Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

Turbulenzen in Wolken, Neuronenfeuerwerk im Gehirn, die Physik einzelner biologischer Zellen oder der Fluss von Wasser und Öl durch poröses Gestein – mit solchen und anderen besonders komplexen Systemen beschäftigen sich die Forscher am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation. „Komplex“ bedeutet: Hier wirken viele Einzelsysteme zu einem Ganzen zusammen, und zwar so, dass man die Dynamik des Ganzen nicht ohne Weiteres aus dem Verhalten der Einzelsysteme ersehen kann; man sagt, diese Systeme „organisieren sich selbst“. Das gilt für das Zusammenspiel der Neuronen im Gehirn (zum Beispiel beim Lernen) ebenso wie für die vielen Einzelwirbel, die sich zu einer turbulenten Wolke zusammenfügen – und mit einem tieferem Verständnis derer man hoffen darf, den künftigen Einfluss der Wolken auf das Weltklima besser vorherzusagen.

Kontakt

Am Faßberg 17
37077 Göttingen
Telefon: +49 551 5176-0
Fax: +49 551 5176-702

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat mehrere International Max Planck Research Schools (IMPRS):
IMPRS for Neurosciences
IMPRS for Genome Science

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Abteilung Hydrodynamik, Strukturbildung und Biokomplexität mehr
Abteilung Nichtlineare Dynamik mehr
Eine stabile Hülle für künstliche Zellen
Wissenschaftler entwickeln zellähnliche Lipidvesikel, die sie mit natürlichen Zellproteinen ausstatten können mehr
Algen mit Lichtschalter
Die Haftung der Härchen von Chlamydomonas-Einzellern hängt von der Lichteinstrahlung ab mehr
<p class="berschrift2Arial">Quantenteilchen im Synchrontanz</p>
Quantensysteme schwingen genauso wie klassische Pendel nach kurzer Zeit im Takt mehr
Bereit für neue Turbulenzen
Zwei Max-Planck-Institute und Forschergruppen der Universität Twente, Niederlande, weihen das erste Max Planck Center zur Physik der Fluide ein. Die Partner investieren ingesamt rund zehn Millionen Euro, die Forschung zielt beispielsweise auf Fortschritte in der medizinischen Diagnostik. mehr
Mit dem Strom ans Ziel

Mit dem Strom ans Ziel

Meldung 7. Juli 2016
Max-Planck-Forscher machen Netzwerk sichtbar, das lebenswichtige Botenstoffe transportieren könnte mehr
Eine Formel gegen den Stromausfall

Eine Formel gegen den Stromausfall

Meldung 6. April 2016
Die Suche nach Leitungen, die Schwachpunkte im Stromnetz darstellen, wird künftig einfacher mehr
Kein Kabelsalat im Gehirn

Kein Kabelsalat im Gehirn

Meldung 23. November 2015
Das Gehirn nutzt keine zufälligen, sondern vermutlich selbstorganisierte Netzwerke zur visuellen Informationsverarbeitung mehr
Evolution: Am Ursprung der allerersten Art

Evolution: Am Ursprung der allerersten Art

Meldung 17. November 2015
Ein Modell kann erklären, wie die erste biologische Spezies entstanden ist, von der alle heutigen Lebensformen abstammen mehr
Fraktale machen die Musik

Fraktale machen die Musik

Meldung 19. August 2015
Im Spiel eines Schlagzeugers treten beim Rhythmus und bei der Variation der Lautstärke selbstähnliche Muster auf mehr
Smart-Grid - einfach selbstorganisiert

Smart-Grid - einfach selbstorganisiert

Meldung 27. Januar 2015
Das intelligente Stromnetz soll künftig Stromangebot und -nachfrage aufeinander abstimmen - das geht ohne eine zentrale Datensammlung. mehr
Artensterben als Kettenreaktion

Artensterben als Kettenreaktion

Meldung 17. Juni 2014
Ein neues mathematisches Modell erklärt, unter welchen Bedingungen es zu massenhaftem Artensterben kommen kann mehr
Musik unter dem Mikroskop

Musik unter dem Mikroskop

Meldung 13. Mai 2014
Tröpfchen lassen sich auf einem Mikrofluidik-Chip so genau kontrollieren, dass sie zum Musikinstrument werden mehr
Selbstorganisation in Stein

Selbstorganisation in Stein

Meldung 3. Februar 2014
Die seltenen Kinneyia-Formationen sind versteinerte Zeugnisse von Musterbildung in prähistorischen Biofilmen mehr
Kontrolle ist gut, Vertrauen ist besser

Kontrolle ist gut, Vertrauen ist besser

Meldung 16. September 2013
Chaotische Systeme lassen sich durch eine neue Methode schneller stabilisieren. Der Trick: Die Kontrolle ab und zu aussetzen mehr
Wenn‘s beim Wachsen knistert

Wenn‘s beim Wachsen knistert

Meldung 1. August 2013
Wenn Tropfen oder Staubteilchen verschmelzen, gelten oft ähnliche Gesetze wie beim Knistern eines Papiers mehr
Turbulenz ist allgegenwärtig: Sie wirkt als Geburtshelfer für Planeten, mischt im Zylinder eines Motors Kraftstoff und Luft, erhöht aber auch den Energiebedarf von Pumpen, die Öl durch Pipelines pressen. Björn Hof und sein Team am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen erforschen die Details ihrer Entstehung und suchen Kniffe, die Wirbel dort zu unterbinden, wo sie stören.
Neue Energie braucht auch neue Leitungen. So sollen künftig mehr kleine, dezentrale Wind- und Solaranlagen statt weniger großer Kraftwerke die Republik mit Strom versorgen. Wie das Hochspannungsnetz darauf reagiert und wie es sich dafür optimieren lässt, untersucht die Arbeitsgruppe Netzwerk-Dynamik unter Leitung von Marc Timme am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen.
Neue Energie braucht auch neue Leitungen. So sollen künftig mehr kleine, dezentrale Wind- und Solaranlagen statt weniger großer Kraftwerke die Republik mit Strom versorgen. Wie das Hochspannungsnetz darauf reagiert und wie es sich dafür optimieren lässt, untersucht die Arbeitsgruppe Netzwerk-Dynamik unter Leitung von Marc Timme am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen.
Was hält eine Sandburg im Innersten zusammen? Forscher untersuchen solch komplexe Gebilde.
Doktorand(inn)en - Fluidphysik
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen 12. Dezember 2017
Postdoktorand(inn)en - Fluidphysik
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen 12. Dezember 2017
Doktorand(inn)en in Biologischer Physik
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen 5. Dezember 2017
Postdoc (m/w) in Biologischer Physik
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen 5. Dezember 2017
Postdoctoral position
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen 13. November 2017

Koordinierter Flüssigkeitstransport durch zilienbesetzte Oberflächen

2017 Westendorf, Christian; Gholami, Azam; Faubel, Regina; Guido, Isabella; Wang, Yong; Bae, Albert; Eichele, Gregor; Bodenschatz, Eberhard
Festkörperforschung Komplexe Systeme Materialwissenschaften Neurobiologie Strukturbiologie Zellbiologie
Aktiver und gerichteter Flüssigkeitstransport sind lebenswichtig für eukaryotische Organismen. Die Aufgabe des Transportes übernehmen oft zilienbesetzte Gewebe wie z. B. die Innenseite des Ventrikelsystems in Säugetiergehirnen. Durch eine neuartige Methode wurde eine hohe Komplexität der durch Zilien generierten Ströme im dritten Hirnventrikel nachgewiesen. Ziliengewebe, die mit einer derartigen Präzision arbeiten sind auch für die synthetische Biologie und technische Anwendungen interessant. Daher versucht unsere AG am MPI für Dynamik und Selbstorganisation solche Zilienteppiche nachzubilden. mehr

Flüssige Benetzungsfronten in porösen Medien

2016 Herminghaus, Stephan
Komplexe Systeme Materialwissenschaften
Beim Eindringen von Flüssigkeiten in porösen Medien entstehen komplizierte Strukturen, deren Erklärung ein hochrelevantes Problem für viele Bereiche der Geowissenschaften, der Verfahrenstechnik und des täglichen Lebens ist. Dennoch haben rund fünfzig Jahre intensiver Forschung nicht die Mechanismen aufklären können, die für die Entstehung dieser Strukturen verantwortlich sind. Wir haben herausgefunden, dass des Rätsels Lösung viel einfacher ist als gedacht. Der Mechanismus ist gut versteckt, aber so simpel, dass man die wichtigsten Größen mittels Schulmathematik berechnen kann. mehr

Artenvielfalt und Artensterben

2015 Stollmeier, Frank
Evolutionsbiologie Komplexe Systeme
Die heutige Artenvielfalt ist das Resultat eines langen Prozesses aus Entstehung und Aussterben von Arten. Der Verlauf dieses Prozesses lässt sich mithilfe von Fossiliendatenbanken nachvollziehen. Ein neues mathematisches Modell des Netzwerkes von Abhängigkeiten zwischen den Arten hilft, die Mechanismen dieses Prozesses besser zu verstehen. Das Modell kann z. B. erklären, unter welchen Bedingungen das Aussterben einzelner Arten ein Massenaussterben auslösen kann und weshalb die Artenvielfalt im Meer und auf dem Land einem qualitativ unterschiedlichen Wachstum folgt. mehr

Netzwerk-Dynamik: Wachstum, Risiko, Design und Kontrolle - Mathematische Konzepte zu „intelligenten” selbstorganisierten Prozessen in Natur und Technik

2014 Timme, Marc; Nagler, Jan
Informatik Kognitionsforschung Komplexe Systeme Mathematik Neurobiologie

Die Dynamik von Netzwerken bestimmt unser Leben. Von biochemischen Reaktionen in Zellen und Schaltkreisen im Gehirn, zu Netzwerken sozialer Kontakte und zum Stromnetz − all dies sind Netzwerke von Einheiten, die durch nichtlineare Rückkopplungen komplexe Funktionen erzeugen. Doch wir verstehen sie nicht. Forscher betreten derzeit Neuland auf dem Weg zu einer zukünftigen „Netzwerk-Wissenschaft”, einer einzigartigen transdisziplinären Unternehmung, die nicht von traditionellen Fächern wie der Physik oder Biologie, den Ingenieurs- oder Sozialwissenschaften allein erfasst werden kann.

mehr

Ein innerer Taktgeber des Actin-Zytoskeletts

2014 Beta, Carsten
Komplexe Systeme Zellbiologie
Actin-getriebene Zellbewegung ist die Basis einer Vielzahl biologischer Prozesse. Neuere Arbeiten zeigen, dass ein interner Taktgeber die Dynamik des Actin-Systems steuert und das Antwortverhalten gegenüber äußeren chemischen Reizen bestimmt. mehr

Die Rolle des Zufalls in Ausbreitungsprozessen

2013 Hallatschek, Oskar
Evolutionsbiologie Infektionsbiologie Komplexe Systeme Zellbiologie
Ausbreitungsphänomene gibt es in vielen komplexen Systemen. Sie spielen z. B. eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Epidemien und der Verbreitung evolutionärer Fortschritte. Die meisten bisherigen Theorien solcher Prozesse vernachlässigen oder vereinfachen den Einfluss von Zufallseffekten. Gerade im Falle der Evolution zeigt sich aber, dass evolutionäre Anpassung nicht zu verstehen ist unter Vernachlässigen von Zufällen. Wir berichten von einem signifikanten Fortschritt in der Analyse solcher stochastischer Ausbreitungsprozesse. mehr

Turbulente Muster

2013 Schneider, Tobias M.
Komplexe Systeme Mathematik
Turbulente Strömungen entstehen oft aus räumlich begrenzten turbulenten Wirbeln, die sich dann wie ein Waldbrand ausbreiten. Wie funktioniert diese Ausbreitung? Erste Antworten liefern Methoden der Theorie dynamischer Systeme: Es konnten spezielle Lösungen der Strömungsgleichungen konstruiert werden, die Aspekte der raumzeitlichen Ausbreitung beschreiben. Dabei ergeben sich unerwartete Beziehungen zu den bekannten Prozessen, die auch den charakteristischen Fellmustern verschiedener Tierarten zugrunde liegen. mehr
In den letzten Jahren finden HPC-Cluster größere Verbreitung auch abseits der großen Rechenzentren. Mit der höheren Rechenleistung sind aber auch höhere Anforderungen an die Infrastruktur verbunden. Insbesondere die effiziente Kühlung solcher Systeme stellt ein Problem dar. mehr
Strömungen sind bei kleinen Geschwindigkeiten laminar und werden mit steigenden Flussraten turbulent. Wann genau Turbulenzen erstmals auftreten lässt sich selbst für sehr einfache Geometrien nicht leicht vorhersagen. Seit der ersten Untersuchung durch Osborne Reynolds im späten 19. Jahrhundert versuchten Wissenschaftler diese Frage für die Rohrströmung zu beantworten. Trotz vieler Lösungsversuche in den letzten 125 Jahren konnte diese Frage erst jetzt von Forschern am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation mit Kollegen von der University of Warwick beantwortet werden. mehr

Autonome Emulsionen

2011 Herminghaus, Stephan
Materialwissenschaften
Es wird ein Konzept vorgestellt, mit dem sich funktionale Nanosysteme durch Selbst-Assemblierung "weicher" Materie realisieren lassen sollten. Die Wahl weicher Materie ist naheliegend, weil die Natur bei der Entstehung des Lebens diese Stoffklasse erfolgreich gewählt hat. Anhand einiger Beispiele wird demonstriert, dass sich in Gel-Emulsionen mit definierter Tröpfchengröße, die sich in vorgegebenen Kanalgeometrien in definierter Weise anordnen, durchaus komplexe Abläufe implementieren lassen. mehr

Kontrolle raum-zeitlicher Dynamik im Herzen

2011 Luther, Stefan
Medizin
Lebensgefährliche Herzrhythmusstörungen sind die Folge komplexer, oftmals chaotischer, raum-zeitlicher Erregungsmuster des Herzens. Das Verständnis der zugrundeliegenden dynamischen Prozesse eröffnet neue Perspektiven für Diagnostik und Therapie. mehr

Das Gehirn am Rande des Chaos

2010 Levina, Anna; Herrmann, Michael J.; Geisel, Theo
Komplexe Systeme Neurobiologie
Die allgemeinen Prinzipien, die die Struktur und Funktion der Netzwerke im Gehirn ausmacht, sind bis jetzt nicht vollständig verstanden. Kürzlich haben Experimente die folgende theoretische Hypothese unterstützt: Kortikale Netzwerke organisieren sich so, dass sie sich nahe am kritischen Punkt zwischen Chaos und Stagnation befinden. Dieser Zustand kann für die Hirnfunktion in vielerlei Hinsicht von Bedeutung sein, zum Beispiel beim Optimieren der Sensitivität für Sinnesreize. Es wird untersucht, wie neuronale Netzwerke ihren kritischen Zustand erreichen und beibehalten können. mehr

Göttinger Hochdruck-Turbulenz-Anlage

2009 Bodenschatz, Eberhard
Komplexe Systeme
Fortschritte in ökonomischen und gesellschaftlichen Fragen, wie denen der Energieerzeugung, des Klimawandels und der Umweltverschmutzung, werden durch ein fehlendes Verständnis turbulenter Strömungen behindert. Turbulenz tritt auf, wenn die Reibungskräfte in einer Strömung klein gegenüber den treibenden Kräften sind. In der Praxis gilt dies für alle makroskopischen natürlichen und technologischen Strömungen. Um die universellen Eigenschaften der Turbulenz zu untersuchen, ist es essentiell, höchste Turbulenzgrade im Labor unter kontrollierten Bedingungen zu erzeugen, was erstmals in der Göttinger Turbulenzanlage ermöglicht wird. mehr

Kollektive Phänomene fern vom thermischen Gleichgewicht

2008 Herminghaus, Stephan
Komplexe Systeme Materialwissenschaften
Werden viele gleichartige Systeme miteinander gekoppelt, treten oft völlig unerwartete kollektive Phänomene auf. Diese sind wesentlich bei der Entstehung von Strukturen beteiligt, sowohl im Universum als auch auf der Erde. Um diese Mechanismen zu verstehen, werden einfache Modellsysteme untersucht, z.B. feuchte Granulate, wie man sie von der Sandburg am Strand kennt. Wir finden eine Reihe interessanter Ähnlichkeiten mit gut verstandenen Gleichgewichtssystemen, was einen vielversprechenden Weg zur tieferen Erforschung dieses interessanten Gebietes weist. mehr

Auf den Spuren des Geldes - Neue Wege für Modelle zur geographischen Seuchenausbreitung

2007 Brockmann, Dirk
Infektionsbiologie Komplexe Systeme
Die wachsende Mobilität der Menschen ist die zentrale Ursache für die geographische Ausbreitung moderner Seuchen. Bakterien und Viren können über große Strecken transportiert und an andere Personen weitergegeben werden. Um die Ausbreitung von Epidemien vorherzusagen, muss man daher die statistischen Gesetzmäßigkeiten des menschlichen Reiseverhaltens kennen, was angesichts einer drohenden Grippepandemie von großer Bedeutung ist. mehr

Strukturbildung in der Biophysik

2006 Luther, Stefan; Beta, Carsten; Bodenschatz, Eberhard
Zellbiologie
Die Mechanismen raumzeitlicher Strukturbildung in Biologie und Medizin sind entscheidend für das Verständnis lebender Materie von der Zelle bis zum Organ. Das Phänomen der Selbstorganisation wird u. a. beobachtet in der chemotaktischen Bewegung von Zellen, die zu komplexem kollektiven Verhalten und Strukturen führt. Auf dem Niveau des Organs ist die nichtlineare Wechselwirkung von Herzmuskelzellen evident im Übergang von periodischem Herzrhythmus in raumzeitliches Chaos, verantwortlich für den plötzlichen Herztod. Wir beschreiben unsere experimentelle und numerische Arbeit zur Erforschung dieser biophysikalischen Systeme. mehr

Der Spumoprozessor: ein neues Konzept in der Mikrofluidik

2005 Seemann, Ralf; Herminghaus, Stephan
Chemie Genetik Komplexe Systeme
Es wird ein neuartiges Konzept für fluide Mikroprozessoren vorgestellt, das es erlaubt, große Mengen (bio-) chemischer Reaktionen quasi parallel und in komplexer Folge auf einem Mikrochip ablaufen zu lassen. Es beruht auf der gezielten Nutzung der Wechselwirkung der Geometrie geätzter Mikrokanalstrukturen mit der schaumartigen inneren Topologie trockener Emulsionen. mehr

Hamiltonsche Ratschen: Antrieb durch Chaos

2004 Dr. Holger Schanz
Komplexe Systeme Materialwissenschaften Quantenphysik
Bei der zukünftigen Miniaturisierung mechanischer und elektronischer Bauteile wird der Transport von Material, Energie und Information über Nanometerskalen auf neuen physikalischen Prinzipien beruhen müssen, wobei die Rolle von Quanteneffekten zu- und die von dissipativen, Wärme erzeugenden Prozessen abnehmen wird. Wir untersuchen hier, ob und wie ein grundlegender Transportmechanismus, der so genannte Ratscheneffekt, im Grenzfall verschwindender Dissipation wirksam bleibt. Die Antwort ergibt sich aus einer Analyse der meist sehr komplexen Phasenraumstruktur typischer Hamiltonscher Systeme, in denen reguläre und chaotische Dynamik koexistieren. mehr
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