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Recent Submissions

ZeitschriftenaufsatzAccess status: Open Access ,
Aphid herbivory on macrophytes drives adaptive evolution in an aquatic community via indirect effects
(2025) Schäfer, Martin; Malacrinò, Antonino; Walcher, Christoph; Spaak, Piet; Serwaty-Sárazová, Marie; Käser, Silvana; Bulas, Thea; Dambone-Bösch, Christine; Dexter, Eric; Hottinger, Jürgen; Böttner, Laura; Vorburger, Christoph; Ebert, Dieter; Xu, Shuqing
Indirect ecological effects occur when the impact of one species on another is mediated by a third species or the shared environment. Although indirect effects are ubiquitous in nature, we know remarkably little about how they may drive ecoevolutionary processes across community boundaries. Here, we show that insect (aphid) herbivory on macrophytes (duckweed) drove the adaptive evolution of a planktonic crustacean (Daphnia magna) in large outdoor aquatic mesocosms via indirect ecological effects. Aphid herbivory reduced duckweed growth and increased the nutrient and light availability in the water column, which promoted phytoplankton growth and boosted the abundance of D. magna that feed on phytoplankton. Whole-genome pool-sequencing and phenotypic assays revealed aphid-herbivory-mediated evolutionary changes to Daphnia population. Transplant experiments indicated that these evolutionary changes were adaptive. Furthermore, aphid-herbivory-mediated biotic and abiotic changes in the aquatic community increased the performance of the macrophytes and aphids. These results demonstrate that indirect ecological effects can shape ecoevolutionary interactions between seemingly independent species in natural communities.
DissertationAccess status: Open Access ,
Characterization of heterogeneous reservoir rocks using multi-scale image reconstruction and octree structures
(2024) Moslemipour, Abolfazl; Enzmann, Frieder; Sadeghnejad, Saeid
Researchers commonly use multi-scale modeling to characterize heterogeneous rock samples. Despite their utility, these models face significant challenges. One major issue is the tradeoff between resolution and field of view (FoV) during imaging. Although various novel approaches attempt to address this issue, they often produce unrealistic results or incur high computational costs. In this study, we present methods for the multi-scale reconstruction of pore networks and images for three heterogeneous rocks using octree structures. We performed multi-scale image reconstruction on Berea Sandstone (BS) and Edward Brown Carbonate (EBC) rocks, and multi-scale reconstruction of pore networks on Indiana Limestone (ILS) rock. We scanned all samples at low (LR) and high (HR) resolutions using X-ray microtomography. In our novel multi-scale direct numerical simulation (DNS) reconstruction approach, we reconstructed multi-scale images using the Octree structure to reduce computational cost. In addition, we also presented a novel method for multi-scale pore network modeling (PNM) reconstruction using an artificial neural network to connect the PNMs at different scales in octree structure. The results showed good agreement with the HR images and experimental properties. We concluded that using the Octree structure decreased runtime up to three times for the multi-scale DNS reconstruction. For multi-scale PNM reconstruction, the runtime was nearly equal to the normal method. Additionally, the memory used for the multi-scale DNS reconstruction was reduced by 20 to 130 times, and for multi-scale PNM reconstruction, by up to three times. To further reduce computational costs, we also introduced new multi-scale upscaling methods. The first method, which utilized the Octree structure and unresolved clusters, was applied to the BS rock images for multi-scale DNS upscaling. The second method was applied to the ILS rock images for multi-scale PNM upscaling. We concluded that the multi-scale DNS upscaling method, while maintaining accuracy, reduced runtime up to eight times and memory consumption up to two times. Similarly, the multi-scale PNM upscaling method reduced runtime up to two times and memory consumption about three times, without reducing accuracy.
DissertationAccess status: Open Access ,
Mittelfristige klinische und radiologische Ergebnisse nach Implantation der Kurzschaftprothese optimys® bei Oberschenkelhalsfraktur
(2025) Walz, Alexander; Drees, Philipp
Bei in Deutschland stetig zunehmender Lebenserwartung und somit immer älter werdender Patientenklientel wächst der Anspruch an die Funktion und Langlebigkeit von implantierten Kunstgelenken. Eine uneingeschränkte körperliche Mobilität ermöglicht auch in höherem Lebensalter eine aktive Teilnahme am Gesellschaftsleben. Mit zunehmendem Lebensalter steigt die Beanspruchung von Gelenken und das Risiko, sturzbedingte Verletzungen zu erleiden. Eine Oberschenkelhalsfraktur ist in diesem Zusammenhang eine häufige und typische Verletzung des älteren Menschen, welche in der Folge häufig die Implantation einer Hüfttotalendoprothese nach sich zieht. Zum aktuellen Zeitpunkt werden bei den Implantaten der Hüftendoprothetik Standzeiten von 15-20 Jahren erreicht (1), wobei der gesteigerte Aktivitätsgrad und die Länge der verbleibenden Lebenszeit, vor allem bei jüngeren Patienten1, die Lebensdauer der jeweiligen Implantatkomponenten stark einschränken kann und damit die Revisionswahrscheinlichkeit erhöht (2). 20% der Patienten sind zum Zeitpunkt der Erstoperation nicht älter als 60 Jahre, was eine Zunahme der Revisionsoperationen bei jungen Patienten bedingt (3). Bei älteren Menschen erweist sich der Wechsel von Prothesen aufgrund von Multimorbidität und damit einhergehendem Operationsrisiko sowie eingeschränkter Knochenqualität, die einen maßgeblichen Anteil für die Stabilität der Prothese hat, oftmals als schwierig (4). Es resultiert ein höheres Komplikationsrisiko, einschließlich der Gefahr der unzureichenden Stabilität der Prothese im Knochen. Nach einer Oberschenkelhalsfraktur werden bei älteren Patienten neben osteosynthetischen Verfahren bislang standardmäßig Geradschaftprothesen implantiert. In den letzten Jahren gewinnen sogenannte Kurzschaftendoprothesen in der Hüfttotalendoprothetik stetig an Popularität. Kurzschaftprothesen kamen bisher vorwiegend bei jungen und sportlich aktiven Patienten mit guter Knochenqualität zum Einsatz (5). Vorteile dieser Prothese sind ein weichteilschonenderer und knochensparenderer Eingriff, ein in der Regel geringerer Blutverlust sowie kürzere Operationszeiten (6). Sie verfolgen weiterhin das Ziel, ein Maximum an Stabilität bei gleichzeitig geringem Eingriff an körpereigener Knochensubstanz zu gewährleisten. Sollte trotz des eher gehobeneren Alters eine Revisionsoperation notwendig werden, ist potentiell eine günstigere Ausgangssituation hinsichtlich einer sicheren Verankerung zu erreichen (7). Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung und Auswertung der Ergebnisse nach Versorgung mit einer Kurzschaftprothese bei Oberschenkelhalsfrakturen. Insbesondere soll herausgearbeitet werden, ob in diesen Fällen auch ältere und multimorbide Patienten von der Kurzschaftendoprothetik profitieren können. Daraus ergeben sich für die vorliegende Arbeit insbesondere folgende Fragestellungen: • Welche klinischen Ergebnisse zeigen sich über einen Nachuntersuchungszeitraum von 2 Jahren? • Wie stellt sich die Primärstabilität bzw. das Sinterungsverhalten des Kurzschaft-Implantates in den ersten 2 Jahren dar? • Wie hoch ist die Komplikationsrate und welche sind die häufigsten Komplikationen?