Der Pestizideinsatz steigt sowohl in der Landwirtschaft als auch im Privatbereich. Von den eingesetzten Pestiziden stellen glyphosat-basierte Herbizide die am meisten verwendeten Produkte dar. Wenn diese Produkte in der Nähe von Gewässern eingesetzt werden, kann dies auch zur Kontamination dort lebender Amphibien und Algen führen. Inwiefern die Wirkung von Pestiziden auf Nicht-Zielorganismen durch den Klimawandel (generelle Erwärmung bzw. Zunahme an Extremtemperaturen) beeinflusst wird, ist nur sehr wenig untersucht. Im vorliegenden Projekt wurde ein Experiment zum Einfluss des glyphosat-basierten Herbizids Roundup PowerFlex® und der Temperatur auf die Ei- bzw. Kaulquappen-Entwicklung der Erdkröte (Bufo bufo), vergesellschaftete Algengemeinschaften, sowie abiotische Parameter im Umgebungswasser im April und Mai 2015 durchgeführt.
Die Resultate zeigten Effekte von Herbizidkonzentration und Temperatur auf die Morphologie der Erdkröten. Kombinierte Effekte von Herbizidkonzentration und Temperatur wirkten sich signifikant auf die Körperlänge und Körperbreite der Kaulquappen aus. Bemerkenswert war auch eine Interaktion von Herbizid und Temperatur, sodass bei 76% aller Kaulquappen deformierte Schwänze bei 15°C auftraten, wohingegen keine Schwanzdeformationen in der Kontrollgruppe ohne Herbizideinsatz bei 15°C oder generell bei Kaulquappen bei 20°C auftraten.
Die Herbizidkonzentrationen bewirkten auch eine Verschiebung der Diversität und Zusammensetzung der Algengemeinschaften; die Algendichte war nicht beeinflusst. Die Wassertemperatur beeinflusste die Algendiversität, zeigte jedoch nur marginale Effekte auf Algendichte. Weder die Algendichte noch die Algendiversität zeigte signifikante Effekte auf die Morphologie der Kaulquappen. Höhere Temperaturen führte zu einem reduzierten Sauerstoffgehalt und pH-Wert des Umgebungswassers.
Die durch Herbizide oder Temperatur hervorgerufene Beeinflussung von Erdkrötenentwicklung und Algengemeinschaften können potentiell ökologische Interaktionen in Süßwasserökosystemen verändern. Die hier gefundenen Herbizid-Temperatur-Interaktionen lassen die Relevanz der Risikobewertungen von Pestiziden bei Standardtemperaturen hinterfragen.
Um die Resilienz wichtiger Landnutzungssysteme der Tropen gegenüber Klimaschwankungen und Klimawandel zu bewerten, untersuchen wir, wieviel funktionale Diversität im Hinblick auf die hydraulische Strategien der Bäume verloren geht, wenn artenreiche Tieflandregenwälder in Gummibaum- und Ölpalmen-Plantagen umgewandelt werden. Wir messen die Kavitationsresistenz (P50-Wert), das minimale Xylem-Wasserpotential und die hydraulische Leitfähigkeit von Zweigen, und erfassen anatomische Eigenschaften des Xylems, stomatäre Regulationsmuster und den hydraulic safety margin (HSM) in einer großen Zahl von Holzgewächsen in drei weit verbreiteten tropischen Landnutzungssystemen.
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.
Lignocellulose ist ein noch weitestgehend ungenutzter, nachwachsender Rohstoff, dessen industrielle Verwertung im Sinne nachhaltiger Nutzung dringend intensiviert werden muss. Lignocellulose bildet die Zellwand verholzter Pflanzen und dient ihnen als Strukturgerüst. Jedes Jahr entstehen auf der Erde Milliarden von Tonnen Biomasse durch den natürlichen Vorgang der Photosynthese, ein signifikanter Teil dieser Biomasse besteht aus Lignocellulose. Durch die dichte Struktur und Verknüpfung ist Lignocellulose nur schwer zugänglich und findet entsprechend bisher beispielsweise in der chemischen Industrie nur wenig Verwendung. Hier kommen Bioraffinerien ins Spiel, die einen aussichtsreichen Ansatz für eine effiziente Nutzung nachwachsender Rohstoffe darstellen. Der kritische Schritt beim Einsatz von Lignocellulose als Ausgangsmaterial liegt in der enzymatischen Umsetzung zu löslichen Zuckern und Lignin. Die bisher zur Anwendung kommenden Enzyme sind bei weitem nicht optimal und es besteht die Notwendigkeit für effizientere und robustere Enzyme für den Lignocelluloseabbau. Der Schiffsbohrwurm ist trotz seines Namens kein Wurm, sondern eine Muschel-Art mit wurmartig gestrecktem Körperbau. Er ist ein sehr robuster Meeresbewohner, der weltweit ernste Schäden an jeglichem im Meerwasser befindlichen Holz verursacht. Von besonderem Interesse ist der Verdauungstrakt, indem das zerkleinerte Holz mittels spezieller Enzyme abgebaut wird, welche von einer Gemeinschaft symbiontischer Mikroorganismen im Kiemengewebe sekretiert werden. Diese symbiontischen Mikroorganismen sind auf die Verwertung von Lignocellulose spezialisiert und erreichen dies durch einen besonderen Enzymcocktail in einer definierten physiochemisch-stabilen Umgebung. Durch Identifizierung und Untersuchung der daran beteiligten Gene und Enzyme haben wir die Möglichkeit, im Hinblick auf einen effizienten und nachhaltigen enzymatisch katalysierten Lignocelluloseabbau einen großen Schritt vorwärts zu kommen.
Einen Mangel an Holz, welcher für die nahe Zukunft prognostiziert wird, kann zukünftig durch die Bereitstellung von Holz schnellwachsender Baumarten, zumindest für spezifische Sortimente, entgegengewirkt werden. Darüber hinaus wird eine nachhaltige Gestaltung der Wertschöpfungsketten, also eine gesteigerte Effizienz der Holznutzung im Allgemeinen und der Agrarholz-Nutzung im Speziellen erforderlich sein. Dabei muss der stofflichen Nutzung in Kombination mit der energetischen Nutzung - beispielsweise in Nutzungskaskaden - mehr Bedeutung beigemessen werden, als dies durch die alleinige Verbrennung des Rohstoffes Holz zur Bio-Energiegewinnung gewährleistet wird. In dem Teilvorhaben sollen deshalb folgende Ziele erreicht werden: 1. Grundlegende Beschreibung der physiologischen Charakteristika der FastWOOD-Sorten, deren Xenylemzellcharakteristika sowie deren Verwendbarkeit. Als Basisparameter für die thermische Verwertbarkeit des Rohstoffes werden biochemische Holzeigenschaften, der Brennwert und die Aschegehalte in die Charakterisierung einbezogen. Als wichtigstes Kriterium für diverse stoffliche Nutzungen wird die Rohdichte neben den bisher bereits untersuchten Xylemzelleigenschaften aufgenommen. 2. Darstellung der Bewurzelungsfähigkeit verschiedener Pappelgeotypen sowie der frühen Wurzel- und Spross-Entwicklungsphase unter verschiedenen Nährstoff- und Bewässerungsbedingungen als Grundlage für eine gezielte Steuerung der Wuchsbedingungen während der Etablierungsphase. 3. Sammlung und Inkulturnahme von neuen, unter dem Aspekt der Stresstoleranz gesammelten Zuchtakzessionen (Populus) aus natürlicher Verjüngung. 4. Eingrenzung der Parameter, die für eine frühzeitige Blühinduktion verantwortlich sind.