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Der hohe Verbrauch von Antibiotika führt zu stetig steigenden Konzentrationen der Wirkstoffe und ihrer Transformationsprodukte in der Umwelt. Antibiotika in der Umwelt haben das Potential Funktionen von Ökosystemen zu stören und tragen zur Entwicklung und Selektion von resistenten Bakterien bei. Um diese negativen Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zu reduzieren, sind vielseitige Lösungen notwendig. Benign by Design (BbD) ist ein wichtiger Baustein dafür. Daher ist es wichtig zu verstehen, inwiefern das BbD Prinzip auf verschiedene Substanzgruppen anwendbar ist und welche Limitierungen zu berücksichtigen sind. Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag zur Entwicklung von in der Umwelt mineralisierbaren Antibiotika entsprechend des Benign by Design Konzeptes geliefert werden. Dies wurde am Beispiel der Fluorchinolonantibiotika durchgeführt, da diese sehr wichtige, aber auch sehr persistente Wirkstoffe sind. Ziel war es, zu verstehen, welche Veränderungen an der Grundstruktur vorgenommen werden können, um Derivate zu erzeugen, die während der Wirkdauer und Lagerung ausreichend stabil bleiben, aber anschließend in der Umwelt möglichst schnell und vollständig mineralisiert werden können. Im ersten Teil der Arbeit wurden die BbD Ansätze des targeted und non-targeted Re-Designs und de novo Designs, sowie die Verwendung von in silico Tools zu deren Umsetzung, untersucht. Basierend darauf wurde ein Workflow entwickelt, der eine mögliche Verwendung von computergestützten Methoden innerhalb des BbD Frameworks aufzeigt. Der Ansatz des non-targeted Re-Designs wurde für neun verschiedene Substanzen aus der Klasse der Fluorchinolone angewandt. Dafür wurden Transformationsprodukte der Muttersubstanzen mittels Photolyse und Photokatalyse erzeugt. Das resultierende Substanzgemisch wurde hinsichtlich der biologischen Abbaubarkeit und Toxizität untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Bestrahlung mit UV-Licht eine Vielzahl an neuen Strukturen entstehen und das Gemisch oft eine gesteigerte biologische Abbaubarkeit im Vergleich zur Muttersubstanz aufweist. Das targeted Re-Design wurde am Beispiel von Fluorchinolon-Glucosamin-Derivaten untersucht. Dabei galt es zu verstehen, inwiefern Glucosamin-Substituenten die biologische Abbaubarkeit beeinflusst. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Verwendung von acetylierten Glucosamin-Substituenten ein partieller Abbau stattfindet. Diese Erkenntnisse können zukünftig in das gezielte, fragment-basierte Design von grüneren Strukturen einfließen. Im letzten Teil der Arbeit wurden die Struktur-Bioabbau-Beziehungen von N-hetero-zyklischen Verbindungen, welche auch die Basis des Fluorchinolon-Grundgerüstes sind, untersucht und leicht biologisch abbaubare Leitstrukturen identifiziert. Dafür wurden 84 verschiedene N-Heterozyklen nach OECD 301 Richtlinien getestet. Basierend darauf wurde zum einen ein lokales 3D-QSAR Modell, insbesondere zur Visualisierung der Effekte der Substituenten im dreidimensionalen Raum, erstellt, als auch Regeln für das Design von umweltfreundlicheren Chinolonen und verwandten Strukturen abgeleitet. Weiterhin wurden abbaubare Strukturen aus der Gruppe der Chinazoline identifiziert, welche vielversprechende Leitstrukturen für das Design von Topoisomerase-Inhibitoren oder anderer Chemikalien darstellen. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Umsetzung von BbD im Wirkstoffdesign möglich ist und wie potentielle Vorgehensweisen aussehen können. Dabei konnte gezeigt werden, dass selbst die als besonders persistent geltenden Fluorchinolonantibiotika das Potential bieten, zu besser abbaubaren Derivaten re-designt zu werden. Es wurde jedoch auch deutlich, dass es keine allgemeingültige Herangehensweise gibt und Methoden den entsprechenden Substanzklassen und Anforderungen angepasst werden müssen.
Mikroalgen können bei den internationalen Bemühungen zur Begrenzung der CO2-Emissionen einen wichtigen Beitrag leisten. In der Photosynthese der Mikroalgen wird das CO2 aus der Atmosphäre in Biomasse fixiert. Im Gegensatz zu Landpflanzen können Mikroalgen zudem exponentiell wachsen, haben geringere Anforderungen an die Wasserqualität und konkurrieren nicht mit Agrarflächen, die begrenzt und für die Nahrungsmittelsicherheit der Weltbevölkerung erforderlich sind. Die produzierte Mikroalgenbiomasse kann als regenerative Ressource zu Biokraftstoffen wie Biogas und Biodiesel umgewandelt und somit als Energieträger genutzt werden. Zudem können Mikroalgen auch bei der biotechnologischen Produktion kommerziell relevanter Wertstoffe wie Pigmenten und Omega-3-Fettsäuren für die Nahrungsmittelindustrie Anwendung finden. Mit dem Ziel der Steigerung dieser Wertstoffe stand die Untersuchung des Einflusses der Kultivierungsparameter Licht und Temperatur auf das Wachstum und die Zusammensetzung der Mikroalgenbiomasse im Mittelpunkt dieser Dissertation. Insbesondere der Einfluss unterschiedlicher Lichtspektren auf das Wachstum und die Wertstoffproduktion in Mikroalgen wurde detailliert untersucht. Zusätzlich wurde überprüft, ob sich die gewonnenen Erkenntnisse auch auf Landpflanzen übertragen lassen. Im Rahmen dieser Promotion wurde erstmals systematisch der Einfluss unterschiedlicher Temperaturen und Lichtspektren im zeitlichen Verlauf der Kultivierung auf Mikroalgen untersucht. Hierbei konnten distinkte Spektralbereiche sowie Temperaturen ermittelt werden, die für eine maximale Produktion von Biomasse und Pigmenten sowie einem maximalen Desaturierungsgrad der Fettsäuren erforderlich sind. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse tragen zu einem besseren Verständnis der Biochemie von photosynthetischen Organismen bei.
Das Promotionsprojekt, das in das Forschungsprojekt Nawi-In (Naturwissenschaftlichen Unterricht inklusiv gestalten – Kompetenzentwicklung von Lehramtsstudierenden für und mit der Praxis) eingebettet ist, fokussiert die Entwicklung von Analysekompetenzen Masterstudierender der Sekundarstufe I mit naturwissenschaftlichem Fach, inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht zu identifizieren und zu analysieren. Hierfür analysierten die Masterstudierenden (N=5) sowohl eigenen videografierten als auch fremden inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht im Rahmen eines dreisemestrigen Projektseminars. Die Begleitforschung, die im ersten und zweiten Semester des Projektseminars stattfand, untersuchte die Entwicklung der Merkmalsausprägungen der Selbstwirksamkeit, Einstellungen und des selbsteingeschätzten fachdidaktischen Wissens (PCK) in Bezug zu inklusivem naturwissenschaftlichen Unterricht. Der Kern der Forschung ist die Entwicklung eines Modells, um die video-stimulierten Reflexionen zum eigenen (pre und post) und fremden inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht (pre, re und post), die audiografiert und transkribiert wurden, auszuwerten und so eine Entwicklung der Analysekompetenzen über die verschiedenen Erhebungszeitpunkte hinweg feststellen und abbilden zu können. Das Analytical Competency Model (ACM) ist ein Kategoriensystem, das aus verschiedenen Forschungen zu Professionalisierung, Expertiseforschung über Lehrpersonen und professioneller Unterrichtswahrnehmung besteht. Validiert wurde das ACM durch das Erstellen eines Expertenratings. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Entwicklung der Analysekompetenzen in der Studierendenstichprobe. Es wurden über den Erhebungszeitraum hinweg mehr Momente als inklusiver naturwissenschaftlicher Unterricht identifiziert und die identifizierten Momente in übergeordnete Konzepte zu inklusivem naturwissenschaftlichen Unterricht eingeordnet.
Diese Dissertation verfolgt einerseits das Ziel der umfassenden Sichtung der technischen, psychologischen, philosophischen und neurobiologischen Grundlagen der Künstlichen Intelligenz und damit die Etablierung einer epistemischen und ontologischen Eingrenzung der Technologie und andererseits das Ziel der moralphilosophischen Beurteilung und Risikobewertung. Die zentrale Hypothese unterstellt der Technologie, die überhaupt nur durch die rasanten Fortschritte der Natur- und Ingenieurwissenschaften und damit durch die Aufklärung ermöglicht wurde, eine Unterwanderung der zentralen Prinzipien und Werte der Aufklärung. Zu befürchten ist eine selbstverschuldete Unmündigkeit des Menschen durch die Künstliche Intelligenz. Wesentlich in der Argumentation ist das Aufgeben von menschlicher Autonomie zugunsten einer Technologie, die selbst nicht autonom sein kann, die Verlagerung von Verantwortlichkeiten in einen neu entstandenen rechtsfreien Raum, der Verlust der menschlichen Individualität und letztlich die Preisgabe der Menschenwürde durch den Übergang in ein "Reich ohne Notwendigkeit", aus dem es kein Entkommen gibt. Eine Ethik der Künstlichen Intelligenz muss, so die normative Schlussfolgerung, die Wahrung der menschlichen Autonomie, Verantwortlichkeit, Individualität und Würde in den Vordergrund stellen, sodass ein individueller und kollektiver Rückfall des Menschen in die Unmündigkeit verhindert wird.
Im Projekt "Nawi-In" (Naturwissenschaftlichen Unterricht inklusiv gestalten) wurde die Entwicklung professioneller Kompetenzen für den inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht von Lehramtsstudierenden der Primar- und Sekundarstufe beforscht. Dabei wurden Lehramtsstudierende des naturwissenschaftlichen Primar- und Sekundarstufenunterrichts über drei Semester im Projektbandseminar begleitet. Als Teilprojekt des Projekts "Nawi-In" setzt diese Arbeit den Schwerpunkt auf drei Fokusse: die Entwicklung des Kategoriensystems inklusiver naturwissenschaftlicher Unterricht (KinU), die Beforschung der professionellen Handlungskompetenz sowie der professionellen Wahrnehmung bezüglich inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts. Im ersten Fokus geht es sowohl um die Entwicklung und Validierung des KinUs als auch um die Überprüfung der Gütekriterien des KinUs. Zunächst wurden die Charakteristika inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts, die die Kategorien des KinUs 1.0 darstellen, in einem systematischen Review aus der Literatur induktiv abgeleitet. Die Kategorien (n=935) verteilten sich auf insgesamt vier Abstraktionsebenen von der allgemeinen Hauptkategorienebene über die Subkategorien-, Code- bis hin zur konkreten Subcode-Ebene des KinUs. Während zunächst n=16 Kategorien die Verbindung naturwissenschaftlicher Charakteristika mit der inklusiven Umsetzung auf der Hauptkategorien-Ebene gebildet haben, waren es nach der Weiterentwicklung und Überarbeitung des KinUs 2.0 n=15 Hauptkategorien. Die Weiterentwicklung des KinUs fand mithilfe der Validierung durch Datentriangulation statt. Durch die Anwendung des KinUs auf Video- und transkribierte Audiodaten wurden fortlaufend weitere Kategorien induktiv abgeleitet. Zudem wurde die Struktur des KinUs vereinfacht, sodass die inklusiven Zugänge zu jedem naturwissenschaftlichen Charakteristikum bis zur Code-Ebene als ein gleichbleibendes Muster abgebildet werden können. Der zweite Fokus bezieht sich auf die Entwicklung und Beforschung der professionellen Handlungskompetenz der Lehramtsstudierenden bezüglich inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts. Dabei wurde analysiert, welche inklusiv naturwissenschaftlichen Charakteristika Lehramtsstudierende in ihrem Unterricht implementieren, wie sich ihre professionelle Handlungskompetenz während der Praxisphase entwickelt sowie welche Unterschiede und Gemeinsamkeiten sich für die Primar- und Sekundarstufen bezüglich ihrer professionellen Handlungskompetenz ergeben. Dafür wurden die Unterrichtsvideos, die die Studierenden während der Praxisphase jeweils zweimal von ihrem eigenen Unterricht angefertigt haben, mit dem KinU qualitativ inhaltlich analysiert. Insgesamt haben die Studierenden zwar unterschiedliche Zugänge auf der Subkategorien-Ebene zum naturwissenschaftlichen Unterricht implementiert, allerdings haben sie den Schülern innerhalb dieser Zugänge nur selten verschiedene Optionen geboten. Im Vergleich der Schulstufen zeigt sich, dass sich die zunehmende Fachlichkeit von der Primar- zur Sekundarstufe widerspiegelt. Insgesamt haben die Studierenden von dem ersten zum zweiten Unterrichtsvideo zunehmend mehr inklusiv naturwissenschaftliche Charakteristika in ihren Unterricht implementiert. Im dritten Fokus wurde die professionelle Wahrnehmung von Lehramtsstudierenden bezüglich inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts beforscht. Dabei wurde analysiert, welche inklusiv naturwissenschaftlichen Charakteristika Lehramtsstudierende wahrnehmen, wie sich ihre professionelle Wahrnehmung entwickelt sowie welche Unterschiede und Gemeinsamkeiten sich für die Primar- und Sekundarstufe bzgl. ihrer professionellen Wahrnehmung ergeben. Dafür wurden video-stimulierte Reflexionen durchgeführt, wobei die Studierenden Videoszenen bzgl. inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts beschreiben, interpretieren sowie Handlungsalternativen generieren sollten. Bei den Video-Stimulated Reflections (VSRef) haben die Studierenden eine Videovignette aus einem Sachunterricht zum Thema Löslichkeit reflektiert. Die VSRefs wurden zu drei Zeitpunkten durchgeführt: vor dem ersten Mastersemester und vor sowie nach der Praxisphase im zweiten Mastersemester. Zudem wurden während der Praxisphase jeweils zweimal mit allen Studierenden Video-Stimulated Recalls (VSR) durchgeführt. Dabei haben die Studierenden Ausschnitte ihrer eigenen Unterrichtsvideos reflektiert. Sowohl die VSRef als auch die VSR wurden transkribiert und mit dem KinU qualitativ inhaltlich analysiert. Die Lehramtsstudierenden haben zunehmend mehr inklusiv naturwissenschaftliche Charakteristika in den eigenen und fremden Unterrichtsvideos wahrgenommen. Zwischen den Schulstufen waren nur geringe Unterschiede zu erkennen. Am häufigsten haben die Studierenden Zugänge zur inklusiven Gestaltung der Anwendung naturwissenschaftlicher Untersuchungsmethoden wahrgenommen. Insgesamt zeigt sich, dass die Lehramtsstudierenden ihre professionellen Kompetenzen bzgl. inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts weiterentwickeln konnten. Zudem wurde mit der Entwicklung des KinUs ein Kategoriensystem zur Beforschung und ein Unterstützungsraster für Lehrkräfte zur Gestaltung inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts geschaffen.
Nachhaltigkeitsziele im Sinne einer Ökologie, Ökonomie und Soziokultur lassen sich im Bauwesen auf verschiedene Instrumente zurückführen. Optimierung des Wärmeschutzes durch die Energieeinsparverordnung (Effizienz) oder Minimierung von Abfall im Kreislaufwirtschaftsgesetz (Suffizienz). Um jedoch eine neue Qualität der Nachhaltigkeit zu schaffen, ist ein Paradigmenwechsel notwendig. Dabei können Cradle to Cradle Prinzipien als ökoeffektive Methode angewandt werden, in dem exemplarisch die Biodiversität eingebunden, gesunde Bauprodukte verbaut und erneuerbare Energien genutzt werden. Die Natur dient als Vorbild (Konsistenz). Demnach werden Gebäude nützlich für Mensch, Umwelt und Gesellschaft umgesetzt und gleichzeitig Werte geschaffen. Für den deutschen Einzelhandel bestehen vielschichtige Potenziale, da der Gebäudebestand mit mehreren Millionen Quadratmetern bedeutend ist und die Bauwerke aufgrund von Konzeptänderungen oder Verschleiß der Ladenflächen regelmäßig umgebaut werden. Die Forschung beginnt mit einer Bestandsaufnahme von Cradle to Cradle Bauprodukten und Analyse eines real umgesetzten Einkaufszentrums. Um Einflussfaktoren von Stakeholdern zu identifizieren, wurden qualitative Experteninterviews mit ausgewählten Projektbeteiligten aus Bauherrn, Betreibern, Beratern, Mietparteien und Herstellern durchgeführt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde untersucht, inwieweit sich Bauprodukte aus der Gebäudeplanung in wissenschaftlicher Theorie und praktischer Bauwirtschaft umsetzen lassen, Geschäftsmodelle anwendbar sind, Trends und Innovationen im Zusammenhang stehen oder Änderungen in Politik oder Wirtschaft notwendig sind. Im Ergebnis wurden Maßnahmen für eine neue Qualität der Nachhaltigkeit bei Einzelhandelsgebäuden identifiziert. Exemplarisch wird anhand der Interviews deutlich, dass neben einem staatlichen Umweltzeichen oder einer Green Building Planungsdisziplin, insbesondere die Ökonomie in Form von Investitions- und Betriebskosten den größten Stellenwert besitzt. Es braucht einen staatlichen Regulierungsrahmen und neue Geschäftsmodelle, damit nachhaltige Bauprodukte wirtschaftlich werden und durch Stakeholder in den Prozessen der Planung, Bauausführung und dem Betrieb berücksichtigt werden.
Die vorliegende Dissertationsschrift analysiert die Konstruktion schützenswerter "Natur/en" in Gebieten "neuer Wildnis" aus Perspektiven der Sozialen Ökologie sowie der Geschlechterforschung. Das zentrale Erkenntnisinteresse zielt auf den Umgang mit und die Zuschreibungen auf Neobiota in Gebieten "neuer Wildnis". Ziel ist es, herauszuarbeiten, wie in der Konstruktion "fremder Natur/en" in "neuer Wildnis" gesellschaftliche Naturverhältnisse und Geschlechterverhältnisse wechselseitig miteinander verwoben sind und inwiefern in dieser Vermittlung dichotome und hierarchisierende Trennungen wirksam werden. Die empirische Basis der Untersuchung bilden zwei Literaturreviews sowie eine qualitative Interviewstudie zu Naturverständnissen in zwei Untersuchungsgebieten "neuer Wildnis". Dabei werden Neobiota als Ausdruck gesellschaftlicher Naturverhältnisse analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Neobiota in "neuer Wildnis" einerseits als Bestandteil dynamischer Naturentwicklung und schützenswerter Prozesse akzeptiert und nicht (mehr) aufgrund ihrer "Fremdheit" abgewertet werden. "Neue Wildnisse" können mithin als sozial-ökologische Vermittlungsräume gelesen werden, in denen sich die Konstruktion des Schützenswerten verschiebt und hierarchisierende Trennungen abgebaut werden. Andererseits werden Neobiota in Gebieten "neuer Wildnis" oftmals aufgrund ihrer "Ungezähmtheit" und Unkontrollierbarkeit von Eingriffen und Pflegemaßnahmen zur (Wieder-)Aneignung von Kontrolle über "fremde Natur/en". Die potentielle Beherrschbarkeit von Natur bleibt mithin auch in Gebieten "neuer Wildnis" grundlegende Voraussetzung für ihre Schutzwürdigkeit. Damit festigen sich in den Zuschreibungen auf Neobiota hierarchisierende Trennungen und reproduzieren die Konstruktion von "Natur" und "Weiblichkeit" als sich gegenseitig stabilisierendes Unterordnungsverhältnis.
Siliziumorganische Substanzen sind aus dem Alltag kaum wegzudenken. Sie kommen in vielfältiger Form vor und finden durch ihre Stabilität in vielen Produkten des Haushalts und der Industrie Anwendung. Eine Freisetzung in die Umwelt ist unvermeidbar. Siliziumorganische Substanzen konnten bereits in allen Umweltkompartimenten (Luft, Wasser, Boden) analytisch nachgewiesen werden. Welche Risiken von dieser Stoffgruppe ausgehen, ist noch nicht abschließend geklärt. Dennoch gibt es Hinweise auf negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt. Deshalb sollten Strukturen in siliziumorganischen Substanzen untersucht werden, die einen Abbau in der Umwelt begünstigen, um die Akkumulation dieser Stoffe in der Umwelt zu verringern. Dafür wurden diverse biotische und abiotische Abbautests mit unterschiedlichen siliziumorganischen Substanzen durchgeführt. Der Fokus der vorliegenden Arbeit lag vor allem in der biologischen Abbaubarkeit der Substanzen. Es wurden die Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD)-konformen Tests Closed-Bottle-Test (CBT, OECD 301D) und Manometrischer Respirationstest (MRT, OECD 301F) durchgeführt. Die Hydrolysierbarkeit wurde mithilfe des Hydrolysetests OECD 111 bei unterschiedlichen pH-Werten untersucht. Bei bestimmten Substanzgruppen ohne biologischen Abbau wurde das Verhalten der Substanzen bei Bestrahlung mit verschiedenen Bestrahlungsquellen untersucht. Die Analyse der Primärelimination der siliziumorganischen Substanzen erfolgte je nach Substanzeigenschaften mithilfe der Hochleistungsflüssigkeitschromatografie gekoppelt mit einem Spektrometer mit ultraviolettem und sichtbarem Licht (HPLC-UV/Vis) oder der Gaschromatografie gekoppelt mit einem Massenspektrometer (GC-MS). Die Transformationsprodukte wurden hingegen mithilfe der Flüssigkeitschromatografie gekoppelt mit einem Mehrfach-Massenspektrometer (LC-MSn) analysiert. Für eine umfassende Bewertung des biologischen Abbaus von siliziumorganischen Substanzen wurden ein Vergleich mit analogen Kohlenstoffverbindungen und eine Aufstockung mit Daten aus der Datenbank der Europäischen Chemikalien Agentur (ECHA) durchgeführt. Die Gruppierung der Substanzen nach ihren Strukturmerkmalen wurde hinzugezogen, um Rückschlüsse auf die Abbaubarkeit zu ziehen. Eine besser biologisch abbaubare Grundstruktur brachte für die Benzenderivate keine Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit. Dennoch hatte die Einführung von +M-Gruppen am Aromaten einen positiven Einfluss auf die Geschwindigkeit und den Grad des photolytischen Abbaus. Die Bestrahlungsquelle hatte ebenfalls einen deutlichen Einfluss auf die Eliminierungsrate während des Photolyseexperiments. Mit einer Veränderung der Wellenlängen in den kurzwelligen Bereich und der daraus resultierenden energiereicheren Strahlung konnten die Substanzen schneller und teilweise vollständig primär eliminiert werden. Bei allen Abbaupfaden hatte die Hydrolyse eine entscheidende Rolle und wurde als einer der Hauptabbauprozesse charakterisiert. Bei einer Verbindung wurde im Nachgang an die biotischen und abiotischen Abbautests eine ausführliche Aufklärung der elf gebildeten Transformationsprodukte vorgenommen. Um den Einfluss von Silizium in organischen Substanzen auf die biologische Abbaubarkeit zu untersuchen, wurde der direkte Vergleich von siliziumorganischen Substanzen und deren Kohlenstoffanaloga im CBT durchgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass drei von fünf Kohlenstoffverbindungen und keine siliziumorganische Verbindung als leicht biologisch abbaubar eingestuft werden konnten. In allen bis auf einen Fall konnten für die Kohlenstoffverbindungen höhere Abbauraten im CBT beobachtet werden. Die Hydrolyse wurde als erforderlicher Schritt vor dem biologischen Abbau von siliziumorganischen Substanzen identifiziert. Das siliziumfreie Produkt der Hydrolyse bestimmte den Grad des biologischen Abbaus. Die gute biologische Abbaubarkeit der einen siliziumorganischen Verbindung resultierte aus der leicht hydrolysierbaren Silizium-Stickstoff-Bindung und der leichten biologischen Abbaubarkeit des siliziumfreien Hydrolyseproduktes. Die siliziumhaltigen Reaktionsprodukte der Hydrolyse waren nicht biologisch abbaubar. Bioabbaudaten aus eigenen Experimenten, aus vorhergehenden in der Arbeitsgruppe durchgeführten analogen Arbeiten und aus der ECHA-Datenbank wurden zusammengetragen, um einen Datensatz zu generieren. Die 182 Substanzen des Datensatzes wurden hinsichtlich ihrer Struktur gruppiert, um allgemeine Erkenntnisse für die biologische Abbaubarkeit von siliziumorganischen Verbindungen abzuleiten. Es gab Gruppen mit Substanzen, die überhaupt nicht biologisch abbaubar waren (z. B. zyklische, lineare und verzweigte Siloxane). Gruppen, die Substanzen mit Ethern, Estern, Oximen, Aminen und Amiden enthielten, waren hydrolyseanfällig, sodass auch leicht biologisch abbaubare Zwischenprodukte gebildet werden konnten. Die siliziumfreien Hydrolyseprodukte waren meist biologisch abbaubar, während die siliziumhaltigen Hydrolyseprodukte persistent waren. Allgemein hat sich gezeigt, dass Modifikationen am Molekül einen positiven Einfluss auf die Abbaubarkeit haben können. Beispielsweise können Heteroatome eine Veränderung der Polarität bzw. der Elektronendichte hervorrufen, was die Photolyse- und Hydrolysefähigkeit und folglich auch den Bioabbau zum Positiven verändern kann. Das Einführen solcher Heteroatome oder funktioneller Gruppen in Polysiloxanketten kann demnach ein vielversprechender Ansatz für leichter abbaubare siliziumorganische Verbindungen sein. Nicht abbaubare Stoffe sollten vermieden werden, wenn sie nach ihrer Verwendung in die Umwelt gelangen.
Pestizide werden als Pflanzenschutzmittel im landwirtschaftlichen Bereich und als Biozide z. B. in der Industrie, in Haushalten und Kommunen eingesetzt. Bereits auf den behandelten Flächen und in den angrenzenden Gewässern können Pestizide Abbauprozessen durch u. a. Photolyse unterliegen. Diese Prozesse führen zur Entstehung von Transformationsprodukten (TP), deren Berücksichtigung bei der Umweltrisikobewertung für ein umfassendes Risikomanagement von großer Bedeutung ist. Doch gibt es über die in der Umwelt vorkommenden Transformationsprozesse und die dabei entstehenden TP immer noch Wissenslücken. Darüber hinaus sind die Eintragswege von TP, vor allem von Biozid-TP, in die angrenzenden Gewässer zum Teil unbekannt. Da eine Vielzahl von TP mit unterschiedlich starken ökotoxikologischen Effekten bewertet werden muss, besteht ein großer Bedarf an schnellen und umfassenden Methoden, um die stetig wachsende Anzahl an Chemikalien auf dem Markt erfassen zu können. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher, das Verhalten und den Verbleib ausgewählter Pestizid-TP in der aquatischen Umwelt zu analysieren. Zu diesem Zweck wurden unterschiedliche Phototransformationsprozesse von Pestiziden sowie der Eintrag aus Fassaden über Regenwasserversickerungsanlagen (RVA) in angrenzenden Gewässern der Stadt Freiburg untersucht. Schlussendlich erfolgte die Identifizierung der ökotoxikologischen Eigenschaften von 45 Pestizid-TP in einem mehrstufigen Ansatz durch die Kombination experimenteller und computerbasierter Methoden. Inwiefern unterschiedliche Phototransformationsprozesse zu unterschiedlichen TP führen, wurde im ersten Teil der Arbeit durch einen Vergleich der Entstehung von TP durch direkte und indirekte Photolyse der Substanzen Penconazol, Terbutryn und Mecoprop untersucht. Weiterhin wurde der Abbau durch die Bestrahlung mit unterschiedlichen Xenonlampen untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Eintrag von Bioziden, die in Fassadenanstrichen Anwendung finden, und deren TP über Regenwasserversickerungsanlagen in das Grundwasser untersucht. Dabei wurden qualitative und quantitative Target-Screening-Methoden zum Nachweis und zur Quantifizierung bekannter und unbekannter TP der Biozide Diuron, Terbutryn und Octhilinon (OIT) in der aquatischen Umwelt mittels Flüssigkeitschromatographie mit gekoppeltem Massenspektrometer (LC-MS) kombiniert. Die ökotoxikologischen Eigenschaften von 45 Pestizid-TP wurden im dritten Teil dieser Arbeit in einem mehrstufigen Ansatz untersucht. Insgesamt zeigte sich, dass die Berücksichtigung von TP im Rahmen von Gewässerüberwachung und Risikobewertung eine genauere Abschätzung der Risiken durch Schadstoffe ermöglicht. Die in dieser Dissertation entwickelte Vorgehensweise, bei der TP zunächst im Labor erzeugt und bewertet und anschließend in aquatischen Systemen gezielt analysiert werden, kann einen wichtigen Beitrag zur Regulatorik des Einsatzes und der Zulassung von Pestiziden leisten.
Das Bildungskonzept Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) gilt als Schlüsselfaktor für eine nachhaltige Entwicklung. Die Stärkung der Kompetenzen von Multiplikatoren und somit Lehrkräften als Gestalter formaler Bildung ist ein Ziel auf dem Weg zu einer qualitativ hochwertigen Bildung. Es gilt, im Verlauf der Lehrkräftebildung Möglichkeiten zu schaffen, die Entwicklung relevanter Kompetenzen gezielt zu unterstützen, um effektivere Ergebnisse im Bereich BNE zu erreichen. Für den universitären Teil der Lehrkräftebildung geht dies einher mit einer entsprechenden Gestaltung von Lernumgebungen, durch die angehende Lehrkräfte relevante Kompetenzen zu Beginn ihres individuellen Bildungsweges entwickeln können. Darüber hinaus sollen durch entsprechende Fort- und Weiterbildungsformate auch bereits im Schuldienst tätige Lehrkräfte erreicht werden. Das als transdisziplinäres Format angelegte Entwicklungsteam Sachunterricht, bestehend aus Sachunterrichtslehrkräften, Vertretern außerschulischer Bildungsorte und Forschenden der Universität, bildet den Ausgangspunkt dieser Arbeit. Die vorliegende Arbeit fokussiert die Untersuchung von Möglichkeiten der Professionalisierung von (angehenden) Lehrkräften zu BNE im Kontext des Entwicklungsteams. Dazu wurde zunächst theoretisch-konzeptionell der Frage nachgegangen, welche Kompetenzen relevant für die Integration von BNE in Schule und Unterricht sind und wie Lehr-Lernsettings gestaltet werden sollten, um die Entwicklung entsprechender Kompetenzen zu unterstützen. Im Rahmen zweier empirischer Studien wurde anschließend einerseits die Kompetenzentwicklung seitens der Studierenden analysiert, die an einem durch das Entwicklungsteam begleiteten Seminar teilnahmen. Andererseits liegt der Fokus auf dem spezifischen Format des transdisziplinären Entwicklungsteams und es wurde untersucht, inwiefern wechselseitiges Lernen zwischen den Entwicklungsteammitgliedern initiiert werden und dies in einer Veränderung der pädagogischen Praxis resultieren kann. Aufgrund seiner hohen Anschlussfähigkeit an den bildungswissenschaftlichen Diskurs wurde das Modell der BNE-spezifischen professionellen Handlungskompetenz den konzeptionellen Überlegungen und den darauf aufbauenden empirischen Untersuchungen zugrunde gelegt. Die Gestaltung eines Lehr-Lern-Settings für angehende Lehrkräfte mit dem Ziel der Förderung entsprechender Kompetenzen wurde anhand des Konzepts der offenen Lernumgebung vorgenommen. Die Ergebnisse zeigen zum einen, dass das in enger Zusammenarbeit mit dem Entwicklungsteam als offene Lernumgebung durchgeführte Seminar die Professionalisierung der Studierenden unterstützt und der Aufbau von (BNE-spezifischer) professioneller Handlungskompetenz durch kollaboratives Gestalten in Kooperation mit der Praxis ermöglicht wird. Zum anderen zeigt sich, dass die transdisziplinäre Zusammenarbeit ein wechselseitiges von- und miteinander Lernen zu BNE im Entwicklungsteam Sachunterricht fördert und Professionalisierungsprozesse sowohl seitens der Lehrkräfte als auch des außerschulischen Akteurs zumindest in einigen Bereichen angestoßen wurden.