basierend auf der postulierten Bindungsaffinität zwischen Mg2+ und F- einerseits und Fe2+ und OH- andererseits, wurde die strukturelle Separation einer Fluor-Phlogopit-Komponente als primäre Ausprägungsform des Mg/F-Ordnungsprinzips abgeleitet. Im Rahmen dieser Modellvorstellung koexistieren im makroskopisch homogenen Biotit-Mischkristall Domänen zweier chemisch divergenter Phasen nebeneinander: Eine rein Mg2+/F- - führende Phlogopit-Phase und eine Wirtskristallphase, die mit fortschreitender Separation bzw. Entmischung der erstgenannten Phase sukzessive reicher an einer hydroxylführenden eisenreichen Annit-Komponente wird. Zwecks numerischer Beschreibung diverser Stadien der Entmischungsreaktion wurden die Begriffe der "Relativen" und "Absoluten Domänengröße" eingeführt. Sie stellen ein quantitatives Maß zur Beurteilung der diskutierten Ordnungsphänomene dar. Basierend auf einem sich stetig ändernden Chemismus der Wirtskristallphase kann jeder Übergangszustand zwischen statistischer Verteilung und vollständiger Ordnung durch das korrespondierende Verteilungsmuster der interessierenden Merkmalsträger ( = Nahordnungskonfiguration und Besetzungswahrscheinlichkeit) charakterisiert und beschrieben werden. Durch mößbauerspektroskopische Untersuchungen konnten die anhand der entwickelten Modelle vorhergesagten Ausprägungsformen von Ordnungs-/Unordnungsphänomenen qualitativ und quantitativ verifiziert werden. Es liessen sich hierbei zwei Gruppen von Biotit-Mischkristallen unterscheiden. Eine erste Gruppe, deren Mößbauer-Spektren durch den OH/F-Chemismus als dominierendes Differenzierungsmerkmal geprägt wird, und eine zweite Gruppe, deren Mößbauer-Spektren durch Gruppierungen von höherwertigen Kationen und Vakanzen ( = Defektchemie) geprägt wird. Auf der Basis von Korrelationsdiagrammen, die einen numerischen und graphischen Bezug zwischen absoluter und relativer Domänengröße einerseits und experimentell zugänglichem Mößbauer-Parameter A (= relativer Flächenanteil, korrespondierend mit der Besetzungswahrscheinlichkeit einer bestimmten Nahordnungs-konstellation) andererseits herstellen, konnten für die erste Gruppe die Volumina der beiden miteinander koexistierenden Komponenten "Hydroxyl-Annit reicher Wirtskristall" und "Fluor-Phlogopit" exakt quantifiziert werden. Das Spektrum der untersuchten Proben umfasste hierbei Kristallspezies, die einerseits durch geringe bis mittlere Mg2+/F- - bzw. Fe2+/OH- -Ordnungsgrade gekennzeichnet sind, andererseits eine nahezu vollständige Ordnung der interessierenden Merkmalsträger Mg2+, Fe2+, OH- und F- widerspiegeln. Desweiteren konnte der Nachweis geführt werden, dass für ausgewählte Proben eine quantitative Bestimmung der Defektvolumina möglich ist.

Herkunftseffekte oder statistische Diskriminierung von Migrantenkindern in der Primarstufe?

Im empirischen Theorienvergleich geht es um die Frage, ob die Nachteile von Migrantenkindern im deutschen Schulsystem auf Diskriminierung beruhen oder ob sie alternativ unter besonderer Berücksichtigung der Migrationsgeschichte und von Sprachproblemen im Elternhaus als Spezialfall des Zusammenhangs von sozialer Herkunft und Bildungschancen erklärt werden können. Die Frage wird mithilfe von Daten der Berliner ELEMENT-Studie untersucht. Vor dem Hintergrund des Erklärungsansatzes von Boudon finden sich für das Berliner Schulsystem keine belastbaren Anzeichen dafür, dass Schulkinder mit Migrationshintergrund beim ersten Bildungsübergang sowie bei der Vergabe von Schulnoten und Bildungsempfehlung systematisch benachteiligt werden. Vielmehr können ihre relativen Nachteile hinreichend gut durch soziale Herkunft, Migrationsgeschichte und individuelle Ausgangsvoraussetzungen erklärt werden. Diese Befunde besagen allerdings nicht, dass in Einzelfällen Migrantenkinder möglicherweise diskriminiert werden, aber es gibt auch keine Belege dafür, dass ihre geringeren Bildungserfolge ursächlich eine Folge von Diskriminierung sind.

Die Juden im Heere : eine statistische Untersuchung nach amtlichen Quellen

Otto Armin [Pseud.]

Statistische Untersuchungen über private Wohlthätigkeitspflege : mit besonderer Berücksichtigung der aktiven Teilnahme der Konfessionen an derselben

bearb. von Anton Bing

Die deutschen Juden als Soldaten im Kriege 1914-1918 : Eine statistische Studie

von Jacob Segall. Mit e. Vorw. von Heinrich Silbergleit

Mechanik der menschlichen Gehwerkzeuge : [eine anatomisch-physiologische Untersuchung]

von den Brüdern Wilhelm Weber und Eduard Weber