Die Grundlage für Leben auf der Erde sind intakte Ökosysteme. Daher stellt die Umsetzung von SDG 15 'Leben an Land' eines der zentralen Ziele der Agenda 2030 für nachhaltige Entwicklung auf EU-Ebene dar. Aktuelle Bestandsaufnahmen (z.B. Eurostat 2020) zeigen, dass die EU in den letzten 5 Jahren nur moderate Fortschritte bei der Umsetzung von SDG 15 erzielt hat und so ist der Zustand der Ökosysteme sowie der Biodiversität in der EU besorgniserregend. Die EU-Mitgliedsstaaten sind derzeit noch weit davon entfernt, ihre hier gesteckten Ziele zu erreichen. Eines der Ziele des 'European Green Deal' der Europäischen Kommission ist der Erhalt und die Wiederherstellung von Ökosystemen und Biodiversität. Vor diesem Hintergrund wurden eine Reihe von Strategien angekündigt oder bereits veröffentlicht, welche einen Beitrag zur Erreichung von SDG 15 leisten sollen, wie z.B. die 'EU-Biodiversitätsstrategie für 2030', die 'Vom Hof auf den Tisch'-Strategie, oder die neue 'EU-Forststrategie' oder die Aktualisierung der EU-Bodenschutzstrategie. Andere Maßnahmen, wie die Gemeinsame Agrarpolitik der EU, stehen diesem Ziel eher entgegen). Inwieweit die EU die Umsetzung von SDG 15 auch in den Mittelpunkt ihrer Green Recovery Programme stellt (sowohl in Bezug auf Maßnahmen innerhalb der EU als auch innerhalb ihrer weltweiten Wertschöpfungsketten), ist derzeit noch offen. Mit diesem Vorhaben sollen die unterschiedlichen und sich teilweise widersprechenden Ziele, Strategien, und Maßnahmen, Instrumente und Indikatoren auf EU-Ebene untersucht werden und Ansatzpunkte für eine kohärente und wirksame Umsetzung der Maßnahmen zur Erreichung von SDG 15 bis 2030 identifiziert werden. Neben der Analyse der Strategien und Maßnahmen sollen mit Hilfe eines Stakeholder-Mappings zunächst relevante Akteursgruppen in der EU identifiziert werden. Durch Leitfadeninterviews und Workshops soll untersucht werden, welche Akteure welche Maßnahmen zur Umsetzung von SDG 15 auf vers. Ebenen erfolgreich durchführen.
Zunehmende Dürreperioden haben in den letzten Jahren Wälder in Mitteleuropa stark geschädigt. Unser Verständnis von Legacy-Effekten, d.h. von Abweichungen des Ökosystemzustands vom Zustand vor der Dürre aufgrund einer verzögerten Erholung oder Überkompensation, ist jedoch begrenzt. Die Dürreauswirkung auf verschiedene Baumarten und deren Erholung werden durch ein komplexes Zusammenspiel zwischen der Anpassungsstrategie einer Art, sowie den edaphischen und hydrologischen Bedingungen bestimmt. Diese ökohydrologischen Feedbacks an der Schnittstelle zwischen Boden und Baum können Schlüsselfaktoren für die Verstärkung oder Abmilderung von Dürreauswirkungen sein. Insbesondere unterirdische Prozesse und der Einfluss artenspezifischer ökohydrologischer Feedbacks bei Trockenheit sind weitgehend unerforscht. Um diese ökohydrologischen Feedbacks zu quantifizieren, sind stabile Wasserisotope ein idealer Tracer. Unser neues Messsystem zur kontinuierlichen Messung stabiler Wasserisotope in-situ ermöglicht wichtige unterirdische Prozesse, wie z.B. die Wasseraufnahme von Wurzeln, und deren Einfluss auf den Wasserhaushalt der Bäume auf täglicher Basis zu bestimmen. Mit einem Regenausschlussexperiment werden wir die Dürreresistenz und Legacy-Effekte von fünf wichtigen Baumarten (Buche, Fichte, Tanne, Traubeneiche, Douglasie) unter verschiedenen Trockenheitsregimen untersuchen. Isotopen-Tracer-Experimente nach jeder Dürre in Kombination mit ökohydrologischen Messungen werden zur Quantifizierung von Dürrefolgen von a) Sommer-, b) Frühjahrs- und c) wiederkehrender Trockenheit und der Auswirkung von ökohydrologischen Feedbacks auf verschiedene Legacy Effekte genutzt. Ziel ist die Quantifizierung der unterschiedlichen Dürre- und Legacyeffekt der fünf ausgewählten Baumarten insbesondere bezüglich wiederkehrender Trockenheit. Wir untersuchen die Hypothese, dass die art-spezifischen ökohydrologischen Feedbacks an der Schnittstelle zwischen Baum und Boden für die Legacy-Effekte bei wiederkehrender Trockenheit entscheidend sind. In Arbeitspaket 1 (AP1) wird unser Messsystems für stabile Wasserisotopen weiterentwickelt, um eine höhere räumliche und zeitliche Auflösung zu ermöglichen. Nach der Installation von ökohydrologischen Messsensoren (AP2) werden eine Frühjahrs- (1. Jahr) und Sommertrockenheit (2. Jahr) mit einem dynamischen Regenausschlussexperiment simuliert (AP3). Isotopentracer-Experimente nach den experimentellen Dürren werden ökohydrologischen Feedbacks an der Schnittstelle zwischen Baum und Boden aufdecken und ihre Bedeutung für Legacy Effekte herausstellen. AP4 wird Legacy-Effekte und ökohydrologische Feedbacks quantifizieren und darauf abzielen, hydrologische Modelle zu verbessern, um ökohydrologische Feedbacks zu berücksichtigen (WP4). Die Untersuchung von Trockenheitsanfälligkeit, Legacy-Effekten und deren ökohydrologischen Feedbacks wird wichtige Erkenntnisse liefern, um unsere Wälder klimaresistenter zu machen.
Die Biologische Kohlenstoffpumpe (BCP) steuert die Zufuhr, Verwertung und Speicherung von Kohlenstoff in den Weltmeeren. Ein mechanistisches Verständnis der BCP erfordert kontinuierliche Beobachtungen, welche Biologie, Ozeanographie und Geochemie über Zeit, Wasserschichten und Umweltbedingungen verknüpfen. Solche Beobachtungen der BCP im Südlichen Ozean fehlen, und erfordern autonome Technologien. Basierend auf autonomen Probennehmern und Sensoren, gibt YIPPEE ganzjährige Einblicke in die taxonomischen und funktionellen Merkmale der BCP im Weddellmeer. Dieses "letzte Eisgebiet" mit zentraler Bedeutung für das globale Klima ist ein natürliches Labor für das Verständnis polarer Prozesse und ihrer Reaktion auf den Klimawandel. Die Verankerung wurde zwischen März 2021 und März 2022 erfolgreich ausgebracht. Vorläufige Analysen von eDNA und Umweltparametern bestätigen die Konsistenz des Datensatzes. Drei Arbeitspakete beleuchten die biologische Vielfalt und funktionelle Genomik über ein komplettes Jahr im Kontext von Wassermassen, Eisbedeckung und Nährstoffkonzentrationen. Essenziell ist die hochauflösende biologische und ökologische Probenahme, welche Dynamiken in der photischen Zone mit geochemischen Flüssen in die Tiefsee verbindet. eDNA-Sequenzierung wird Populationen - von Bakterien bis Metazoen - während spezifischer Ökosystemzustände darstellen, sowie deren zeitliche und ökologische Konnektivität. Dies wird Übergangsperioden und zentrale Wendepunkte im Jahreszyklus aufdecken: die Schwelle des Tageslichts, welches Phytoplanktonwachstum auslöst, bakterielle Aktivitäten nach dem ersten photosynthetischen Impuls, sowie die Sukzession von Protisten und Zooplankton. Die Sequenzierung von Long-Read-Metagenomen wird funktionelle Signaturen saisonaler Ökosystemzustände aufzeigen und den Beitrag biogeochemischer Pfade über Umweltgradienten quantifizieren, was eine Klassifizierung des Jahreszyklus in Perioden der Autotrophie und (Chemo-)Heterotrophie sowie der zugrundeliegenden Stoffwechselwege ermöglicht. Genetische Funktionen, welche während hoher Eisbedeckung vorherrschen, schaffen einen Bezugswert für das "wahre" Weddellmeer vor den Auswirkungen des Klimawandels. Drittens eröffnet der Vergleich antarktischer und arktischer Dynamiken eine bipolare Perspektive auf die funktionale Saisonalität und den Aufbau biologischer Gemeinschaften. Dieses hochauflösende Bild der wichtigsten Taxa, genetischen Vielfalt, ökologischen Netzwerke und Nährstoffflüsse erstellt ein einzigartiges Bild der antarktischen BCP, und polarer Ökosysteme im Allgemeinen. YIPPEE steht im Einklang mit ~10 anderen SPP-Projekten und zentralen SPP-Zielen, einschließlich angeregter Langzeitbeobachtungen. Alle Daten und bioinformatischer Code werden sofort veröffentlicht. Zusätzlich zu wissenschaftlichen Publikationen werden die Ergebnisse über eine interaktive Web-App und gesellschaftliche Kommunikationskanäle verbreitet.
Praktisch alle Lebewesen auf unserem Planeten zeigen tägliche und saisonale Rhythmen. Diese Rhythmen werden durch endogene Uhren erzeugt, die es Organismen, einschließlich Menschen, ermöglichen, tägliche und saisonale Lebenszyklusfunktionen mit rhythmischen Änderungen ihrer Umgebung zu synchronisieren. Unser derzeitiges molekulares Verständnis von biologischen Rhythmen und Uhren ist jedoch hauptsächlich auf terrestrische Modellarten beschränkt. Im Gegensatz dazu wissen wir sehr wenig über die endogenen Uhren mariner Organismen und wie sie mit Umweltzyklen interagieren. Dies gilt insbesondere für marine ökologische Schlüsselarten wie den im Südpolarmeer endemischen Antarktischen Krill (Euphausia superba). Sein Lebensraum in den hohen Breitengraden ist durch extreme jahreszeitliche Umweltveränderungen gekennzeichnet (Tageslänge, Lichtintensität, Nahrungsverfügbarkeit) und zählt zu den sich am schnellsten erwärmenden Gebieten auf der Erde. Diese fein abgestimmten Wechselwirkungen, zwischen Organismen wie Krill und ihrem Lebensraum, die sich über Jahrmillionen entwickelt haben, werden durch die Folgen des schnell voranschreitenden Klimawandels beeinflusst. Daher ist es unser übergeordnetes Ziel, herauszufinden, wie rhythmische Umweltsignale (Tag / Nacht-Zyklus, Photoperiode) molekulare Oszillationen erzeugen und insbesondere polaren Meeresorganismen wie dem Antarktischen Krill ermöglichen, rhythmische Veränderungen in ihrer Umgebung zu antizipieren und ihren Lebenszyklus dementsprechend zu synchronisieren. Um dies zu erreichen, wollen wir die Beteiligung der endogenen Uhr an zentralen Lebenszyklusfunktionen im Antarktischen Krill mithilfe von saisonalen Verhaltensexperimenten, sowie Genexpressionsanalysen von Markergenen der inneren Uhr und Stoffwechselprozessen, untersuchen. Darüber hinaus wollen wir den Ort und die Anatomie der zirkadianen Uhr im Gehirn von E. superba durch In-situ-Hybridisierung und immunozytochemische Studien charakterisieren, um die molekularen und neuronalen Mechanismen zu verstehen, die der endogenen Uhr zugrunde liegen. Schließlich werden wir die endogene Uhr experimentell manipulieren, um zu verstehen, wie der endogene Rhythmus und die äußeren Bedingungen das Verhalten und die Physiologie des Antarktischen Krills bestimmen. Wir hoffen mit den geplanten Arbeiten die Mechanismen zu verstehen, die der Anpassung an extreme Umweltbedingungen in Polarregionen zugrunde liegen, und Krill‘s Plastizität im Hinblick auf anhaltende Ökosystemveränderungen im Südpolarmeer bedingen.
Die Tages- und Jahreszeit abhängigen Lichtverhältnisse in den verschiedenen Breitengraden sind eines der stabilsten Umweltsignale und bestimmen zusammen mit den lokalen klimatischen Bedingungen und den biochemischen Wassereigenschaften die spektrale Lichtzusammensetzung und die Lichtintensität im Ozean. Meeresorganismen haben sich an diese lokalen Lichtbedingungen angepasst, was wiederum ihre Fitness erhöht und zum Fortbestand der jeweiligen Art beiträgt. Bei marinen Mikro-Eukaryoten ist eine Vielzahl von Photorezeptoren bekannt, die an diesem Prozess der Anpassung an das vorherrschende Lichtregime beteiligt sind. Es gibt jedoch keine Studien über spezifische Anpassungen von Photorezeptoren in polaren marinen Mikro-Eukaryoten, obwohl das polare Lichtfeld aufgrund seiner extremen Saisonalität, einschließlich langer Perioden der Dunkelheit und langer Perioden mit niedrigem Sonnenstand, eine Besonderheit darstellt. Unser Ziel ist es daher zu verstehen, wie die Photorezeptoren insbesondere von Primärproduzenten im Südlichen Ozean, die die Grundlage für wichtige Ökosystemprozesse bilden, an ihren Anpassungen an die lokalen Lichtverhältnisse beteiligt sind. Das Ziel dieses Projekts trägt zu 3 übergreifenden Themen bei: 1) Reaktionen auf den Klimawandel, 2) Verbindungswege zu den niederen Breiten und 3) Verbessertes Verständnis von polaren Prozessen und Mechanismen. Um das Projektziel zu erreichen, werden wir verschiedene Arten von Untersuchungen durchführen, deren Ergebnisse wissenschaftlich kohärente Informationen liefern werden. Dazu gehört die eine vergleichende Analyse von Blaulicht-Photorezeptoren, die auf neu generierten Sequenzdaten sowie öffentlich verfügbaren Genom-, Transkriptom- und Metatranskriptomdaten basiert. Dieser Ansatz wird es uns ermöglichen, biogeographische Grenzen spezifischer Blaulicht-Photorezeptor-Sequenzen zu identifizieren. Darüber hinaus werden wir die Sequenzinformationen für eine biophysikalische Charakterisierung der Blaulicht-Photorezeptoren auf Proteinebene nutzen. Anhand der intrazellulären Signale, die von Blaulicht-Photorezeptoren ausgelöst werden, und der biophysikalischen Charakterisierung auf Proteinebene werden wir eine Beschreibung ihrer Empfindlichkeit gegenüber der spektralen Zusammensetzung des Blaulichtfeldes erstellen können. Insgesamt werden die Ergebnisse dieses Projekts Aufschluss darüber geben, wie spezifisch die Rezeptoren im Südlichen Ozean in Bezug auf Sequenzevolution, Empfindlichkeit und Absorptionsverhalten sind. Im Hinblick auf die globalen Klimaveränderungen kann uns dies Aufschluss darüber geben, wie spezifische Anpassungen an lokale photische Bedingungen die Verschiebung von Verbreitungsgebieten begrenzen können, da die Temperaturen in den Polarregionen zweifellos steigen, die Sonneneinstrahlung jedoch nicht.
Bodennahe Hypoxie (weniger als 2 mg/L gelöster Sauerstoff, DO) stellt ein wachsendes Umweltproblem in küstennahen und küstenfernen Regionen dar. Starke und langanhaltende Sauerstoffverarmung kann lethal für bodenlebende Organismen sein, benthische Lebensgemeinschaften und Ökosysteme zerstören und zu Todeszonen führen. Die räumliche Verbreitung, Intensität und Dauer von Hypoxie in der Ostsee, Heimat der weltweit größten sauerstoffarme Zone, haben im letzten Jahrhundert massiv zugenommen. Mangels Daten ist das zeitliche und räumliche Vorkommen küstennaher Sauerstoffverarmung wesentlich weniger charakterisiert als in tieferen Bereichen. Die Hauptfrage betrifft jedoch die Ursachen der drastischen Ausdehnung der Hypoxie in der Ostsee. Welche Rolle spielen Dichte-Stratifizierung und Eutrophierung genau? Eine Halocline verhindert die Durchlüftung tieferer Wasserschichten. Sie wird aufrecht erhalten durch Süßwassereintrag über Flüsse und Niederschlag sowie salzhaltige Einströmungen der Nordsee. Umgekehrt hat anthropogener Nährstoffeintrag die Primärproduktion stark stimuliert und mit ihr den Verbrauch von Sauerstoff beim Abbau vermehrt anfallender organischer Substanz. Um ein mechanistisches Verständnis dieser komplexen Prozesse zu erlangen sind lange, hochaufgelöste Datensätze nötig, die aber bislang nicht verfügbar sind. Tatsächlich fehlen langzeitliche Beobachtungsdaten von DO, und die Kenntnis der Geschichte der Ostsee-Hypoxie (vor Aufnahme instrumenteller Messungen) beruht zum Großteil auf Proxy-Daten laminierter Sedimente. Obgleich letztere einzigartige Einblicke in langzeitliche DO Trends bieten, liefern sie keine hohe Auflösung, keine Daten aus Flachwassergebieten und keine quantifizierbaren DO-Daten.Hauptziel geplanter Studien ist es, ein nahezu ungenutztes Archiv für Hypoxie und Eutrophierungsstatus zu etablieren, nämlich Schalen langlebiger Muscheln. Wir wollen einen Multiproxy-Ansatz für die Rekonstruktion von DO entwickeln (basierend auf Mn/Ca, Fe/Ca, I/Ca, delta34S) und diese Methode zur Rekonstruktion der spätholozänen Geschichte der Hypoxie in gewählten Bereichen der Ostsee einsetzen, und das mit beispielloser zeitlicher Auflösung. Dazu sollen Schalen lebender und subfossiler Muscheln (Arctica islandica, Astarte borealis) zum Einsatz kommen. Masterchronologien sollen entwickelt werden, mit deren Hilfe sich die DO-Gehalte der letzten 200 Jahre saisonal und jährlich aufgelöst rekonstruieren lassen. Weiterhin 14C(AMS)-datierte subfossile Schalen einen Einblick in vorindustrielle Zustände liefern. Um die relative Bedeutung physikalischer Forcings und anthropogener Eutrophierung auf die Ausdehnung der hypoxischen Zone in jüngster Vergangenheit zu evaluieren, sollen auch Proxies für den eutrophen Status (delta15N, P/Ca) entwickelt und angewendet werden. Ergebnisse geplanter Untersuchungen können auf andere Meeresräume übertragen werden und dadurch die marine ökologische Forschung signifikant voranbringen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 9 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 9 |
| License | Count |
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| offen | 9 |
| Language | Count |
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| Resource type | Count |
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| Boden | 8 |
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