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Das unvollständige Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs im Boden spiegelt sich in der unsicheren Vorhersage der allgemeinen Systemreaktion wider, die oft rätselhaft ist und von Modellansätzen, die Bodenmikroorganismen ausschließen, nicht zuverlässig erfasst werden kann. Die Idee des C-Timing-Projekts ist, dass die sich rechtzeitig entwickelnde mikrobielle Gemeinschaft im Boden eine Kaskade von Ereignissen auslöst, die den Zersetzungsprozess entweder reduzieren/stabilisieren oder intensivieren. Die Wege der Zersetzungskaskade werden durch den Energieinput begrenzt und durch die Energieverteilung über die Kanäle des Nahrungsnetzes geformte Sauerstoffverfügbarkeit reguliert. Biologische Prozesse, die die Effizienz der Kohlenstoffnutzung beeinflussen, werden in diesem Projekt berücksichtigt und modelliert. Sie umfassen die Substrataufnahme durch Mikroorganismen, das mikrobielle Wachstum, die Aufrechterhaltung, die CO2-Emission, das Recycling der mikrobiellen Biomasse und das mikrobielle Absterben aufgrund von Prädation durch Weidetiere. Es werden mehrere Modelle mit zunehmender Komplexität und unterschiedlicher Darstellung der aufgeführten Prozesse erstellt und hinsichtlich i) der Gleichgewichtsverhältnisse der Haupt-C-Pools im Steady-State, ii) der transienten Dynamik der Hauptpools als Reaktion auf Substrateintrag oder Stresseinwirkung, die zur Unterdrückung des mikrobiellen Wachstums und des mikrobiellen Todes führen, analysiert. Besonderes Augenmerk wird auf die Bewertung der Modellstruktur in Bezug auf die zuvor ermittelten grundlegenden Beziehungen gelegt (z. B. Verhältnis von Cmic:Corg, Effizienz der Kohlenstoffnutzung und Effizienz der Kohlenstoffspeicherung auf lange Sicht).Der Hauptfaktor, der die metabolische Effizienz von Mikroorganismen im Boden beeinflusst, ist der vorherrschende Elektronenakzeptor, der die Energie- und Kohlenstoffumwandlung steuert. Daher werden aerobe und anaerobe Bedingungen für eine erfolgreiche Modellierung von mikrobiellem Wachstum und Umsatz unterschieden. Das allgemeine Ziel des Projektes ist es, ein mikrobiell-explizites Modell des Umsatzes organischer Substanz im Boden zu entwickeln, das auf einfache Weise die Dynamik der Kohlenstoff- und Energienutzungseffizienz beschreibt, eingeschränkt durch biotische Interaktionen und Bodenrandbedingungen. Dazu werden komplementäre Modellversionen entwickelt, verglichen und ggf. fusioniert. Ziel ist es, den Haupttreiber der zeitlichen Veränderungen des CUE zu finden, der durch die mikrobielle Thermodynamik und die Dynamik der funktionellen Struktur der mikrobiellen Bodengemeinschaft bestimmt wird. Die Simulationsergebnisse werden mit experimentellen Daten validiert, die in den Kernexperimenten und Verbundprojekten des SPP 2322 Soil Systems gesammelt wurden. Die endgültige Auswahl der vereinfachten Modellversion, die auf dem holistischen Prinzip basiert und vom SPP-Konsortium genehmigt wurde, erfolgt in Abstimmung mit anderen Modellierungsgruppen im Schwerpunktprogramm.
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.
Dark Septate Endophytes (DSEs) sind eine polyphyletische Gruppe innerhalb der Ascomyceten, die Pflanzenwurzeln besiedeln und durch hohe Melaninkonzentrationen in ihren Hyphen charakterisiert sind. Möglicherweise ist die Melanisierung bei Pflanzen-DSE-Assoziationen von Vorteil und eine Reaktion auf eine Vielzahl biotischer und abiotischer Stressfaktoren. Es gibt jedoch noch keine Beweise dafür, dass die hohe Melanisierung von DSEs zur erhöhten Stresstoleranz beiträgt. Es ist ebenfalls wahrscheinlich, dass Melanin eine Rolle bei der Penetration der Wurzeloberfläche durch die pilzlichen Hyphen und der anschließenden Besiedelung der Wurzelrinde spielt. Hier besteht jedenfalls eine Analogie zu einigen ebenfalls melanisierten, pathogenen Pilzen die sowohl tierische, als auch pflanzliche Gewebe erfolgreich infizieren. In diesem deutsch-französischen Kooperationsprojekt wollen wir den Melanisierungsprozess im DSE-Modell Leptodontidium sp. besser verstehen, einschließlich der Untersuchung von Regulationsmechanismen, die diese Melanisierung modulieren. Darüber hinaus werden komplementäre genetische, pharmakologische, physikalisch-chemische, physiologische und Omics-Ansätze der deutsch-französischen Partner genutzt, um zu entschlüsseln welche Rolle Melanin zum einen bei der Besiedelung von Pflanzen und bei der hohen Toleranz von Leptodontidium sp. gegenüber einer Reihe von abiotischen und biotischen Stressfaktoren spielen könnte. Das Konsortium besteht aus vier Forschergruppen, die über komplementäre Fachkenntnisse in den Bereichen Mikrobiologie, Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen unter Stressbedingungen, Pilzökologie, Multi-Omic-Analysen und Bioinformatik verfügen. Besondere Techniken und Themen sind die genetische Transformation von DSEs und die Rasterkraftmikroskopie (Université de Lorraine - P1), miRNA-Analysen und Metallstress (Université de Bourgogne Franche-Comté - P2), Epigenetik und RNAseq-Analysen (Friedrich-Schiller-Universität Jena - P3) sowie Interaktionen zwischen Pilzen und Mykoparasiten (Hochschule Wismar - P4). Im deutsch-französichen Team werden diese gebündelt um die Funktion Melanins für DSEs und für DSE-Pflanzen-Interaktionen aufzuklären. Das Verständnis wie Melanine die Toleranz gegenüber Umweltstress für DSEs und für die von DSEs besiedelten Pflanzen erhöhen, sollte dazu beitragen, diese wichtige Pilzressource für die nachhaltige und wirtschaftlich sinnvolle Produktion von Nutzpflanzen zu nutzen. Dies schließt auch die Betrachtung mykophager und pflanzenpathogener Organismen in der Rhizosphäre, die Exposition gegenüber Schadstoffen und Auswirkungen des Klimawandels wie Trockenheit und Hitze zwingend mit ein. Folglich streben wir auch eine weite Verbreitung der Projektergebnisse an, nicht nur in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, sondern auch bei Interessengruppen aus Landwirtschaft, Gartenbau und der Forstwirtschaft.
In Phase I des Projekts A06 wiesen wir eine abnehmende Diversität in Protisten-Gemeinschaften unter Einwirkung multipler Stressoren nach und wir zeigten eine Verschiebung der Nahrungspräferenz von Protisten unter Salzstress in Bezug auf Proteobakterien und Actinobakterien. In Phase II werden wir uns auf die zugrundeliegenden Mechanismen konzentrieren, die zu den beobachteten Reaktionen der mikrobiellen Gemeinschaft und Verschiebungen der Nahrungspräferenzen führen, und diese Erkenntnisse auf die Erholung von Stressoren und insbesondere auf die Analyse der Auswirkungen von Dürre und der Erholung von Dürre ausdehnen.
Wir untersuchen, wie die Mikrobiome von Mooren auf regionaler und landschaftlicher Ebene variieren und wie diese Variation zur Vorhersage der Ökosystemfunktion genutzt werden kann. Auf lokaler Ebene konzentrieren wir uns auf Flachwasserkörper, ein charakteristisches Element wiedervernässter Moore und ein Hotspot der CH4-Emissionen, und untersuchen die Rolle aquatischer Makrophyten und ihrer Mikrobiome für den Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf unter extremen Bedingungen wie Hochwasser und Trockenheit in dem Mesokosmen-Experiment MCExp shallow water.
Wir haben eine tripartite Interaktion zwischen dem Bakterium Streptomyces iranensis, dem Pilz Aspergillus nidulans und der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii entdeckt, die durch das bakterielle Azalomycin F bestimmt wird. Azalomycin F induziert die Aktivierung des pilzlichen Orsellinsäure-Genclusters, andererseits schützt der Pilz die Grünalge vor dem Abtöten durch Azalomycin F. Im Projekt B02 sollen (i) die gerichtete Freisetzung von Azalomycin F in Richtung A. nidulans und C. reinhardtii, (ii) der Mechanismus der Aktivierung der pilzlichen ors Gene durch Azalomycin F, (iii) sowie die chemischen Mediatoren für die Freisetzung von Azalomycin F und die Anziehung der Grünalge durch den Pilz aufgeklärt werden.
Die Identifizierung von gemeinsamen Mustern in verschiedenen mikrobiellen Gemeinschaften ermöglicht wichtige und fundamentale Einsichten. Die Forschung in ChemBioSys hat die enzymatischen Modifikation von sezernierten chemischen Effektoren als ein solches Thema identifiziert. Wir betrachten Systeme, in denen ein Organismus einen chemischen Effektor bildet und ausscheidet, um einen zweiten Organismus zu beeinflussen, während ein dritter Organismus ein Enzym sezerniert, welches den Effektor modifiziert. Wir planen, die komplexe zeitlich-räumliche Dynamik solcher Systeme und den Einfluss der Enzyme auf das ökologische Gefüge zu erforschen. Im Projekt werden theoretische und experimentelle Methoden kombiniert.
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.
Aquatische Pilze (AF) steuern wichtige Ökosystemprozesse, die unterstützende, fördernde und regulierende Dienste leisten. Sie sind für den Nährstoffkreislauf, den Abbau von Schadstoffen und die Kontrolle von Algenblüten verantwortlich. Jedoch werden sie nicht in routinemäßige Programme zur Überwachung der biologischen Vielfalt einbezogen. MoSTFun ist eine paneuropäische Initiative, die die Fachkenntnisse von acht europäischen Partnern, der IUCN Species Survival Commission und GEOBON-Spezialisten zusammenbringt, um die Überwachung von AF und ihren Leistungen in den meisten europäischen aquatischen Ökosystemen, von Süßwasser über Brackwasser bis hin zu Küstengewässern zu entwickeln. MoSTFun zielt darauf ab, die vorhandenen Ressourcen mit einem kosteneffizienten Ansatz zu nutzen: Gefrierschränke, Archive und Datenlager sind ungenutzte Quellen für Proben und Daten (THEMA3). Durch seine Partnerschaften und Kooperationen hat MoSTFun einen beispiellosen Zugang zu Daten und Proben aus Programmen zur biologischen Vielfalt und langfristigen Forschungsinitiativen. Dies wird MoSTFun in die Lage versetzen, Wissenslücken zur AF-Diversität in ganz Europa zu schließen (THEMA2). Erstens werden wir modernste -Omik-Technologien und Probenahmestrategien optimieren und anwenden (WP4), um standardisierte Daten zur AF-Diversität und aus bestehenden DNA-Archiven und Fallstudien in wenig untersuchten Gebieten wie Gletschern, Küstengebiete und Ästuaren zu erstellen (WP1,2). Wir werden auch öffentliche Biodiversitäts- und Gendatenbanken durchforsten, um das Potenzial der bereits verfügbaren Ressourcen zu verstehen und die AF-Diversität aus verschiedenen Datenquellen zu entschlüsseln (WP1). Durch die Kombination und Integration neu generierter und ausgewerteter Daten mit Daten aus verfügbaren Datenspeichern (einschließlich Umweltvariablen), Erdbeobachtungs- (EO, Satellit) und GIS-Daten sowie mit dem von Interessenvertretern gewonnenen Wissen werden wir Pipelines für die Datenintegration entwickeln, die für die Modellierung von Mustern der biologischen Vielfalt in Raum und Zeit erforderlich sind, und schließlich einen neuen Satz wichtiger Biodiversitätsvariablen definieren (WP3). Dies wird die Nützlichkeit und das Potenzial für ein globales Verständnis der biologischen Vielfalt und der wichtigsten von AF erbrachten Leistungen aufzeigen. Optimierte Methoden werden weiter getestet (WP4), um sie bei der Überwachung eines neuen globalen Gesundheitsproblems einzusetzen, i.e. der Ausbreitung von Resistenzgenen gegen Fungizide in der Umwelt (WP4). Unter Einbeziehung der Interessengruppen (alle WPs), unterstützt durch ein Knowledge-to-Action Hub (WP5), werden wir die effektivsten Strategien und Werkzeuge für die Überwachung der biologischen Vielfalt in Gewässern in ganz Europa bewerten und entwickeln (THEMA1). MoSTFun gehören interdisziplinäre Experten an, die den Austausch von komplementären Fähigkeiten und Fachwissen, die Ausbildung und Mobilität von Nachwuchsforschern fördern.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 74 |
| Wissenschaft | 37 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 74 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 74 |
| Language | Count |
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| 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 |