Anthropogenic climate change rapidly alters the way in which the Earth system’s components (e.g., atmosphere, hydrosphere and biosphere) interact. Remote Sensing is a crucial asset in humanity’s capabilities to observe and study our changing environment. Of particular interest are the water cycle and carbon cycle. My research focuses on 1) the quantification of total column water vapour (TCWV) in the atmosphere and 2) the quantification of dissolved organic carbon (DOC) in water bodies. Both are fundamental elements for their respective cycles, specifically due to their fast turn-over rates and role in completing the cycles.

The split-window difference (SWD), calculated from the brightness temperature at 10.8 and 12.2 μm in the thermal infrared (TIR) can be related to the clear-sky TCWV. With sensors such as the Meteosat Second Generation – Spinning Enhanced Visible and Infrared Radiometer (MSG–SEVIRI), a geostationary instrument, we are able to retrieve clear-sky TCWV at spatial resolutions of 3 – 5 km and in 15 minute intervals. The retrieval is built on optimal estimation (OE) and yields a bias below 2.85 kg/m² and root mean square deviation (RMSD) below 3.24 kg/m². Its sensitivity is slightly decreased in the planetary boundary layer (PBL). Yet, it provides a good estimate of the sub-hourly, spatio-temporal variability of TCWV. MSG’s successor, Meteosat Third Generation (MTG), with the Flexible Combined Imager (FCI) will certainly improve such TCWV estimates, as it carries a band sensitive to WV in the near-infrared (NIR). In contrast to the TIR, the NIR is sensitive to WV down to the Earth’s surface and provides accurate estimates highly sensitive to the PBL. We built an OE retrieval framework which retrieves TCWV from FCI NIR measurements. Calibrated FCI data are not available, yet. Using observations of the Sentinel–3 Ocean and Land Colour Instrument (OLCI), we were able to retrieve TCWV with a bias of 1.85 kg/m2, a RMSD of 2.235 kg/m² and centred RMSD of 1.26 kg/m². FCI’s TCWV at 1 – 2 km spatial and 10 minute temporal resolution will deliver crucial information to forecasters. These may enable improved warnings and longer lead times for convective storms. The fine details and increased accuracy will provide unprecedented data for studying WV-aerosol-cloud interactions and improve forecasts. Rising temperatures and shifts in hydrological patterns, associated with changes in the WV distribution, are drivers of permafrost degradation and mobilisation. Such mobilisation may be traced with the DOC of Arctic rivers but observations of riverine DOC are sparse. With OLCI we can observe the dynamics in large Arctic rivers such as the Lena River. OLCI’s 300 m spatial resolution and revisit-times of up to 8 times per day enables the monitoring of dissolved organic carbon (DOC) with a RMSD of 1.55 mg/L. This quasi-daily coverage of the whole catchment during the ice-free period (May – October) makes it possible to follow the movement of DOC down to individual tributaries.

For both applications, an improvement in temporal and spatial coverage and resolution has been achieved. This will enable further studies into processes related to the mobilisation and transformation of the satellite-observed quantities. Such studies may help us understand and predict feedback and transformation processes in the water and carbon cycle and their contributions to climate change.

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Förderung sozialer Kompeten-zen von Schüler:innen in der offenen Ganztagsgrundschule. Hierfür wurde ein bereits bestehendes schulisches Programm zur Persönlichkeitsentwicklung adaptiert und so an die Bedingungen offener Ganztagsgrundschulen angepasst. Im Rahmen einer Interventionsstudie wurde die Wirkung des universell-präventiven Programms Eine starke Reise mit der Gruppe auf die sozialen Kompetenzen von Schüler:innen der Klassenstufen zwei bis vier überprüft. Die Schüler:innen der Interventionsgruppe besuchten hierfür über einen Zeitraum von zehn Wochen dieses Programm, welches als AG am Nachmittag angeboten wurde. Für die Evaluation dieses Programms wurde der Interventionsgruppe eine Kontrollgruppe mit Schüler:innen gegenübergestellt, die ebenfalls den offenen Ganztag besuchten und nicht an diesem Programm teil-nahmen. An der vorliegenden quasi-experimentellen Untersuchung nahmen 118 Schü-ler:innen, aufgeteilt auf Interventions- und Kontrollgruppe, aus zehn offenen Ganz-tagsschulen aus einem Schulamtsbezirk teil. Die Datenerhebung wurde im Prä-, Post- und Follow-up Design durchgeführt. Die Befragung erfolgte sowohl durch Selbsteinschätzung der Schüler:innen als auch durch Fremdeinschätzung der Schüler:innen durch die pädagogischen Mitarbeitenden. Dabei wurde die soziale Kompetenz nicht als Gesamtkonstrukt, sondern mit Bezug auf den theoretischen Hintergrund, anhand der Teilkompetenzen prosoziales Verhalten, soziale Integration, Kooperation sowie Einfühlungsvermögen und Hilfsbereitschaft erhoben. Als ein zentraler Befund zeigt sich zur Follow-up-Messung ein signifikant positiver Effekt für das prosoziale Verhalten der Schüler:innen der Interventionsgruppe im Vergleich mit der Kontrollgruppe. Dieses Ergebnis kann ebenfalls für die Mädchen der Interventionsgruppe im Vergleich mit den Jungen in der Interventionsgruppe festgestellt werden. Als Implikation für die Praxis wird das Ansinnen aufgeführt, spezifische, zielorientierte und evidenzbasierte Programme zur Verfügung zu stellen, auf die im Ganztag tätige pädagogische Akteur:innen niedrigschwellig zugreifen können und so Ganztags-schulen in ihrer Qualitätsentwicklung forschungsbasiert und anwendungsbezogen zu unterstützen.

This dissertation addresses the challenges of processing and using planetary image data, particularly in the context of Mars research. It is structured around three main topics: pre-processing, mosaicking, and data dissemination. The dissertation is structured cumulatively – first, in Chapter 1, the motivation is presented and the basic properties of the camera systems involved and their specific software are explained. This is followed by three studies published in international peer-reviewed journals, which are presented in Chapters 2, 3 and 4.

The topic of pre-processing is covered by the radiometric recalibration of the CTX camera of the Mars Reconnaissance Orbiter Mission in Chapter 2. This calibration corrects the vignetting effect and enables more precise image mosaics. The results are comprehensively validated. Chapter 3 is dedicated to the creation of large-format mosaics from HRSC image data from the Mars Express mission. The normalisation and adjustment of the image brightness is carried out on the basis of a calibrated reference data set. The photometric correction of the data forms the basis for this. Chapter 4 presents a web-based analysis tool that integrates various camera data. It enables the high-performance visualisation of large-format mosaics and the examination of individual images, for example to analyse surface changes.

Finally, Chapter 5 provides a discussion of the results, going beyond the three presented articles to address the accuracy, interoperability and reproducibility of data analysis on Mars and other celestial bodies. In addition, the problems that arise in terms of versioning and data reduction are discussed. In Chapter 6, current projects for the continuation of the research results are presented. The dissertation makes an important contribution to the improved processing and interpretation of planetary image data and supports the planning of future missions by providing more precise and better usable data.

Tierwohl gewinnt zunehmend an Bedeutung, da Verbraucher ethisch erzeugte Tierprodukte aufgrund wachsender Sensibilisierung bevorzugen. Dieser Wandel unterstreicht die Notwendigkeit zuverlässiger Methoden zur Bewertung des Wohlbefindens. Diese systematische Übersicht untersucht die Validität aktueller, tierbasierter Indikatoren für das Wohlbefinden von Milchkühen, um Landwirte und Fachleute in der Landwirtschaft bei der Bewertung und Verbesserung des Tierwohls zu unterstützen, insbesondere angesichts fehlender klarer gesetzlicher Definitionen. Die Literaturrecherche umfasste fünf Datenbanken: CAB Direct, PubMed, Scopus, Google Scholar und Livivo. Dabei wurden englische und deutsche Publikationen aus den Jahren 2011 bis 2021 berücksichtigt. Spezifische Suchbegriffe kamen zum Einsatz, und Abstracts wurden auf ihre Relevanz hin überprüft. Publikationen wurden anhand von Ausschlusskriterien kategorisiert, wobei eine abschließende Überprüfung durch drei unabhängige Wissenschaftler erfolgte. Die Forschung hebt Korrelationen zwischen Tierschutzmaßnahmen, Hofmerkmalen und innovativen Indikatoren wie der Haarcortisolkonzentration hervor. Haltungssysteme und Unterbringungsmethoden beeinflussen das Wohlbefinden erheblich, wobei Weidesysteme im Allgemeinen zu weniger Lahmheit und verbessertem Verhalten führen. Eine gute Stallgestaltung und ein effektives Management sind entscheidend, da sie Indikatoren wie Lahmheit und Sauberkeit beeinflussen. Herzfrequenzvariabilität und Herzfrequenzmessungen bieten Einblicke in Stresslevel während des Melkens und anderer Stressfaktoren und sind daher wertvolle Werkzeuge für die Tierschutzbewertung. Die Forschung zu Biomarkern unterstreicht die Notwendigkeit, Produktivität und Gesundheit in Zuchtstrategien auszubalancieren, da hohe Milchproduktion allein kein Indikator für gutes Wohlbefinden ist. Verhaltensstudien und die Mensch-Tier-Beziehung sind entscheidend für das Verständnis des Tierwohls. Precision Livestock Farming bietet Möglichkeiten zur Echtzeitbewertung, benötigt jedoch noch Validierungen. Die Stressphysiologie ist komplex, und obwohl Cortisolmessmethoden vielversprechend sind, ist weitere Forschung erforderlich. Bewertungsinstrumente wie der Animal Needs Index und die routinemäßige Analyse von Herdendaten sind wertvoll, um Probleme zu erkennen. Die wichtigsten Ergebnisse heben die Wirksamkeit und Vielseitigkeit des Welfare Quality®-Protokolls hervor, betonen jedoch die Herausforderung des hohen Zeitaufwands. Das Protokoll der Danish Cattle Federation zeigt Potenzial für praktischere und effizientere Tierschutzbewertungen. Kommerzielle Tierschutzaudits sollten auf leicht beobachtbare Indikatoren und Herdenaufzeichnungen fokussieren, da die Messung von Biomarkern oder Herzfrequenzvariabilität logistisch aufwendig ist. Ein Fokus auf zugängliche Indikatoren wie Body Condition Score, Lahmheit, Klauengesundheit, Sauberkeit und somatische Zellzahl ermöglicht effektive Bewertungen und schnelles Handeln zur Verbesserung des Wohlbefindens.

Background: Ascariasis predominantly affects low- and middle-income populations, driven by inadequate sanitation and poverty, and is frequently accompanied by coinfections. The parasite undergoes a hepato-tracheal migration, evading the host immune system while triggering Th2-dominated cellular and humoral immune response with anti-inflammatory mechanisms that support parasite survival and modulate host immunity. In tropical areas, STH infections often overlap with malaria, which is treated using artemisinin-based combined therapies, known for their potent antimalarial effects. While ARTs' anthelmintic properties have been studied for trematodes and cestodes, their effects on gastrointestinal nematodes like A. lumbricoides remain underexplored. ARTs have also demonstrated immunomodulatory effects, including shifting macrophage phenotypes from anti-inflammatory (M2) to pro-inflammatory (M1). This study aimed to understand ARTs' potential in modulating Ascaris infections and their impact on mitochondrial metabolism by exploring the effects of ART therapy on Ascaris larvae and IL-4-polarized macrophages. It further investigated the humoral and peripheral blood transcriptomic responses to larval ascariasis and examined how coinfection with Salmonella impacts these responses.

Aims: 1) To determine the metabolic profile of A. suum egg-stage larvae and explore the influence of ARTs on the identified metabolic profile 2) To ascertain whether ARTs influence macrophage polarization 3) To investigate the systemic antibody response against Ascaris larval and adult somatic antigen, and adult excretory/secretory antigen at 5wpi 4) To investigate the systemic and local humoral response in larval ascariasis (2wpi) and assess whether a secondary bacterial infection impacts the identified anti-Ascaris humoral response. 5) To investigate the transcriptional profile of peripheral blood mononuclear cells (PBMC) of Ascaris infected pigs at 2wpi and assess whether a secondary bacterial infection impacts the identified expression profile.

Results: This study identified metabolically distinct regions in Ascaris larvae that remained unchanged following ART exposure, despite a reduction in larval viability after 48 hours. The larvae's mitochondria remained functional at both 24 and 48-hour time points. In contrast ART treatment induced a metabolic shift in resting (M0) and IL-4-polarized (M2-like) macrophages towards high anaerobic glycolysis with a reduction in PDH activity and overall metabolic activity. At 5wpi, adult ES exhibited stronger antibody immunodetection of IgM, IgG, IgA and IgG subclasses whereas somatic adult and larval antigens did not. Ascaris infection induced seroconversion as early as 2wpi with both Ascaris single- and co-infected pigs displaying high levels of Ascaris-specific antibodies in the serum, bile and BAL fluid. Of note, mixed systemic IgG1/IgG2 was observed while IgA production was prominent in intestinal mLNs. Relative to Ascaris single-infected pigs, sIgA levels of coinfected pigs displayed no association with eosinophils in the BAL and further displayed lower levels of IgA producing B cells in the ileal mLNs. Ascaris infection had no detectable effect on the peripheral blood transcriptome, which, surprisingly, remained unchanged even in the presence of Salmonella coinfection. Conversely, coinfection dampened transcriptomic responses associated with AP-1-mediated inflammatory monocyte activation against Salmonella.

Conclusions: This study highlights the metabolic compartmentalization within Ascaris larvae, with the pharyngeal region exhibiting high oxidative metabolism and DUOX activity, likely supporting neuronal activity, cuticle maintenance, and defense mechanisms. ARTs, particularly artesunate and artemether, influenced larval viability by inducing oxidative stress rather than direct metabolic disruption. In macrophages, artesunate shifted M2-like cells toward glycolysis, mimicking pro-inflammatory M1 polarization, which may impact immune regulation during Ascaris infections. These findings provide new insights into host-parasite interactions and the immunometabolic effects of ARTs, warranting further in vivo studies to assess their broader implications. Additionally, this work demonstrates a mixed Th1/Th2 systemic humoral response and an active mucosal immunity, marked by IgA and eosinophil activity, suggesting an early defense mechanism against larval migration. Nonetheless, these local humoral responses were impacted by Salmonella infection. Furthermore, genes involved in AP-1-mediated inflammation were suppressed in co-infected pigs, potentially contributing to the dampened anti-Salmonella monocytic response.

Dyadic interactions between teachers and students are highly relevant for successful learning in schools. However, understanding how qualitative dyadic interpersonal behavior of teachers is shaped remains insufficiently understood. This dissertation utilizes the Interpersonal Circumplex within Interpersonal Theory (Kiesler, 1996; Leary, 1957) to describe behavior within a circumplex model along the dimensions of communion (e.g., warmth, affective involvement) and agency (e.g., direction, guidance), which allows for precise examination of behavioral configurations in teacher-student dyads. This dissertation addresses two overarching research questions: (1) In what way is teachers' interpersonal behavior related to students' behaviors and scholastic competencies in dyadic interactions? and (2) In what way is dyadic teacher interpersonal behavior related to teachers' and students' emotions, particularly in the context of mathematics anxiety? To address these questions, this dissertation synthesizes the assumptions of the complementarity principle (Carson, 1969; Sadler et al., 2009), the adaptive teaching paradigm (Bernard et al., 2019; Hardy et al., 2019; S. A. Parsons et al., 2018), and research on teacher (Frenzel, 2014; Frenzel et al., 2021) and student emotions (Pekrun, 2006; Pekrun et al., 2023) through the theoretical lens of the Interpersonal Circumplex (Kiesler, 1996; Leary, 1957). Study 1 examined interpersonal complementarity (Carson, 1969; Sadler et al., 2009) in relation to students' communal behaviors and scholastic competencies. Through observations of 78 teacher-student dyads across 39 primary and secondary schools, this study investigated the extent to which teachers' behavior was more communal in response to communal student behaviors, and less agentic when student competencies were higher. Results showed that high scholastic competencies were associated with teacher behavior characterized by the expected low agency but also moderately high communion ("participating-tolerating"). Further, in line with expectations, high communal student behaviors were related to high communal teacher behaviors ("helping-guiding" and "understanding-interested"), while low communal student behaviors were associated with low communal teacher behaviors ("admonishing" and "ignoring-resigning"). Study 2 examined how primary school teachers' mathematics teaching anxiety related to their dyadic interpersonal behavior. The sample consisted of 161 primary school mathematics teachers who described their interpersonal behavior towards 2,235 students. Mathematics teaching anxiety was significantly associated with low teacher communion. Furthermore, substantial gender differences emerged in the association with agency: mathematics teaching anxiety in male teachers was associated with behavior low in both communion and agency ("ignoring-resigning" and "indeterminate-waiting"), while mathematics anxiety in female teachers was associated with low communion but moderate agency ("admonishing" and "ignoring-resigning"). Study 3 investigated how dyadic teacher interpersonal behavior relates to students' mathematics anxiety, with attention to mediating factors including student self-concept and perceived teacher expectations. The sample consisted of 42 primary school teachers and their 731 students. Results indicated that high teacher agency was associated with increased student mathematics anxiety. Furthermore, significant gender differences emerged: boys' mathematics anxiety was linked to high agency with moderate communion ("demanding-strict"), while girls' anxiety was associated with high agency and low communion ("admonishing"). For girls, both teacher agency and communion indirectly affected mathematics anxiety through perceived teacher expectations and self-concept, whereas for boys, only teacher agency showed these indirect associations. This research advances the understanding of teacher-student interpersonal dynamics by describing dyadic behaviors on the dimensions of agency and communion and utilizing the propositions of the circumplex structure. Accordingly, it demonstrates that teachers' dyadic interpersonal behavior (1) relates in complementary patterns in response to individual student characteristics and competencies, (2) substantially relates to teachers' mathematics teaching anxiety, and (3) relates to students' mathematics anxiety. Notably, the associations with both teachers' and students' emotions showed significant gender-specific patterns. These results contribute to current understanding of teacher-student interactions by emphasizing that the focus should lie on dyadic processes to illuminate mutual influences and emotional interplay within classrooms. This has critical implications for future research and educational practice to identify behaviors that are most beneficial for students and which processes hinder teachers from displaying optimal behavior.

Der Wandel zu digitalen Wissensgesellschaften stellt Bildungssysteme vor neue und veränder- te Aufgaben und Herausforderungen. Der Ausbau von Tagesschulen gilt als eine Maßnahme, um den steigenden Bildungsanforderungen gerecht zu werden (BMFSFJ, 2005; Zimmerli et al., 2009). Vor diesem Hintergrund wurde in dieser Interventionsstudie erstmals untersucht, wie sich mit einem spezifischen Tagesschulangebot gezielt ICT-Kompetenz, ICT-bezogene Selbstwirksamkeit und ICT-bezogenes Interesse von Primarschülerinnen und Primarschülern fördern lassen. Studien aus anderen Leistungsdomänen zeigen, dass die Prozessqualität außerunterrichtlicher Angebote eine zentrale Rolle für deren Lernwirksamkeit spielt (Durlak et al., 2010; Schüpbach et al., 2013; Tillman et. al, 2021). Zudem wird im Sinne von Angebots- Nutzungs-Modellen (Helmke, 2022) angenommen, dass auch die Qualitätseinschätzung durch die Kinder entscheidend für den Lernerfolg ist. Die zehn Wochen dauernde Intervention wurde mit N = 225 Schülerinnen und Schülern in elf Tagesschulen in der Deutschschweiz durchge- führt. Die Daten wurden in einem quasi-experimentellen Prä-Post-Kontrollgruppendesign er- hoben. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die ICT-Kompetenz als auch die ICT-bezogene Selbstwirksamkeit durch das Tagesschulangebot gesteigert werden, sofern die Kinder die Prozessqualität als hochwertig wahrnehmen. Zudem trägt eine hohe wahrgenommene Prozessqualität zu einer gesteigerten Zufriedenheit mit dem Tagesschulangebot bei. Um den pädagogischen Anforderungen an Tagesschulen im Hinblick auf Leistungsförderung gerecht zu werden, ist es notwendig, evidenzbasierte Programme im Bereich der digitalen Bildung zu implementieren (Eickelmann et al., 2016; Schüpbach, 2018). Die Studienergebnisse unter- streichen zudem, dass die Wirksamkeit von Tagesschulangeboten maßgeblich von ihrer Pro- zessqualität abhängt, wobei die von den Kindern wahrgenommene Qualität eine entschei- dende Rolle für die Leistungsförderung spielt.

Kreuzkontaminationen in der Lebensmittelkette sind ein Risiko für die Gesundheit des Konsumenten. Bisher sind jedoch nicht alle Gefahrenquellen identifiziert und/oder eliminiert. Die Untersuchung von Tränkvorrichtungen in Wartestallbuchten eines deutschen Schweinschlachtbetriebs hat ergeben, dass die verbauten Tränken mit Biofilmen und spezifischen Infektionserreger kontaminiert sind. Hierzu wurden sechs Tränken an verschiedenen Positionen des Wasserleitungssystems nach drei unterschiedlich langen Installationsperioden beprobt. Diese Untersuchungen ergaben eine allgemeine Keimbelastung der Tränken zu allen Untersuchungszeitpunkten in allen untersuchten Beprobungsorten und erlaubten weiterhin Aufschluss über den Ursprung der Kontamination. Durch die graduelle Abnahme der Gesamtkeimzahl, je weiter die Proben von den Tränknippeln entfernt genommen wurden, kann von einem retrograden Wachstum ausgegangen werden. Weiterhin konnten Enterobacteriaceae und Pseudomonaden in Nippel-assoziierten Proben aller Beprobungen gefunden werden. Die weiteren untersuchten spezifischen Infektionserreger Salmonella, im genaueren Salmonella Derby und Salmonella Typhimurium, pathogene Yersinia enterocolitica und Methicillin-resistente Staphylococcus aureus wurden ebenfalls in Proben der Tränknippel nachgewiesen. Dabei waren nicht immer alle Erreger in allen Beprobungen vorhanden. Der Vergleich der drei Untersuchungen der Tränken ergab, dass bereits nach einem Monat ein stabiler Biofilm mit wiederkehrenden spezifischen Erregern nachgewiesen werden konnte. Zu den längeren Installationsperioden mit drei Monaten und der Status quo Untersuchung mit Tränkvorrichtungen, die fünf Jahre verbaut waren, wurden keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Die anschließende Untersuchung der Tränkvorrichtungen mit einer nanoskaligen Beschichtung aus Siliciumdioxid führte im Vergleich zu den unbeschichteten Tränken der vorherigen Versuchsdurchführungen zu keiner signifikanten Veränderung der Bakterienbelastung. Die Auswertung der spezifischen Infektionserreger ergab ein Vorkommen aller untersuchten Bakterien: Salmonella, erneut Salmonella Derby und Salmonella Typhimurium, pathogene Yersinia enterocolitica und Methicillin-resistente Staphylococcus aureus inklusive der erstmalig nachgewiesenen Listeria monocytogenes. Auch hier kam es nicht in beiden Beprobungen nach einem Monat und drei Monaten zum Nachweis aller untersuchten Erreger. Zudem waren die spezifischen Infektionserreger in ihrem Vorkommen auf die Nippel-assoziierten Proben beschränkt. Der einzige signifikante Unterschied zwischen den zwei Installationen der beschichteten Tränken wurden für die Pseudomonaden in der gemeinsamen äußeren Nippelprobe festgestellt. Zudem kam es in der Beprobung der beschichteten Tränken nach einem Monat Installation zu erstmalig positiven Nachweisen von Pseudomonas spp. in den unteren, inneren Rohrabschnitten sowie von Enterobacteriaceae in den Wasserproben. Der Hauptnachweisort der Erreger befand sich außen an den Nippeln oder im Innenbereich der individuellen Nippel. Dies führt zu der Schlussfolgerung, dass die Schweine die Kontaminationsquelle für die Tränken sind und die Erreger während des Tränkvorganges auf die Nippel übertragen. Zudem können die Tiere durch die Berührungen von Tränken mit fäkal kontaminierter Haut zur weiteren Übertragung beitragen, da die Tränken frei in der Wartestallbucht hingen. Die Schweine stehen neben der Kontamination der äußeren Haut unter dem Risiko der Infektion im Wartestall durch die in den Tränken vorhandenen Infektionserreger. Diese Infektion stellt im Anschluss eine Gefahr für die Lebensmittelkette dar, indem durch Kreuzkontaminationen weitere Bereiche der Schlachtkette und/oder weitere Schlachtkörper kontaminiert werden, ohne dass das übertragende Schwein Infektionsanzeichen aufzeigt. Dadurch stellen die Tränkvorrichtungen des Wartebereichs in Schweineschlachtbetrieben eine weitere mögliche Kreuzkontaminationsquelle für die Lebensmittelsicherheit dar, welche sich durch die alleinige Installation nanoskalig beschichteter Tränken nicht verhindern lässt.

Object perception arises from a complex interplay between feedforward and feedback processes within the ventral visual stream, dynamically transforming object representations to shape our visual experience. This thesis combines three experimental studies which reveal the nature of the object representations in human brains. In study 1, the findings demonstrate that the alpha-frequency band serves as a spectral signature of feedback processing, mediating the similarity between veridically perceived and mentally imagined objects. Employing a backward masking paradigm to dissociate feedforward and feedback processes, study 2 provides a detailed account of when, where, and how feedback modulates visual representations during naturalistic object vision. Study 3 reveals the developmental trajectory of visual representations from infancy to adulthood, uncovering changes in their temporal dynamics, representational format, and spectral properties. Together, these studies shed light on the mechanisms and contributions of visual feedback processing in object representations, elucidating how these representations emerge in space and time and evolve throughout brain development.

Microbial rhodopsins and phytochromes are photoreceptors that use light to trigger biochemical processes. Upon light activation, they undergo a cyclic cascade of reactions leading to substrate transfer and/or conformational changes associated with the chromophore and protein. NmHR and UmRh1, two microbial rhodopsins, are a bacterial inward chloride pump and a fungal outward proton pump, respectively. While the role of NmHR from a marine bacterium is similar to that of the well-known archaeal inward chloride pump halorhodopsins (HsHR and NpHR), it shares a higher sequence homology with the bacterial outward sodium pump KR2. In addition, each rhodopsin contains a three-residue motif composed of amino acids involved in substrate transfer. The NTQ motif of NmHR is quite conserved in the sodium pump KR2 (NDQ), but is represented by a neutral TSA motif in archaebacterial halorhodopsins, suggesting a divergent evolution. A comprehensive mutational and spectroscopic analysis of residues known to be important for chloride transfer in archaeal halorhodopsins and for sodium transfer in KR2 revealed that chloride release and uptake in NmHR is different from that of archaeal halorhodopsins, but the architecture and residues involved in the process are more similar to KR2, despite the different charge and orientation of the transported ion. UmRh1 is a rhodopsin found in the pathogenic fungus Ustilago maydis, which causes corn smut disease. This fungal rhodopsin shares a high sequence similarity with the well-known archaeal outward proton pump bacteriorhodopsin (HsBR), especially at residues known to be important for the proton pathway of the latter. The DTD motif of HsBR is conserved in UmRh1 and is represented by a DTE motif. However, extensive mutagenesis and spectroscopy revealed that the protonation dynamics of UmRh1 are slightly different from those of HsBR, especially in the proton uptake reaction. Furthermore, the pump activity of UmRh1 is enhanced in the presence of auxins such as IAA (indole-3-acetic acid). Using time-resolved spectroscopy on UmRh1 variants in the presence and absence of IAA, a potential role for auxin was elucidated. It is involved in the enhancement of the reprotonation mechanism and the proton release reaction associated with its pathogenic role. Another aspect that has intrigued scientists over the years is the link between light and chromophore isomerization in photoreceptors, which leads to conformational changes in the protein. How does the signal propagate in the early stages of the photocycle after photon absorption? By introducing the noncanonical amino acid p-cyano-phenylalanine in NmHR and the phytochrome Agp2 into positions of conserved tryptophan residues known to be involved in conformational changes around the chromophore, preliminary results have been obtained that shed light on the protein-chromophore interaction.

In current time, bits are essential equipment in riding, used for communication between rider and horse. Their effectiveness and the effect on the horse varies depending on configuration, material, and application. Studies show that the choice of bit, along with rein tension and the horse’s head-neck position, is crucial for the horse’s welfare and performance. Misfit bits, such as those that are inappropriate in size or type, can lead to pain and injury. Common issues include mouth injuries, restrictions in breathing, and swallowing reflexes. A comprehensive study included in this work examined the use of bits in international showjumping competitions and assessed their impact on the welfare of horses. A survey of 250 riders and video analyses of 268 showjumping rounds revealed that different bits are used to address the individual needs of riders and horses. It was found that riders often use different bits for various horses and under different conditions. Mainly because horses react differently to various bits and the individual horse shows individual needs, partly due to regulations and personal preferences. The video analysis revealed that aversive movements, such as opening the mouth and other signs of discomfort, were particularly common with the use of 3-ring bits and full cheek bits. A lower incidence of aversive movements was observed in horses ridden with egg butt bits and hackamores, indicating their potentially lower level of discomfort. Additionally, the second study investigated the effects of different bits on the horses' airways, particularly on the larynx during various gaits and levels of exertion. The results showed that the type of bit had only a minimal impact on laryngeal dynamics, while the physiological state of the horse, such as exertion and head-neck position, had a significant effect on respiratory function. Overall, the studies emphasize the need for precise bit fitting and the importance of proper equipment configuration for the welfare of horses. They highlight that both bit design and its application influence horse behavior and performance. The findings underscore the importance of interdisciplinary collaboration to improve equine welfare in the sport.

Die ersten Gemeinschaften von Ackerbauern und Viehzüchtern traten im Kopet-Dag-Vorland in Südturkmenistan Ende des 7. Jahrtausends v. Chr. auf und läuteten eine lange Geschichte dörflichen Lebens in Lehmziegelbauten ein. Dieses Buch untersucht das Bauen und Wohnen der frühen Bauern und Bäuerinnen Zentralasiens anhand architektonischer Befunde und geht der Frage nach, wie diese Menschen ihre Wohnräume gestalteten. Mit einer diachronen Betrachtung und einem Fokus auf die Temporalität der Bau- und Wohnpraktiken beleuchtet der Autor sowohl den Wandel als auch die Kontinuitäten in der Gestaltung des Wohnraums, die über bemerkenswert lange Zeiträume hinweg Bestand hatten. Die Analyse erfolgt auf zwei Ebenen. Auf der Mikroebene wird die Nutzungsgeschichte und Architektur einzelner Häuser in Monjukli Depe untersucht. Dieser Fundort wurde 2010–2014 durch ein Team der Freien Universität Berlin ausgegraben. Besondere Beachtung finden die Lebenszyklen der Häuser – von ihrem Bau über die Nutzung bis hin zur Aufgabe und Umnutzung. Diese individuellen Hausgeschichten bieten ein differenziertes Bild der Raumnutzung im äneolithischen Dorf, zeigen aber auch viele Gemeinsamkeiten, die auf geteilte Vorstellungen über Hausbau, Wohnen und den Umgang mit Hausruinen hindeuten. Auf der Makroebene wird die Entwicklung des gebauten Raums über im Zeitraum 6200–2700 v. u. Z. betrachtet. Die Analyse der großflächig ausgegrabenen neolithischen und äneolithischen Fundstellen des Kopet-Dag-Vorlands ermöglicht es, langfristige Entwicklungen in der Raumorganisation dörflicher Siedlungen in der Region zu identifizieren. Diese Ergebnisse werden mit bestehenden Narrativen zur gesellschaftlichen Entwicklung in Zentralasien verglichen und tragen zu einem tieferen Verständnis von Kontinuitäten und Veränderungen in der prähistorischen Siedlungsweise bei.

Magnons and phonons are quanta of spin waves and lattice vibrations, respectively. They can be strongly hybridized to form magnon polarons, because of large magnetoelastic coupling in magnetic materials. This phenomenon was evidenced in neutron diffraction experiments revealing avoided crossings between the phonon and magnon branches. We used spin-resolved photoemission spectroscopy to investigate gadolinium and terbium. Both ferromagnetic rare earth metals have a comparable valence electronic structure but Gd is more like a Heisenberg ferromagnet where anisotropy is weak, while Tb holds much stronger magnetoscrystalline anisotropy. We found that magnon polarons play a crucial role in photohole relaxation in Tb due to the strong 4f spin-orbit coupling. The latter is very weak in Gd. Consequently, electron-phonon and electron-magnon scatterings lead to spin-dependent photohole relaxation rates in Gd. In contrast, the lifetime broadening of the occupied surface state in Tb is only weakly spin dependent and the mass enhancement parameter is twice the spin-averaged value of Gd. The formation of magnon polarons in Tb opens both minority and majority spin bands as decay channels. Besides local scattering processes driving ultrafast demagnetization, ultrafast spin transport is of enormous importance for understanding the mechanisms of many spin-dependent effects. Investigating laser-induced spin transport helps to obtain microscopic insights into ultrafast spin dynamics, and to fabricate high efficiency spintronics. We used time- and spin-resolved photoelectron spectroscopy to study an antiferromagnetically coupled Gd/Fe bilayer and observed an ultrafast 20% decrease of the spin polarization of the Gd surface state within the first 100 fs after optical excitation. The result was confirmed by a transient increase of the spin polarization in iron and corroborated by a decrease of the transient electron temperature. We conclude that spin transport across the interface drives magnetization dynamics in the Gd/Fe bilayer system. Fe acts as a very efficient spin-filter for spin-minority electrons. These findings contribute to a microscopic understanding of ultrafast spin dynamics and possible future spintronic applications.

Die Herausforderung, die sich aus der Ernährungsphysiologie bei der Pferdehaltung ergibt, liegt insbesondere in der hohen Individualität, die mit der Haltung und Nutzung von Pferden verbunden ist. Während bei klassischen Nutztieren wie Rindern, Schweinen oder Geflügel die Fütterung und Mineralstoffversorgung weitgehend standardisiert sind, ergeben sich bei Pferden aufgrund der unterschiedlichen Nutzung, Haltung und Fütterung häufig Unsicherheiten in der Bestimmung des Bedarfs und des Grundumsatzes (Suttle, 2010). Diese Unsicherheiten betreffen nicht nur den Energiebedarf, sondern auch die Versorgung mit Vitaminen und Mineralstoffen. Angesichts dieser Variabilität wird es erforderlich, nicht nur eine bedarfsdeckende Fütterung sicherzustellen, sondern auch eine präzise Aussage zur Mineralstoffversorgung treffen zu können. Zur Bestimmung der Mineralstoffkonzentration beim Pferd stehen eine Reihe von Analysemethoden zur Verfügung, wobei die serologische Analyse in der klinischen Praxis als Standardverfahren etabliert ist. Allerdings haben verschiedene Studien gezeigt, dass die Serologie nicht immer eine zuverlässige Methode zur Bestimmung der Mengen- und Spurenelementkonzentration darstellt. Dies eröffnet die Möglichkeit, alternative Analyseverfahren, wie die Untersuchung von Kotproben, als potenzielle diagnostische Werkzeuge zu prüfen. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, die Mengen- und Spurenelementkonzentrationen in Kot- und Blutproben von Pferden aus ganz Deutschland zu analysieren. Der zentrale Forschungsschwerpunkt bestand darin, zu untersuchen, ob die Kotprobenanalyse eine geeignete Alternative zur Blutuntersuchung darstellt, um den Mineralstoffstatus von Pferden zu bestimmen. In vorangegangenen Studien wurden bereits präanalytische Bedingungen für die Nutzung von Kotproben zur Bestimmung von Mengen- und Spurenelementen untersucht, wobei ein Zusammenhang zwischen der Mineralstoffaufnahme und der Ausscheidung über den Kot festgestellt werden konnte. Daraus folgte die Annahme, dass die Kotprobenanalyse als geeignetes Verfahren zur Bestimmung der Mineralstoffversorgung von Pferden dienen könnte (Staufenbiel, 2023). In dieser Untersuchung wurden zusammen 130 Pferde aus den 13 Flächenbundesländern Deutschlands analysiert. Die Probanden stammten aus verschiedenen Rassen und Altersgruppen (2 bis 35 Jahre) und wurden sowohl sportlich als auch freizeitlich genutzt. Alle Tiere hatten Zugang zu Weiden. Die Messung der Spurenelemente Kupfer (Cu), Zink (Zn), Selen (Se), Eisen (Fe), Iod (I), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Bor (B), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Silicium (Si), Zinn (Sn), Rubidium (Rb) und Vanadium (V) erfolgte mittels optischer Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES), während die Mengenelemente Calcium (Ca), Phosphor (P), Natrium (Na), Kalium (K), Magnesium (Mg), Chlor (Cl) und Schwefel (S) mit Hilfe der Massenspektrometrie und induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS) bestimmt wurden. Die Analyse der Spurenelemente und Mengenelemente wurde anhand der spezifischen Funktionen dieser Mineralstoffe im Pferdeorganismus durchgeführt. Die erste Publikation dieser Arbeit befasste sich mit der Zinkkonzentration in Kot- und Blutproben von Pferden. Zink ist ein essentielles Spurenelement, das an zahlreichen Stoffwechselprozessen beteiligt ist. In dieser Studie konnte keine Korrelation zwischen den Zinkkonzentrationen in Kot- und Blutproben festgestellt werden. Jedoch zeigte sich eine Korrelation zwischen den verschiedenen Blutprobenarten (Serum, Plasma, EDTA-Blut). Zudem wurden erste Referenzwerte für die Zinkkonzentration in Kotproben ermittelt, die zwischen 29 und 413 mg/kg lagen. Diese Werte müssen jedoch unter Berücksichtigung der verschiedenen Limitationen, wie zum Beispiel der Variabilität in der Fütterung und der Haltung der Tiere, kritisch hinterfragt werden. In der zweiten Publikation wurde die Kupferkonzentration in Kot- und Blutproben untersucht. Kupfer ist ein weiteres essentielles Spurenelement, das unter anderem für die Kollagen- und Elastinbildung sowie für antioxidative Abwehrmechanismen eine wichtige Rolle spielt. Auch hier konnte keine Korrelation zwischen den Kupferkonzentrationen in Kot- und Blutproben nachgewiesen werden, jedoch eine Korrelation innerhalb der Blutprobenarten. In dieser Studie wurden keine Referenzwerte für die Kupferkonzentration in Kotproben ermittelt. Da diese Untersuchung unter den Bedingungen eines Feldexperiments durchgeführt wurde, müssen die Ergebnisse im Hinblick auf die verschiedenen Einflussfaktoren, wie die Haltungs- und Fütterungsbedingungen, die geographische Lage, das Alter und die Rasse der Tiere, mit Vorsicht interpretiert werden. Die Vielfalt dieser Faktoren schränkt die Generalisierbarkeit der Ergebnisse ein und zeigt, dass die Nutzung von Kotproben zur Bestimmung von Mengen- und Spurenelementkonzentrationen noch weiterer Forschung bedarf. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Serologie nach wie vor ein wertvolles Diagnostikum in der Pferdemedizin darstellt, um den Mineralstoffstatus von Pferden zu bestimmen. Allerdings zeigt die vorliegende Arbeit, dass die Serologie nicht zwangsläufig die beste oder einzig geeignete Methode für die Bestimmung von Mengen- und Spurenelementen ist. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine ganzheitliche Herangehensweise, die verschiedene Analysemethoden kombiniert, der genaueren Bestimmung des Mineralstoffstatus eines Pferdes am besten dient. Die Kotprobenanalyse könnte in Zukunft eine wertvolle Ergänzung zur Blutuntersuchung darstellen, sofern weitere Studien und standardisierte Referenzwerte eine zuverlässige Interpretation ermöglichen. In zukünftigen Arbeiten wäre es ratsam, unter kontrollierten Bedingungen gezielte Fütterungsexperimente durchzuführen, um eine direkte Verbindung zwischen der Rationsanalyse und der Kotprobenuntersuchung herzustellen. Diese Untersuchungen könnten wichtige Grundlagen für die Etablierung verlässlicher Referenzwerte liefern.

The delivery of therapeutic nucleic acids into cells is the goal of gene therapy, which is still a challenge. Therefore, the focus of this work was to identify carriers capable of transfecting target cells with therapeutic plasmids in vivo in order to develop a platform technology for the treatment of cancer. The dendrimer poly(amidoamine) (PAMAM) and the peptide K16C and, based on these, various prototypes with different surface modifications were tested as carrier systems for the delivery of the so-called suicide gene encoding for the protein toxin saporin. To be successful as a carrier for transferring deoxyribonucleic acid (DNA) to target cells, a carrier must have a number of properties. For example, the carrier must form polyplexes that are stable in the blood, protect the DNA from degradation and, above all, be well tolerated by the body at the dose required for the therapeutic purpose. The DNA can only develop its potential to kill the cancer cell if the polyplex can circulate in the bloodstream long enough to reach its target. The experiments of this study clearly showed that the applied carrier molecules were able to protect the plasmid deoxyribonucleic acid (pDNA) from enzymatic digestion and were stable even after one hour of incubation in blood serum. In addition, the tested prototypes did not cause any measurable hemolysis at the doses planned for the in vivo experiments. However, the carrier PAMAM in particular showed a strong tendency to clump the erythrocytes. The influence of the carrier molecules and their polyplexes on blood coagulation cannot be denied. The retarding effect of the carrier PAMAM and its polyplex on the coagulation parameter prothrombin time (PT) was much stronger than that of the peptide K16C and its polyplex. Nevertheless, the values of all tested substances at a concentration of 1 μM were above the reference range. The effect on the partial thromboplastin time (PTT) parameter was striking. Almost all tested substances completely prevented coagulation starting with a concentration of 0.5 μM. The prototypes therefore carry the risk of an increased tendency to bleed after intravenous administration. Nevertheless, the starting point for further evaluation of the prototypes in in vivo toxicity studies was obtained. The no observed adverse effect level (NOAEL) is a threshold above which adverse effects or signs of toxicity occur. The aim of these studies was to determine an appropriate dose for the in vivo efficacy studies, in other words, to find the NOAEL for the prototypes. For the dendrimer-based prototypes and the peptidebased prototypes, the NOAEL was greater than the maximum dose administered. Consequently, all treatments were well tolerated with the exception of local inflammation at the injection site. The maximum intravenous dose administered was 45 μg pDNA for the dendrimer-based prototype and 15 μg pDNA for the peptide-based prototype. There was no evidence of elevated liver enzyme parameters and urea in the blood samples tested, which would be an indication of organ damage. The pathohistological examinations showed a clear activation of the spleen parenchyma. The suspicion that the treatments had activated the immune system was confirmed by testing the blood for specific antibodies against the carrier molecules using an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). It was found that the amount of specific antibodies formed against the carrier molecules increased with increasing dose and number of injections. Once the maximum dose for the treatments had been determined and a comprehensive picture of the behavior of the prototypes in the blood had been obtained, the groundwork was laid for efficacy studies. A total of four peptide-based prototypes and four dendrimer-based prototypes were tested at two different doses for their tumor inhibitory properties in a colon cancer xenograft model. At a dose of 5 μg pDNA, the dendrimer-based carriers significantly reduced tumor growth. In particular, the prototype D5(SO1861)0.5 reduced the tumor volume by 75% and the prototype D5 by as much as 50%, resulting in prolonged survival in these groups compared to the vehicle control group. Follow-up experiments with a 3-fold higher dose of 15 μg pDNA were designed to confirm the results but did not yield the desired results. Nevertheless, further studies with other tumor mouse models will be useful to further investigate the tumor inhibitory effect of the dendrimer vectors. In contrast to the dendrimer-based prototypes, the overall performance of the peptide prototypes was less convincing. Although the peptide-based prototypes PP(SO1861)0.25 and PP + 30 μg SO1861 were able to significantly reduce tumor growth at a dose of 5 μg pDNA compared to the vehicle control group, but this did not lead to prolonged survival of the animals. Given that promising approaches with similar constructs have already been pursued in other projects, the developed prototypes should still be further investigated in other routes of administration and in other tumor models. It would also be worth investigating whether conjugation of SO1861 to the vector or co-administration with free SO1861 would be an improvement. Gene therapy offers the hope of taking a significant step closer to the ultimate goal of successfully treating currently incurable cancers, making further efforts in this project worthwhile.

Eine Aminosäure (AS) mit besonderer Relevanz für die Schweinefütterung ist Methionin (Met), welche in Form von DL-Met, L-Met oder DL-2-Hydroxy-4-(methylthio)buttersäure (DL-HMTBA) supplementiert werden kann. Es ist bekannt, dass diese Met-Supplemente den intestinalen Transport von Met sowie den Met-Metabolismus beeinflussen können. Die vorliegende Arbeit zielte darauf ab, die folgenden Hypothesen zu prüfen: Erstens, dass die Art des Met-Supplements nicht nur den Met-Transport, sondern auch den Transport weiterer AS beeinflusst und zweitens, dass sich verschiedene Met-Supplemente unterschiedlich auf das epitheliale Metabolom sowie die Expression von inflammatorischen Markern im porzinen Dünndarm auswirken. Im ersten Teil des Projektes wurde entweder eine Diät mit DL-Met, L-Met, DL-HMTBA oder keinem zusätzlichen Met-Supplement an junge Mastschweine verfüttert. Ihr Jejunum wurde verwendet, um den mukoserosalen Flux von [14C]-markiertem L-Glutamin, Glycin, LLeucin, L-Lysin, L-Met, L-Serin, L-Threonin, L-Tryptophan, L-Tyrosin und L-Valin mittels eines Ussing-Kammer-Modells zu untersuchen. Alle Fluxuntersuchungen wurde in An- und Abwesenheit von mukosalem Na+, sowie zwei mukosalen AS-Konzentrationen (50 μM/5 mM) durchgeführt. Weiterhin wurde eine Korrelationsanalyse der Na+-abhängigen AS-Fluxe angefertigt, sowie die cis-Inhibition des apikalen Transports durch mukosales L-Met untersucht. Für letzteres wurde ausschließlich eine DL-Met-Vorfütterung eingesetzt. Um funktionelle Unterschiede zwischen der vorliegenden und einer vorangegangenen Studie zu untersuchen, wurde die jejunale Genexpression neutraler apikaler AS-Transporter (SLC1A5, SLC6A19, SLC6A20, SLC6A14) sowie verschiedener Entzündungsmarker (NLR family pyrin domain containing 3 (NLRP3), Caspase1 (CASP1), Interleukin (IL)1β, IL8, IL18, Tumornekrosefaktor α, Transforming growth factor β (TGFβ)) und des Angiotensin-Konversionsenzyms II (ACE2) zwischen beiden Studien verglichen. Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Na+-Abhängigkeit fast aller AS-Fluxe mit Ausnahme von Lysin und Tryptophan bei 5 mM AS-Konzentration. Diese Na+-abhängigen Fluxe korrelierten vielfach untereinander. Ausnahmen bildeten Glycin mit nur wenigen und Tryptophan mit keiner Korrelation zu weiteren AS. Die apikale Aufnahme aller AS außer Glycin und Lysin war einer cis-Inhibition durch mukosales Met unterworfen. Die vergleichenden Untersuchungen der Genexpression zeigte eine erhöhte Expression von SLC6A19 (B0AT1) und eine niedrigere Expression von SLC6A14 (ABT0,+) in der vorliegenden vs. der Vorgängerstudie. Zusätzlich konnte eine erhöhte Expression aller Entzündungsmarker außer NLRP3 und IL18 in der Vorgängerstudie nachgewiesen werden. Die Expression des Angiotensin-Konversionsenzyms II unterschied sich nicht signifikant zwischen den beiden Studien.

Im zweiten Teil des Projektes wurde das Metabolom des Duodenums, des proximalen und mittleren Jejunums sowie des Ileums von Schweinen mittels Ultrahochleistungsflüssigkeitschromatographie und Tandemmassenspektrometrie analysiert. Die Tiere erhielten entweder DL-Met, L-Met oder DL-HMTBA als Futtersupplemente. Weiterhin wurde dieses Gewebe verwendet, um den Einfluss der Supplemente auf die Expression verschiedener Entzündungsmarker (NLRP3, CASP1, IL1β, IL8, IL18, TGFβ) zu untersuchen. Die Supplemente hatten keine Auswirkung auf das globale intestinale Metabolom, allerdings zeigte eine Stoffwechselweg-Analyse einen signifikanten Effekt auf Stoffwechselwege des Lipidmetabolismus. So reduzierte L-Met die relative Konzentration von mehrfach ungesättigten Fettsäuren im Gewebe. Weiterhin waren sekundäre Gallensäuren im Jejunum der L-Met- und im Ileum in der DL-HMTBA-Gruppe angereichert. Im distalen Dünndarm zeigte sich eine signifikante Anreicherung von Monohydroxy-Fettsäuren sowie ein statistischer Trend in Richtung Anreicherung von Sphingosinen. Hingegen hatten die Supplemente eine weniger deutliche Auswirkung auf Metabolite, die mit dem antioxidativen System und dem inflammatorischen Status in Verbindung stehen. So führte insbesondere L- und DL-Met-Supplementierung zu einer Anreicherung einzelner oxidierter Met-Metabolite im Gewebe. Zusätzlich wurde ein statistischer Trend der Anreicherung von Metaboliten im Tocopherol- und im Histidin-Metabolismus beobachtet. Hierbei ging eine DL-Met- und DL-HMTBA-Supplementierung mit einem relativen jejunalen Anstieg von β- und γ-Tocopherolen sowie von α-Tocotrienolen im Gewebe einher. Zusätzlich waren Histidinmetabolite in der DL-Met-Gruppe angereichert. Die Expressionslevel der Entzündungsmarker unterschieden sich in dieser Studie nicht zwischen den Met-Supplementen. Zusammenfassend hatte die Met-Supplementierung in dieser Arbeit keine Auswirkung auf den intestinalen AS-Transport. Allgemein unterstützen die Daten jedoch das gegenwärtige Konzept des intestinalen neutralen AS-Transportes, welches B0AT1 eine prominente Rolle zuschreibt. Im intestinalen Metabolom beeinflussten die Met-Supplemente verschiedene Lipid-Stoffwechselwege, die Expression von Entzündungsmarkern unterschied sich in der vorliegenden Studie allerdings nicht zwischen den Met-Supplementen. Jedoch sprechen die Expressionsunterschiede der Entzündungsmarker zwischen den Studien dafür, dass die Effekte von Met-Supplementen auf den AS-Transport durch sekundäre Faktoren wie beispielsweise eine Entzündung beeinflusst werden können. Die vorliegende Arbeit zeigt praxisrelevante Aspekte der Met-Supplementierung auf und legt damit die Basis für zukünftige Studien zur detaillierten Charakterisierung des Einflusses externer Faktoren auf die Interaktion zwischen Met-Supplementen und dem AS-Transport sowie der Regulationsmechanismen von Met-Supplementierung im intestinalen Lipidmetabolismus.

The development of quantum technologies, such as quantum simulators, promises significant advancements in the study of complex systems, including many-body physics. One promising approach for realizing a quantum simulator is to use nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond. A hybrid system, in which an NV center serves as a quantum probe for initialization, manipulation and readout, while nuclear spin arrays on the diamond surface function as qubits, presents a potential direction for quantum simulator development.

NV centers are widely used as quantum sensors due to their unique properties. However, their high sensitivity, while advantageous, also introduces challenges in the fabrication and stability of a diamond-based quantum simulator. Achieving a functional system requires careful consideration of structural complexity, material interactions, and environmental conditions.

This PhD thesis explores and addresses the challenges encountered during the fabrication process of an NV-based quantum simulator. From hyperfine interactions to limitations imposed by experimental equipment, this study provides a comprehensive overview of the complexities involved. Additionally, it presents potential strategies for mitigating these challenges, contributing to the ongoing development of scalable and reliable quantum simulation platforms.

A diamond-based quantum simulator offers promising advantages, including room-temperature operation, non-destructive measurements, and the potential for long-lived quantum memories. Advances in diamond growth, surface engineering, and quantum control techniques are steadily improving the stability and coherence of NV centers, bringing this technology closer to practical realization. While large-scale NV-based quantum simulators have yet to be implemented, this work represents an important step toward their feasibility, identifying key material and control challenges that must be addressed to unlock their full potential.

Background: Studies in mice infected with gastrointestinal (GI) nematodes, particularly Heligmosomoides polygyrus bakeri (H. bakeri), provide critical insights into the immune factors that govern resistance to infection. Resistance to H. bakeri is primarily mediated by high levels of GATA-3+ CD4+ Th2 cells in mesenteric lymph nodes (MLN). Two mouse strains are commonly studied: BALB/c mice, which efficiently clear the infection within weeks, and C57BL/6 mice, which are more susceptible, often carrying the infection for months, making them a useful model for chronic infection research. Age impacts resistance in BALB/c mice, with older mice showing reduced immunity due to slower effector cell migration to the infection site. This study explores whether resistance to H. bakeri infection is influenced by both genetic and age-related factors affecting effector cell recruitment to the infected gut. Additionally, the research examines the role of liver-draining lymph nodes (celiac lymph node; CLN, portal lymph node, PLN) in immune response modulation and the interplay between the liver and gut during infection, analyzing how these affect the liver metabolic microenvironment and shape immune response and infection outcome.

Aims: 1. To determine whether genotype and age influence resistance to H. bakeri infection 2. To investigate how these factors modulate the speed and efficiency of effector cell recruitment 3. To elucidate the role of liver-draining lymph nodes (LLNs) in the differentiation of classical Th2 and Th2/1 hybrid cells 4. To explore the potential impact of co-drainage between the MLN and LLNs on immune responses 5. To explore the interaction between liver and T cells during H. bakeri infection

Results: We show that in resistant BALB/c mice, rapid Th2 cell recruitment to the gut, driven by CCR9 expression and specific dendritic cells, effectively limits early H. bakeri larval development. In contrast, delayed Th2 responses in susceptible C57BL/6 mice allow larvae to mature into adult worms, while aging BALB/c mice also experience reduced Th2 homing, diminishing their resistance. Additionally, liver-draining lymph nodes contribute to immunity byexpanding Th2 cells (CLN) and supporting high-affinity IgG1 antibody production (PLN). Liver-resident T cells produce high levels of IL-5, IL-4, and IL-13 in a glucose-rich environment, which enhances their immune functionality.

Conclusion: This study demonstrates that BALB/c mice resist H. bakeri infection more effectively than C57BL/6 mice due to enhanced CCR9 expression and swift Th2 cell recruitment to the gut. In older BALB/c mice, reduced ALDH activity and delayed Th2 recruitment weaken resistance. Furthermore, despite limited Th2 activity, PLN compensates with strong TFH bias, forming more GCs that produce high-affinity antibodies. The liver also plays a key immune role by sustaining Th2/1 responses through IFN-γ, CXCR3, and metabolic adaptations. This highlights the liver’s potential as a target for optimizing immune response modulation in intestinal helminth infections.

The Periodic Event Scheduling Problem (PESP) serves as the foundational framework for optimizing periodic timetables in public transport. We here present advances in the theoretical understanding of PESP and its underlying geometries, as well as novel ways to model and optimize timetabling with integrated infrastructure aspects in practice. First, having formulated PESP as a mixed-integer program, we study the geometric structure of the problem. In the periodic timetable space we find a collection of polytropes, tropical polytopes that are also traditionally convex, wrapped onto a torus. Instead, in the space of cycle offsets, which are auxiliary integer variables, we find a special zonotope, of high combinatorial interest. We establish connections between these two geometries, and employ these newfound insights to develop a novel local improvement heuristic for PESP, Tropical Neighbourhood Search (\tns{}), which we extensively test and evaluate with excellent computational results. In the second half of the dissertation, we focus on the challenge of properly integrating infrastructure constraints with periodic timetabling. We construct novel MIP-based modelling strategies, relevant cutting planes, and other approaches using cycle orders and perfect matchings, to ensure that found solutions are safely operable on the available infrastructure, while also optimizing the assignment of vehicles to ground resources, making full use of previously untapped track capacity. The viability and practical relevance of our models, Infrastructure-Aware PESP and its extensions, is showcased over multiple case studies on real-world public transport networks.

Applying electron spin resonance (ESR) dating to sedimentary quartz poses a significant challenge due to the difficulty in bleaching the signals. The aim of this PhD thesis is to contribute to the improvement of a reliable ESR dating technique by quantifying and correcting ESR residual signals caused by insufficient bleaching prior to sediment deposition. Particularly within the realm of archaeology, there is a pressing need for a geochronological method capable of dating quartz and other materials well beyond the constraints of the already-established dating methods, e.g. luminescence dating. The initial study investigates the reliability of quartz ESR dating, focusing on the Ti centre. Loess from the Luochuan site on the Chinese Loess Plateau with a known reference age was used. By the use of the single-aliquot regenerative dose (SAR) protocol the equivalent dose (De) was determined for a sequence of five samples. For the two youngest samples the ESR ages were higher than the anticipated ages, indicating an incomplete signal resetting before sedimentation, whereas the oldest samples showed an approx. 20 % underestimation, indicating thermal signal loss with time. In the latter case, the apparent age could be successfully corrected for the signal loss. For the remaining samples the corrected ages were in satisfactory agreement with the expected ages. The second study focuses on the ESR residual signals caused by incomplete signal resetting before sedimentation. For this purpose, a series of early Holocene fluvial sediments with known optically stimulated luminescence (OSL) ages were analysed. Applying the SAR protocol to determine the residual doses for both the aluminium (Al) and titanium (Ti) impurity centres. It was revealed, that all investigated samples carried a considerable residual dose. To rule out methodological problems, the SAR protocol was tested for accuracy. The test revealed that the signal originating from the lithium-compensated Ti centre (Ti-Li) and a signal which originates from both the Ti-Li and the hydrogen-compensated Ti centre (Ti-H), referred to as Ti-mix, showed good results whereas the signal from the Al centre and the Ti-H signal showed that the heating and annealing steps throughout the process alter the samples ESR characteristics rendering the SAR protocol inappropriate to use in this two cases. Our findings suggest the necessity of conducting more direct comparisons between luminescence and ESR equivalent doses, with the subtraction of residual doses obtained from the difference being essential for obtaining reliable ESR ages if needed. This procedure was not used in previous work, as it was either assumed that the Ti centres were all completely bleached or, as long as the determined ages of the individual centres matched, complete bleaching was assumed. In order to apply the knowledge gained in the course of this work, the transition age from the Early Stone Age (ESA) to the Middle Stone Age (MSA) in archaeological sites near the Victoria Falls, Zambia, was dated since this technological change in stone tool making has been poorly understood by now. The combined advantages of both, single-grain OSL and single aliquot ESR dating on quartz, the good bleachability of the signals and the extended age range was used. For the same set of young samples, derived from sandy deposits bearing Stone tools, we applied both methods and found large differences in OSL and ESR equivalent doses. We estimated the mean ESR residual age by discerning the difference between OSL ages and the apparent ESR ages. Specifically emphasizing the SAR protocol, we successfully determined the mean ESR residual age for the Ti and Al centre, encompassing the non-bleachable signal component for the latter. We successfully determined the average residual age of ESR for both Ti and Al centre, incorporating the non-bleachable signal component for the latter. The size of these residual ages, ranging from 209 ± 13 ka to 268 ± 39 ka and 695 ± 23 ka to 742 ± 118 ka for the Ti centre and Al centre, which cannot be understated and must be taken into consideration. Consequently, the apparent ESR ages were adjusted by subtracting the residual age. By this we were able to get persistent residual subtracted ESR ages, which are within a 2- uncertainty when compared to the OSL ages. Eventually, we successfully pinpointed the end of the Early Stone Age at 590 ± 86 ka, establishing a maximum age for the transition to the Middle Stone Age in this specific region of south-central Africa. It should be noted that the residual ages depend on the respective geological setting, the climate and the deposition history of the sediments. Factors such as the transport route, the efficiency of bleaching by sunlight and possible rearrangements have a significant influence on whether a sediment grain was completely bleached before deposition or whether a residual signal or a residual age remains. In order to recognize and evaluate such influences, it is necessary to examine the deposition environment in detail, for example by analysing the grain size distribution, sediment structures or the composition of the sediment. Only through such sedimentological and geomorphological contextualization can ages obtained in this way be reliably interpreted. Nevertheless, we think that this approach gives a good example for the combined use of two related dating methods by carefully investigate the signal properties to unveil ESR residual signals. The age we published adds to the sparsely dated ESA/MSA transition in this geographic region.