Sink or swim: a test of tadpole behavioral responses to predator cues and potential alarm pheromones from skin secretions

Chemical signaling is a vital mode of communication for most organisms, including larval amphibians. However, few studies have determined the identity or source of chemical compounds signaling amphibian defensive behaviors, in particular, whether alarm pheromones can be actively secreted from tadpoles signaling danger to conspecifics. Here we exposed tadpoles of the common toad Bufo bufo and common frog Rana temporaria to known cues signaling predation risk and to potential alarm pheromones. In both species, an immediate reduction in swimming activity extending over an hour was caused by chemical cues from the predator Aeshna cyanea (dragonfly larvae) that had been feeding on conspecific tadpoles. However, B. bufo tadpoles did not detectably alter their behavior upon exposure to potential alarm pheromones, neither to their own skin secretions, nor to the abundant predator-defense peptide bradykinin. Thus, chemicals signaling active predation had a stronger effect than general alarm secretions of other common toad tadpoles. This species may invest in a defensive strategy alternative to communication by alarm pheromones, given that Bufonidae are toxic to some predators and not known to produce defensive skin peptides. Comparative behavioral physiology of amphibian alarm responses may elucidate functional trade-offs in pheromone production and the evolution of chemical communicatio

An inverse-linear logistic model of the main sequence

A model of the main sequence is proposed based on the logistic function. The model’s fit to the peak velocity-amplitude relation resembles an S curve, simulta- neously allowing control of the curve’s asymptotes at very small and very large amplitudes, as well as its slope over the mid amplitude range. The proposed inverse-linear logistic model is also able to express the linear relation of duration and amplitude. We demonstrate the utility and robustness of the model when fit to aggregate data at the small- and mid-amplitude ranges, namely when fitting microsaccades, saccades, and superposition of both. We are confident the model will suitably extend to the large-amplitude range of eye movements

Eine Studie über die Kontrolle der Zellform in Epithelgewebe

Epithelial tissues line out all inner and outer cavities of the body, and serve as a barrier between the organism and the external world, or between different organs and their compartments. Epithelia have important sensory and signalling roles, while responding to changes in external conditions. The epithelial cell layers are constantly exposed to deformations, exerted on the level of the moving and developing organism, as well as due to internal flows and stresses that act on the cellular level. Nevertheless, the tissue has to maintain its shape and architecture over all scales – from the internal structure of comprising cells, to the shapes of the cells themselves, their connectivity, and ultimately, the shape and macroscopic structure of the tissue. Compromised morphology of the tissue is associated with numerous pathological conditions although it is not clear if the disease is the cause or the result of the altered morphology. The reason for this ambiguity is that the coupling between tissue architecture, the response to stress and the tissue function is still not understood. This relation is investigated in this thesis using epithelial model tissues. The first part of the thesis focuses on the effect of uniaxial stretch and shear deformations on the maintenance of the tissue structure. To this end, MDCK II tissues are grown on elastic substrates, while the deformation is imposed using mechanical manipulators developed with collaborators. In agreement with previous reports in literature, our experiments show a linear elastic behaviour on short time scales, and on length scales of several cells. This linear response can be understood from the observations that on short time scales very little topological restructuring occurs, and the proliferation rate is decreased. However, if the deformation is maintained for more than 30 minutes, the active response sets in targeting the reconstitution of tissue architecture. Cell proliferation increases significantly and, concomitantly, changes of the cell neighbourhood become more common. Depending on the amplitude of the deformation, the tissue needs 48 to 72 hours to restore its initial structure, with most of the recovery taking place in the first 6 hours. On these long time scales, small stretching amplitudes were found to speed up the overall tissue growth, compared to the control, while fast changes of area of more than 30% slow down the development, presumably due to damage on the cellular level. Consequently, the second part of the thesis focuses on the maintenance of the intracellular structure, in particular on the positioning of the nucleus. Namely, it was recently discovered that the shapes of the cells in the epithelium strongly correlate with the position and the shape of the nuclei, with the common assumption that it is the cytoskeleton that regulates the latter. However, mechanistic understanding of this process is not yet available. To get more insights, different components of the cytoskeleton were systematically manipulated to establish their role in the nuclear mechanics. Intermediate filaments were found to play only a little role in this process. Actin filaments push the nuclei towards the centre, while microtubules are responsible for pulling the nuclei out of the centre, in a myosin II-independent manner. The presented results deepen our understanding of the organisation of epithelial tissue and its maintenance. While in this thesis the focus lies on physical aspects of the response to mechanical stimuli, in the future, the coupling to biochemical signalling will be a relevant mechanism to be studied over all the time and length scales involved, in order to achieve full understanding of the maintenance of cell and tissue shape. The here elucidated biophysical response is an important step forward towards this goal.Epithelgewebe kleiden innere und äußere Hohlräume des Körpers aus, dabei agiert die Epithelschicht als Barriere zwischen dem Organismus und der Außenwelt und grenzt verschiede Organen und deren Bestandteilen voneinander ab. Epithelien haben die wichtige Funktion, äußere Veränderungen wahrzunehmen und darauf zu reagieren, indem sie zum Beispiel Signalkaskaden initiieren. Die Zellschichten des Epithels sind konstant Deformationen ausgesetzt, zum einen auf der Ebene des sich bewegenden und entwickelnden Organismus, zum anderen auf der Zellebene, bedingt durch interne Flüsse und Spannungen. Trotz des ständigen mechanischen Einflusses muss das Gewebe seine Form und Architektur aufrechterhalten und zwar auf allen Längenskalen – von der Struktur innerhalb der Zellen, über die Form der Zellen selbst und ihren Zusammenschluss mit anderen Zellen, bis hin zu der makroskopischen Form des Gewebes. Die veränderte Morphologie des Gewebes wird mit einer Vielzahl von pathologischen Befunden assoziiert. Dabei ist es unklar, ob die Krankheiten der Grund für die Veränderungen sind oder das Resultat der geänderten Morphologie sind. Der Grund für diese Ambiguität ist, dass das Zusammenspiel zwischen der Architektur, der Reaktion auf Deformation und der Funktion von Gewebe immer noch nicht hinreichend verstanden ist. Genau diese Beziehungen werden in dieser Doktorarbeit mit Hilfe von Epithel-Monolagen untersucht. Der erste Teil dieser Arbeit legt den Fokus auf die Frage, wie sich Dehnung entlang einer Richtung oder Scherdeformation auf die Aufrechterhaltung der internen Gewebestruktur auswirkt. Zu diesem Zweck werden MDCK II Monolagen auf elastischen Substraten gezüchtet. Diese Substrate lassen sich mit Hilfe von mechanischen Manipulatoren dehnen, die zusammen mit unseren Kooperationspartnern entwickelt wurden. In Übereinstimmung mit den Berichten in der Literatur zeigen unsere Experimente ein linear elastisches Verhalten auf kurzen Zeitskalen. Die Längenskala beläuft sich dabei über mehrere Zellen. Die lineare Antwort auf die Deformation wird auch durch die Tatsache ermöglicht, dass die topologische Umstrukturierung in nur sehr kleinem Maße von statten geht und die Proliferationsrate stark verringert ist. Wird die Dehnung des Gewebes allerdings für mehr als 30 Minuten beibehalten, wird ein aktiver Prozess in Gang gesetzt, der die Aufrechterhaltung der Gewebearchitektur zum Ziel hat. Zellen teilen sich häufiger und davon begleitet, kommt es vermehrt zu topologischen Änderungen in der lokalen Nachbarschaft der Zellen. Abhängig von der Deformations-Amplitude braucht das Gewebe 48 bis 72 Stunden, um die ursprüngliche Architektur wiederherzustellen. Dabei findet ein Großteil der Restrukturierung in den ersten sechs Stunden statt. Auf diesen langen Zeitskalen, führt die Dehnung mit kleinen Amplituden zu einem umfassenden Wachstum der Gewebe, während eine schnelle Änderung der Fläche um mehr als 30% eine Verzögerung in der Gewebeentwicklung zur Folge hat. Die Gründe für diese Verzögerung sind vermutlich Beschädigungen auf Zellebene oder einzelner Proteine in der Zelle. Die Instandhaltung intrazellulärer Strukturen, insbesondere der Positionierung des Zellkerns, stellt den Schwerpunkt des zweiten Teils dieser Doktorarbeit dar. Es wurde kürzlich entdeckt, dass die Form der Zellen innerhalb des Epithels stark mit der Position und der Form der Zellkerne korreliert. Dabei wird im Allgemeinen angenommen, dass das Zytoskelett eine entscheidende Rolle spielt. Allerdings ist das mechanistische Verständnis dieses Prozesses noch unklar. Um einen Beitrag zu dieser Fragestellung zu leisten, wurden verschiedene Komponenten des Zytoskeletts systematisch manipuliert, um so ihren Beitrag zur Mechanik des Zellkerns zu ergründen. Intermediärfilamente spielen eine untergeordnete Rolle in diesem Prozess. Dahingegen schieben Aktinfilamente den Zellkern in Richtung Mitte der Zellen, während Mikrotubuli dafür verantwortlich sind, den Zellkern aus der Zellmitte in die Zellperipherie zu ziehen. Der Beitrag von Myosin II ist dabei zu vernachlässigen. Die hier präsentierten Ergebnisse vertiefen unser Verständnis für die Organisation und Aufrechterhaltung der Struktur von Epithelien. Während physikalische Reaktionen auf mechanische Stimuli in dieser Arbeit den Schwerpunkt bilden, müssen zukünftig auch die Verbindung mit biochemischen Signalwegen untersucht werden. Dabei ist es für das umfassende Verständnis der Aufrechterhaltung von Zell- und Gewebeformen wichtig, dass die Singnaltransduktion auf allen Zeit- und Längenskalen untersucht wird. Die hier erläuterte biophysikalische Antwort der Epithelgewebe auf mechanische Reize ist bereits ein wichtiger Schritt für das Erreichen dieses Ziels

The Beep-Speed Illusion Cannot Be Explained With a Simple Selection Bias

An object appears to move at higher speed than another equally fast object when brief nonspatial tones coincide with its changes in motion direction. We refer to this phenomenon as the beep-speed illusion (Meyerhoff et al., 2022, Cognition , 219 , 104978). The origin of this illusion is unclear; however, attentional explanations and potential biases in the response behavior appear to be plausible candidates. In this report, we test a simple bias explanation that emerges from the way the dependent variable is assessed. As the participants have to indicate the faster of the two objects, participants possibly always indicate the audio-visually synchronized object in situations of perceptual uncertainty. Such a response behavior potentially could explain the observed shift in perceived speed. We therefore probed the magnitude of the beep-speed illusion when the participants indicated either the object that appeared to move faster or the object that appeared to move slower. If a simple selection bias would explain the beep-speed illusion, the response pattern should be inverted with the instruction to indicate the slower object. However, contrary to this bias hypothesis, illusion emerged indistinguishably under both instructions. Therefore, simple selection biases cannot explain the beep-speed illusion

Lesekompetenzmessung und ihre Herausforderungen in der Testkonstruktion für Large-Scale-Assessments

Promotionsfach: Empirische Bildungsforschung Zusammenfassung Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Erfassung von Lesekompetenz (z.B. Artelt, Stanat, Schneider & Schiefele, 2001; Bos, Valtin, Voss, Hornberg & Lankes, 2007; Drechsel, 2010; Groeben & Hurrelmann, 2006; OECD, 1999) und verschiedene spezielle Aspekte, welche mit der Lesekompetenzmessung und ihren Herausforderungen für Large-Scale-Assements verbunden sind. Insbesondere wird der Testkonstruktion zur Lesekompetenzerfassung über die Lebensspanne hinweg und ihren besonderen Anforderungen Beachtung geschenkt. Ein zweiter Schwerpunkt ist der schwierigkeitsangemessenen Kompetenzmessung von (hoch)kompetenten Personen in akademisierten Kontexten gewidmet. In diesem Zusammenhang wird als erstes die Auswahl geeigneter Stimulus- und Lesetexte ausführlich betrachtet (Artikel 1 und 2, sowie Artikel 4), da diese als Ausgangsbasis eines Testinstrumentes zur Erfassung von Lesefähigkeit eine tragende Rolle spielen (z. B. Augst & Pohl, 2007; Nold & Willenberg, 2007). Die Auswahl von Textsorten, welche über die Lebensspanne und damit über verschiedene Lesealter hinweg eine Verankerung über eine gemeinsame Rahmenkonzeption ermöglicht (Artikel 1 und 2), scheint im Spannungsfeld zu stehen zu einer Auswahl von Textsorten zur Messung von Lese- und weiteren Sprachkompetenzen von (hoch)kompetenten Personen bzw. im akademisierten Kontext (Artikel 4). Mit den Fragen der Testkonstruktion einhergehend, werden auch die kognitiven Anforderungen des Leseprozesses verschiedener Textsorten (Artikel 1; z. B. Kintsch 1994) sowie der Testaufgaben oder -fragen (Items; Artikel 2 und 3) diskutiert. Die Aufgabenformate, welche ein weiteres bestimmendes Merkmal eines validen und reliablen Testinstrumentes sind (u.a. Rost, 2004; Kubinger, 2009), werden bezüglich ihres schwierigkeitsgenerierenden Anteils diskutiert (Artikel 3). Verschiedene Arten von geschlossenen Formaten (Multiple-Choice, Entscheidungstabellen, Zuordnungs-aufgaben) werden empirisch unter einer experimentellen Kontextbedingung in einer computerbasierten Entwicklungsstudie für (junge) Erwachsene und Studierende untersucht (Artikel 3). Demgegenüber steht die Verwendung auch von offenen Formaten (Kurz- und Langantworten) für (hoch)kompetente Personen im akademisierten Kontext (Artikel 4). Kausalen Einflüssen auf die Lesefähigkeiten von Personen mit unterschiedlicher Familiensprache bzw. unterschiedlicher Sprachsozialisation im (schweizer-)deutschen Sprachraum wird abschließend Aufmerksamkeit geschenkt (Artikel 4). Der erste Artikel widmet sich den besonderen Merkmalen unterschiedlicher Textsorten, nimmt vor dem theoretischen Hintergrund der kognitiven Anforderungen von Leseprozessen eine Einordnung und Definition ausgewählter Textsorten vor und skizziert deren Möglichkeiten und Limitationen für eine Verwendung in der Messung von Lesekompetenzen. Die konkrete Verwendung der Textsorten (literarischer Text, Sachtext, kommentierender Text, Anleitung und Werbung) in den für das Nationale Bildungspanel (NEPS; Blossfeld, Roßbach & von Maurice, 2011) entwickelten Lesekompetenztests wird im zweiten Beitrag wieder aufgegriffen. Der zweite Artikel stellt insbesondere die Rahmenkonzeption der längsschnittlichen Kompetenzerfassung in NEPS (Weinert et al., 2011) für die Domäne Lesen dar und nimmt eine theoretische Verortung und Abgrenzung gegenüber anderen wichtigen nationalen und internationalen Large-Scale-Assessments wie PISA, IALS oder DESI vor. Für die Textsorten bedeutet dies insbesondere eine nähere Betrachtung des Merkmals kontinuierlicher versus diskontinuierlicher Text. Empirische Ergebnisse zur Dimensionalität einer Entwicklungsstudie zur Konstruktion eines validen und reliablen Lesekompetenztests für die erste Welle der Haupterhebung für Erwachsene werden diskutiert. Spezieller Fokus dieses empirischen Beitrags ist dabei die Fragestellung, ob Textsorten und kognitive Anforderungen als strukturelle Elemente der Rahmenkonzeption insofern angemessen sind, als dass beide (auch) im Erwachsenenalter erlauben, hinreichend zwischen guten und schwachen LeserInnen zu differenzieren. Basierend auf einem Vergleich eines eindimensionalen und zwei unterschiedlichen mehrdimensionalen Modellen wird der Frage nachgegangen, ob Textsorten und/oder kognitive Anforderungen der Items separate Dimensionen der Lesekompetenz ausmachen oder die im NEPS gemessene Lesekompetenz – wie intendiert – als eindimensionales Fähigkeitskonstrukt aufgefasst werden kann. Im dritten Artikel stehen veränderte Kontextbedingungen von Lesekompetenztests im Mittelpunkt. Es wird in einer weiteren Entwicklungsstudie der NEPS-Forschergruppe Bamberg unter anderem eine experimentelle Bedingung eingesetzt, in welcher den Zielpersonen nicht erlaubt wird, wie in der Kontrollbedingung und sonstigen Lesekompetenztests, zu den bereits gelesenen Texten zurückzublättern (Gehrer, Wolter, Koller & Artelt, in Vorbereitung). Innerhalb dieser Studie wird der Fragestellung nachgegangen, ob und wenn ja, welche Aufgaben- und Textmerkmale auf eine Schwierigkeitsveränderung unter der beschriebenen Kontextbedingung Einfluss nehmen. Es kann das Aufgabenformat als beeinflussender Faktor identifiziert werden. Insbesondere das kognitiv anspruchsvolle Format der Zuordnungsaufgabe, bei der Überschriften zu Passagen des Textes zugeordnet werden müssen, erweist sich als Einflussfaktor für Schwierigkeit (Artikel 3). Im vierten Artikel im Rahmen der Forschergruppe um den schweizerischen EVAMAR II- Erstsprachetest für MaturandInnen (Eberle et al., 2008) wird die Fragestellung untersucht, ob die Sozialisation in unterschiedlichen deutschsprachigen Familiensprachen (Dialekt versus Standarddeutsch) einen Einfluss auf das spätere Abschneiden in einem sprachlichen Kompetenztest hat. Es erweist sich, dass die Performanz in unterschiedlichen Sprachgruppen nicht signifikant voneinander abweicht. Der muttersprachliche Dialekt im Schweizerdeutschen scheint sich unter Kontrolle des sozioökonomischen Status weder hinderlich noch förderlich auf die späteren Sprachleistungen im voruniversitären Bereich auszuwirken. Der Ansatz wird diskutiert vor dem Hintergrund der sprachwissenschaftlichen Plurizentrik-Debatte für den deutschsprachigen Sprachraum (z. B. Ammon, 1995)

Heat transfer in separated flows on the pressure side of turbine blades

Heat transfer in separated flows on the pressure side of a typical high lift turbine profile is numerically investigated by means of an in-house CFD code. The numerical code was first validated on attached flows in turbine blades. To obtain flow separation cases, the profile is subject to large negative incidences so that a separation bubble is obtained at the pressure side. The numerical results are compared to available experimental data for code validation. It is shown how local minima and maxima values of the heat transfer coefficient are related to the separation and reattachment points, where the velocity component perpendicular to the wall is shown to have a significant effect on the heat transfe

Semi-Automatic Cell Correspondence Analysis Using Iterative Point Cloud Registration

In the field of biophysics, deformation of in-vitro model tissues is an experimental technique to explore the response of tissue to a mechanical stimulus. However, automated registration before and after deformation is an ongoing obstacle for measuring the tissue response on the cellular level. Here, we propose to use an iterative point cloud registration (IPCR) method, for this problem. We apply the registration method on point clouds representing the cellular centers of mass, which are evaluated with aWatershed based segmentation of phase-contrast images of living tissue, acquired before and after deformation. Preliminary evaluation of this method on three data sets shows high accuracy, with 82% - 92% correctly registered cells, which outperforms coherent point drift (CPD). Hence, we propose the application of the IPCR method on the problem of cell correspondence analysis

Toward a Real-Time Index of Pupillary Activity as an Indicator of Cognitive Load

The Low/High Index of Pupillary Activity (LHIPA), an eye-tracked measure of pupil diameter oscillation, is redesigned and implemented to function in real-time. The novel Real-time IPA (RIPA) is shown to discriminate cognitive load in re-streamed data from earlier experiments. Rationale for the RIPA is tied to the functioning of the human autonomic nervous system yielding a hybrid measure based on the ratio of Low/High frequencies of pupil oscillation. The paper\u27s contribution is drawn from provision of documentation of the calculation of the RIPA. As with the LHIPA, it is possible for researchers to apply this metric to their own experiments where a measure of cognitive load is of interest