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Mit 1.10.2022 ist die Fakultät für Physik in der TUM School of Natural Sciences mit der Webseite https://www.nat.tum.de/ aufgegangen. Unter Umstellung der bisherigen Webauftritte finden Sie weitere Informationen.

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Theorie biologischer Netzwerke

Prof. Karen Alim

Forschungsgebiet

Das Leben ist faszinierend. Wie entstehen Form und Struktur, wenn Organismen wachsen? Wir wollen herausfinden, welche physikalischen Prinzipien der Morphogenese von Leben zugrunde liegen. Physikalische Kräfte sind dafür verantwortlich, dass lebende Materie bei der Morphogenese geschoben und gequetscht wird. Die Beobachtung der physikalischen Kräfte, die sich aus der Zellmechanik oder den Flüssigkeitsströmungen ergeben, ist der Schlüssel zum Verständnis, wie diese physikalischen Kräfte Informationen erzeugen und transportieren - Informationen, die von der lebenden Materie ausgelesen werden und sich ihre Dynamik, aber auch auf ihre physikalischen Eigenschaften selbst verändern und so Strukturen, Organe und Organismen formen. Um dies zu erreichen, kombinieren wir die quantitative Beobachtung des Lebens mit theoretischen Modellen, um schließlich die Physik der Schlüsselprozesse in einfachen mathematischen Begriffen zu erfassen. Dabei ist es wichtig, experimentelle Modellsysteme zu wählen, die sich besonders gut für die Beobachtung und Quantifizierung eignen, aber auch eine zugängliche Abstraktionsebene für die Theorie bieten. Deshalb arbeiten wir mit dem Schleimpilz Physarum polycephalum und bauen gleichzeitig in vitro Modellsysteme im Labor auf. Theoretische Modelle, die sowohl mit Stift und Papier als auch mit Simulationen in der Gruppe entwickelt werden, inspirieren Experimente und erklären Beobachtungen. Das Leben verbirgt noch immer viele grundlegende Prozesse, die, sobald sie aufgedeckt werden, unser Design, unsere Technik oder medizinische Behandlung revolutionieren können.

Adresse/Kontakt

James-Franck-Str. 1/I
85748 Garching b. München

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Arbeitsgruppe

Professorin

Sekretariat

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler

Studierende

Andere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Lehrangebot der Arbeitsgruppe

Lehrveranstaltungen mit Beteiligung der Arbeitsgruppe

Titel und Modulzuordnung
ArtSWSDozent(en)Termine
Fortgeschrittene statistische Physik
eLearning-Kurs
Zuordnung zu Modulen:
VO 4 Alim, K. Di, 08:00–10:00, PH 1121
Fr, 10:00–12:00, PH 1121
Aktuelle Entwicklungen zur Physik biologischer Netzwerke
Zuordnung zu Modulen:
PS 2 Alim, K. Mi, 10:00–12:00, CPA EG.006B
Mi, 10:00–12:00, CPA EG.006B
sowie einzelne oder verschobene Termine
Exercise to Continuum Mechanics
eLearning-Kurs
Zuordnung zu Modulen:
UE 2 Burger, L. Kienlein, M. Mirzapour, F. Quoika, P. Sustay Martinez, C. … (insgesamt 6)
Leitung/Koordination: Zacharias, M.
Übung zu Fortgeschrittene statistische Physik
Zuordnung zu Modulen:
UE 2
Leitung/Koordination: Alim, K.
Journal Club Biological Physics and Morphogenesis
Zuordnung zu Modulen:
SE 2 Alim, K. Do, 13:00–15:00, CPA EG.006B
sowie einzelne oder verschobene Termine
Repetitorium zu Aktuelle Entwicklungen zur Physik biologischer Netzwerke
Zuordnung zu Modulen:
RE 2
Leitung/Koordination: Alim, K.
Tag der Physikerinnen
aktuelle Informationen
Zuordnung zu Modulen:
KO 0.1 Alim, K. einzelne oder verschobene Termine
Tutorenseminar zu Fortgeschrittene statistische Physik
Diese Lehrveranstaltung ist keinem Modul zugeordnet.
SE 2 Alim, K.

Ausgeschriebene Angebote für Abschlussarbeiten an der Arbeitsgruppe

Active response by adaptation of mechanical properties?

The complex behavior of the giant cell Physarum polycephalum finds its origin in the versatile transformation of liquid cytoplasm to gel-like actin-myosin meshwork making up the tube walls and vice versa. These active mechanics allow the organism to recycle its’ gel-like tubes at its rear and move it in its fluid form to the front, where it grows. Also, responding to stimuli like food, touch, or light, a change in cytoplasm viscosity seems to initiate the response. Yet, what are the mechanical properties of the liquid cytoplasm, and how much do they change upon stimulation? Do the mechanical properties of the cytoplasm change with the location in the cell? The measure of the mechanical properties of cells is challenging, but one can probe their visco-elasticity by tracking injected micron-sized beads - a technique called microrheology. You will measure the mechanical properties of cytoplasm extracts and grown Physarum, and quantify how they change upon stimulation by passive and active microrheology. Task 1: Establish cytoplasm extraction following previous work in the literature. Task 2: Perform passive microrheology on cytoplasmic droplets without and with stimulation (light, food, drugs) and analyze your data quantitatively. Task 3: Establish active microrheology to extract cytoplasm viscosity in different parts of Physarum’s network.

geeignet als
  • Bachelorarbeit Physik
Themensteller(in): Karen Alim
Mapping network theory to network function
Networks exist as our social network, the world wide web, traffic routes but also as flow networks making up the vasculature of animals, plants, fungi and slime moulds. While a lot of measures have been developed to describe networks in general it is not clear how these measures are predicting network function via network architecture. You will quantify physical networks of the slime mould and numerically generated model networks with network theoretic measures. Mapping to slime mould behaviour and model network flow and transport function will allow you to identify predictive network theoretic measures. You will learn network theory, Matlab. Prerequisites: statistical physics. Task 1 Collect network theoretic measures from the literature and Matlab packages Task 2 Apply network theoretic measures on slime mould and model data and map their property onto the network architecture Task 3 Correlate link by link network theoretic measure and flow/transport in the link under inspection to identify measures of predictive power.
geeignet als
  • Bachelorarbeit Physik
Themensteller(in): Karen Alim

Abgeschlossene und laufende Abschlussarbeiten an der Arbeitsgruppe

The effect of aversive external conditions on the migration of small plasmodia of Physarum polycephalum
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Physik (Biophysik)
Themensteller(in): Karen Alim
Investigating metabolic changes in genetically modified stem cell-derived beta cells.
Abschlussarbeit im Masterstudiengang Biomedical Engineering and Medical Physics
Themensteller(in): Karen Alim
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