Ökomorphologie : Integration von Form, Funktion und Ökologie bei der Analyse morphologischer Strukturen

Organisms are complex entities whose study has necessitated an increasingly reductionistic stance in modern biology (CAPLAN 1987). As a consequence, biology as a science has been split up into numerous sub-disciplines. However, this extremely reductionistic philosophy must not be taken as marking the endpoint of biological research but should be reappraised as the beginning of a new integrative approach encompassing the entire organism (SAUER 1992). This view has been promoted since the second half of the 20th century with the rise of new disciplines such as ecophysiology and ethoecology. Moreover, in morphology, an integrative approach with regard to the form and function of organisms in their relationship to the external environment is becoming increasingly important (e.g. KARR & JAMES 1975, MOTTA & KOTRSCHAL 1992, REILLY & WAINWRIGHT 1994).Aufgrund der enormen Komplexität von Organismen ist es in der heutigen Biologie unumgänglich geworden, mehr und mehr reduktionistische Ansätze zu verfolgen. Dies kommt in ihrer zunehmenden Zergliederung in Einzeldisziplinen zum Ausdruck. Extrem reduktionistische Ansätze dürfen jedoch nicht das Ende biologischer Forschung markieren, sondern sollten zugleich der Anfang für einen weiteren integrativen Ansatz sein, der das organismische Niveau berücksichtigt (vgl. SAUER, 1992). Auch in der Morphologie gewinnt eine integrative Sichtweise, welche die Form und Funktion morphologischer Strukturen in ihrer Beziehung zur externen Umwelt betrachtet, immer stärker an Bedeutung. Aufbauend auf klassischen morphologischen Disziplinen wie der deskriptiven und funktionellen Morphologie versteht man unter der ökologische Morphologie allgemein die Lehre von der Wechselbeziehung zwischen der Morphologie eines Organismus und seiner natürlichen Umwelt. Während die Funktionsmorphologie die Analyse exakter Struktur-Funktionsbeziehungen zum Inhalt hat, geht es in der Ökomorphologie um die Untersuchung der Funktion von Organismen im ökologischen (Umwelt) und/oder evolutionären Kontext (Historie), wodurch eine Förderung des Verständnisses der ökologischen und evolutionären Konsequenzen ihres Bauplanes erreicht werden soll. Dieses Forschungskonzept wird im Rahmen dieser Abhandlung anhand von Fallbeispielen vor allem aus der Gruppe der Staphylinoidea erläutert

Stochastic Population Projection for Germany

This contribution builds upon a former paper by the authors (Lipps and Betz 2004), in which a stochastic population projection for East- and West Germany is performed. Aim was to forecast relevant population parameters and their distribution in a consistent way. We now present some modifications, which have been modelled since. First, population parameters for the entire German population are modelled. In order to overcome the modelling problem of the structural break in the East during reunification, we show that the adaptation process of the relevant figures by the East can be considered to be completed by now. As a consequence, German parameters can be modelled just by using the West German historic patterns, with the start-off population of entire Germany. Second, a new model to simulate age specific fertility rates is presented, based on a quadratic spline approach. This offers a higher flexibility to model various age specific fertility curves. The simulation results are compared with the scenario based official forecasts for Germany in 2050. Exemplary for some population parameters (e.g. dependency ratio), it can be shown that the range spanned by the medium and extreme variants correspond to the s-intervals in the stochastic framework. It seems therefore more appropriate to treat this range as a s-interval covering about two thirds of the true distribution.

The application of Synchrotron X-ray micro-tomography in insect morphology

Die herkömmliche Methode der Untersuchung anatomischer Verhältnisse bei Insekten ist die manuelle Präparation und das Erstellen von Schnittserien eines eingebetteten Objektes in zwei, besser drei orthogonalen Raumrichtungen (frontal, axial und sagittal). Diese Schnitte werden dann spezifisch angefärbt und über Zeichnungen und / oder Fotographien ausgewertet. Mit speziellen zeichnerischen Verfahren oder mittels Graphikprogrammen können daraus 3D-Objekte „rekonstruiert“ werden. Eine neue vielversprechende Methode in der Insektenmorphologie ist die (phasenverstärkte) Synchrotron Mikro-Röntgentomographie. Ähnlich wie etwa bei den von Hörnschemeyer et al. (2002) genutzten Desktopgeräten wird hier mit relativ geringem Zeitaufwand der Vergleich kompletter „virtueller“ Schnittserien auch einer größeren Anzahl von Taxa, wie sie zum Beispiel für vergleichend-morphologische evolutionsbiologische Studien erforderlich sind, ermöglicht. Man erhält mittels der Tomographie-Datensätze die Möglichkeit, beliebige Schnittrichtungen am Computer zu bearbeiten und auszuwerten. Die Methode arbeitet zerstörungsfrei und ist somit auch für Museumsleihgaben oder seltene Einzelfunde geeignet.The (synchrotron-based) method of computer tomography is a non-invasive technique novel to insect morphology. It provides the researcher with the opportunity to investigate virtual serial sections through millimeter-sized objects of interest without destroying them. Here, we explain the principle of the technique and provide two illustrative examples. The first example relates to the muscles of the head and the structure of the inner head skeleton (tentorium) of Gyrophaena fasciata (Marsham) (Coleoptera, Staphylinidae: Aleocharinae). It is shown that SR-μCT is a useful technique to track muscles within the head and also to graphically represent the results. Moreover, it is demonstrated that the inner head skeleton elements can be three-dimensionally modeled and visualized. Our second example refers to the hind leg of Altica sp. (Coleoptera, Chrysomelidae: Alticini), in which details of the jumping mechanism could be further elucidated

Stochastische Bevölkerungsprognose für West- und Ostdeutschland

Üblicherweise werden Unsicherheiten bei Bevölkerungsprognosen mit Hilfe der Szenarientechnik abgebildet. Unter Annahme von begründeten Szenarienparametern, die eine gewisse Bandbreite von zukünftig zu erwartenden demographischen Raten (Geburten- und Sterberaten, Nettomigration) abdecken, werden demographische Größen (etwa Gesamtbevölkerung) durch Fortschreibung aktueller Werte mit Hilfe dieser Szenarienparameter gewonnen. Diese Technik birgt – gerade in der aktuellen Diskussion um die Finanzierungsmöglichkeiten der sozialen Sicherungssysteme – erhebliche Probleme. Da in einem deterministischen Modell die prognostizierte Bevölkerung nur von der Bevölkerung im Ausgangsjahr und den Annahmen über die Entwicklung der demographischen Raten abhängt, ist dieses Verfahren tendenziell größerer Subjektivität unterworfen. Damit sind jedoch auch die Ergebnisse leichter angreifbar. In diesem Papier wird eine stochastische Bevölkerungsprognose erstellt, die weitgehend frei von subjektiven Annahmen ist. Vorausgesetzt wird lediglich die strukturelle Konstanz der in den betrachteten vergangenen Zeiträumen gültigen Entwicklungen, die in die Zukunft fortgeschrieben werden. Die betrachteten historischen Zeiträume sind dementsprechend so gewählt, dass in ihnen selbst keine strukturellen Brüche – wie z.B. politische Umbrüche, Epidemien, Babyboom und –bust, etc., aufgetreten sind. Der Vorteil dieses Ansatzes gegenüber der Szenarientechnik liegt darin, dass keine a priori Annahmen über zukünftige Entwicklungen getroffen werden. Es muss allerdings darüber entschieden werden, wie die Parametrisierung des Prognosemodells gewählt wird und – in Abhängigkeit vom Ausmaß der betrachteten historischen Strukturkonstanz - ab wann die Zeitreihe in die Berechnung einbezogen wird. Als Ergebnis resultieren anstelle von einigen Einzelwerten ganze Wahrscheinlichkeitsbereiche von Populationsparametern. Auch wenn die Prognose im Zeitverlauf zunehmend unsicher wird, verdeutlichen die Resultate, dass der stark unsichere Bereich der Vorhersage erst in einer Zeit beginnt, die noch relativ weit in der Zukunft liegt

Stochastic Population Projection for Germany - based on the QS-approach to modelling age specific fertility rates -

This contribution builds upon a former paper by the authors (Lipps and Betz 2004), in which a stochastic population projection for East- and West Germany is performed. Aim was to forecast relevant population parameters and their distribution in a consistent way. We now present some modifications, which have been modelled since. First, population parameters for the entire German population are modelled. In order to overcome the modelling problem of the structural break in the East during reunification, we show that the adaptation process of the relevant figures by the East can be considered to be completed by now. As a consequence, German parameters can be modelled just by using the West German historic patterns, with the start-off population of entire Germany. Second, a new model to simulate age specific fertility rates is presented, based on a quadratic spline approach. This offers a higher flexibility to model various age specific fertility curves. The simulation results are compared with the scenario based official forecasts for Germany in 2050. Exemplary for some population parameters (e.g. dependency ratio), it can be shown that the range spanned by the medium and extreme variants correspond to the s-intervals in the stochastic framework. It seems therefore more appropriate to treat this range as a s-interval covering about two thirds of the true distribution

Stochastische Bevölkerungsprognose für West- und Ostdeutschland

Üblicherweise werden Unsicherheiten bei Bevölkerungsprognosen mit Hilfe der Szenarientechnik abgebildet. Unter Annahme von begründeten Szenarienparametern, die eine gewisse Bandbreite von zukünftig zu erwartenden demographischen Raten (Geburten- und Sterberaten, Nettomigration) abdecken, werden demographische Größen (etwa Gesamtbevölkerung) durch Fortschreibung aktueller Werte mit Hilfe dieser Szenarienparameter gewonnen. Diese Technik birgt – gerade in der aktuellen Diskussion um die Finanzierungsmöglichkeiten der sozialen Sicherungssysteme – erhebliche Probleme. Da in einem deterministischen Modell die prognostizierte Bevölkerung nur von der Bevölkerung im Ausgangsjahr und den Annahmen über die Entwicklung der demographischen Raten abhängt, ist dieses Verfahren tendenziell größerer Subjektivität unterworfen. Damit sind jedoch auch die Ergebnisse leichter angreifbar. In diesem Papier wird eine stochastische Bevölkerungsprognose erstellt, die weitgehend frei von subjektiven Annahmen ist. Vorausgesetzt wird lediglich die strukturelle Konstanz der in den betrachteten vergangenen Zeiträumen gültigen Entwicklungen, die in die Zukunft fortgeschrieben werden. Die betrachteten historischen Zeiträume sind dementsprechend so gewählt, dass in ihnen selbst keine strukturellen Brüche – wie z.B. politische Umbrüche, Epidemien, Babyboom und -bust, etc., aufgetreten sind. Der Vorteil dieses Ansatzes gegenüber der Szenarientechnik liegt darin, dass keine a priori Annahmen über zukünftige Entwicklungen getroffen werden. Es muss allerdings darüber entschieden werden, wie die Parametrisierung des Prognosemodells gewählt wird und – in Abhängigkeit vom Ausmaß der betrachteten historischen Strukturkonstanz – ab wann die Zeitreihe in die Berechnung einbezogen wird. Als Ergebnis resultieren anstelle von einigen Einzelwerten ganze Wahrscheinlichkeitsbereiche von Populationsparametern. Auch wenn die Prognose im Zeitverlauf zunehmend unsicher wird, verdeutlichen die Resultate, dass der stark unsichere Bereich der Vorhersage erst in einer Zeit beginnt, die noch relativ weit in der Zukunft liegt.

Renal AA-amyloidosis in intravenous drug users - a role for HIV-infection?

Background: Chronic renal disease is a serious complication of long-term intravenous drug use (IVDU). Recent reports have postulated a changing pattern of underlying nephropathy over the last decades. Methods: Retrospective investigation including all patients with prior or present IVDU that underwent renal biopsy because of chronic kidney disease between 01.04.2002 and 31.03.2012 in the city of Frankfurt/Main, Germany. Results: Twenty four patients with IVDU underwent renal biopsy because of progressive chronic kidney disease or proteinuria. Renal AA-amyloidosis was the predominant cause of renal failure in 50% of patients. Membranoproliferative glomerulonephritis (GN) was the second most common cause found in 21%. Patients with AA-amyloidosis were more likely to be HIV infected (67 vs.17%; p=0.036) and tended to have a higher rate of repeated systemic infections (92 vs. 50%; p=0.069). Patients with AA-amyloidosis presented with progressive renal disease and nephrotic-range proteinuria but most patients had no peripheral edema or systemic hypertension. Development of proteinuria preceded the decline of GFR for approximately 1--2 years. Conclusions: AA-amyloidosis was the predominant cause of progressive renal disease in the last 10 years in patients with IVDU. The highest rate of AA-amyloidosis observed was seen in HIV infected patients with IVDU. We speculate that chronic HIV-infection as well as the associated immunosuppression might promote development of AA-amyloidosis by increasing frequency and duration of infections acquired by IVDU

A technomorphic conceptualisation of biological ‘constructions’ and their evolution

Here, we build on earlier work concerning notions of engineering design and investigate their conceptual connection to evolutionary biology. The basis for this work is an engineering design schema covering the central concepts of function, working principle and construction. Its relevance for evolutionary biology is explored by connecting these concepts to the so-called design space that is used in engineering optimisation. This tool makes it possible to distinguish various optima of performance and to visualise their robustness with respect to disturbances or changes in parameters. The robustness of morphological ‘constructions’ with regard to changes of shape is shown by means of examples from engineering and biology. The characteristics of various ‘landscapes’ in the design space is then related to the concept of evolvability, whereby we explore analogies between systems biology and morphology. A general property of phenotypes from the molecular to the organismal level seems to be that their ‘construction’ facilitates both their robustness and their exploration of the design space while maintaining the performance of the relevant functions at a high level

60. Phylogenetisches Symposium Tübingen: Funktionsmorphologie und Bionik

Tagungsprogramm, Abstracts der Vorträge und Postertitel nebst einer Einführung in die Geschichte der funktionsmorphologischen und bionischen Forschung in der Paläontologie und Biologie in Tübinge