Other language confidence: 0.8839251425649857
A06 beschäftigt sich im SFB 1357 mit den Auswirkungen von chemisch komplexen und umweltrelevanten Mikroplastik (MP)-Partikel im System Boden-Mikroben-Pflanze mit speziellem Fokus auf Änderungen der Bodenaggregation, der Bodenchemie und der Bodenmikrobiologie in der Rhizosphäre von Nutzpflanzen. Aufbauend auf die 1. Förderperiode (FP) adressiert das Teilprojekt die Frage, welche Eigenschaften von umweltrelevantem MP zu Veränderungen in der Rhizosphäre führen und wie sich diese auf die entsprechenden Pflanzen wie Mais und Erdbeeren auswirken. Dabei legt das Teilprojekt verstärkt Wert auf den Vergleich von konventionellem MP mit bioabbaubaren Kunststoffen, deren Wirkung auf die Bodenchemie und die Bodenmikrobiologie erheblich größer sein könnten. Aus der 2. FP werden zudem Erkenntnisse erwartet, die zur ökotoxikologischen Bewertung von MP für Mikroorganismen in Böden und daher indirekt für Pflanzen beitragen. In einem SFB-übergreifendem Bodenmesokosmen-Experiment werden Fragestellungen aus den Projektbereichen A, B und C im Rahmen der Querschnittsthemen „Migration-Expositionswahrscheinlichkeit“ und „Effekte-Alterung“ an der Schnittstelle Boden untersucht.
Kontaminanten mit antimikrobiellen Eigenschaften wie Schwermetalle und Antibiotika stellen eine erhebliche Bedrohung für die Bodengesundheit dar. Während Schwermetalle oft als Altlasten betrachtet werden, handelt es sich bei Antibiotika um aufkommende Kontaminanten. Flussaueflächen, die sich zwischen schadstofftransportierenden Flüssen und landwirtschaftlichen Flächen befinden, sind potenzielle Hotspots für das gleichzeitige Auftreten und die Vermehrung von Schwermetall-Resistenzgenen (HRGs) und Antibiotika-Resistenzgenen (ARGs). Diese Studie zielt darauf ab, die Rolle von Flussaueflächen als Kontaktzonen für das gleichzeitige Auftreten und die Bewegung von Antibiotika und Schwermetallen sowie der damit verbundenen Resistenzen zu untersuchen. Wir nehmen an, dass Resistenzgene gegen einen Kontaminanten in Anwesenheit des anderen Kontaminanten in Flussaueflächen verbreitet werden, da beide Resistenzen aus unterschiedlichen Quellen in die Flussaueflächen gelangen und auf denselben mobilen genetischen Elementen auftreten. Drei Forschungsziele werden verfolgt: Bestimmung der Häufigkeit und Verteilung von HRGs und ARGs in Flussaueflächen und deren Verteilung entlang entgegengesetzter Antibiotika- und Schwermetallgradienten. Erforschung der Anpassung von Flussaue-Graslandschaften an die Co-Kontamination mit Schwermetallen und Antibiotika sowie Untersuchung der Bewegung von Resistenzgenen. Bewertung des Einflusses der Rhizosphäre auf die Vermehrung von ARGs und HRGs unter Einwirkung eines der Kontaminanten. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt umfasst Felduntersuchungen zur Messung von Schwermetall- und Antibiotikakonzentrationen sowie zur Quantifizierung der entsprechenden Resistenzgene. Es werden zusätzliche Faktoren untersucht, die die Ausbreitung von Resistenzgenen beeinflussen, einschließlich Bodengeochemie, Biotopart, Klima und Dynamik der mikrobiellen Gemeinschaft. Ein Modellversuch mit einem Flussauenstreifen wird durchgeführt, um die Bewegung und den Abbau von Resistenzgenen zu beurteilen. Die Anpassung der mikrobiellen Gemeinschaften wird mittels Amplicon-Sequenzierung analysiert und die Rolle der Rhizosphäre-Prozesse bei der Vermehrung von Resistenzgenen wird bewertet. Die Ergebnisse dieser Studie tragen zu einem besseren Verständnis der Faktoren bei, die das gleichzeitige Auftreten und die Vermehrung von ARGs und HRGs in Flussaueflächen beeinflussen.
In diesem Projekt werden die Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Pilzen mit dem Ziel erforscht, Faktoren zu ermitteln, die Infektionsprozesse entweder fördern oder abschwächen. Wir untersuchen die Rolle von Pilz-"Helferbakterien" und Schutzsymbionten nützlicher Bodenpilze, die Virulenzfaktoren inaktivieren bzw. den Wirt vor Fressfeinden schützen. Unsere Ergebnisse geben nicht nur Aufschluss über ökologisch relevante Interaktionen zwischen mehreren Partnern, sondern sind auch für Anwendungen in Landwirtschaft und Medizin von Bedeutung.
Organismen im Plankton bilden komplexe Gemeinschaften die substanziell zur globalen Primärproduktion beitragen und die Grundlage des marinen Nahrungsnetzes bilden. Dieses Projekt adressiert die Rolle von Sekundärmetaboliten in der Organisation von komplexen Plankton Gemeinschaften. Wir untersuchen den Einfluss des Bakteriums Kordia algicida das Mikroalgen lysieren kann auf das Plankton Microbiom. Die Regulation der Interaktion und die kaskadierenden Effekte auf die Lebensgemeinschaften im Meer werden in Labor- und Felduntersuchungen adressiert.
Einer der global größten Kohlenstoffspeicher ist die organische Bodensubstanz (OBS), welche eine zentrale Quelle für die Pflanzennährstoffe Stickstoff (N) und Phosphor (P) darstellt. Bodenmikroorganismen sind die Hauptakteure beim Umsatz der OBS und damit ein zentrales Bindeglied zwischen Kohlenstoff- (C) und Nährstoffkreisläufen. Sie sind jedoch stark durch Phagen (also Viren, die Bakterien befallen) beeinflusst. In Ozeanen sterben täglich 20% der bakteriellen Zellen durch Phagen, was zu einem Umsatzpfad („viral shunt“) führt, der große Mengen organischer Substanz und damit assoziierter Nährstoffe aus bakterieller Biomasse freisetzt. Das erhöht die Produktivität der Ozeane und speichert C in bakteriellen Rückständen. Trotz ihrer hohen Abundanz in Böden wurden Phagen in der Bodenbiogeochemie kaum berücksichtigt. Meine Nachwuchsgruppe wird erstmals untersuchen wie die Biophysik des Mikrohabitats die Infektion durch Phagen und damit bakterielle Sterberaten steuert. Wir werden herausfinden, ob hierdurch ein vergleichbarer „viral shunt“ in Böden vorliegt und quantifizieren dessen Auswirkung auf Nährstoff- und CO2-Feisetzung sowie auch der Speicherung von C. Wir möchten gezielt über phänomenologische Beschreibungen hinausgehen und zugrundeliegende Mechanismen aufklären. Bodenmikrohabitate werden mit modernsten bildgebenden Verfahren zur Aufklärung mikroskaliger Strukturen charakterisiert: 3D Wasserverteilung im Habitat durch synchrotronbasierte Mikrotomographie, Verteilung der OBS mit Rasterelektronenmikroskopie und Mineralogie der Porenoberflächen mittels Raman-Mikrospektroskopie. Phagen aus Böden werden isoliert und ihre Phage-Habitat-Interaktionen erfasst, um so die Relevanz des Mikrohabitats für die Phagenausbreitung zu eruieren. Der Einfluss des Mikrohabitats auf die Infektionsrate und damit auf Stoffkreisläufe wird mittels der Kopplung molekularer Methoden mit Isotopenanwendungen untersucht werden, und zwar i) 18O-DNA Markierung (SIP) zur Erfassung der Phagenbildung sowie des bakteriellen Zellsterbens, ii) der Bestimmung der Abundanz relevanter funktioneller Gene und iii) der Quantifizierung der Mineralisationsraten durch Isotopenverdünnung. Der Einsatz isotopisch markierter Phagen (13C, 15N, 33P) wird die phageninduzierte Änderungen der Elementflüsse aufzeigen. Damit wird erstmal ein mechanistisches Verständnis erlangt, wie Bodenphagen in Interaktion mit ihrem Habitat biogeochemische Kreisläufe von globaler Bedeutung beeinflussen. Des Weiteren wird der Einfluss dynamischer Änderungen des Mikrohabitats auf Phagen untersucht sowie evolutionäre Anpassungen der Phagen an ihre Habitate. Detailliertes Prozessverständnis ist hier von höchster Relevanz um die Auswirkung anthropogener Aktivität oder des Klimawandels auf Bodenphagen vorherzusagen. Daher werden diese Erkenntnisse final in ein dynamisches Modell integriert, um erstmals die Vorhersage phageninduzierter Prozesse in Böden zu ermöglichen - für deren Einsatz in Landnutzung und Landwirtschaft.
Der Energiehaushalt von Bachoberläufen in bewaldeten Einzugsgebieten hängt stark vom Eintrag allochthonen organischen Materials (bspw. Laubstreu) ab. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, zu verstehen, wie die in diesem Material gebundene Energie für das Nahrungsnetz verfügbar gemacht werden. Dies istbesonders vor dem Hintergrund des stetig zunehmenden Drucks durch Schadstoffe von Signifikanz. Obwohl sich ca. 90 % dieses organischen Materials im Hyporheal akkumulieren, wurden die Auswirkungen von chemischem Stress auf dessen Abbau fast ausschließlich in der benthischen Zone untersucht. Die Bedeutung dieser Wissenslücke wird durch die fehlende Übertragbarkeit der beobachteten Auswirkungen von Schadstoffen auf diesen ökosystemaren Prozess zwischen benthischen auf hyporheische Habitat unterstrichen. Darüber hinaus unterscheiden sich innerhalb des hyporheische Habitats die Umweltbedingungen zwischen Zonenmit ab- bzw. aufsteigendes Oberflächen- bzw. Grundwasser deutlich, was eine Verallgemeinerung der Beobachtungen zusätzlich erschwert. INFUSED tritt an unser Verständnis über die Auswirkungen von Schadstoffen auf den Abbau organischen Materials besser zu verstehen, indem das Projekt über benthische Systeme hinaus geht. INFUSED wird die Auswirkungen von Fungiziden und Antibiotika auf die Zersetzung organischer Stoffe in den auf- und absteigenden Zonen des Hyporheal experimentell untersuchen und diese Beobachtungen den Auswirkungen in der benthischen Zone gegenüberstellen; letztere dient als Referenzpunkt. Die indirekten Auswirkungen dieser antimikrobiellen Schadstoffe auf Detritivorenwerden durch Nahrungswahlversuche und anschließende Langzeit-Fütterungstests adressiert. Ein Folgeexperiment wird sich auf Insektizide konzentrieren, die sich direkt auf die Aktivität von Detritivoren auswirken können. Diese Studie testet die Hypothese, dass die Aktivität der Detritivoren sich ins Sediment einzugraben negativ beeinflusst wird, was sich auf ihre Fähigkeit auswirkt, vergrabenes organisches Material zu erreichen und folglich zu konsumieren. Durch die Kombination beider Ansätze werden direkte und indirekte Effekte in einem naturnahen Nahrungsnetz untersucht. Durch die Nutzung von organischem Material, markiert durch stabile Isotopen, kann INFUSED die relative Bedeutung dieser Nahrungsquelle für komplexe Nahrungsnetze quantifizieren. INFUSED basiert somit auf der Hypothese, dass Fungizide und Antibiotika sowohl den Abbau organischen Material als auch dessen Qualität als Nahrung für Detritivore (in)direkt beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu wirken sich Schadstoffe welche Detritivoren beeinflussen (z. B. Insektizide) top down auf den Abbau organischen Materials aus. Folglich wird INFUSED unser Verständnis der möglichen Auswirkungen von Schadstoffen auf den Abbau organischen Materials im Hyporheal deutlich erweitern.
In Wüstenökosystemen wird die zeitliche Dynamik durch Nass-Trocken-Zyklen bestimmt, und diese werden durch den Klimawandel zunehmend gestört. Niederschläge in Wüstenökosystemen lösen einen unmittelbaren CO2-Anstieg aus, verbunden mit erheblichen Emissionen von Petrichor, dem "Geruch von Regen". Dieser erdige Geruch setzt sich aus verschiedenen flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) zusammen, die mit dem Wind über große Entfernungen transportiert werden. Die Wassertröpfchen, die mit trockenen Böden in Berührung kommen, setzen zuvor gebundene VOCs frei und regen Bakterien und Pilze zur Neuproduktion von VOCs an. Sechzig Jahre nach der ersten Beschreibung von Petrichor ist immer noch wenig über seine Rolle in der Bodenökologie und seine Bedeutung für die Atmosphärenchemie bekannt.Biotische Interaktionen zwischen Mitgliedern mikrobieller Gemeinschaften im Boden erfolgen durch den Austausch von Signalmolekülen. Flüchtige Signale wirken auf einer größeren räumlichen Skala als lösliche Verbindungen und werden zunehmend als entscheidende Infochemikalien zur Vermittlung von intra- und interspezifischen Interaktionen zwischen Bodenmikrobiota anerkannt. Dennoch ist wenig über die spezifischen Funktionen von VOCs und ihre Rolle bei der Vermittlung von Wechselwirkungen zwischen Organismen bekannt, insbesondere in Trockengebieten.Die Emissionen von Petrichor aus Trockengebieten wie der Negev-Wüste (Israel) werden sich in naher Zukunft verändern, da die Niederschlagsmenge bis 2050 voraussichtlich um ~40 % zunehmen wird. Biogene flüchtige organische Verbindungen (VOC) - insbesondere Terpenoide und Benzoide - sind als wesentliche Akteure der Atmosphärenchemie bekannt und beeinflussen das Klima durch Wolkenbildung und die Entstehung sekundärer organischer Aerosole die Strahlungsenergie absorbieren und streuen. Mikrobielle Bodengemeinschaften dominieren die Wüstenökosysteme, die sich über 20 % der Erdoberfläche erstrecken. Daher ist es dringend erforderlich, die Rolle der mikrobiellen Gemeinschaften im Wüstenboden für die Chemie der Atmosphäre zu untersuchen. Unser Ziel ist es, die Quellen, Regulierungsmechanismen und Kontrollfaktoren der VOC-Emissionen in Wüstenökosystemen zu verstehen, was für die Erstellung umfassender globaler Klimaprojektionsmodelle von größter Bedeutung ist. Zu diesem Zweck wollen wir Veränderungen in der Petrichor-Zusammensetzung entlang eines Trockenheitsgradienten in der Negev-Wüste (Israel) quantifizieren und charakterisieren, die gesamte aktive mikrobielle Gemeinschaft (Eukaryonten, Prokaryonten, Archaeen) nach Niederschlagsereignissen in den Biokrusten der Wüste und in tieferen Bodenschichten identifizieren, mit Hilfe von Netzwerkanalysen Kandidaten für die Produktion von und die Reaktion auf VOC ermitteln und die Rolle der VOC durch Experimente mit mikrobiellen Isolaten und durch die Anwendung von Inhibitoren der wichtigsten Petrichor-VOC in Böden verifizieren und die globalen Auswirkungen der Petrichor-Emissionen hochskalieren.
Die neuseeländischen Südalpen bieten ein ideales Umfeld für Studien der Bodenentwicklungsprozesse entlang der Chronosequenzen aufgrund der hohen Frequenz an Erdrutschen. Die Erdrutsche in den neuseeländischen Südalpen wurden in früheren geomorphologischen und geochemischen Forschungsarbeiten umfassen studiert und zeichnen sich zudem durch eine gute Zugänglichkeit aus. Allerdings waren die ökologischen Aspekte der Ökosystemherstellung hauptsächlich von der Perspektive der Vegetation untersucht. Das Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist die Untersuchung der Ökosystemherstellung mit Schwerpunkt auf mikrobiellen Prozessen in Böden entlang einer Erdrutsch Chronosequenz. Prokaryotischen (Bakterien; Archeen) und eukaryotischen (Algen; Pilze) Bodenmikrobengemeinschaften und ihre Funktionspotenziale werden in Kombination mit geochemischen Analysen, Messungen der Emissionen der Respirationsgase und physiologischen Studien der nitrifizierenden Mikroorganismen studiert. Die Daten werden es ermöglichen, ein holistisches Bild der Ökosystementwicklung zu präsentieren und die Rolle der Mikroorganismen bei der Besiedlung von Initialhabitaten zu untersuchen. Die Identifizierung der dominanten mikrobiellen Taxa und Funktionspotentiallen entlang einer Chronosequenz kann außerdem als eine zusätzliche Methode zur Erkennung des Sukzessionsstatus des Ökosystems bieten. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt wird in sich einen bottom-up und top-down Ansätze der Ökosystemforschung kombinieren. Dabei werden die mikrobiellen Gemeinschaften auf Grundlage ihrer molekularen Identität und ihres funktionellen Geninventars mit Feldmessungen der Respirationsgasflüsse und physiologischen Studien zusammen untersucht. Das Forschungsprojekt wird sich auf die folgenden Fragen fokussieren: (a) Zeichnen sich die Erdrutschböden entlang einer Chronosequenz durch unterschiedliche Kerngemeinschaften aus und dominieren bestimmte Taxa?(b) Wie verändern sich die Flüsse der wichtigsten Respirationsgase (CO2, CH4, N2O) während der Sukzession und wie korrelieren diese mit dem funktionellen Geninventar und der Zusammensetzung der Bodenmikrobengemeinschaften?(c) Wie beeinflusst der Gehalt an reaktiven Stickstoff (z. B. Ammonium) die Zusammensetzung der Gemeinschaften von nitrifizierenden Mikroorganismen?Innovation - Dieses Projekt wird die Primärsukzession aus der Perpektive der Entwicklung der Bodenmikrobengemeinschaften und deren Funktionen untersuchen. Die Studie wird prokaryotische und eukaryotische Analysen kombinieren. - Entwicklung der Erdrutschböden wird in einem holistischen Ansatz studiert, indem molekulare Techniken in Kombination mit geochemischen Untersuchungen und Feldmessungen der Flüße der Respirationsgase integriert werden. - Mikroorganismen, die Nitrifikationsprozess in untersuchten Böden katalysieren, werden angereichert und ihre Physiologie studiert. Somit wird die Evolution eines der Schlüsselprozesse des N Zyklus in einer Boden Chronosequenz untersucht.
Methan (CH4) ist das zweitwichtigste Treibhausgas und trägt wesentlich zur globalen Erwärmung bei. Im Jahr 2021 wurden weltweit politische Anstrengungen beschlossen, um die stark angestiegenen Methanemissionen einzudämmen. Das Bodenmikrobiom ist die wichtigste terrestrische Methansenke und stark von der Landnutzung beeinflusst. Eine große Herausforderung für die Landwirtschaft ist die Anpassung der Landnutzungsintensität von Grünländern, um produktive und gleichzeitig nachhaltige Produktionssysteme zu gewährleisten. Zwei grundlegend unterschiedliche Gruppen von Mikroben sind für den CH4-Kreislauf entscheidend. Methanotrophe Bakterien wirken als biologische Senke, indem sie atmosphärisches CH4 oxidieren, während methanogene Archaea in anoxischen Zonen, Aggregaten und tieferen Bodenschichten Methan produzieren. Im Rahmen des vorangegangenen Projekts haben die Partner (1) die negativen Auswirkungen von hoher Landnutzungsintensität auf methanotrophe Bakterien in Grünlandböden und (2) die hohe saisonale Dynamik des Mikrobioms aufgezeigt, die entscheidet, ob Grünland eine Quelle oder eine Senke für CH4 ist. Im Rahmen des neuen Projektantrages MetGrass werden wir daher die Auswirkungen einer geringeren Intensität der Grünlandnutzung auf Methanotrophe und Methanogene untersuchen. Hierfür werden wir uns an den etablierten gemeinsamen Grünlandexperimenten REX und LUX beteiligen. Wir werden vier komplementäre Hypothesen testen, mit den übergeordneten Zielen, festzustellen, (1) wie die De-Intensivierung zu Veränderungen in der Artenzusammensetzung und Abundanz von Methanotrophen und Methanogenen führt, (2) wie dies mit veränderten Methanflüssen zusammenhängt und (3) wie schnell diese Veränderungen sind. In Arbeitspaket (AP) 1 werden wir die langfristigen Erholungseffekte der CH4-Senkenfunktion und der Methanotrophen in Grünlandböden nach einer De-Intensivierung untersuchen. WP2 untersucht die kurzfristigen Reaktionen von Methanotrophen und Methanogenen auf einzelne Bewirtschaftungsmaßnahmen (z. B. Düngung und Mahd). In WP3 wollen wir ein mikrobiombasiertes Vorhersagemodell für Methanflüsse in Grünlandböden entwickeln. WP4 wird den Kipp-Punkt der Methan-Senkenfunktion eines Grünlandbodens bei steigenden Düngungsraten identifizieren und dadurch ein mechanistisches Verständnis der zugrunde liegenden Mikrobiomdynamik liefern. Wir werden eine einzigartige Kombination methodischer Ansätze anwenden, die den interdisziplinären Charakter des MetGrass-Teams widerspiegelt. MetGrass wird in der Lage sein, (a) drängende Fragen zu den Auswirkungen einer De-Intensivierung der Landnutzung auf die funktionelle Vielfalt und Aktivität dieser wichtigen Bodenmikroorganismen in Grünländern zu beantworten und (b) die Grundlage für die Verbesserung der Grünlandbewirtschaftung im Hinblick auf eine nachhaltige Landnutzung zu liefern.
Reduzierte Fließgeschwindigkeit wirkt sich auf Zusammensetzung und Genexpression der mikrobielle Gemeinschaft aus. In Phase II fokussiert sich das Projekt A01 auf (i) eine extreme Reduktion der Fließgeschwindigkeit, die zur Austrocknung führt und (ii) die darauffolgende Erholungsphase des Ökosystems mit dem Schwerpunkt auf mikrobiellen Schlüsselarten. Dabei betrachten wir genomische, transkriptomische und epigenetische Veränderungen der Bakterien und Viren in Mesokosmen und in Gewässern, die regelmäßig, selten, oder nie austrocknen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 74 |
| Wissenschaft | 35 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 74 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 74 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 74 |
| Englisch | 72 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Webseite | 74 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 51 |
| Lebewesen und Lebensräume | 73 |
| Luft | 30 |
| Mensch und Umwelt | 74 |
| Wasser | 34 |
| Weitere | 74 |