Science-Texts

Andrea Kamphuis: Musterbildung

Musterbildung in Kulturen der Alge Euglena gracilis: Experimente und Simulation

Verfasserin: Andrea Kamphuis

Diplomarbeit, Universität zu Köln, September 1993, 110 Seiten

Note: sehr gut

Kommentar von Andrea Kamphuis

Hier liegen die Wurzeln für mein Interesse an den Mustern in der Natur. Eine allgemein verständliche Darstellung der Experimente und ihrer Deutung finden Sie in meinem Aufsatz über Biokonvektion. Vertiefende Informationen über die Schwerkraftorentierung, eine Grundvoraussetzung der Biokonvektion, enthält meine Dissertation.

Kurzbeschreibung

Gießt man eine dichte Kultur negativ geotaktisch schwimmender Einzeller zu einer flachen Schicht aus, so entstehen in der zunächst fast homogenen Suspension oft in wenigen Minuten flächenfüllende Muster. Dieses Phänomen wurde vor mehr als 100 Jahren erstmals beschrieben und erhielt 1961 seinen Namen: Biokonvektion. Neben Experimenten und mathematischen Analysen können auch Computersimulationen Aufschluss über das Phänomen geben. In der vorliegenden Arbeit wurden alle drei genannten Ansätze – Experiment, Analyse und Simulation – verfolgt.

Aus den Experimenten ergab sich die Arbeitshypothese, dass eine "Autotaxis", also eine biologische Kooperation der Zellen, zur Musterbildung nicht erforderlich ist. Biokonvektion ist ein Wechselspiel aus der individuellen, größtenteils aufwärts gerichteten Zellbewegung einerseits und der durch Zellansammlungen ausgelösten Konvektionsströmung andererseits. Meine Simulationen auf der Basis eines zeitlich und räumlich diskreten, dreidimensionalen Modells haben die Plausbilität dieser Erklärung bestätigt.

Inhalt

• Einleitung
• Biokonvektionsmuster in der Literatur
  • Euglena
  • andere Organismen
• Modell und Simulation der Biokonvektion
  • Arbeitshypothese
  • Parameter der Biokonvektion
  • Modelle in der Literatur
  • Eine dreidimensionale Simulation
• Diskussion
• Anhänge
  • Hydrodynamische Formeln
  • Struktogramme der Prozeduren
  • Literatur