"Life" shaped by genes that depend on their surrounds

Never was dogmatic reductionism helpful in conceiving the phenomenon of life. The post-genomic era has made it clear that genes alone cannot explain the functioning of whole organisms. Already each cell represents a unique, non-recurring individual. Recent progress in developmental biology has conveyed new perspectives both on the makings of individual organisms (ontogeny), as on evolutionary change (Evo-Devo). The genome (the entirety of all genes) of an animal remains constant from fertilization onwards in each cell. The realization of genes requires molecular environments, in particular pertinent to the cytoplasm of the unfertilized egg. Individuality of an organism therefore is not only determined by its genome, but is shaped through developmental processes (it needs time!). Organisms can only exist through mutual interplays with their respective (molecular and cellular) environments at all levels of organization. Thus, life can be conceived of as endless networks of communication, e.g. as a mutual continuum, connecting all individuals, all species and all generations within their given environments. Evolutionarily, nature does not select fitting genes, but rather viable traits. The presented concepts render it unlikely that it was genes that founded our living world, but rather that distinct environments shaped “genes” (of whatever chemical nature) which proved to be “life-suitable”

Baseline Detection in Historical Documents using Convolutional U-Nets

Baseline detection is still a challenging task for heterogeneous collections of historical documents. We present a novel approach to baseline extraction in such settings, turning out the winning entry to the ICDAR 2017 Competition on Baseline detection (cBAD). It utilizes deep convolutional nets (CNNs) for both, the actual extraction of baselines, as well as for a simple form of layout analysis in a pre-processing step. To the best of our knowledge it is the first CNN-based system for baseline extraction applying a U-net architecture and sliding window detection, profiting from a high local accuracy of the candidate lines extracted. Final baseline post-processing complements our approach, compensating for inaccuracies mainly due to missing context information during sliding window detection. We experimentally evaluate the components of our system individually on the cBAD dataset. Moreover, we investigate how it generalizes to different data by means of the dataset used for the baseline extraction task of the ICDAR 2017 Competition on Layout Analysis for Challenging Medieval Manuscripts (HisDoc). A comparison with the results reported for HisDoc shows that it also outperforms the contestants of the latter.Comment: 6 pages, accepted to DAS 201

Localization Transition in Incommensurate non-Hermitian Systems

A class of one-dimensional lattice models with incommensurate complex potential $V(\theta)=2[\lambda_r cos(\theta)+i \lambda_i sin(\theta)]$ is found to exhibit localization transition at $|\lambda_r|+|\lambda_i|=1$. This transition from extended to localized states manifests in the behavior of the complex eigenspectum. In the extended phase, states with real eigenenergies have finite measure and this measure goes to zero in the localized phase. Furthermore, all extended states exhibit real spectrum provided $|\lambda_r| \ge |\lambda_i|$. Another novel feature of the system is the fact that the imaginary part of the spectrum is sensitive to the boundary conditions {\it only at the onset to localization}

Der biomedizinische Fortschritt: Chancen, Grenzen und Verantwortung

Berge von brennenden Tieren, Bilder vom „Keulen“, Bilder vom geklonten Menschen. Aber auch Euphorisches: nach der Aufklärung des menschlichen Genoms schöpfen Krebs- und AIDS-Kranke, Querschnittsgelähmte und Alzheimer-Patienten neue Hoffnung. Bilder auch von Börsenkursen: vom neuen Markt der Informations- und Biotechnologien hängt unsere ökonomische Zukunft ab. Hinter allem stecken die „Life Sciences“, und oft wird man mit schrägem Blick gefragt, was das für Leute sind, diese Bio- bzw. Lebenswissenschaftler? Die Frage nach den Möglichkeiten und dem wahren Wert des biomedizinischen Fortschritts, nach seiner Kontrolle, nach seiner Verantwortung, nach seiner gesellschaftlichen Bindung wird lauter

Vererbungslehre auf schwankendem Grund: Von der Genetik zur Epigenetik

Die Frage nach der Vererbung von Eigenschaften bei Lebewesen beschäftigt den Menschen seit alters her: das ist Genetik. Auch lange schon beschäftigen sich Biologen mit der Frage, wie sich die vielen Tierarten im Laufe einer langen Stammesgeschichte herausbilden konnten: das ist Evolution. Wie wird Konstantes über Generationen bewahrt und Diverses/Neues eingeführt? Die überragenden Erfolge der Genetik haben uns im Glauben eingelullt, wir hätten diese Prozesse vollständig verstanden. Mit dem Aufkommen der so genannten Epigenetik kommen Grundlagen sowohl der Individual-, wie auch der Stammesentwicklung jedoch wieder ins Schwanken. In diesem Artikel will ich einen kleinen Einblick in das Feld der Epigenetik und ihre gesellschaftliche Relevanz geben

Was ist Leben? - Von Zellen und anderen Lebewesen zwischen Genkonstanz und Umweltvarianz

Bei der Suche nach dem rätselhaften Ursprung des Phänomens „Leben“ wird hier zunächst die zelluläre Ebene betrachtet. Im Grundaufbau zeigen alle Zellen viel Konstantes, aber gleichzeitig stellt jede Zelle ein einmaliges Individuum dar. Leben von Zellen gibt es nur als gegenseitiges Wechselspiel mit ihrer jeweiligen Umwelt. Das Genom (die Gesamtheit aller Gene) bleibt ab der Befruchtung in jeder Zelle eines Individuums konstant. Aber auch die Verwirklichung der Gene braucht eine „molekulare Umwelt“, besonders die vom Muttertier vorbereitete Umwelt im Zytoplasma des Eies. Individualität eines Organismus (z.B. des Menschen) wird also nicht allein vom Genom festgelegt, sondern ist durch Entwicklungsprozesse bedingt (braucht Zeit!). „Leben“ kann (muß?) somit begriffen werden als ein wechselseitiges Kontinuum, welches alle Individuen, alle Spezies und alle Generationen miteinander und ihren Umwelten verbindet. Wie phylogenetisch betrachtet die allererste Zelle aus abiotischen Umständen entstehen konnte, wird hier nicht behandelt. Das Gesagte legt allerdings nahe, dass es nicht Gene waren, die sich eine belebte Welt erschufen, sondern bestimmte (Um-)Welten „erschufen“ sich Gene, die „lebenstauglich“ waren

Wie Epigenetik unser Weltbild ins Lot bringen kann

Seit der Aufklärung versucht der Mensch, Gott abzuschaffen. Dabei fällt der Zufälligkeit, und damit auch der Ziellosigkeit in der darwinistischen Sicht der Evolution besonderes Gewicht zu. Diese weithin akzeptierten Dogmen stehen diametral gegen jahrtausendealte Vorstellungen, die letztlich in allen Kulturen und Religionen hervorgebracht wurden, daß die Natur eine Schöpfung Gottes sei, in der der Mensch das höchste, Gott-ebenbildliche Wesen sei. Nach Erkenntnissen der klassischen Genetik schienen Gene an die Stelle von Gott getreten zu sein: sie haben absolute Gewalt und beherrschen die belebte Natur. Sie haben je einen eindeutigen Befehl, sind unbeugsam und gerecht, wie Gott im AT. Das Produkt Mensch ist nur einer ihrer zahllosen Spielbälle, existiert vorübergehend, ein Zigeuner in einer verlassenen Ecke des Kosmos (Monod, 1992). Diese neodarwinistische Sicht, die nicht zuletzt zum Niedergang der Kirchen bei uns beiträgt, wird von neuen Erkenntnissen der Entwicklungsbiologie (EvoDevo) infrage gestellt

Advanced modulation technology development for earth station demodulator applications. Coded modulation system development

A jointly optimized coded modulation system is described which was designed, built, and tested by COMSAT Laboratories for NASA LeRC which provides a bandwidth efficiency of 2 bits/s/Hz at an information rate of 160 Mbit/s. A high speed rate 8/9 encoder with a Viterbi decoder and an Octal PSK modem are used to achieve this. The BER performance is approximately 1 dB from the theoretically calculated value for this system at a BER of 5 E-7 under nominal conditions. The system operates in burst mode for downlink applications and tests have demonstrated very little degradation in performance with frequency and level offset. Unique word miss rate measurements were conducted which demonstrate reliable acquisition at low values of Eb/No. Codec self tests have verified the performance of this subsystem in a stand alone mode. The codec is capable of operation at a 200 Mbit/s information rate as demonstrated using a codec test set which introduces noise digitally. The measured performance is within 0.2 dB of the computer simulated predictions. A gate array implementation of the most time critical element of the high speed Viterbi decoder was completed. This gate array add-compare-select chip significantly reduces the power consumption and improves the manufacturability of the decoder. This chip has general application in the implementation of high speed Viterbi decoders

A compact electron matter wave interferometer for sensor technology

Remarkable progress can be observed in recent years in the controlled emission, guiding and detection of coherent, free electrons. Those methods were applied in matter wave interferometers leading to high phase sensitivities and novel sensor technologies for dephasing influences such as mechanical vibrations or electromagnetic frequencies. However, the previous devices have been large laboratory setups. For future sensor applications or tests of the coherence properties of an electron source, small, portable interferometers are required. Here, we demonstrate a compact biprism electron interferometer that can be used for mobile applications. The design was optimized for small dimensions by beam path simulations. The interferometer has a length between the tip and the superposition plane before magnification of only 47 mm and provides electron interference pattern with a contrast up to 42.7 %. The detection of two dephasing frequencies at 50 and 150 Hz was demonstrated applying second order correlation and Fourier analysis of the interference data