TY  - THES
A1  - Schilder, Klaus
T1  - Safer without Sex?
T1  - Safer without Sex?
N2  - Highly eusocial insect societies, such as all known ants, are typically characterized by a reproductive division of labor between queens, who are inseminated and reproduce, and virgin workers, who engage in foraging, nest maintenance and brood care. In most species workers have little reproductive options left: They usually produce haploid males by arrhenotokous parthenogenesis, both in the queenright and queenless condition. In the phylogenetically primitive subfamily Ponerinae reproductive caste dimorphism is much less pronounced: Ovarian morphology is rather similar in queens and workers, which additionally retain a spermatheca. In many ponerine species workers mate and may have completely replaced the queen caste. This similarity in reproductive potential provides for the evolution of diverse reproductive systems. In addition, it increases the opportunity for reproductive conflicts among nestmates substantially. Only in a handful of ant species, including Platythyrea punctata, workers are also able to rear diploid female offspring from unfertilized eggs by thelytokous parthenogenesis. The small ponerine ant P. punctata (Smith) is the only New World member of the genus reaching as far north as the southern USA, with its center of distribution in Central America and the West Indies. P. punctata occurs in a range of forest habitats including subtropical hardwood forests as well as tropical rain forests. In addition to queens, gamergates and thelytokous workers co-occur in the same species. This remarkable complexity of reproductive strategies makes P. punctata unique within ants and provides an ideal model system for the investigation of reproductive conflicts within the female caste. Colonies are usually found in rotten branches on the forest floor but may also be present in higher strata. Colonies contained on average 60 workers, with a maximum colony size of 148 workers. Queens were present in only ten percent of the colonies collected from Florida, but completely absent both from the populations studied in Barbados and Puerto Rico. Males were generally rare. In addition, morphological intermediates between workers and queens (so-called intercastes) were found in 16 colonies collected in Florida. Their thorax morphology varied from an almost worker-like to an almost queen-like thorax structure. Queen and intercaste size, however, did not differ from those of workers. Although workers taken from colonies directly after collection from the field engaged in aggressive interactions, nestmate discrimination ceased in the laboratory suggesting that recognition cues used are derived from the environment. Only one of six queens dissected was found to be inseminated but not fertile. Instead, in most queenless colonies, a single uninseminated worker monopolized reproduction by means of thelytokous parthenogenesis. A single mated, reproductive worker (gamergate) was found dominating reproduction in the presence of an inseminated alate queen only in one of the Florida colonies. The regulation of reproduction was closely examined in ten experimental groups of virgin laboratory-reared workers, in which one worker typically dominated reproduction by thelytoky despite the presence of several individuals with elongated, developing ovaries. In each group only one worker was observed to oviposit. Conflict over reproduction was intense consisting of ritualized physical aggression between some nestmates including antennal boxing, biting, dragging, leap and immobilization behaviors. The average frequency of interactions was low. Aggressive interactions allowed to construct non-linear matrices of social rank. On average, only five workers were responsible for 90 percent of total agonistic interactions. In 80 percent of the groups the rate of agonistic interactions increased after the experimental removal of the reproductive worker. While antennal boxing and biting were the most frequent forms of agonistic behaviors both before and after the removal, biting and dragging increased significantly after the removal indicating that agonistic interactions increased in intensity. Once a worker obtains a high social status it is maintained without the need for physical aggression. The replacement of reproductives by another worker did however not closely correlate with the new reproductive's prior social status. Age, however, had a profound influence on the individual rate of agonistic interactions that workers initiated. Especially younger adults (up to two month of age) and callows were responsible for the increase in observed aggression after the supersedure of the old reproductive. These individuals have a higher chance to become reproductive since older, foraging workers may not be able to develop their ovaries. Aggressions among older workers ceased with increasing age. Workers that already started to develop their ovaries should pose the greatest threat to any reproductive individual. Indeed, dissection of all experimental group revealed that aggression was significantly more often directed towards both individuals with undeveloped and developing ovaries as compared to workers that had degenerated ovaries. In all experimental groups reproductive dominance was achieved by callows or younger workers not older than four month. Age is a better predictor of reproductive dominance than social status as inferred from physical interactions. Since no overt conflict between genetical identical individuals is expected, in P. punctata the function of agonistic interactions in all-worker colonies, given the predominance of thelytokous parthenogenesis, remains unclear. Physical aggression could alternatively function to facilitate a smooth division of non-reproductive labor thereby increasing overall colony efficiency. Asexuality is often thought to constitute an evolutionary dead end as compared with sexual reproduction because genetic recombination is limited or nonexistent in parthenogenetic populations. Microsatellite markers were developed to investigate the consequences of thelytokous reproduction on the genetic structure of four natural populations of P. punctata. In the analysis of 314 workers taken from 51 colonies, low intraspecific levels of variation at all loci, expressed both as the number of alleles detected and heterozygosities observed, was detected. Surprisingly, there was almost no differentiation within populations. Populations rather had a clonal structure, with all individuals from all colonies usually sharing the same genotype. This low level of genotypic diversity reflects the predominance of thelytoky under natural conditions in four populations of P. punctata. In addition, the specificity of ten dinucleotide microsatellite loci developed for P. punctata was investigated in 29 ant species comprising four different subfamilies by cross-species amplification. Positive amplification was only obtained in a limited number of species indicating that sequences flanking the hypervariable region are often not sufficiently conserved to allow amplification, even within the same genus. The karyotype of P. punctata (2n = 84) is one of the highest chromosome numbers reported in ants so far. A first investigation did not show any indication of polyploidy, a phenomenon which has been reported to be associated with the occurrence of parthenogenesis. Thelytokous parthenogenesis does not appear to be a very common phenomenon in the Hymenoptera. It is patchily distributed and restricted to taxa at the distant tips of phylogenies. Within the Formicidae, thelytoky has been demonstrated only in four phylogenetically very distant species, including P. punctata. Despite its advantages, severe costs and constraints may have restricted its rapid evolution and persistence over time. The mechanisms of thelytokous parthenogenesis and its ecological correlates are reviewed for the known cases in the Hymenoptera. Investigating the occurrence of sexual reproduction in asexual lineages indicates that thelytokous parthenogenesis may not be irreversible. In P. punctata the occasional production of sexuals in some of the colonies may provide opportunity for outbreeding and genetic recombination. Thelytoky can thus function as a conditional reproductive strategy. Thelytoky in P. punctata possibly evolved as an adaptation to the risk of colony orphanage or the foundation of new colonies by fission. The current adaptive value of physical aggression and the production of sexuals in clonal populations, where relatedness asymmetries are virtually absent, however is less clear. Quite contrary, thelytoky could thereby serve as the stepping stone for the subsequent loss of the queen caste in P. punctata. Although P. punctata clearly fulfills all three conditions of eusociality, the evolution of thelytoky is interpreted as a first step in a secondary reverse social evolution towards a social system more primitive than eusociality.
N2  - Hoch eusoziale Insektenstaaten, einschließlich aller bekannten Ameisenarten, sind durch eine reproduktive Arbeitsteilung zwischen Königinnen, die begattet und reproduktiv aktiv sind, und Arbeiterinnen, die die Aufgaben des Fouragierens, der Nestkonstruktion und der Brutpflege übernehmen, gekennzeichnet. In den meisten Arten bleiben den Arbeiterinnen wenig reproduktive Optionen: Normalerweise zeugen sie haploide Männchen mittels arrhenotoker Parthenogenese, sowohl in königinnenlosen als auch in Kolonien mit Königinnen. In der phylogenetisch ursprünglichen Unterfamilie Ponerinae ist der Dimorphismus der reproduktiven Kasten weniger ausgeprägt: Die Morphologie der Ovarien von Königinnen und Arbeiterinnen, die noch über eine Spermatheka verfügen, ist vergleichsweise ähnlich. In vielen Arten der Ponerinen paaren sich die Arbeiterinnen und haben die Königin-Kaste komplett ersetzt. Die Ähnlichkeit im reproduktiven Potential ermöglichte die Evolution diverser reproduktiver Systeme. Zusätzlich erhöhte sie die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von reproduktiven Konflikten erheblich. Nur in wenigen Ameisenarten, Platythyrea punctata eingeschlossen, sind Arbeiterinnen zusätzlich in der Lage, aus unbefruchteten haploiden Eiern durch thelytoke Parthenogenese diploide weibliche Nachkommen zu produzieren. Die ponerine Ameise P. punctata (Smith) ist der einzige Vertreter der Gattung in den Neotropen, der bis in den Süden der USA verbreitet ist. Der Verbreitungsschwerpunkt liegt in Zentralamerika und dem karibischen Raum. P. punctata kommt in einer Vielzahl von Habitaten, die von subtropischen Hartholz-Wälder bis zu tropischen Regenwäldern reichen, vor. Zusätzlich zu Königinnen kommen sowohl Gamergaten als auch thelytoke Arbeiterinnen in der selben Art vor. Diese bemerkenswerte Komplexität von reproduktiven Systemen macht P. punctata innerhalb der Ameisen einzigartig und bietet ein ideales Modellsystem zum Studium von reproduktiven Konflikten innerhalb der weiblichen Kaste. Die Kolonien nisten für gewöhnlich in verrottenden Ästen auf dem Waldboden, siedeln wahrscheinlich aber auch in höheren Straten der Vegetation. Die Kolonien enthalten im Durchschnitt 60 Arbeiterinnen, die maximale Koloniegröße beträgt 148 Arbeiterinnen. Königinnen wurden in zehn Prozent der in Florida gesammelten Kolonien gefunden, fehlten jedoch völlig in den auf Barbados und Puerto Rico untersuchten Populationen. Männchen waren generell selten. Zusätzlich wurden in 16 Kolonien, die alle in Florida gesammelt wurden, sogenannte Interkasten, also morphologisch zwischen Königinnen und Arbeiterinnen intermediäre Tiere, gefunden. Die Morphologie des Thorax variierte von einer arbeiterinnenähnlichen bis zu einer fast königinnenähnlichen Struktur. Die Größe von Königinnen und von Interkasten unterschied sich jedoch nicht von der von Arbeiterinnen. Obwohl bei Arbeiterinnen, die aus direkt im Feld gesammelten Kolonien entnommen wurden, aggressive Interaktionen beobachtet wurden, lies diese Nestgenossinnenerkennung im Labor nach. Merkmale, die der Erkennung dienen, sind daher wahrscheinlich aus der Umwelt abgeleitet. Nur eine der sechs sezierten Königinnen war begattet, jedoch nicht reproduktiv tätig. Stattdessen monopolisierte in den meisten königinnenlosen Kolonien eine einzige, nicht-begattete Arbeiterin die Reproduktion mittels thelytoker Parthenogenese. Eine einzige begattete und reproduktiv aktive Arbeiterin (eine Gamergate) wurde in einer der Kolonien aus Florida, die außerdem eine begattete, geflügelte Königin enthielt, gefunden. Die Regulation der Reproduktion wurde im Detail in zehn experimentellen Gruppen, die aus im Labor geschlüpften, virginen Arbeiterinnen bestanden, untersucht. In diesen dominierte eine Arbeiterin in der Regel die Reproduktion durch Thelytokie, obwohl mehrere Arbeiterinnen elongierte, sich entwickelnde Ovarien besaßen. In jeder Gruppe legte nur eine Arbeiterin Eier. Konflikte um die Reproduktion waren intensiv und bestanden aus ritualisierter, physischer Aggression, wie heftigem Antennieren, Beißen, Zehren, Vorschnellen und Immobilisierung, zwischen einigen Nestgenossinnen. Die durchschnittliche Frequenz dieser Interaktionen war niedrig. Die aggressiven Interaktionen erlaubten die Konstruktion von nichtlinearen sozialen Rang-Matrizen. Im Durchschnitt waren nur fünf Arbeiterinnen für 90 Prozent der gesamten agonistischen Interaktionen verantwortlich. In 80 Prozent der Gruppen erhöhte sich die Rate agonistischer Interaktionen nach der experimentellen Entfernung der reproduktiven Arbeiterin. Während heftiges Antennieren und Beißen sowohl vor als auch nach der Entfernung die häufigsten Formen agonistischer Verhaltensweisen waren, erhöhte sich die Rate von Beißen und Zehren signifikant nach der Entfernung. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass die Intensität der agonistischen Interaktionen zunahm. Sobald eine Arbeiterin einen hohen sozialen Rank eingenommen hat, wird dieser ohne weitere aggressive Interaktionen beigehalten. Der Ersatz des reproduktiven Tieres durch eine andere Arbeiterin korreliert jedoch nicht mit deren vorherigem sozialen Status. Das Alter hatte jedoch einen bedeutenden Einfluss auf die individuelle Rate agonistischer Interaktionen, die Arbeiterinnen initiierten. Besonders junge Arbeiterinnen, nicht älter als zwei Monate, und "callows" waren für den, nach der Ablösung der alten, reproduktiven Arbeiterin beobachteten, Anstieg der Aggression verantwortlich. Diese Arbeiterinnen haben eine größere Chance, selbst reproduktiv zu werden, da ältere, fouragierende Arbeiterinnen ihre Ovarien eventuell nicht mehr entwickeln können. Die Aggressionen zwischen älteren Arbeiterinnen nahmen mit zunehmendem Alter ab. Arbeiterinnen, deren Ovarien sich bereits in Entwicklung befinden, stellen die größte Bedrohung für jedes reproduktive Tier dar. Die Sektion aller experimentellen Gruppen ergab, dass Aggression, verglichen mit Tieren mit resorbierten Ovarien, signifikant häufiger gegen Arbeiterinnen gerichtet war, die unentwickelte oder sich bereits entwickelnde Ovarien besaßen. In allen Gruppen wurde die Reproduktion von callows oder jungen Arbeiterinnen, die nicht älter als vier Monate waren, übernommen. Das Alter hat daher eine größere Vorhersagekraft für die reproduktive Dominanz als der soziale, durch physische Interaktionen regulierte, Status. Da zwischen genetisch identischen Nestgenossinen, unter der Vorherrschaft von Thelytokie, kein offener Konflikt zu erwarten ist, bleibt die Funktion von agonistischen Interaktionen in Nur-Arbeiterinnen-Kolonien von P. punctata unklar. Alternativ könnte physische Aggression auch zur Schaffung einer reibungslosen nicht-reproduktiven Arbeitsteilung, und damit zur Erhöhung der Kolonieeffizienz, dienen. Asexuelle Fortpflanzung, im Vergleich zu sexueller Fortpflanzung, wird oft als evolutionäre Sackgasse gesehen, weil in parthenogenetischen Populationen genetische Rekombination limitiert oder nicht-existent ist. Mikrosatelliten-Marker wurden verwendet, um die Konsequenzen thelytoker Fortpflanzung für die genetische Populationsstruktur von vier natürlichen Populationen von P. punctata zu untersuchen. In der Analyse von 314 Arbeiterinnen aus 51 Kolonien wurde an allen Loci nur eine geringe intraspezifische Variabilität, sowohl nach der Anzahl der Allele als auch der beobachteten Heterozygozitäten, entdeckt. Überraschenderweise gab es innerhalb der Populationen fast keine genetischen Unterschiede. Die einzelnen Populationen wiesen eine klonale Struktur auf, in der alle Arbeiterinnen den selben Genotyp besaßen. Der geringe Grad an genotypischer Variabilität spiegelt die Vorherrschaft thelytoker Reproduktion bei P. punctata unter natürlichen Bedingungen wieder. Zusätzlich wurde die Spezifität von zehn, für P. punctata entwickelte, Dinukleotid-Mikrosatelliten in 29 Ameisenarten aus vier verschiedenen Unterfamilien durch Kreuzamplifikation untersucht. Positive Amplifikation ergab sich nur in wenigen Arten. Selbst innerhalb derselben Gattung sind die, die hypervariablen Regionen flankierenden Sequenzen, nicht ausreichend konserviert, um Amplifikation zuzulassen. Der Karyotyp von P. punctata (2n = 84) ist eine der höchsten Chromosomenanzahlen, die bislang bei Ameisen bekannt sind. Eine erste Untersuchung ergab keine Hinweise auf Polyploidie, die oft mit der Entstehung von Parthenogenese verbunden ist. Thelytoke Parthenogenese ist innerhalb der Hymenopteren kein sehr häufiges Phänomen. Sie tritt nur verstreut auf und ist auf Taxa an den äußersten Verzweigungen der Stammbäume beschränkt. Innerhalb der Formicidae ist Thelytoky unwidersprüchlich nur in vier Arten, P. punctata eingeschlossen, beschrieben. Ungeachtet der Vorteile können evolutionäre Kosten und Zwänge die schnelle Evolution und zeitliche Persistenz von Thelytokie verhindern. Die Mechanismen thelytoker Parthenogenese und ihre ökologischen Hintergründe werden für die bisher bekannten Fälle innerhalb der Hymenopteren diskutiert. Das Auftreten von sexueller Reproduktion in asexuellen Linien deutet darauf hin, dass Thelytokie nicht irreversible ist. In P. punctata kann das gelegentliche Auftreten von Geschlechtstieren dazu dienen, Auszucht und genetische Rekombination zuzulassen. Thelytokie kann daher als eine konditionelle reproduktive Strategie verstanden werden. Thelytoke Fortpflanzung bei P. punctata evolvierte möglicherweise als eine Anpassung an ein hohes Risiko des Verlustes der Königin oder als Anpassung an die Verbreitung durch Koloniespaltung. Der derzeitige adaptive Wert physischer Aggression und der Geschlechtstierproduktion in klonalen Populationen, die praktisch keine Verwandtschaftsasymmetrien aufweisen, ist dagegen weniger klar. Ganz im Gegenteil, Thelytokie kann als weiterer Schritt auf dem Weg zum entgültigen Verlust der Königinnen Kaste bei P. punctata dienen. Obwohl P. punctata alle drei Kriterien für Eusozialität erfüllt, wird die Evolution von thelytoker Parthenogenese als erster Schritt in einer sekundären, reversen sozialen Evolution hin zu einem einfacheren sozialen System, als es Eusozialität darstellt, interpretiert.
KW  - Ameisenstaat
KW  - Jungfernzeugung
KW  - Demökologie
KW  - Thelytokie
KW  - reproduktive Konkurrenz
KW  - Koloniestruktur
KW  - Interkasten
KW  - Mikrosatelliten
KW  - Populationsgenetik
KW  - soziale Insekten
KW  - Evolution
KW  - thelytoky
KW  - reproductive competition
KW  - colony structur
KW  - intercastes
KW  - microsatellites
KW  - population genetics
KW  - social insects
KW  - evolution
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1977
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lee, Kyeong-Hee
T1  - Cofilin
T1  - Cofilin
N2  - This study has identified cofilin, an actin binding protein, as a control element in the reorganization of the actin cytoskeleton which is highly relevant for T lymphocyte activation. Cofilin is regulated in its activity by reversible phosphorylation which is inducible by stimulation through accessory receptors such as CD2 and CD28. First it could be demonstrated that accessory receptor triggering induces the transient association of cofilin with the actin cytoskeleton and that only the dephosphorylated form of cofilin possesses the capacity to bind cytoskeletal actin in vivo. PI3-kinase inhibitors block both the dephosphorylation of cofilin and its association with the actin cytoskeleton. Importantly, cofilin, actin, PI3-kinase and one of its substrates, namely phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PtdIns(4,5)P2) which can bind to cofilin, co-localize within CD2-receptor caps. The cofilin/F-actin interaction has been identified as a crucial regulatory element for receptor cap formation and the strength of signal transduction. To this end, appropriately designed cell permeable non-toxic peptides that are homologous to actin binding motifs of the human cofilin sequence were introduced into untransformed human peripheral blood T lymphocytes. These peptides competitively and dose dependently inhibit the activation induced interaction of cofilin with the actin cytoskeleton in vivo. By this approach it was possible to study, for the first time, the functional consequences of this interaction in immunocompetent T cells. The present data demonstrate that inhibition of the actin/cofilin interaction in human T lymphocytes by means of these cofilin derived peptides abolishes receptor cap formation and strongly modulates functional T cell responses such as T cell proliferation, interleukin-2 production, cell surface expression of CD69, gIFN production, and CD95L expression. Importantly, receptor independent activation by PMA and calcium ionophore circumvents these peptide produced inhibitory effects on lymphocyte stimulation and places the cofilin/actin interaction to a proximal step in the cascade of signaling events following T cell activation via surface signals. The present results are novel since as yet no information existed regarding the molecular elements which link cell surface receptor stimulation directly to the resulting reorganization of the actin cytoskeleton.
N2  - Die vorliegende Arbeit hat gezeigt, dass Cofilin, ein aktin-bindendes Protein, als Kontrollelement bei der Reorganisation des Aktinzytoskeletts fungiert und damit von besonderer Bedeutung für die Aktivierung von T-Lymphozyten ist. Cofilin wird in seiner Aktivität durch reversible Phosphorylierung reguliert, die induzierbar ist über eine Stimulation durch akzessorische Rezeptoren wie CD2 und CD28. Es konnte gezeigt werden, dass eine Stimulation über akzessorische Rezeptoren zu einer transienten Assoziation von Cofilin mit dem Aktinzytoskelett führt und dass nur die dephosphorylierte Form von Cofilin die Fähigkeit besitzt, in vivo an das Aktinzytoskelett zu binden. Inhibitoren der PI3-Kinase blockieren sowohl die Dephosphorylierung von Cofilin, als auch seine Assoziation mit dem Aktinzytoskelett. Hervorzuheben ist, dass Cofilin, zusammen mit Aktin, PI3-Kinase und einem ihrer Substrate, Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphat (PtdIns(4,5)P2), welches an Cofilin binden kann, mit CD2-Rezeptor-"Caps" kolokalisiert. Die Cofilin/F-Aktin-Interaktion konnte als wesentliches regulatorisches Element für die Rezeptor-"Cap"-bildung und die Stärke der Signalübertragung identifiziert werden. Hierzu wurden maßgeschneiderte zellpermeable Peptide, welche homolog zu aktin-bindenden Motiven der humanen Cofilin-Sequenz sind, in nicht-transformierte humane periphere T-Lymphozyten eingeschleust. Diese Peptide hemmen kompetitiv und dosisabhängig die durch Aktivierung induzierte Interaktion von Cofilin mit dem Aktinzytoskelett in vivo. Dieser Ansatz ermöglichte erstmals die Untersuchung funktioneller Konsequenzen dieser Interaktion in immunkompetenten T-Zellen. Die vorgelegten Ergebnissse zeigen, dass die Blockierung der Interaktion von Cofilin mit dem Aktinzytoskelett in humanen T-Zellen mittels von Cofilin abgeleiteter Peptide die Rezeptor-"Cap"-bildung verhindert, sowie zu einer deutlichen Modulation funktioneller T-Zell-Antworten, wie T-Zellproliferation, Interleukin-2-Produktion, Zelloberflächenexpression von CD69, gIFN-Produktion und Expression von CD95L führt. Hervorzuheben ist, dass rezeptor-unabhängige Aktivierung über PMA und Calciumionophor diese durch Peptide verursachten inhibitorischen Effekte umgeht und die Cofilin/Aktin-Interaktion somit als einen proximalen Schritt in der über Oberflächenmoleküle vermittelten Signalübertragungskaskade in T-Zellen identifiziert. Die vorgestellten Ergebnisse sind neu, da bisher keine Informationen bezüglich der molekularen Elemente existierten, welche eine Stimulation von Zelloberflächenrezeptoren direkt mit der Reorganisation des Aktinzytoskeletts verbinden.
KW  - T-Lymphozyt
KW  - Aktivierung <Physiologie>
KW  - Actin
KW  - Cofilin
KW  - Lymphozytentransformation
KW  - Cofilin
KW  - Aktin-Zytoskelett
KW  - T-Zell-Aktivierung
KW  - PI3-Kinase
KW  - Apoptose
KW  - cofilin
KW  - actin cytoskeleton
KW  - T cell activation
KW  - PI3-kinase
KW  - apoptosis
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1681
ER  - 
TY  - THES
A1  - Cseh, Richard
T1  - Adsorption of phloretin to lipid layers
T1  - Adsorption von Phloretin an Lipidschichten
N2  - The mode of action of phloretin and its analogs on the permeability of natural membranes for neutral and charged molecules, such as urea, glucose and chloride has been characterized 25 years ago. In contrast to signal molecules with primary effects on transport systems of natural membranes, phloretin also affects model membranes, i.e., artificial membranes, which do not contain proteins. Since the dipole potential reducing effect of phloretin on mono- and bilayers has been found, it became clear that its primary effect must be a biophysical one: phloretin adsorbs to lipid layers and changes biophysical parameters of these layers. The aim of this work was the characterization of the interaction between the surface-active molecule phloretin and artificial lipid layers. We were able to describe structural and functional parameters of the model systems mono- and bilayer as functions of one or few variables. One of these parameters, the dipole potential, measured as a function of the aqueous phloretin concentration, allowed a critical examination of the Langmuir adsorption model that has been postulated for the interaction between phloretin and lipid layers. Surface pressure versus area per lipid molecule isotherms and surface (dipole) potential change versus area per lipid molecule isotherms, measured at lipid monolayers, allowed a structural description of the phloretin-lipid interaction: phloretin integrates into monolayers dependent on the surface pressure and the phase state of the lipid. Calorimetric measurements confirmed the integration of phloretin into membranes because of the strong decrease of the phase transition temperature, but they also showed that the cooperativity of phase transition is hardly affected, even at very high amounts of phloretin in the membrane. Obviously the interaction between phloretin and lipids is restricted to the head groups, an integration into the hydrocarbon layer is unlikely. 2H NMR measurements with spherical unilamellar vesicles of headgroup-deuterated lipid showed changed quadrupolar splittings indicating the interaction between phloretin and headgroups of the lipids.
N2  - Die Wirkung von Phloretin und seinen Analogen auf die Permeabilität von natürlichen Membranen für bestimmte ungeladene und geladene Moleküle wie z.B. Harnstoff, Glukose und Chlorid ist bereits vor 25 Jahren beschrieben worden. Im Gegensatz zu Signalmolekülen mit Primärwirkungen auf Transportsysteme natürlicher Membranen wirkt Phloretin auch auf Modellmembranen, d.h., künstliche, reine Lipidmembranen, die keine Proteine enthalten. Nach der Entdeckung des dipolpotential-reduzierenden Effekts von Phloretin auf Monolayer und Bilayer war klar, daß dessen primäre Wirkung biophysikalischer Natur sein mußte: Phloretin adsorbiert an Lipidschichten und verändert biophysikalische Parameter dieser Schichten. Ziel dieser Arbeit war es, die Wechselwirkungen des oberflächenaktiven Moleküls Phloretin mit künstlichen Lipidschichten näher zu charakterisieren. Strukturelle und funktionelle Parameter der Modellsysteme Mono- und Bilayer konnten in Abhängigkeit einer oder weniger Variablen verfolgt und beschrieben werden. Einer dieser Parameter, das Dipolpotential, gemessen als Funktion der Phloretinkonzentration in der wässrigen Phase, erlaubte eine kritische Betrachtung des in der Literatur postulierten Langmuirschen Adsorptionsverhaltens von Phloretin. Oberflächendruck-molekulare Fläche Isothermen sowie Oberflächenpotential (Dipolpotential)-molekulare Fläche Isothermen, ermittelt an Lipidmonoschichten, erlaubten eine strukturelle Beschreibung der Phloretin-Lipid Wechselwirkung: Phloretin integriert in Monoschichten, wobei dieser Effekt stark abhängig ist vom Filmdruck und vom Phasenzustand des Lipids. Kalorimetrische Messungen bestätigten die Integration von Phloretin in Membranen durch eine starke Abnahme der Phasenübergangstemperatur, sie zeigten aber auch, daß die Kooperativität der Lipidmoleküle nur wenig beeinträchtigt wird, selbst bei sehr großen Mengen von Phloretin in der Membran. Die Wechselwirkung von Phloretin mit Lipiden ist offensichtlich beschränkt auf die Kopfgruppen, eine Integration in die hydrophobe Kohlenwasserstoffphase findet wahrscheinlich nicht statt. 2H NMR Messungen an sphärischen, unilamellaren Vesikeln aus kopfgruppen-deuteriertem Lipid zeigten unter dem Einfluß von Phloretin eine veränderte Quadrupol-Aufspaltung, was die Wechselwirkung von Phloretin mit den Kopfgruppen der Lipide belegt.
KW  - Phloretin
KW  - Lipide
KW  - Grenzflächenpotenzial
KW  - Phloretin
KW  - Oberflächendruck
KW  - Oberflächenpotential
KW  - Dipolpotential
KW  - Dipol-Dipol Wechselwirkung
KW  - Langmuir Adsorptionsisotherme
KW  - Phloretin
KW  - Surface pressure
KW  - Surface potential
KW  - Dipole potential
KW  - Dipole-dipole interaction
KW  - Langmuir adsorption isotherm
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1069
ER  - 
TY  - THES
A1  - Daniels, Justin John Douglas
T1  - Interaction of Salmonella typhimurium and Listeria monocytogenes with the murine host
T1  - Interaktionen von Salmonella typhimurium und Listeria monocytogenes mit der Maus als Wirt
N2  - Food borne pathogens that cause systemic disease must cross the intestinal barrier. Many of these pathogens, eg Salmonella typhimurium and Shigella flexneri, use M cells, found only within the follicle associated epithelium (FAE) that overlies Peyer’s patches and other lymphoid follicles, to enter the host. This study is primarily an investigation into the interaction of S. typhimurium and Listeria monocytogenes with the intestinal epithelium, representing the early stage of an infection.
N2  - Alle in Nahrungsmitteln vorkommenden Pathogene, die eine systemische Infektion auslösen, müssen die Darmwand überwinden. Für die Invasion bevorzugtes Ziel vieler Lebensmittelpathogene, wie z.B. Salmonella typhimurium und Shigella flexneri, sind M-Zellen, die nur innerhalb des Follikel-assoziierten Epithels (FAE) über den Peyer’schen Plaques und anderen Lymphoid-Follikel vorkommen. In dieser Arbeit wurde in erster Linie die Interaktion von S. typhimurium und Listeria monocytogenes mit dem FAE untersucht, welche die frühe Phase einer Infektion repräsentiert.
KW  - Maus
KW  - M-Zelle
KW  - Salmonella typhimurium
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - Salmonella typhimurium
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - M-Zellen
KW  - Peyer'sche Plaques
KW  - BABLB/c
KW  - C57/BL6
KW  - Maus
KW  - Salmonella typhimurium
KW  - Listeria monocytogenes
KW  - M cells
KW  - Peyer's Patches
KW  - BABLB/c
KW  - C57/BL6
KW  - Mouse
Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1073
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kleineidam, Christoph
T1  - Sensory Ecology of Carbon Dioxide Perception in Leaf-cutting Ants
T1  - Sensorische Ökologie der Kohlendioxid-Wahrnehmung bei Blattschneiderameisen
N2  - The study examines the sensory ecology of CO2 perception in leaf-cutting ants. It begins with the ecological role of CO2 for leaf-cutting ants. Inside the subterranean nests of Atta vollenweideri large amounts of CO2 are produced by the ants and their symbiotic fungus. Measurements in field nest at different depths revealed that CO2 concentrations do not exceed 2 per cent in mature nests. These findings indicate effective ventilation even at depths of 2 m. Small colonies often face the situation of reduced ventilation when they close their nest openings as a measure against flooding. A simulation of this situation in the field as well as in the laboratory revealed increasing CO2 concentrations causing reduced colony respiration which ultimately might limit colony success. Wind-induced ventilation is the predominant ventilation mechanism of the nests of Atta vollenweideri, shown by an analysis of external wind and airflow in the channels. The mound architecture promotes nest ventilation. Outflow channels have their openings in the upper, central region and inflow channels had their openings in the lower, peripheral region of the nest mound. Air is sucked out through the central channels, followed by a delayed inflow of air through the peripheral channels. The findings support the idea that the nest ventilation mechanism used by Atta vollenweideri resembles the use of Bernoulli’s principle in Venturi Tubes and Viscous Entrainment. CO2 is important in a second context besides microclimatic control. A laboratory experiment with Atta sexdens demonstrated that leaf-cutting ants are able to orientate in a CO2 gradient. Foragers chose places with higher CO2 concentration when returning to the nest. This effect was found in all homing foragers, but it was pronounced for workers carrying leaf fragments compared to workers without leaf fragments. The findings support the hypothesis that CO2 gradients are used as orientation cue inside the (dark) nest to find suited fungus chambers for unloading of the leaf fragments. After the importance of CO2 in the natural history of the ants has thus been demonstrated, the study identifies for the first time in Hymenoptera type and location of the sensory organ for CO2 perception. In Atta sexdens a single neuron associated with the sensilla ampullacea was found to respond to CO2. Since it is the only neuron of this sensillum, the sensillum characters can be assumed to be adapted for CO2 perception. A detailed description of the morphology and the ultrastructure allows a comparison with sensilla for CO2 perception found in other insects and provides more information about sensillum characters and their functional relevance. The CO2 receptor cells respond to increased CO2 with increased neural activity. The frequency of action potentials generated by the receptor cell shows a phasic-tonic time course during CO2 stimulation and a reduced activity after stimulation. Phasic response accomplished with a reduced activity after stimulation results in contrast enhancement and the ability to track fast fluctuations in CO2 concentration. The neurons have a working range of 0 to 10 per cent CO2 and thus are able to respond to the highest concentrations the ants might encounter in their natural environment. The most exciting finding concerning the receptor cells is that the CO2 neurons of the leaf-cutting ants do not adapt to continuous stimulation. This enables the ants to continuously monitor the actual CO2 concentration of their surroundings. Thus, the sensilla ampullacea provide the ants with the information necessary to orientate in a CO2 gradient (tracking of fluctuations) as well as with the necessary information for microclimatic control (measuring of absolute concentrations).
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der sensorischen Ökologie der CO2-Wahrnehmung bei Blattschneiderameisen. Im folgenden werden die wichtigsten Ergebnisse stichpunktartig zusammengefaßt: Messungen in Freiland-Nestern von Atta vollenweideri ergaben selbst in Tiefen von zwei Metern Konzentrationen von weniger als 2 Prozent CO2, obwohl sowohl die Ameisen als auch ihr symbiontischer Pilz große Mengen an CO2 produzieren. Diese Tatsache weist auf eine effektive Belüftung der Nester hin. Kleine, wachsende Kolonien mit flachen Nesthügeln verhindern bei Regen ein Fluten ihrer Nester, indem sie die Eingänge verschließen. Dies führt zum Anstieg der CO2-Konzentration im Inneren der Nester. Eingeschränkte Belüftung der Nester führt zu reduzierter Atmung der Kolonie. Dies kann negative Auswirkungen auf das Wachstum der Kolonie haben. Die Architektur der Nesthügel unterstützt die passive, durch Wind induzierte Belüftung der Nester. Es lassen sich Abluft und Zuluft-Kanäle unterscheiden. Abluftkanäle haben ihre Öffnungen im zentralen, erhöhten Bereich der Nesthügel. Die Öffnungen der Zuluftkanäle liegen im peripheren, tiefer gelegenen Bereich der Nesthügel. Durch Wind wird verbrauchte Luft aus den Abluftkanälen gesaugt, frische Luft strömt verzögert durch die Zuluftkanäle ein. Die physikalischen Mechanismen sind vergleichbar dem Bernoulli Prinzip. CO2 wird von Atta sexdens Arbeiterinnen zur Orientierung genutzt. Arbeiterinnen, welche vom foragieren zu ihrem Nest zurückkehren, bevorzugen in einem Wahlversuch eine erhöhte CO2-Konzentration. Dieser Effekt ist bei Arbeiterinnen die Blattfragmente tragen stärker ausgeprägt. Die Ergebnisse unterstützen die Hypothese, daß CO2 beim Orientieren zu den Pilzgärten im dunklen Nest genutzt wird. Sensilla ampullacea auf den Antennen sind die Sinnesorgane der CO2-Perzeption. Eine einzige CO2-Rezeptorzelle innerviert das einwandige Sinneshaar. Das Sinneshaar befindet sich in einer Ampulle, die tief versenkt in der Antenne liegt und nur durch einen langen, dünnen Gang mit der Außenwelt in Verbindung steht. Die Rezeptorzellen zeigen ein phasisch-tonisches Antwortverhalten in dem Bereich von 0-10 Prozent CO2. Geringe und kurzzeitige Schwankungen der CO2-Konzentrationen können erkannt werden. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für eine Orientierung in einem CO2-Gradienten. Die CO2-Rezeptorzellen zeigen bei lang anhaltender Stimulation keine Adaptation. Ameisen können demnach kontinuierlich die absolute CO2-Konzentration in ihren Nestern messen.
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Y1  - 1999
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-1562
ER  -