Fakultät für Biologie - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 05/06 Archiv

When confronted with a large-field stimulus rotating around the vertical body axis, flies display a following behaviour of the head and steer in the direction of motion. As neural control elements for this so-called 'optomotor response', the large tangential horizontal cells (HS-cells) of the lobula plate have been the prime candidates for long. When HS-cells are surgically damaged or genetically removed, flies display reduced optomotor responses. To provide a better understanding of the role of HS-cells in the control of optomotor behaviour three approaches were taken. First, experiments were designed to investigate which of the HS-cells could be participating in head yaw movements in fixed flies and yaw turning behaviour during tethered flight. Horizontal motion at different elevations was presented to the flies. Comparison of the optomotor responses with HS-cell receptive fields suggests that HSN and HSE participate in head yaw movements whereas all three HS-cells are used to control yaw turning behaviour during flight. Second, to test whether HS-cells are sufficient to elicit yaw optomotor responses, a bi-stable Channelrhodopsin-2 variant 'ChR2 (C128S)' was expressed in HS-cells using the Gal4 / UAS-system. Combining a blue light stimulus with ChR2(C128S) allowed to activate HS-cells without presenting a visual stimulus to the eye of the fly. These experiments revealed that blue light was sufficient to evoke robust head yaw movement in fixed flies as well as turning behaviour in tethered flying flies, thus, mimicking front-to-back visual stimulation on the stimulated side. Third, the role of the receptive field layouts of HS-cells for optomotor responses was studied. Flies with a gain-of-function of a single Dscam1 isoform in all HS-cells (Dscam gain-of-function (D(GOF)) flies) were tested. Compared with HS-cells of control flies, HS-cells of D(GOF) flies show reduced sensitivity to horizontal motion in the frontal and enhanced sensitivity to motion in the lateral part of visual space. The optomotor response of tethered flying flies were analyzed. Compared with control flies, D(GOF) flies responded significantly weaker to visual stimuli extending over the entire azimuth extension of HS-cell receptive fields. Stimulating flies with additional motion in the rear part of visual space significantly reduced optomotor responses of control flies, whereas (GOF) flies responded to both visual stimuli with about equal strength. Although D(GOF) HS-cells had dramatically reduced sensitivity to motion in the frontal part of visual space, D(GOF) flies responded robustly to motion in this region of visual space. D(GOF) and control flies also showed differences in head yaw movements. These behavioural differences did not correlate with the difference in the receptive fields of D(GOF) and control HS-cells. The experiments indicate that HS-cells are sufficient to trigger yaw turns of the head and whole body. All three HS-cells control body turns during flight and head yaw turns are controlled by HSN- and HSE-cells. The layout of HS-cell receptive fields, however, does not correlate 1 : 1 with optomotor responses. During flight, flies rely additionally on cells sensitive in the frontal part of visual space. Furthermore, the layout of the HS-cell receptive fields is important for incorporating motion information in the rear part of visual space to the optomotor responses.

This dissertation addresses an issue of key importance to the field of systematics, namely how to foster taxonomic work and the dissemination of knowledge about species by taking full advantage of electronic data and bioinformatic tools. I tested and applied modern systematic tools to produce an electronic monograph of a family of flowering plants, Caricaceae. In addition to a taxonomic revision, a molecular phylogeny of the family that includes representatives of all biological species clarifies the evolutionary relationships. Based on the plastid and nuclear DNA data, I inferred historical processes that may have shaped the evolution of the Caricaceae and explain their current geographic distribution.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erforschung von Yersinia (Y.) pestis in historischem Skelettmaterial. Die Disziplin Paläomikrobiologie verspricht, Beweise zu liefern, die durch die Erforschung moderner Pathogene nicht möglich wären und dadurch möglicherweise das Verständnis zu historischen Infektionen zu verändern (Tsangaras & Greenwood 2012). Yersinia pestis als der Erreger der Pest wird für drei Pandemien der Menschheitsgeschichte verantwortlich gemacht: die Pest der Moderne, den Schwarzen Tod im 14. und den nachfolgenden Jahrhunderten sowie die Pest des Justinian. Diese Dissertation beschäftigte sich mit dem Nachweis und der Typisierung des Pest-Erregers in historischen Individuen verschiedener Fundorte aus den beiden letztgenannten Pandemien. Dazu wurden methodisch zwei Wege beschritten: Der Nachweis des Erregers auf molekulargenetischer Ebene durch die Detektion verschiedener Loci und ein davon unabhängiger alternativer Weg zur Detektion des Pathogens über den Nachweis seines Kapselproteins. Letzten Weg zu beschreiten, ist in dieser Arbeit nicht geglückt. Dafür waren die auf Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR) beruhenden Ansätze umso erfolgreicher. Für die Analysen standen Individuen von vier Fundorten in Deutschland und der Schweiz aus unterschiedlichen Zeitstellungen zur Verfügung. Die Skelette des Gräberfelds Aschheim-Bajuwarenring datieren ins 6. Jahrhundert, die Individuen aus Manching-Pichl und Basel ins 14. bis 17. Jahrhundert und die skelettalen Überreste von drei Menschen aus Brandenburg in die Zeit des Dreißigjährigen Kriegs. Nach der Erprobung eines für das zur Verfügung stehende Material optimal geeigneten Extraktions-Protokolls und der Etablierung neuer PCR-Protokolle wurden die Verfahren auf Extrakte alter DNA (aDNA) angewandt. Dabei wurde zur Generierung authentischer Ergebnisse im neu etablierten aDNA-Labor des ArchaeoBioCenters der LMU gearbeitet, das die maximalen Möglichkeiten der Verhinderung von Kontaminationen bereitstellt. Es ist in dieser Arbeit gelungen, bereits publizierte Pest-Nachweise in Skeletten aus Aschheim und Manching-Pichl zu reproduzieren und damit zu validieren. Darüber hinaus konnte in Individuen eines weiteren, bisher molekulargenetisch nicht untersuchten Fundorts in Brandenburg die Anwesenheit der Pest gezeigt werden. Durch tiefer gehende molekulargenetische Untersuchungen anderer Loci sowie Single Nucleotide Polymorphismen (SNP) wurden die jeweiligen Erreger in einen bereits existierenden phylogenetischen Stammbaum eingeordnet. Durch den Beweis der Anwesenheit der Pest in Aschheim im 6. Jahrhundert wurde das Bakterium Yersinia pestis eindeutig als Verursacher der ersten Pandemie identifiziert – eine Assoziation, die nach anfänglichem Konsens zuletzt in Frage gestellt worden war. Spekulationen um das ätiologische Agens können jetzt definitiv eingestellt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit beenden auch weitere Diskussionen bezüglich des Biovars des Erregers während der ersten Pandemie. Durch Typisierungen wurde gezeigt, dass es sich bei diesem Erreger um einen anderen handelt als den, der für die zweite oder dritte Pandemie verantwortlich ist. Der Nachweis und die Typisierung des Erregers im Zuge des Schwarzen Todes in Manching-Pichl und Brandenburg schließt die bis dato existierende genauer charakterisierte Detektionslücke in Deutschland. Bisher waren nur in England, Frankreich und den Niederlanden der bzw. die Erreger durch zwei Arbeitsgruppen aus Mainz und Tübingen/Kanada glaubhaft detektiert worden. Der in Deutschland identifizierte Erreger passt dabei zu den Ergebnissen der anderen Fundorte in Europa. Zudem scheint es in Deutschland über einen längeren Zeitraum nur einen Erregertyp gegeben zu haben, da die Ergebnisse der Individuen aus Brandenburg und Manching-Pichl in allen untersuchten Loci genau übereinstimmten. Obwohl aufgrund ungenügenden Quellenmaterials nicht exakt belegbar scheint der Weg der Pest zu diesen beiden letztgenannten Fundorten in Deutschland ein anderer gewesen zu sein als der zu den anderen europäischen Fundorten.