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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.
Over the past two decades, transitions research has witnessed rapid development. However, there is still a notable gap in our understanding of sustainability transitions in conflict settings and the role of international organizations in these transitions. Little is known about the dynamics of power, limiting and facilitating factors, and the role of (international) actors in sustainability transitions in conflict settings. This dissertation seeks to make contributions to these discussions by examining energy transitions in Afghanistan, a conflict-affected country, between 2001 and 2021. It specifically focuses on the involvement of international development organizations, shedding light on their role in energy access, institutional change, and imagining Afghanistan's future energy system development. After security, access to affordable energy is frequently reported to be Afghanistan's most pressing need. Following the fall of the first Taliban regime in 2001, billions of dollars and dozens of international development organizations poured into Afghanistan to support the reconstruction of the country including its energy sector. Between 2001 and 2021, the government of Afghanistan and the international development organizations worked on various aspects of energy system development despite on-going insurgency and threats against infrastructural projects. In 2021, the Taliban regained power, resulting in the suspension of operations for most development organizations, with only a few humanitarian agencies remaining active. Within this context, this thesis explores topics such as the country's energy potential and policy, the role of international development organizations in the energy sector, and visions for a future energy system in Afghanistan. The research conducted for this thesis employed a qualitative case study approach, utilizing semi-structured interviews and document analysis.
Though the loss of biological diversity is an ecological phenomenon, it also has a social dimension. This makes the study of the social landscape, encompassing the multitude of perspectives and aspirations by different stakeholders, highly relevant for better navigating trade-offs between biodiversity conservation and other land use objectives. Engaging with and addressing contextual understandings of biodiversity is vital to develop socially palatable solutions for biodiversity loss. This dissertation, therefore, takes a place-based approach to studying biodiversity conservation trade-offs and seeks to understand how the perspectives and aspirations of different stakeholders shape them. First, it aims to identify shared viewpoints as ensembles of perceptions and meanings about human-nature relations and biodiversity. Second, it aims to understand how biodiversity is valued and constructed in stakeholders’ aspirations towards their landscape. To this end, a convergent mixed methods approach and case study design are used. Two cases were selected that face different underlying drivers of land-use change, resulting in loss of biodiversity. The Muttama Creek Catchment area is a farming landscape in south-eastern Australia where the ongoing intensification of agricultural production threatens native biodiversity. In the Spreewald Biosphere Reserve in north-eastern Germany, land abandonment and the resulting loss of the biodiversity-rich wet meadows presents a key challenge for biodiversity conservation. Narratives and discourses provide conceptual lenses through which the author studies biodiversity conservation trade-offs. Drawing on Q-methodology, this dissertation identifies biodiversity-production discourses for the first case study and cultural landscape narratives for the second case study. Moreover, based on a participatory futures approach, the Three Horizons Framework, it elicits narratives of change that highlight opportunities for biodiversity conservation in farming landscapes. The findings highlight that despite some overlap in how stakeholders perceive biodiversity, contrasting problem framings and different biodiversity priorities present hindrances to concerted action to protect biodiversity and for collaboration. The findings also identify shared values among stakeholders. However, there is polarity and contestation around the role and importance of biodiversity in rural development.
As human rights evolved to become part of a dominant moral discourse in world politics, regional organisations (ROs) often portray themselves in the language of human rights. Facing growing contestation and politicisation, they have also gradually begun to legitimate their authority drawing on human rights. Yet not all ROs do so to the same extent, in the same manner, or consistently over time. This begs the question: why and how do ROs use human rights for self-legitimation? To answers this research question, I combine a macro analysis using qualitative comparative analysis (QCA) on 23 ROs from 1980 to 2019 with a micro analysis via process-tracing in two cases - Arab League (LoAS) and the Caribbean Community (CARICOM). Ultimately, ROs use human rights in their legitimation because they strive for congruence. When norms, values, and moral principles purported and embodied by the RO are congruent with those of its core constituency and all relevant audiences, The researcher observes human rights legitimation. She argues that the degree of congruence combines with different degrees of delegitimation stemming from the distinct constellation of agents and audiences of legitimation. Shee circumscribes this via four types of human rights legitimisers. Testing existing theories on legitimacy, legitimation, and human rights, the QCA suggests that "Self-containing Legitimisers" are ROs with a status quo of congruence between the RO and its core constituency. "Signalling Legitimisers" irregularly use human rights legitimation as a signal to respond to additional audiences. Thanks to the case studies, the author further refines existing theory. CARICOM constitutes a case of a "Reviving Legitimisers" where delegitimation towards their core constituency occurs to which it reacts by reviving what it embodies which entails including human rights in its legitimation. With LoAS, the author observes a "Brokering Legitimisers" in which case delegitimation is on the verge of a legitimacy crisis, but its Secretary General manages to broker human rights to two diverging audiences thanks to localisation. Thus, this book provides an explanation of how a distinct norm is used in self-legitimation, nuances our understanding of agents and audiences of legitimation, and introduces the concept of localisation to the study of legitimation.
Mathematisches Problemlösen ist eine in den Bildungsstandards verankerte Kompetenz, die es bei Schülern explizit zu fördern gilt. Für eine erfolgreiche Bearbeitung von Problemlöseaufgaben ist laut Begriffsverständnis der Bildungsstandards des Faches Mathematik die Auswahl und zielführende Anwendung von Heurismen erforderlich, was für Schüler durchaus herausfordernd sein kann. Bereits seit Jahrzehnten beschäftigt sich daher die Forschung der deutschsprachigen Mathematikdidaktik mit der Schaffung geeigneter Lernmaterialien zur Förderung von Problemlösekompetenz und dennoch sind bislang nicht alle Unklarheiten ausreichend beantwortet. So ist beispielsweise nach wie vor weitestgehend unklar, wie eine Förderung der Kompetenz etwa durch geeignete Lernmaterialien unterstützt werden kann. Daraus ergibt sich nicht zuletzt der unmittelbare Forschungsansatz, wie geeignete Lernmaterialien geschaffen bzw. ausgestaltet sein sollten, um die Entwicklung von Problemlösekompetenz von Schülern zu fördern. Im Fokus stand dabei die Beantwortung folgender übergeordneter Forschungsfrage, welche sich in der Dissertationsschrift in weitere Teilfragen untergliedert: "Welche Veränderung des Bearbeitungserfolgs bei Problemlöseaufgaben zur Flächeninhaltsberechnung zeigen Schüler – hinsichtlich der Auswahl und Anwendung von Heurismen – durch die Bearbeitung eines papier- bzw. eines videobasierten Lösungsbeispiels?" Die Beantwortung der Forschungsfrage fand im Rahmen einer durchgeführten Studie in Form einer quasiexperimentellen Laborstudie mit insgesamt 38 Schülern statt. Untersucht wurde dabei, inwiefern medial unterschiedlich aufbereitete Lösungsbeispiele eine geeignete Lernunterstützung zur Entwicklung von Problemlösekompetenz darstellen. Dafür wurde in einer Treatmentgruppe eine Problemlöseaufgabe zur Flächeninhaltsberechnung mit Hilfe eines papierbasierten Lösungsbeispiels bearbeitet, während in einer zweiten Treatmentgruppe ein inhaltlich identisches Lösungsbeispiel videobasiert in Form eines Erklärvideos zur Verfügung stand.
Tropical ecosystems are critical for biodiversity conservation and local people’s livelihood sustenance. However, these ecosystems are under high pressure from land-use and land cover (LULC) change, which is further projected to intensify and increase rapidly, thereby affecting biodiversity and the provisioning of vital ecosystem services (ES). It is thus important to understand how LULC might change in the future and how such changes could affect biodiversity and ES provisioning in a given landscape of tropical ecosystems. Scenario planning has become an increasingly popular tool and technique to produce narrative scenarios of the future landscape change. Thus, quantifying changes under different land-use scenarios could be a means to elucidate the synergies and trade-offs within the scenarios. In this dissertation, the author examines the future of biodiversity and ES provisioning for different plausible land-use scenarios in southwestern Ethiopia. First, he translates four future plausible narrative social-ecological land-use scenarios ("Gain over grain", "Coffee and conservation", "Mining green gold" and "Food first") developed for southwestern Ethiopia by participatory scenario planning into spatially explicit LULC scenario maps. Results showed distinct LULC changes under each scenario. Second, the author investigates the impact of these land-use scenarios on biodiversity by specifically modelling woody plant species richness in farmland and forest. Both indicators of human disturbance and environmental conditions were used. Third, he also investigates the effect of these land-use scenarios on woody plant-based ES provisioning by combining woody plant species with household surveys on how woody plants were used by the local community. He models and predicts the current and future availability of woody plant-based ES under the four scenarios of landscape change. Overall, the findings of this dissertation show the importance of integrating future land-use mapping with participatory, narrative-based scenarios to assess the social-ecological outcomes of alternative futures. The spatially explicit maps of LULC change, biodiversity and ES (at different scales) could be used as a valuable input to support stakeholders and decision-makers to weigh the advantages and disadvantages of different development trajectories on ecosystems and human well-being and to avoid or minimize future undesirable consequences. To this end, apart from the benefits of coffee production under "Mining green gold" and crop production under "Food first" scenarios, the findings under these scenarios of large-scale agricultural intensification point to a potentially high loss of biodiversity and ES. These two scenarios could have a negative long-term impact on ecosystems and human well-being. Finally, the "Coffee and conservation" scenario, which involves the creation of a new biosphere reserve, appears to be the most sustainable scenario. This scenario could result in a sustainably managed, diversified landscape which could make major contributions to biodiversity conservation and human well-being in the region and beyond.
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.
This thesis deals with sustainability in African Higher Education Institutions (HEIs) and the influence of language in achieving sustainable development. Several authors highlight the existing imbalance of sustainability research in higher education, with most publications focusing on the so-called Global North. Little is known about sustainability in the so-called Global South, and in African educational institutions in particular. The first article of this thesis investigated existing sustainability activities in African HEIs. Rather than focusing on the shortcomings, the paper took a positive stance, opposing the predominant language of deficits in research on Africa. In the Delphi study conducted, 32 experts from 29 HEIs in 16 African countries described the sustainability activities they are engaging in. Experts provided information about their experiences in their respective HEI, while language and culture emerged as areas in need of further research. The second article therefore focused on the relationship between language and education for sustainable development in African educational institutions, and systematically reviewed scholarly literature regarding this connection. Authors of the reviewed 33 papers approached this connection mainly on a theoretical and philosophical level, focusing on education and Africa as a whole rather than specified forms of education in specific countries. The third article examined the views of Tanzanian higher education students and graduates regarding language and sustainability. Participants explained how they integrate sustainability and the Sustainable Development Goals (SDGs) into their research and how they approach translations in the process. In the ensuing interviews, participants estimated that only a fraction of people outside of academia are aware of sustainability and the SDGs, rendering the achievement of target 4.7 unlikely. This thesis therefore contributes to a better understanding of the current challenges in implementing sustainability and the SDGs in African educational institutions. It highlights the need to integrate (local) African languages in order for sustainability activities as well as the SDGs to be successful.
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.
The ethical apparatus: The material-discursive shaping of ethics, autonomy, and the driverless car
(2023)
This research argues that the emergent driverless car, as a kind of autonomous vehicle, is a Foucault-ian "ethical apparatus", working as an epistemic device to materially embody and enable discursive power by generating notions of "autonomy" and "ethical decision-making". The ethical implications of AI, algorithmic, and autonomous technologies are topics of current regulatory and academic concern. This concern relates to the lack of meaningful oversight of black boxes inside AI systems, liabilities for manufacturers, and inadequate frameworks to hold AI-based socio-technical systems to account. One recent artefact, the driverless car, has taken on these concerns quite literally in the shaping of a niche discourse of the "ethics of autonomous driving". Ambitions to produce a fully autonomous vehicle based on AI technologies are constrained by speculative concerns that its decision-making in unexpected accident situations cannot be assumed to protect humans. "The ethics of autonomous driving" evaluates proposals to build "ethical machines" by examining the relationship between structures of human values and moral decision-making, and how they comport to computational architectures for decision-making. This is the first case this work takes up, chiefly organised around an analysis of a thought experiment, the Trolley Problem, and the online game, Moral Machine, that crowdsourced values to suggest approaches to an "ethics of autonomous driving". Rather than evaluate the feasibility or appropriateness of these two approaches, this work attends to the more critical issue that ethics is being proposed in terms of technologies turning on the logics of risk, speculation, and probabilistic correlations that are fundamental to how machine learning makes decisions. The concern in this work is less a normative framework or approach for a better or more appropriate ethics of autonomous driving. Rather, this work argues that what we understand as "the ethical" is being transformed when architected by, through, and for Artificial Intelligence / autonomous technologies to become their own regulators. Hence the production of autonomous driving necessitates computational infrastructures that are creating a world legible to and for the navigation of a driverless car. The author argues that this is fostering computational governance that has implications for human bodies and social relations, chiefly that conventional approaches to regulation and accountability attend to human values and decision-making rather than computational ones. A second case that this research examines is that of driverless car crashes, to examine how "autonomous" driving requires substantial embodied human knowledge and micro-work. Taken together, these two cases make an argument for how myriad practices of knowledge-production are translating the human world into something legible to the navigational needs of the car, producing changes in the human world through the actions of the car on that basis, and advancing notions of "autonomy". This work concludes with arguments for a critical reconceptualisation of ethics and ethical decision-making in AI / autonomous systems.