Jahrbuch 2018

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Die Aufklärung der zellulären Mechanismen, die die Stresstoleranz von Pflanzen kontrollieren, ist von erheblichem Interesse für die Züchtung neuer Kulturpflanzen, gerade unter den Bedingungen des Klimawandels. Mittels moderner Methoden der Genomforschung haben wir mehrere regulatorische Netzwerke identifiziert, die die pflanzliche Stresstoleranz sowohl in Modellpflanzen als auch ausgewählten Kulturpflanzen kontrollieren. In den kommenden Jahren wollen wir unsere Forschung verstärkt auf bisher wenig untersuchte Kulturpflanzen, beispielsweise Quinoa, ausweiten. mehr
Die Regulation der Genexpression folgt komplexen und unterschiedlichen Steuerungsmechanismen. Einer davon ist das epigenetische Gedächtnis, das bestimmt, wie stark einzelne Gene ausgeprägt werden. In Pflanzen wurde nun nachgewiesen, dass zwei kurze DNA Sequenzen, bezeichnet als Teloboxen und RY-Motive, an diesem Prozess beteiligt sind. Die Sequenzen treten an Genen auf, die epigenetisch reguliert werden. Transkriptionsfaktoren, die diese Motive erkennen, binden auch an Bausteine der Polycomb-Gruppen, die die Verpackung von DNA verdichten und dazu beitragen, das „Gengedächtnis“ zu verfestigen. mehr
Bisher lässt sich die Gravitation (Schwerkraft) kaum in gängige Theorien der Teilchenphysik eingliedern. Physikerinnen und Physiker arbeiten daher an neuen Wegen, mit denen sich diese fundamentale Naturkraft mit anderen Modellen in Einklang gebracht werden kann. mehr
Quantenlichtquellen können Quantenfluktuationen so verstärken, dass diese makroskopisch sichtbar werden. Wir erforschen die außergewöhnlichen Konsequenzen dieser äußerst starken Fluktuationen und beobachten dabei Phänomene, die vor allem in Wirtschaft, Geologie und Biologie auftreten und allgemein unter den Namen Potenzgesetze und Paretoprinzip bekannt sind. Aktuell ergründen wir die Ursprünge dieser Analogien – insbesondere zu den sogenannten Monsterwellen – und untersuchen, inwiefern unser System in der Lage ist, diese außergewöhnlichen Phänomene im Allgemeinen zu simulieren. . mehr
Aufgrund des großen Kernquadrupolmoments von Tantal gelang erstmals der Nachweis von Weyl-Fermionen im Übergangsmetall-Monopniktid TaP mit Hilfe von kernmagnetischer Resonanz. Es wurden drei Tantal-Resonanzlinien experimentell nachgewiesen. Die Linien konnten theoretisch unter Einbeziehung der Spin-Bahn-Wechselwirkung berechnet werden. Es gelang es uns ferner, die theoretische Vorhersage für die Temperaturabhängigkeit der Spin-Gitter-Relaxation erstmals im Experiment zu bestätigen. Die lokale Resonanztechnik eröffnet somit neue Einblicke in die exotische Materialklasse der Weyl-Halbmetalle. mehr
Rund hundert Jahre nach Albert Einsteins Vollendung der Allgemeinen Relativitätstheorie hatten wir 2018 ein herausragendes Jahr für die Erforschung schwarzer Löcher. Mit dem unter Leitung des MPE gebauten Instruments GRAVITY konnten wir erstmalig die Gravitationsrotverschiebung im Schwerefeld eines massereichen schwarzen Lochs messen, die Kreisbahnen nahe dem Punkt ohne Wiederkehr verfolgen und die Masse von schwarzen Löchern bestimmen, die Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Mit seiner einzigartigen Bildschärfe und Empfindlichkeit wird GRAVITY die Astronomie revolutionieren. mehr
In den letzten Jahren hat eine neuartige Architektur von Experimenten in sogenannten Quantensimulatoren das Forschungsfeld der Quantenphysik jenseits des Gleichgewichts revolutioniert. Die Charakterisierung der dabei beobachteten Phänomene stellt allerdings eine große Herausforderung dar. Die Theorie der dynamischen Quantenphasenübergänge hat sich dabei als ein vielversprechendes Konzept herauskristallisiert, um allgemeine Prinzipien der Dynamik in Quantensystemen formulieren zu können und zu verstehen, wie dies zu universellem Verhalten jenseits des Gleichgewichts führen kann. mehr
Haben Zellen ‚Sinnesorgane’, mit denen sie ihre Umgebung erfahren können? Unsere Abteilung erforscht mit experimentellen und theoretischen Forschungsansätzen, womit Zellen in der Lage sind, ihre komplexe Umgebung und deren zeitliche Veränderung zu erfassen und darauf angemessen zu reagieren. Wir konnten erstmalig zeigen, nach welchen Grundprinzipien die dynamischen Netzwerke aufgebaut und welche Eigenschaften der beteiligten Proteinnetzwerke für sie essentiell sind. mehr
Eine bewährte Methode, Plasmen in Fusionsanlagen auf viele Millionen Grad aufzuheizen, ist die Einstrahlung von Radiowellen mit der Ionen-Zyklotronfrequenz. Für Plasmagefäße mit metallenen Wänden, wie sie für ein künftiges Kraftwerk vorgesehen sind, hatte diese Heizmethode jedoch bislang einige Nachteile. Jetzt ist es gelungen, die Antenne, welche die Wellen in das Plasma einstrahlt, so zu optimieren, dass die Radiowellenheizung mit metallischen Wänden verträglich wird. mehr
Von Juli bis November 2018 lief die zweite Betriebsphase der Kernfusions-Experimentieranlage Wendelstein 7-X. Hierbei wurde der neu installierte Divertor getestet. Er dient dazu, Teilchen und Energie aus dem Plasma abzuführen. Es wurden hohe Werte für Dichte, Temperatur und Energieinhalt des Plasmas sowie lange Entladungsdauern bis zu 100 Sekunden erzielt – Rekordergebnisse für Fusionsanlagen vom Typ Stellarator. mehr
Die Pilzkrankheit Esca befällt Weinreben und führt zu einem Absterben der Pflanzen. Ein Befall kann auch Jahre vor den ersten äußeren Anzeichen stattfinden, was eine frühzeitige Behandlung nahezu unmöglich macht. Jährlich entsteht so weltweit ein Schaden von über einer Milliarde Euro. In unserer Forschung haben wir eine auf Nanotechnologie basierende Behandlungsmethode entwickelt, die den Pilz im Inneren der Weinrebe bekämpfen kann. mehr
Ein europäischer Binnenmarkt und derzeit 28 verschiedene Vertragsrechtsordnungen innerhalb der EU: Das erscheint dysfunktional. In den letzten 40 Jahren gab es daher viele Initiativen, um ein einheitliches europäisches Vertragsrecht zu schaffen. Auf politischer Ebene ist das Vorhaben –  vorerst – gescheitert. Nun sind wir als Wissenschaftler am Zug: In den Commentaries on European Contract Laws analysieren wir alle bereits existierenden Entwürfe in historisch-vergleichender Perspektive. Das bietet Orientierung für zukünftige Bestrebungen, das Vertragsrecht europaweit zu vereinheitlichen. mehr
Stress kann durch epigenetische Mechanismen, wie DNA-Methylierung, die Aktivität von Genen beeinflussen. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass eine ähnliche Regulation auf der Ebene der Botenmoleküle (mRNA) existiert, die für die Übertragung der Erbinformation zuständig sind. Die häufigste mRNA-Modifikation N6-Methyladenosine (m6A) wird durch Stress im Gehirn reguliert und hat eine veränderte Signatur im Blut von Patienten mit Depressionen. Die Erforschung der zugrundeliegenden Mechanismen kann dazu beitragen, die Entstehung stressbedingter psychiatrischer Erkrankungen besser zu verstehen. mehr
Wie lernt das menschliche Gehirn eine Sprache? Und warum lernen manche von uns diese Sprache früher und schneller als andere? Um diese Fragen zu beantworten, untersuchen wir, wie Kinder aufgrund der im Verlauf ihrer frühen Kindheit gehörten Sprache ein Sprachsystem aufbauen. Wir wollen verstehen, was den Spracherwerb vorantreibt und herausfinden, welche Unterschiede es in den Lernmechanismen des Gehirns gibt, wie sie entstehen und warum sie die Lernkurve so wesentlich beeinflussen. mehr
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