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Neue Veröffentlichungen:

The role of remote sensing and geospatial modelling in mapping ecosystem condition und functioning
(2024) Große-Stoltenberg, André
The main scope of this habilitation thesis is to present a broad range of approaches on how remote sensing and geospatial modelling can be applied to map condition and degradation of different types of ecosystems. Data from both active and passive remote sensing instruments acquired by aircraft and satellite platforms at single dates or in multitemporal mode were used in the presented studies. Main drivers of ecosystem degradation such as Land Use/Land Cover changes, climate change and invasive alien species are addressed, and different types of ecosystems such as urban areas, temperate forests, Central European agricultural landscapes, tropical high-mountain grassland and dryland rangelands are examined. Beyond technical remote sensing aspects, the studies give insights on the importance of spatial modeling approaches in ecological applications, e.g. to account for the spatial heterogeneity of ecosystem properties. However, the increasing availability of remote sensing data poses both new opportunities and challenges in ecological or ecosystem studies, which are addressed in the conceptual and review paper of this thesis, e.g., dealing with large data volumes during processing and analysis. Future progress can be expected in fast evolving fields such as the use of drones, sensor-networks and crowd-sourced data together with interpretable artificial intelligence to study ecosystems. Further, very high resolution multispectral, thermal and radar satellite data is becoming more and more available, adding to the already filled toolbox from a data point of view. Nevertheless, a profound understanding of the ecological processes or mechanisms to be studied remains a fundamental requirement, as technological progress does not per se imply progress in using sensor-based approaches to study ecological phenomena. The increasing amount of studies and initiatives joining knowledge from different disciplines demonstrate that if we succeed in integrating expertise from different backgrounds, then we can create an innovative atmosphere that can lead to progress in using novel technologies to tackle urgent challenges regarding the degradation of our ecosystems.
Unveiling Hematopoietic Stem Cell Dynamics: Identification and Isolation of Hematopoietic Stem Cells at Single-Cell Level
(2025-06) Schmachtel, Tessa
The human bone marrow constitutes the principal site of hematopoiesis, sustaining the continuous generation of platelets, erythrocytes and immune cells through the activity of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) residing within specialized microenvironmental niches. Within this compartment, a rare subset of hematopoietic stem cells (HSCs) maintains lifelong hematopoiesis by precisely regulating the balance between self-renewal and differentiation, predominantly persisting in a quiescent state under homeostatic conditions but capable of rapid activation in response to acute physiological stressors such as infection or hemorrhage. The equilibrium between steady-state and emergency hematopoiesis is fundamental to hematopoietic homeostasis; however, chronic inflammation and aging can disrupt this balance, leading to impaired blood cell production and increased risk of developing hematologic malignancies. Although substantial progress has been made in the characterization and prospective isolation of distinct human HSPC subsets using surface marker-based strategies, current strategies often yield in heterogeneous populations and several differentiation models have been proposed. To address this challenge and map differentiation trajectories, the presented research employed a single cell Transcriptomic/AbSeq approach, simultaneously quantifying the expression of 596 genes at mRNA level and 46 surface markers, on over 62,000 FACS-enriched HSPCs from 15 healthy donors across different age groups. Comprehensive computational analysis revealed four main lineage pathways, supporting a stepwise model of differentiation with an early branching point for megakaryocyte-erythroid progenitors. Notably, HSPCs from older donors exhibited a higher proportion of undifferentiated cells and diminished differentiation across all lineages. A key finding of this study is the identification of Programmed death ligand 2 (PD-L2/CD273) as a surface marker highly expressed on the most primitive HSPCs. CD273/PD-L2-positive HSPCs, isolated from mobilized PB samples, demonstrated a distinct molecular signature characterized by the enrichment of stemness genes such as Thy1, DLK1 and MPL, as well as delayed entry into the cell cycle, reduced mitochondrial activity and delayed in vitro differentiation indicating a deeper quiescent state. Functional assays, including in vitro colony forming assays and in vivo xenograft experiments, confirmed that CD273/PD-L2high HSPCs possess the capacity for multi-lineage reconstitution. Beyond their stem cell properties, CD273/PD-L2-expressing HSPCs exhibited notable immunomodulatory functions. In allogeneic lymphocyte reaction assays, these cells suppressed CD8+ T-cell proliferation and activation. Blocking PD-L2 promoted the secretion of pro-inflammatory cytokines (IFN-γ, TNF-α, IL-6), showed a reduced abundance of regulatory T-cells and a shift toward myeloid lineage bias in HSPCs, implying an increased inflammatory response reaction. These findings highlight a dual role for PD-L2: First as a marker of more quiescent, primitive HSPCs and second as a mediator of immune regulation within the hematopoietic compartment. In summary, this integrated study provides valuable insights into the organization of human hematopoiesis and the identification of PD-L2/CD273 as a defining marker of a particularly quiescent, immunomodulatory HSPC subset. These discoveries may have important implications for stem cell transplantation and the treatment of blood malignancies, as understanding and manipulating these pathways may improve therapeutic outcomes and help maintaining healthy hematopoiesis throughout life.
Data Driven Perspectives on Societal Issues: Addressing Challenges in the Digital Age
(2025) Drolsbach, Chiara Patricia
This dissertation examines three interconnected societal challenges emerging from digital transformation and globalization: the spread of misinformation on social media, the regulation of digital platforms, and the effectiveness of economic policy responses to global crises. Using large-scale behavioral datasets combined with robust empirical methods including econometric identification strategies, natural language processing, and computational techniques, the research provides evidence-based insights into contemporary societal issues. The first part analyzes misinformation dynamics, focusing extensively on Community Notes, X's crowdsourced fact-checking initiative. The study of 15,000+ annotated posts reveals that misleading posts receive 35.85% fewer retweets than accurate posts. Further analysis shows that misinformation perceived as believable receives 217.09% more retweets, while posts perceived as harmful receive 41.32% fewer retweets, suggesting that easily believable yet non-harmful misinformation spreads most effectively. A survey of 1,800+ participants demonstrates that community-based fact-checking is perceived as significantly more trustworthy than simple misinformation flags across the political spectrum, with explanatory context—rather than source—driving this trust boost. An analysis of 91,452 flagged posts reveals that AI-generated misinformation differs systematically from human-generated content: it originates from more influential accounts, is more visually engaging and positively toned, and significantly outperforms non-AI content in virality despite being rated as slightly less harmful or believable. The second part addresses digital platform regulation by analyzing 156+ million moderation decisions submitted to the EU's Digital Services Act Transparency Database. The findings reveal significant variation in moderation volumes across platforms, with TikTok accounting for 64% of submissions despite having fewer EU users than competitors. Notably, 60.67% of moderation decisions were fully automated, though automation levels varied substantially by platform, with TikTok relying primarily on automation while X and YouTube relied on manual review. These inconsistent practices suggest varied interpretations of regulatory obligations and raise concerns about enforcement consistency. The third part evaluates economic policy effectiveness by examining temporary fuel tax reductions implemented in France, Germany, and Italy in 2022 using a staggered Difference-in-Differences design. The analysis finds very high pass-through rates, indicating that tax cuts were effectively transmitted to consumers, with gasoline showing higher pass-through than diesel. However, the study cautions that such tax cuts, while effective short-term measures, raise concerns about distributional equity and long-term climate goals. By integrating computational techniques with econometric rigor and grounding analysis in real-world behavioral data, this dissertation demonstrates how Big Data can illuminate contemporary societal risks and evaluate policy interventions, providing insights for policymakers, platform designers, and researchers addressing the interconnected challenges of digital transformation and global crises.
Mesoporöse Materialien für elektrochemische Anwendungen: Porendesign und Konnektivität
(2025) Wagner, Lysander Quentin
Geordnet mesoporöse Materialien werden aufgrund ihrer hohen Oberfläche in zahlreichen Anwendungsgebieten, beispielsweise in der Katalyse, in Membranen, oder in Batterien, als Modellmaterialien untersucht. Vor allem in der sauren Wasserelektrolyse zur Herstellung des sogenannten grünen Wasserstoffs erscheint ein mesoporöser Elektrokatalysator vielver-sprechend, um das kritische Iridium auf der Anodenseite möglichst effizient zu nutzen. Allerdings ist unklar, welche Porenstruktur (Porengröße und Wanddicke) eine maximale Stabilität und Aktivität in der Katalyse liefert. Die systematische Beantwortung dieser Frage erfordert maßgeschneiderte Modellmaterialien, weshalb sich diese Arbeit der Etablierung einer Bibliothek solcher mesoporösen Materialien mit variabler Porenstruktur widmet. In Publikation 1 wurde dafür zunächst eine einfache Synthese eines Block-Copolymers aus Polyethylenoxid (PEO) und Polyhexylacrylat (PHA) vorgestellt, mit dem mesoporöse Metalloxide mit großen Mesoporen (etwa 40 nm) hergestellt werden können. Da solch große Poren aufgrund des Kompromisses zwischen einer noch hohen Oberfläche und der Vermeidung von Diffusionslimitierungen aussichtsreich erscheinen, aber mit gängigen Methoden wie Physisorption nicht trivial untersucht werden können, wurde eine Routine entwickelt, wie solche Strukturen zuverlässig charakterisiert werden können. Mit dieser Methodik wurde in Publikation 2 eine Vielzahl an PEO-b-PHA-Proben hergestellt und als Templat untersucht und so abgeleitet, wie die Porengröße, Wanddicke und Porenkonnektivität in Silika über die Polymermenge und die PHA-Blocklänge eingestellt werden kann. In Publikation 3 konnte gezeigt werden, dass das Porensystem im Silika nach Soft Templating mit PEO-b-PHA analog zu dem in mesoporösem Kohlenstoff aufgebaut ist, sodass die Gültigkeit der zuvor erwähnten Leitfäden zum Porendesign auch für das elektrochemisch relevante Material Kohlenstoff zu erwarten ist. In Publikation 4 wurden mesoporöse Kohlenstofffilme hergestellt und hinsichtlich ihrer Eignung in der Elektrokatalyse untersucht. Die beobachtete hohe elektrische Leitfähigkeit, elektrochemische Stabilität und variable Zugänglichkeit des Porensystems bestätigen, dass die mesoporösen Dünnfilme ein vielversprechendes Modellsystem für elektrochemische Studien darstellen, beispielsweise als Trägermaterial für die Elektrokatalyse. Die hier gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für eine Vielzahl systematischer Studien zur Korrelation makroskopischer Eigenschaften mit der Porenstruktur mesoporöser Materialien, zum Beispiel wie die Morphologie von mesoporösem Iridiumoxid mit dessen Aktivität und Stabilität in der sauren Wasserelektrolyse zusammenhängt.
Nachhaltigkeit in der Zahnheilkunde – Pilotstudie zum CO2-Fußabdruck der analogen und digitalen Abformung
(2025) Drath, Kara Johanna
Die hohe und zunehmende Relevanz des Themas Nachhaltigkeit steht im Gegensatz zu den bisher geringen und wenig systematischen Forschungsaktivitäten. Der Gesundheitssektor ist für ca. 5,2 Prozent der Gesamtemissionen verantwortlich. Während in vielen anderen Branchen bereits nachhaltige Produkte und Konzepte entwickelt werden, fehlt es im Gesundheitswesen bislang an fundierter Forschung mit belastbaren Primärdaten. Das Ziel einer Pilotstudie war es, den CO2-Fußabdruck der analogen und digitalen Abformung im Rahmen einer Einzelzahnversorgung zu untersuchen. Darüber hinaus sollte untersucht werden, welche Input- und Outputgrößen sowie Prozessschritte den CO2-Fußabdruck besonders stark beeinflussen, um mögliche Stellgrößen zu identifizieren. Die digitale Abformung wurde mit einem Intraoralscanner mit drei verschiedenen Scanspitzen untersucht. Für die analoge Abformung wurden eine Präzisionsabformung mit A-Silikon sowie eine Gegenkieferabformung mit Alginat und ein Bissregistrat mit A-Silikon analysiert. Als Endprodukt wurden für die analoge Abformung physische Gipsmodelle und für die digitale Abformung virtuelle Modelle definiert. Auf Basis selbst erhobener und bereits vorhandener Daten aus der Datenbank Ecoinvent wurden die im Prozess vorkommenden Stoffe hinsichtlich ihres CO2-Fußabdrucks erfasst. Auf Basis der stoffspezifischen Emissionsfaktoren und der Kenntnis der Massenverhältnisse im Stoffmix wurde der CO2-Fußabdruck der beiden Abformverfahren berechnet. Den geringsten CO2-Fußabdruck wies die digitale Abformung auf. Das Ergebnis lag zwischen 0,406 [kg-CO2-eq] und 0,557 [kg-CO2-eq] in Abhängigkeit der jeweiligen Scanspitze. Die analoge Abformung zeigte hingegen mit 2,150 [kg-CO2-eq] einen signifikant höheren CO2-Fußabdruck. Bei der digitalen Abformung machten den größten Anteil am CO2-Fußabdruck die Handschuhe für den Behandler und die Assistenz aus. Weitere große Inputfaktoren waren die im IOS verbauten Leiterplatten und gefährliche Chemikalien wie Isopropanol. Im Fall der digitalen Abformung mit der Einweg-Scanspitze, war auch deren Herstellung ein großer Inputfaktor. Die Entsorgung von Abfällen spielte bei der digitalen Abformung eine untergeordnete Rolle. Bei der analogen Abformung fiel auf, dass der Restmüll einen erheblichen Anteil am gesamten PCF ausmacht. Direkt darauf folgten das A-Silikon für das Bissregistrat, das hochvisköse A-Silikon sowie der Gips. Aus den Ergebnissen dieser ersten Pilotstudie lässt sich ableiten, dass für die Abformung im Rahmen einer Einzelzahnversorgung die digitale Abformung der analogen Abformung in Bezug auf den CO2-Fußabdruck vorzuziehen ist. Bei der digitalen Abformung sollte die wischdesinfizierbare Mehrweg-Scanspitze, wenn die regionalen Hygienevorschriften dies erlauben, bevorzugt werden. Weitere Studien, welche den gesamten Herstellungsprozess untersuchen, müssen jedoch folgen.