Interdisziplinäres Fachgebiet Theoretische Biologie
an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Bonn

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Die Arbeitsgruppe Theoretische Biologie

an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Bonn bestand von 1986 bis 2012 als "Abteilung Theoretische Biologie" des Botanischen Instituts (bzw. ab 2003 des IZMB). In Forschung und Lehre war sie interdisziplinär ausgerichtet und setzte sich dementsprechend zusammen aus jeweils ca. 5-12 Diplomand(inn)en, Doktorand(inn)en und Postdoktoranden der Fachgebiete Biologie, Angewandte Mathematik und Physik. Leiter der Abteilung war der in Angewandter Mathematik habilitierte und seit Juli 2012 pensionierte C3-Professor für Theoretische Biologie Dr. Wolfgang Alt. [mehr ...]

Aktuelles Beispiel

Das aktuelle Beispiel aus dem Bereich der Bionik demonstriert die Simulation eines autonomen Roboters, der das grundlegende biophysikalische Prinzip der adhäsiven Zellmigration als Fortbewegung nutzt und sich an der inneren Wand einer Röhre entlangbewegt.

Roboter in Aktion

Das Robotermodell besteht aus zwei elastischen Ketten, die über Speichen miteinander verbunden sind. Die Knotenpunkte der äußeren Kette adhärieren auf einer Oberfläche (hier in der zweidimensionalen Animation als blaue Linie dargestellt), was zugleich die zeitliche Änderung der elastischen Eigenschaften der Speichen auslöst: der induzierte Steifigkeitsgradient der Speichen vom "weichen" Vorderende bis zum "steifen" Hinterende sorgt für den Antrieb des Roboters (Rotfärbung bedeutet steifere Segmente). Am hinteren Ende reißen die Knotenpunkte bei Erreichen eines Kräftelimits wieder ab. Das gleiche Prinzip nutzen tierische Gewebezellen (wie zum Beispiel Keratinozyten) zur Fortbewegung auf einer Oberfläche, wobei dort der adhärierende Zellkortex durch den Aufbau und die Verstärkung von Mikrofilamenten für den Steifigkeitsgradienten sorgt.

Was ist Theoretische Biologie?

Der Theoretischen Biologie geht es um die Aufdeckung von allgemeinen Prinzipien in der schillernden Biologischen Vielfalt. Theoretische Biologie ist der ursprüngliche und umfassendere Begriff, aber andere Namen wie z.B. Systembiologie und Integrative Biologie, sowie Bioinformatik, werden ebenfalls benutzt, insbesondere, wenn spezielle Anwendungsgebiete im Vordergrund stehen. Theoretische Biologie ist naturgemäß interdisziplinär und mit vielen verwandten Gebieten verwoben, wie z.B. Künstliches Leben, Komplexe Adaptive Systeme, Mathematische Modellierung, Kybernetik, Informatik, und so weiter. [mehr ...]

Studium und Lehre

In unserer Abteilung boten wir drei Studiengänge im Haupt- und Aufbaustudium an:

Neben der Mathematik-Grundausbildung von Biologie-Studierenden (zusammen mit dem Institut für Angewandte Mathematik) mit dem Angebot eines Rechner-Statistik-Praktikums und eines Simulations-'Studios' im Grundstudium konzentrierte sich das Lehrangebot im Haupt- und Aufbaustudium auf Seminare über diverse Themen der Theoretischen Biologie wie z.B. Musterbildung und Morphogenese, Spieltheorie und Evolution, Polymer-Dynamik, Schwarm-Dynamik und Vielteilchen-Systeme und Block-Praktika über Zelluläre Bewegung, Modellgestützte statistische Datenanalyse, Modelle in der Mikrobiologie, und Modelle in der Ökologie.

Außerdem fand regelmäßig das Interdisziplinäre Kolloquium Komplexe Systeme statt. Dort wurde mit eingeladen Gästen über die mathematische Modellierung von komplexen Systemen aber auch über Anwendungen in den Natur- und Geisteswissenschaften diskutiert. Mit dem Ziel eines Ideenaustausches über Fächergrenzen hinweg fand die Veranstaltung insbesondere auch im Rahmen des Studium universale statt. [mehr ...]

25 Jahre Theoretische Biologie

25 Jahre Theoretische Biologie tabellarisch

 

Forschungsthemen

Unsere Forschungsarbeiten zielten auf ein generelles Schwerpunktthema: Modellierung, Simulation und Datenanalyse von interaktiver räumlicher Dynamik, bei biologischen Phänomenen der Bewegung, des Wachstums und der Evolution.

Hierbei untersuchten wir mit Hilfe von stochastischen Vielteilchenmodellen oder kontinuierlichen Differentialgleichungssystemen, mit adaptiven Methoden der 2-dimensionalen Bildverarbeitung und statistischer Analyse folgende Themenbereiche:

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Prof.Dr. Wolfgang Alt
Theoretische Biologie, Universität Bonn
Kirschallee 1-3
53115 Bonn, Germany
email wolf.alt@uni-bonn.de
http://www.theobio.uni-bonn.de/