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
!Termin geändert!17. - 19.5.2005
8162 Blockseminar zur Theoretischen Biologie: Theorien und Simulationen von Immunsystemen W. Alt und Mitarbeiter
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 M. Rost
Zeitgruppe IV
26.09. - 07. 10. 2004
BIS, Raum 408
8142 (halber Block) Rechner-Praktikum zur neueren Systembiologie: Simulationsmodelle in den Lebenswissenschaften
W. Alt
Vorlesung
dienstags 13-15h
IZMB, CIP-Pool 1.Etage
(Beginn: 12.04.2005)
8073 "Biosystems Theory"
Wissenschaftstheorie und Modellbildung für biologische Systeme
W. Alt
mittwochs 10-12h
IAM, Wegelerstr. 10, Seminarraum 251
(Beginn: 27.4.2005)
6639 Skaleninvarianz, Renormierung und kritische Phänomene
M.Rost

8161 Ringseminar im Studium Universale: Theorien der Sprachentstehung - Philosophische, biologische und linguistische Aspekte

Termin: mittwochs, 17-19h
Leitung:
W. Alt, Andreas Bartels, Holger Lyre, Steven Perry, Bernhard Schröder
Ort: IZ (Poppelsdorfer Schloss), Gartensaal

Kurzbeschreibung: Die Entstehung von Sprache hat phylo- und ontogenetische Aspekte. Unter welchen evolutionären Voraussetzungen und für welchen Zweck hat unsere Spezies ein so komplexes Kommunikationssystem entwickelt? Und zweitens: Wie erwirbt ein Individuum Sprache? Mit dem Erwerb welcher anderen kognitiven Fähigkeiten geht der Erstspracherwerb einher?
Diese Fragen werden aus sprachphilosophischer, aus biologischer und aus linguistischer Sicht beleuchtet. Zunächst werden wir uns mit philosophischen Theorien der Sprachentstehung beschäftigen, u.a. mit Herders "Abhandlungen über den Ursprung der Sprache" und mit der Sprachhandlungstheorie des amerikanischen Philosophen George H. Mead. Danach wollen wir anhand empirischer Daten zum Spracherwerb die psycholinguistischen Erklärungsansätze darstellen, mit grundlegend verschiedenen Annahmen über "genetische Dispositionen".
Schliesslich soll im Rahmen der Evolutionstheorie die Frage behandelt werden, unter welchen kognitiven, körperlichen und äußeren Bedingungen sich menschliche Sprachen und - im Vergleich - "Tiersprachen" wie beispielsweise die Systeme von Vogelrufen und -gesängen entwickeln konnten. Zugrundliegende Theorien handlungsorientierter Sprachkommunikation und Hypothesen über die Evolution entsprechender Hirnregionen werden ergänzt durch neuere Simulationsexperimente mit "plaudernden Robotern", bei denen sich durch die gemeinsame Lösung gestellter kognitiver Aufgaben sogar eine primitive Form von Grammatik entwickelt. Spieltheoretische Überlegungen in der formalen (linguistischen) Pragmatik liefern einen theoretischen Rahmen für die Simulationen.

In diesem interdisziplinären Seminar, das sich an Studierende und Forschende aus den angesprochenen und verwandten Fachgebieten wendet, werden zu einigen Abenden auch auswärtige Referenten eingeladen (siehe Ankündigungen des Studium Universale).

Einführende Literatur (Auswahl): Einen guten Einblick in das Themensprektrum geben Artikel in: Der Spiegel 43/2002 bzw. Spiegel Spezial 4/2003 ("Die Entschlüsselung des Gehirns").

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

Bedingungen für die Scheinvergabe (Seminar-Teilnahmenachweis für Biologie-Diplom bzw. Hauptseminar in Philosophie): Referat-Vortrag inklusive Exposé

Beginn (Einführung und Verteilung weiterer Referate): Mi, 20. April 2005, 17:15 Uhr

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8162 Blockseminar in der Theoretischen Biologie: Theorien und Simulationen von Immunsystemen

Termin: 2st als Blockseminar Di - Do, 17. - 19. 05. 2005 (Pfingstwoche)
Leitung:
W. Alt und Mitarbeiter
Ort: Das Blockseminar findet in der Dorfschule Hesseln in der Nähe von Linz statt.

Kurzbeschreibung: Immunreaktionen haben eine wesentliche Funktion bei der "Selbsterhaltung" von Organismen: Hierdurch wird "Fremdartiges" erkannt, vom "Eigenen" unterschieden und dessen eventuelle Bekämpfung eingeleitet, sei es von giftigen Stoffen (Toxinen), Viren oder infektiösen Zellen (wie Bakterien) bzw. Parasiten.
Diesen multiplen Aufgaben entspricht eine breite Palette von Immun-Zellen, welche verschiedene spezifische Reaktionen verwirklichen können: Leukozyten und Makrophagen bei der Enzündungsreaktion, T-Lymphozyten und Antigen-präsentierende Zellen bei der zellulären Immunantwort, B-Lymphozyten und ihr System von Antikörpern. Sowohl die "normale Funktion" dieser Immunsysteme als auch deren krankhafte Unter- bzw. Überfunktion (etwas bei Allergien oder Immunschwäche-Krankheiten) lässt sich genauer nur verstehen und analysieren, wenn entsprechende quantitative Modelle aufgestellt, dazu dynamische Simulationen durchgeführt und diese dann analog zu den empirischen Daen statistisch ausgewertet werden.
Dieses interdisziplinäre Blockseminar, welches sich an Studierende der Biologie, Medizin, aber auch Mathematik, Informatik und anderer benachbarter Fächer wendet, wird in einer sinnvoll angelegten Kette immunbiologischer und modelltheoretischer Referate einige typische Probleme der Dynamik in Immunsystemen aufrollen und zusätzlich anhand von Rechner-Simulationen anschaulich machen. Laptops und Projektor werden vorhanden sein.
Die Anreise findet am Pfingstmontag, 16. Mai nachmittags statt. (Etwa: Anfahrt mit dem Zug nach Linz und Wanderung bzw. Busfahrt nach St. Katharina-Hesseln). Im Seminarhaus können wir in 1-3 Bett-Zimmern übernachten und uns dort selbst verpflegen. Der Unkostenbeitrag von 60-80 Euro (einschließlich Verpflegung) kann bei Bedürftigkeit auch reduziert werden! Wir bitten um vorige Anmeldung (siehe unten).

Seminarankündigung als PDF

Vorkenntnisse und Voraussetzungen: Grundkenntnisse biologischer Systeme und Interesse an mathematischer Modellierung bzw. Rechner-Simulation. Die Teilnahme an der Vorlesung über "Biologische Systemtheorie" ist auf jeden Fall zu empfehlen!

Bedingungen für die Scheinvergabe: Referat oder Präsentation eines Rechner-Simulationsmodells, Ausarbeitung eines Exposees.

Vorbesprechung und Referatvergabe: Di, 19. April 2005, 17:15 Uhr; BIS Raum 408

Vorzeitige Anmeldung und weitere Informationen bei Wolfgang Alt (Tel. 73-5577, wolf.alt@uni-bonn.de) oder Dr. Jan Kreft (Tel. 73-2081, kreft@uni-bonn.de)

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8122 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, Chaos und Spieltheorie geplant. Wir werden die Bedeutung räumlicher Struktur und zufälliger Schwankungen herausarbeiten. 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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8142 halber Block: Rechnerpraktikum zur neueren Systembiologie - Simulationsmodelle in den Lebenswissenschaften

Termin: 4. Zeitgruppe (26. 09. - 7. 10. 2005)
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 (halbe, d.h.) 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 10 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.
Teilnehmerzahl: 18 (10 davon reserviert für Life Science Informatics)

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8073 "Biosystems Theory" - Wissenschaftstheorie und Modellbildung für biologische Systeme

Vorlesung mit Rechnersimulationen, als Laborblock erweiterbar

Termin: Dienstags, 13 - 15 Uhr (nach Bedarf auch verlegbar)
Leitung:
Wolfgang Alt

Kurzbeschreibung: Die moderne Biosystem-Forschung stellt zunehmend die Frage nach allgemeinen Funktions-Prinzipien lebender Organismen und nach speziellen Struktur-Funktions- Beziehungen in ihren Teilsystemen; typische Beispiele dafür sind:

Wie und warum "funktionieren" solche biologischen Systeme? Wie und "wozu" haben sich entsprechende biologische Strukturen entwickelt? Wie wird das "Überleben" biologischer Einheiten (Zellen, Organismen, Habitate) unter wechselnden "Umwelt"-Bedingungen ermöglicht? Ziel dieser interdisziplinären Veranstaltung ist es, anhand von Beispielen die benutzte wissenschaftliche Begriffs- und Theoriebildung zu klären und, soweit möglich, durch quantitative Modelle und Rechner-Simulationen zu unterstützen. Ausgehend von den Eigenschaften und Mechanismen physikalisch-chemischer Systeme sollen die Besonderheiten und Gemeinsamkeiten biologischer Systeme mit ihren Fähigkeiten zu komplexer, adaptiver Organisation herausgestellt werden. Die zweistündige Vorlesung richtet sich an Studierende der Biowissenschaften und Medizin, aber auch der Informatik, Mathematik und anderer benachbarter Fächer. Wer Interesse an einer Weiterführung der praktischen Rechnersimulationen hat, kann dies gerne während des Semesters oder auch später realisieren (etwa im Rahmen eines Laborblocks, siehe unten).

Vorkenntnisse und Voraussetzungen: Grundkenntnisse biologischer Systeme, Bereitschaft zu einer kritischen Analyse wissenschaftlicher Theorien. Es bietet sich auch die Teilnahme an dem Blockseminar "Modellgestützte Analyse biologischer Syteme" an, das an einem Wochenende (20. - 22.05.05) angeboten wird.

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: Di, 12.04.05

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6639 Skaleninvarianz, Renormierung und kritische Phänomene

Vorlesung

Termin: Mittwochs, 10 - 12 Uhr
Leitung:
Martin Rost

Kurzbeschreibung: Der Renormierungsansatz ist ein hilfreiches Werkzeug zum Verständnis des Skalenverhaltens von Systemen mit vielen Freiheitsgraden in der Nähe eines kritischen Punkts. Anwendungsbeispiele reichen von Phasenübergängen zweiter Ordnung (z.B.\ Wasser--Dampf, paramagnetisch--ferromagnetisch) über Rauhigkeit von Oberflächen zu Perkolation und Populationsdynamik.

An mehreren Beispielen soll die Renormierungsmethode vorgestellt werden, teils mathematisch rigoros, teils heuristisch, wenn möglich im Vergleich mit exakten Lösungen. Geplant ist, ausgehend von klassischen Beispielen auch aktuelle Forschungsergebnisse zu behandeln.

Vorkenntnisse und Voraussetzungen: Die Vorlesung richtet sich an Studierende der Mathematik oder Physik im Hauptstudium, auch während der Diplomarbeit. Als Vorkenntnisse sind hilfreich aber nicht zwingend nötig: Statistische Physik, Wahrscheinlichkeitstheorie und Differentialgleichungen.

Ort: Institut für Angewandte Mathematik, Wegelerstr. 10, Semianrraum 251
Beginn: Mi, 27.4.05

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