Studium und Lehre im Sommersemester 2005
Abteilung für Theoretische Biologie der Universität Bonn

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Seminare
Mittwochs 17-19h
IZ, Gartensaal
8161 Theorien der Sprachentstehung - Philosophische, biologische und linguistische Aspekte W. Alt, A. Bartels, H. Lyre, S. Perry, B. Schröder
Praktika
Zeitgruppe II
23.05. - 17.06.2005
BIS, Raum 408/409
8122 Modelle und Simulationen in Ökologie und Evolution W. Alt d. J. Kreft und Mitarbeiter
Zeitgruppe IV
26.09. - 07. 10. 2004
BIS, Raum 408
8142 (halber Block) Rechner-Praktikum zur neueren Systembiologie - Simulationsmodelle in den Lebenswissenschaften
Anmeldung
W. Alt
Vorlesung
dienstafs 13-15h
IZMB, CIP-Pool 1.Etage
(Beginn: 12.04.2005)
8073 "Biosystems Theory"
Wissenschaftstheorie und Modellbildung für biologische Systeme
W. Alt

8162 Auswertungsmethoden in der Molekulargenetik und Proteomik, mit Gelegenheit zur Rechnerbenutzung

Termin: Donnerstags, 17-19h
Leitung:
W. Alt, T. Merkle und G. Wenzel
Ort: BIS, Raum 408

Zielgruppe: Dieses interdisziplinäre Seminar richtet sich an Studierende und Doktoranden der Biologie, Mathematik, Informatik sowie verwandter Fächer

Kurzbeschreibung: Das "Human Genome Project" sowie die Sequenzierung und die Expressions-Analysen von Genomen laufen auf Hochtouren und werfen immer wieder neue Fragen auf, insbesondere zu den funktionellen Beziehungen zwischen einzelnen Genen bzw. ihren Genprodukten. Zunehmend an Bedeutung bei der Verarbeitung dieser Daten gewinnen mathematische, insbesondere statistische Modellierungsmethoden. Diese stellen ein wichtiges Werkzeug dar sowohl für die molekulargenetische Analyse als auch für die Proteomik, d.h. die Erforschung des Proteinhaushalts (des Proteoms) einer speziellen Zelle oder eines Organismus. Solche Techniken sind heute unverzichtbare Hilfsmittel bei der Analyse von Sequenzen, Sequenzfamilien und Genomen.
Wir wollen uns sowohl mit experimentellen als auch mit computergestützten Auswertungsverfahren auseinandersetzen. Zur Einführung sollen Microarrays und DNA-Chips als zeitgemäße experimentelle Methoden vorgestellt werden. Daran schließt die Beschreibung genomischer Netzwerke und ihrer regulatorischen Eigenschaften an sowie die Behandlung phylogenetischer Rekonstruktionen. Darüberhinaus interessiert uns die Statistik zur Genomanalyse: hier finden sich u.a.

Im Rahmen des Seminars sollen einige der wichtigsten Techniken ausführlich dargestellt, diskutiert und am Rechner vorgeführt werden.

Einführende Literatur (Auswahl):
Percus, J.K.: Mathematics of Genome Analysis, Cambridge University Press, 2002;
Parmigiani, G. et al.: The Analysis of Gene Expression Data, Springer Verlag 2003;
Beysens, D. & Forgacs, G.: Dynamic Networks in Physics and Biology, Springer Verlag 1998

Vorkenntnisse und Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Mathematik und Biologie sowie Bereitschaft zur quantitativen Modellierung

Bedingungen für die Scheinvergabe: Regelmäßige Teilnahme, Seminarvortrag (oder evtl. Vorstellung einer Simulation mit Datenauswertung am Rechner) mit schriftlichem Exposé

Kontakt:

Beginn: Dienstag, 22.4.2003

Noch sind Plätze frei: Anmeldung: 0228-737467 oder tobias.merkle@uni-bonn.de

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8161 Ringseminar im Studium Universale: Der Funktionsbegriff in der Biologie

Praktische Verwendung und philosophische Analyse

Termin: Mittwochs, 17-19h
Leitung:
Wolfgang Alt, Dirk Lanzerath, Holger Lyre, M. Schark, Dieter Volkmann
Ort: IZ, Gartensaal

Zielgruppe:interessierte Studierende und Mitarbeiter aus den Natur- und Geisteswissenschaften

Kurzbeschreibung:
In der Biologie sind funktionale Klassifikationen sowie funktionale Begriffe (wie 'Organ', 'Nahrung') gang und gäbe, denn sie nimmt prinzipiell an, daß die Gegenstände, die sie untersucht, Funktionen haben. So streben die biologischen Wissenschaften, auch die moderne Molekulargenetik, die Aufklärung von Struktur und Funktion ihrer Gegenstände an - sei es, dass nach der Funktion bekannter Strukturen geforscht wird oder nach den Strukturen, die eine bekannte Funktion realisieren. Zudem versucht die Biologie, adaptive Merkmale von Organismen zu identifizieren, deren Entstehung evolutionstheoretisch erklärbar ist durch natürliche Selektion von "erfolgreichen" funktionellen Komponenten.
Aus wissenschaftstheoretischer Perspektive erscheint die Verwendung des Funktionsbegriffs in der Biologie jedoch problematisch, da einerseits der Zweckbegriff ein "Fremdling in der Naturwissenschaft" (Kant) ist, andererseits aber fraglich ist, ob der Funktionsbegriff ohne einen expliziten oder zumindest impliziten Bezug auf Zwecke verwendet werden kann. Aus den übrigen Naturwissenschaften ist er darum verbannt worden; nur die Biologie bildet eine Ausnahme. Hat dies möglicherweie seinen Grund in der Eigenart des Gegenstandes der Biologie: dem Lebendigen?
In diesem fakultätsübergreifenden Ringseminar, zu dem auch einige auswärtige Referenten geladen werden, sollen gemeinsam mit Studierenden und Mitarbeitern der Philosophie, Biologie und anderen relevanten Fächern vor allem die folgenden Themenbereiche diskutiert werden:

Die philosophische Klärung der aufgeworfenen Probleme erfolgt anhand der Lektüre klassischer Texte sowie neuerer wissenschaftstheoretischer Literatur.

Behandelte Literatur (Auswahl):
Colin Allen, Marc Bekoff, George Lauder (eds.): Nature's Purposes. Analyses of Function and Design in Biology. Cambridge, Mass. 1998
Ernst Mayr: Eine neue Philosophie der Biologie, München/Zürich 1988

Bedingungen für die Scheinvergabe (Hauptseminar in Philosophie - Seminar in Biologie):
Anfertigung eines Referats mit Exposé, eventuell auch einer schriftlichen Seminararbeit

Beginn: Mi, 21. April 2003

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8121 Blockpraktikum: Modellgestützte Datenauswertung in Physiologie und Zellbiologie

Termin: 1. Zeitgruppe (26.04. - 21.05.2004)
Leitung:
Wolfgang Alt mit A. Hahn

Kurzbeschreibung: Die aktuelle experimentelle Forschung der Biologie stößt zunehmend auf Probleme, in denen komplexe Funktionsbeziehungen aufgedeckt und erklärt werden sollen (etwa in der Neurobiologie oder der Molekulargenetik). Dabei reicht die 'klassische Statistik' mit ihrem Angebot an Standard-Tests nicht aus, weil hierzu nötige vereinfachende Annahmen oft nicht erfüllt sind. Vielmehr erforderlich - und zum Verständnis der biologischen Zusammenhänge überhaupt erst interessant - ist daher eine statistische Datenauswertung unter Benutzung von Modellen, die dem jeweiligen Problem angepasst sind und versuchen, mögliche Mechanismen der zugrundeliegenden Prozesse zu erfassen.
Mithilfe von Rechnerprogrammen und geeigneten Statistik-Paketen sollen im Laufe dieses Praktikums einige typische Auswertungs-Probleme der modernen Physiologie und Zellbiologie anhand von speziellen Beispiel-Projekten behandelt und - in Zweiergruppen - verschiedene Verfahren am Computer geübt werden. Thematisch ist eine Auswahl aus folgenden Problemkreisen geplant:

Vorkenntnisse und Voraussetzungen:Grundkenntnisse in Statistik (Anfängervorlesung) und Bereitschaft zu projektorientierter Datenanalyse.

Ort der Blockplatzvergabe: BIS, Raum 408
Bedingungen für die Scheinvergabe: Anfertigung der Projekt-Protokolle, Einführungs-Referat bzw. Abschluss-Präsentation.
Teilnehmerzahl: 12

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8110 Blockpraktikum: Modelle und Simulationen in Ökologie und Evolution

Termin: 3. Zeitgruppe (28.06. - 23. 07. 2004)
Leitung:
Wolfgang Alt durch J. Kreft und M. Rost

Kurzbeschreibung: Grundlegende Konzepte der Ökologie und Evolutionsbiologie sollen anhand mathematischer Modelle erarbeitet werden. Um diese Modelle verstehen zu lernen, werden wir uns vom Computer helfen lassen und die Populationsdynamik und Evolutionsschritte im Rechner simulieren. Formulieren und Analysieren von Modellen sowie Programmierkenntnisse werden dabei vermittelt. Als Themen sind Räuber-Beute Beziehungen, Konkurrenz, Kooperation, Artenvielfalt, und Chaos geplant. Wünsche von Teilnehmern können dabei berücksichtigt werden.

Vorkenntnisse und Voraussetzungen:Vordiplom/Zwischenprüfung, Grundkenntnisse in Mathematik, Programmieren und Ökologie wären nützlich, geringere Vorkenntnisse erfordern ein entsprechend stärkeres Engagement.

Ort der Blockplatzvergabe: BIS, Raum 408
Bedingungen für die Scheinvergabe: Bearbeitung der Projekte und Anfertigung der Protokolle sowie Literatur-Referat.
Teilnehmerzahl: 12

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8143 halber Block: Rechnerpraktikum zur neueren Systembiologie - Simulationsmodelle in den Lebenswissenschaften

Termin: 4. Zeitgruppe (20.09. - 01. 10. 2004)
Leitung:
Wolfgang Alt

Kurzbeschreibung: Die neuere, durch die Erfolge der molekularen und zellulären Genetik verstärkte Entwicklung biologischer Theorien und mathematischer Modelle zu grundlegenden Problemen der Lebenswissenschaften wird auch unter dem Begriff "Systembiologie" gefasst und betrifft wesentliche Teile der (älteren) Biokybernetik bzw. der (moderneren) Bioinformatik. Als prototypische Probleme, von denen einige in diesem Blockpraktikum mit Hilfe von Modellsimulationen am Rechner behandelt werden sollen, seien genannt:

Anhand ausgewählter Beispiele werden möglichst einfache Simulationsmodelle zur Beschreibung der wesentlichen Funktionen und Strukturen des jeweiligen Systems aufgestellt und mit Hilfe eines Rechnerprogramms (in der Interpreter-Sprache MATLAB) realisiert. Die in solchen 'numerischen Experimenten' gewonnenen Daten sollen dann ganz analog zu 'echten' Daten statistisch ausgewertet werden. Durch diesen praktischen Umgang sowohl mit Theoriebildung als auch mit Datenauswertung anhand kleinerer Übungsprojekte wird es leichter fallen, auch in komplexeren Systemen wesentliche Bezüge und Zusammenhänge zu entdecken, zu quantifizieren und so auch besser zu verstehen. Dieses zweiwöchige Ganztags-Praktikum in der vorlesungsfreien Zeit bietet sich mit seiner interdisziplinären Ausrichtung an für Studierende im Hauptfach Biologie, aber auch Mathematik oder Informatik, insbesondere auch im Master-Studiengang Life Science Informatics. Für letztere werden zunächst 5 Plätze reserviert bleiben; entsprechende Anmeldungen bitte direkt beim Dozenten (wolf.alt@uni-bonn.de oder Tel. 73-5577).

Vorkenntnisse und Voraussetzungen: Wichtiger als die üblichen Grundkenntnisse in Mathematik und Statistik sind Motivation und Bereitschaft für projektorientiertes Denken und Lernen unter Benutzung von Rechnerprogrammen.

Ort der Blockplatzvergabe: Abteilung Theoretische Biologie, IZMB (Kirschallee 1), Seminarraum 408
Bedingungen für die Scheinvergabe: Erfolgreiche Durchführung und Protokollierung der Simulationsprojekte in Kleingruppen, Ausarbeitung und Vorstellung eines Einführungs- oder Ergebnis-Referats.
Anmeldung
Teilnehmerzahl: 16 (5 davon reserviert für Life Science Informatics)

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8074 Biologisches Simulations-Studio: Präsentationen mit Interaktion am Rechner

Vorlesung mit Rechnerpraktikum, als Laborblock erweiterbar

Termin: Montags, 14-16h
Leitung:
Wolfgang Alt durch Jan Kreft

Kurzbeschreibung: Im "Simulations-Studio" werden wir interessante und typische Beispiele von Simulationsmodellen aus der Ökologie, Mikrobiologie, Biotechnologie, Neurophysiologie, Zellbiologie und Evolutionsbiologie vorstellen. Nach der Präsentation einiger typischer Simulationsläufe wird dann den Teilnehmern die Gelegenheit gegeben, an den Rechner-Arbeitsplätzen des CIP-Pools selbst weitere Simulationen durchzuführen. Danach werden wir auch Raum für eine Diskussion der 'experimentellen' Ergebnisse lassen.
Die angegebene Zeit von 2 SWS sollte ausreichen, um in dieses fachübergreifende Arbeitsgebiet der Theoretischen Biologie 'hineinzuschnuppern'. Wer Interesse an einer Ausdehnung oder Weiterführung der praktischen Rechnerübungen hat, kann dies etwa im Rahmen eines Laborblocks während des Semesters oder auch später realisieren (siehe unten).

Vorkenntnisse und Voraussetzungen: Grundkenntnisse in Mathematik und Statistik (etwa Anfängervorlesung) sowie Bereitschaft zum "Experimentieren am Rechner"

Bedingungen für die Scheinvergabe (für Biologie-Diplom im Hauptstudium):
Um einen "Teilnahmenachweis" als Laborblock zu erhalten, wird erwartet: Durchführung und Erweiterung einiger der im Studio behandelten Simulationsprojekte (im Umfang von 8 - 10 SWS), Anfertigung von Projekt-Protokollen, Präsentation der Ergebnisse am Rechner.

Ort: IZMB, CIP-Pool 1. Etage
Beginn: Mo, 19.04.04
Anmeldung und weitere Informationen bei: Jan Kreft (Tel. 73-2081, kreft@uni-bonn.de)

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