Parasitismus bleibt in unserem Verständnis von Nahrungsnetzen praktisch vernachlässigt. Parasiten herstellen alternative trophische Verbindungen und können sich auf die Kohlenstoffübertragung im Nahrungsnetz auswirken. In aquatischen Ökosystemen führt die Dominanz von schlecht konsumierbarem Phytoplankton zu trophischen Engpässen, die als störend für Kohlenstoffflüsse angesehen werden. Die Infektion von Phytoplankton durch Pilzparasiten wurde vorgeschlagen, um solche Engpässe zu umgehen, indem unzugänglicher Kohlenstoff aus Algen den Zooplanktonkonsumenten als essbare Zoosporen zur Verfügung gestellt wird (Mycoloop). Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Chytrid-Infektion indirekt andere biotische Komponenten beeinflusst, was wiederum trophische Wechselwirkungen verändern kann. Die Verringerung der Phytoplanktongröße, die unter einer Chytrid-Infektion beobachtet wird, kann das Phytoplankton für Zooplankton genießbarer machen und dadurch den Kohlenstofftransfer zu den Konsumenten über die Herbivoren-Nahrungskette verbessern. Darüber hinaus führt ein erheblicher Anstieg der unter Infektionsbedingungen beobachteten Biomasse heterotropher Bakterien, die von den Verbrauchern genutzt werden können, zu der Hypothese, dass die Chytrid-Infektion den Kohlenstofftransfer durch den mikrobiellen Loop weiter fördert. Mit Hilfe eines künstlich zusammengesetzten Nahrungsnetzes, bestehend aus einem Chytrid-Cyanobakterium Wirtsparasiten-System, einem Zooplankton-Konsumenten und einer heterotrophen Bakteriengemeinschaft, sollen solche indirekten Effekte des Chytrid-Parasitismus auf Kohlenstoffflüsse empirisch untersucht werden. Das experimentelle Nahrungsnetz wird manipuliert, um einzelne Komponenten des Nahrungsnetzes auszuschließen, zu modulieren oder zu kombinieren und Szenarien der Anwesenheit und Abwesenheit von Infektionen zu vergleichen. Experimente werden durchgeführt, um die durch Parasiten vermittelten Effekte auf: i) die pflanzenfressende Nahrungskette zu ermitteln, indem auf Unterschiede in der Fähigkeit von Zooplankton, auf infiziertem und nicht infiziertem Phytoplankton zu verwerten, getestet wird, ii) den Mycoloop, indem sein Beitrag zum trophischen Transfer quantifiziert wird und sein Zusammenhang mit dem sich ändernden Infektionsgrad beschrieben wird, und iii) den mikrobiellen Loop, indem seine vermeintliche Verstärkung durch Chytrid-Infektion und seine möglichen synergistischen Effekte in Kombination mit kleinen Mycoloop-Beiträgen untersucht werden. Schließlich werden die experimentellen Daten genutzt, um ein Modell zu generieren, das erstmals sowohl direkte als auch indirekte Effekte der Chytrid-Infektion auf Nahrungsketten integriert. Dies wird unsere Vorhersagen über den trophischen Transfer in der Basis pelagischer Nahrungsnetze und die Auswirkungen von Parasitismus in großen Kohlenstoffkreisläufen in aquatischen Ökosystemen verbessern.
Selen ist einerseits ein essentieller Nährstoff, andererseits aber in erhöhten Konzentrationen hochtoxisch. Die in Wasser löslichsten Se-Spezies sind Selenit (Se(IV)) und Selenat (Se(VI)). Sobald diese in die aquatische Umwelt gelangen, können sie rasch Konzentrationen erreichen, die für die aquatischen Nahrungsketten toxisch sind. In diesem Antrag wollen wir das Potenzial von sulfidisiertem nullwertigem Eisen (S-ZVI) untersuchen, um Se(VI) zu Se(0) und/oder Se(-II) zu reduzieren. Die Sulfidisierung von ZVI hat in den letzten 3 bis 4 Jahren zunehmende Aufmerksamkeit erfahren als eine Methode zur Verbesserung der Selektivität und Spezifität des Schadstoffabbaus bei der Verwendung von ZVI als abiotischem Reduktionsmittel. Bis heute wurde jedoch noch keine Studie zur Wirkung auf die Entfernung von Selenat durchgeführt. In der vorgeschlagenen Arbeit werden wir in drei Arbeitspaketen die folgende Hypothese untersuchen: i) Das S/Fe-Verhältnis in S-ZVI bestimmt seine Reaktivität gegenüber Se(VI), ii) die Anwesenheit von Sauerstoff und Fe(II) beeinflusst die Wirksamkeit von S-ZVI im Hinblick auf die Reduktion von Se(VI), iii) die Se(VI)-Reduktion durch S-ZVI wird durch den pH-Wert aufgrund elektrostatischer Effekte beeinflusst, und iv) die Anwendung von S-ZVI-Teilchen in Filterbett-Systemen ist eine wirksame Methode zur Entfernung von Selenat. Die Kinetik und Mechanismen der Wechselwirkung zwischen S-ZVI und Selenat werden in Batch-Experimenten in Kombination mit Synchrotron-basierten Methoden in Zusammenarbeit mit der Canadian Light Source untersucht. Zusätzlich werden wir Filterbett-Experimente mit S-ZVI durchführen.
Pilze sind eine der am diversesten, jedoch am wenigsten untersuchten mikrobiellen Gruppen in marinen Gewässern. Eine Untergruppe der Pilze, kurz als Chytridien bekannt, umfasst häufig auftretende Parasiten auf Phytoplankton, welche eine starke Belastung für das Phytoplanktonwachstum, die Entwicklung von Algenblüten und deren Populationsdynamiken darstellen. Parasitäre Chytridien befallen alle Hauptgruppen von Phytoplankton und treten bevorzugt in Küstenregionen mit hoher Phytoplanktonbiomasse und Produktivität auf. Die Auswirkungen von parasitären Pilzen auf Stoffkreisläufe und die Funktion von Ökosystemen sind jedoch kaum bekannt bzw. quantifiziert. Die Emmy Noether-Nachwuchsgruppe wird die funktionelle und quantitative Rolle parasitärer Pilze für die Phytoplanktonproduktivität und den Stoffkreislauf in Brack- und Meerwasser untersuchen. Unsere Ziele sind (1) Betrachtung der Wechselwirkungen zwischen Phytoplankton und Chytridien auf Einzelzell-Ebene, (2) Untersuchungen der integrativen Rolle von Chytridien in aquatischen Nahrungsnetzen und (3) Aufklärung der Auswirkungen von parasitären Pilzen auf Remineralisierungs- und Sedimentationsprozesse. Unser umfassender Ansatz beinhaltet experimentelle Studien mit Phytoplanktonâ€ÌPilz Co-Kulturen sowie mit natürlichen Planktongemeinschaften, mittels Analysen auf Zell- und Mikoskalen-Ebene bis hin zu mesoskaligen Stoffflüssen entlang der Wassersäule. Im Wesentlichen werden wir den Transfer von Kohlenstoff und Stickstoff vom Phytoplankton durch das pelagische Nahrungsnetz innerhalb der photischen Zone bis hin zum Absinken als Detritus in die Tiefe verfolgen. Das Projektergebnis soll ein ganzheitliches Verständnis der Rolle von Chytridien an der Basis aquatischer Nahrungsnetze und Produktivität fördern, einschließlich der zugrunde liegenden Mechanismen und Größenordnungen. Angesichts der potenziellen Signifikanz parasitärer Pilze für die Abschwächung von Produktivität, Sinkstoffflüssen aber auch von toxischen Algenblüten in Küstengebieten, sollen die gewonnenen Daten mit lokalen und globalen Stoffkreisläufen verknüpft und in zukünftige Entscheidungen zum Küstenmanagement implementiert werden.
Allochthones organisches Material, wie Falllaub, ist eine zentrale Nährstoff- und Energiequelle für aquatische Ökosysteme. Diese werden durch die Aktivität von Mikroorganismen, im Speziellen aquatische Pilze, für das aquatische Nahrungsnetz zugänglich. Die Pilze tragen zum Einen durch die Produktion von Enzymen direkt zum Falllaubabbau bei. Zum anderen erhöhen sie die Konzentration an Lipiden und Proteinen auf dem Laub und stimulieren somit den Fraß von Zerkleinerern, wodurch sie indirekt zum Laubabbau beitragen. Die Zusammensetzung der Pilzgemeinschaft wird jedoch durch Stressoren anthropogenen Ursprungs beeinflusst, wodurch auch die Fähigkeit der Gemeinschaft beeinträchtigt wird, diese beiden Funktionen wahrzunehmen. In Anlehnung an das Konzept der Verschmutzungsinduzierten Toleranz einer Gemeinschaft, werden aufgrund von Stressoren sensitive durch tolerante Spezies ersetzt, wodurch sich die Toleranz der Gemeinschaft erhöht. Diese erhöhte Toleranz kann stressor-spezifisch sein. In diesem Zusammenhang untersucht das vorliegende Projekt die Toleranz von unbeeinflussten Gemeinschaften relativ zu Gemeinschaften, welche entweder an Mischungen von organischen Mikroverunreinigungen und Nährstoffen (Abwassereinleitung) oder an Fungizide (Weinbau) angepasst sind. Die Effizienz dieser Gemeinschaften Falllaub abzubauen, wird unter zunehmenden Konzentrationen von Nährstoffen und Fungiziden in einem voll-faktoriellen laborbasiertem Testverfahren untersucht. Durch die gleichzeitige Betrachtung der Eigenschaften einzelner Pilzarten (z.B. Enzymaktivität, Amino- und Fettsäurenzusammensetzung) strebt BIO2FUN an die zugrundeliegenden Mechanismen aufzudecken. Darüber hinaus können erste Abschätzungen zu möglichen 'bottom-up' gerichteten Auswirkungen auf die nächst höhere trophische Ebene, den Zerkleinerern, abgeschätzt werden. Diese werden durch Fütterungsexperimente, welche physiologische Reaktionen der Zerkleinerer untersuchen, verifiziert. Damit kann das vorliegende Projekt als Meilenstein für der Interpretation von zukünftigen Studien betrachtet werden, die sich der Rolle aquatischer Pilze in heterotrophen Nahrungsnetzen widmen.
Protisten (eukaryotische Mikroorganismen) erfüllen wichtige ökologische Funktionen, sie sind die dominierenden Primärproduzenten in Gewässern und die wichtigsten Konsumenten von Bakterien und damit von zentraler Bedeutung für aquatische Nahrungsnetze. Die Diversität von Protisten ist enorm, ihre Verteilungsmuster sind dagegen nicht gut verstanden. Während einige Taxa offensichtlich global verteilt sind, sind einige andere Taxa endemisch. Es ist aber höchst umstritten, inwieweit die für höhere Organismen beobachteten Verbreitungsmuster auf Protisten übertragbar sind. Die nacheiszeitliche Biogeographie Europas ist ideal für die Prüfung der Verallgemeinerbarkeit solcher biogeographischer Muster. Hochdurchsatzsequenzierung erlaubt jetzt die Analyse großräumiger Diversitätsmuster. In diesem Projekt werden wir die Verteilung von Protisten in europäischen Binnengewässern im Hinblick auf die postglazialen Verteilungsmuster von Makroorganismen untersuchen. Wir werden die Variation der Protistendiversität in aquatischen Ökosystemen auf der Basis von Planktonproben von 250 europäischen Seen einschließlich Seen aus Spanien, Frankreich, Italien, Schweiz, Österreich, Rumänien, Ungarn, der Tschechischen Republik, der Slowakei, Polen, Schweden, Norwegen, Griechenland, Kroatien und Bulgarien untersuchen. Wir werden die räumliche Analyse durch saisonale Analyse ausgewählter Seen innerhalb eines zentraleuropäischen Gradienten ergänzen, um räumliche von zeitlichen Mustern zu trennen. Das Projekt wird die Biogeographie, die Phylogeographie und die Diversität der Protisten in europäischen Süßwasserseen auf der Gemeinschaftsebene analysieren basierend auf Hochdurchsatzsequenzierung der molekularen Diversität. Insgesamt wird das Projekt die Gültigkeit allgemeiner biologischer Theorien für mikrobielle Eukaryoten testen.
Für die aquatische Primärproduktion sind Nährstoffe und Licht co-limitierende Faktoren, die heterogen in der Wassersäule verteilt sind. Mit zunehmender Wassertiefe sinkt die Lichtverfügbarkeit, welche zusätzlich durch die Selbstbeschattung der Primärproduzenten weiter reduziert wird. Die Lichtverfügbarkeit für das Phytoplankton ändert sich ebenfalls durch den tageszeitbedingten Transport innerhalb der Wassersäule (vertikales Mischen). Die Struktur von Phytoplanktongemeinschaften wird durch diese räumlich heterogene Lichtverfügbarkeit maßgeblich beeinflusst. Die Energiegewinnung durch Photosynthese hängt maßgeblich von der Lichtverfügbarkeit ab. Verschiedene Phytoplanktonarten besitzen unterschiedliche Pigmentzusammensetzungen und haben dadurch die Möglichkeit sich den Umweltbedingungen anzupassen und ein Lichtdefizit auszugleichen. Trotz der auffallenden Unterschiede in der Pigmentzusammensetzung verschiedener Arten, welche ein weiterer bestimmender Faktor für die Gemeinschaftsstruktur sein können, wurde die Rolle der räumlich-zeitlichen Heterogenität des Lichtspektrums bisher nur wenig untersucht. In diesem Projekt stehen die zwei Hauptmerkmale der Änderungen im Lichtklima im Fokus: die Intensität und das Spektrum des Lichtes. Darüber hinaus werden die Auswirkungen der physikalisch/umweltbedingten Heterogenität des Lichtklimas auf Phytoplanktongemeinschaften genauer untersucht. Veränderungen auf der Ebene der Primärproduzenten können die gesamte Struktur und Stabilität aquatischer Nahrungsnetze bestimmen. Natürliche, aus der Nordsee isolierte Gemeinschaften werden unter anderem auf unterschiedlichen Lichtintensitäten und spektralen Zusammensetzungen unter konstanten und fluktuierenden Bedingungen gehalten. In verschiedenen Kombinationen von Lichtintensität und Spektralbereichen untersuchen wir Wachstum, Konkurrenz und Koexistenz, Pigmentzusammensetzung, Photosynthese, Nährstoff- und Fettsäurezusammensetzung dieser Phytoplanktonarten und -gemeinschaften. Ziel ist es, die Mechanismen zu bestimmen, welche die Phytoplanktongemeinschaften strukturieren. Weiterhin untersuchen wir die Nischenverfügbarkeit in Bezug auf Lichtintensität und Spektralzusammensetzung für Metagemeinschaften. Zum Einsatz kommen iterativ, physiologisch-orientierte Skalenübergangstheorie, mathematische Modelle, Literaturarbeiten/Metaanalyse und Felduntersuchungen, kombiniert mit einer Reihe kontrollierter Laborexperimente. Die Projektergebnisse werden das Verständnis über den Einfluss von Lichtklimaveränderungen auf Phytoplanktongemeinschaften erweitern. Dies ist entscheidend um Vorhersagen über die Entwicklung von Phytoplanktongemeinschaften, aber auch bis hin zu Nahrungsnetzen, auf sich verändernde Umgebungsbedingungen, treffen zu können.
FENOMENO is an integrative projeto aiming at an understanding of the impact of end-of-life manufactured nanomaterials (MNMs) on the environment. Even though MNMs are mostly removed during wastwaer treatment (WWT), the remaining MNM levels in the effluents are sgnificant and MNMs may show an incresed toxicity for aquatic organisms due to their modification during the WWT. With innovative analytical approaches we will study the fate and effects of wastewater-borne MNMs in an aquatic ecosystem, develop the basis for robust evaluation systems, and design analytical sensor systems for quantitative nanoparticle detection using biochemical markers and Daphnia and fish as sensors. We will use cutting edge approaches to analyse and monitor the biological impact of TiO2 and Ag MNMs on different trophic levels within a relevant food chain (algae-Daphnia-fish) at different levels, from behavioural to biochemical, from laboratory to complementary field studies.
Das biogeochemische Verhalten von Quecksilber ist komplex. In Gewässern bilden vor allem rezente Gewässersedimente das Quecksilberreservoir für die durch sulfatreduzierende Bakterien katalysierte Methylierung von Quecksilberionen unter anoxischen Bedingungen. Wie im aquatischen finden auch in terrestrischen Kompartiment Methylierungsprozesse statt. Um 0.01 - 3 % des Quecksilbers in Böden entfallen auf Methylquecksilber. Eine hohe Bodenfeuchtigkeit und leichte Verfügbarkeit von organischem Kohlenstoff begünstigen seine Bildung. Methylquecksilber ist für aquatische und terrestrische Organismen ausgesprochen toxisch, besonders problematisch ist seine Anreicherung im Nahrungsnetz. Für an der Spitze der Nahrungskette stehende Raubtiere können hohe Methylquecksilber-Gehalte problematisch sein. Die Datenlage zur Belastung von Tieren insbesondere höherer trophischer Stufen ist nicht mehr aktuell und/oder lückenhaft. Ziel des Projekts ist die Schliessung dieser Kenntnislücken. Laut Übereinkommen von Minamata sind Überwachungsdaten zum Vorkommen von Quecksilber in biotischen Umweltmedien ein wichtiges Element der Berichterstattung. Projektziele: Erhebung der Quecksilberbelastung bei Tieren Die Quecksilberbelastung soll in geeigneten Tierarten des aquatischen und terrestrischen Kompartiments bestimmt werden. Diese Bestandsaufnahme dient als Ausgangspunkt zur Beurteilung der zeitlichen Entwicklung der Belastung für zukünftige Untersuchungen. Anhand der Daten soll das aktuelle Risiko der Exposition von Tieren höherer trophischer Stufen gegenüber Quecksilber bestimmt werden.
Zielstellung: In der Talsperre Spremberg und vor allem in der Vorsperre Bühlow wird ein Großteil der Eisenfracht der Spree durch Sedimentation zurückgehalten. Um die Sedimentationsgeschwindigkeit und den Eisenrückhalt in der Vorsperre zu erhöhen, werden Kalkmilch und ein Flockungshilfsmittel vor der Vorsperre eingeleitet. Vor dem Beginn der Wasserkonditionierung sollte eine Vorabschätzung zu möglichen Auswirkung der Flockungsmittel Weißkalkhydrat in Kombination mit dem Flockungshilfsmittel Koaret PA 3230 T auf den Fischbestand in der Talsperre Spremberg erfolgen. In einem weiteren Schritt wurde ein Monitoring der Jungfisch-, Benthos- und Großmuschelbestände im Rahmen der FFH-Verträglichkeitsprüfung für die Ausbringung von Flockungsmitteln in der Talsperre Spremberg begonnen. Ergebnisse: Die fachliche Vorabschätzung der möglichen Auswirkungen der Flockungsmittel Weißkalkhydrat in Kombination mit dem Flockungshilfsmittel Koaret PA 3230 auf den Fischbestand der Talsperre Spremberg (LEWIN & RÜMMLER, 2015) ergab, dass die ausgebrachten Mengen der Stoffe weit unterhalb kritischer Grenzwerte liegen und somit von keinen negativen Einflüssen auf den Fischbestand ausgegangen werden kann. Die Untersuchungen des Makrozoobenthos ergaben gegenüber dem Vorjahr einen Anstieg der Bodentierdichte um das Dreifache. Ein Einfluss der Intensität der Eisenockerbildung auf die Benthosdichte konnte nicht festgestellt werden. Im Jahr 2015 war somit eine deutlich bessere Nahrungsgrundlage für eine Vielzahl von Fischarten vorzufinden als im Jahr 2014. In der Talsperre Spremberg wurden die drei Großmuschelarten Gemeine Teichmuschel, Malermuschel und Große Flussmuschel mit abschnittsweise hohen Besiedlungsdichten vorgefunden. Aus diesem Grund ist die Talsperre als schützenswerter und bedeutender Großmuschellebensraum in Südbrandenburg einzustufen. Es zeigte sich jedoch auch, dass vor allem die schwankenden Wasserstände und die Eisenockerablagerungen das Vorkommen oder Fehlen von Großmuscheln deutlich beeinflussten. Die Untersuchung des Gesamtfischbestandes ergab, dass 2015 bei gleicher Artenanzahl teilweise andere Fischarten als im Vorjahr in den Fängen auftraten. Der erhöhte Diversitätsindex zeigte eine gegenüber 2014 gesteigerte Artenvielfalt des Fischbestandes. Der Einheitsfang mit den benthischen Stellnetzen, als relatives Maß für die Bestandsgröße, war 2015 um das Dreifache größer als 2014. Die Ergebnisse der Elektrofischerei und der Stellnetzfischerei bestätigten ein natürliches Jungfischaufkommen von 11 der 13 nachgewiesenen Fischarten. Ausnahmen davon bilden Aal und Döbel. Somit konnte anhand der durchgeführten Untersuchungen kein negativer Einfluss auf die natürliche Reproduktion der nachgewiesenen Fischarten festgestellt werden. Zusammenfassend konnte kein direkter negativer Zusammenhang zwischen dem Betrieb der Konditionierungsanlage und den derzeitigen Fisch-, Benthos- und Großmuschelbeständen in der Talsperre Spremberg festgestellt werden.
Background The trophic magnification factor (TMF) is a metric that describes the average trophic magnification of a chemical through a food web. TMFs may be used for the risk assessment of chemicals, although TMFs for single compounds can vary considerably between studies despite thorough guidance available in the literature to eliminate potential sources of error. The practical realization of a TMF investigation is quite complex and often only a few chemicals can be investigated due to low sample masses. This study evaluated whether a pragmatic approach involving the large-scale cryogenic sample preparation practices of the German Environmental Specimen Bank (ESB) is feasible. This approach could provide sufficient sample masses for a reduced set of samples allowing screenings for a broad spectrum of substances and by that enabling a systematic comparison of derived TMFs. Furthermore, it was assessed whether plausible TMFs can be derived with the â€ÌFood web on iceâ€Ì approach via a comparison with literature TMF values. Results This investigation at Lake Templin near Potsdam is the first TMF study for a German freshwater ecosystem and aimed to derive TMFs that are appropriate for regulatory purposes. A set of 15 composite biota samples was obtained and analyzed for an extended set of benchmark chemicals such as persistent organic pollutants, mercury and perfluoroalkyl substances. TMFs were calculated for all substances that were present in†>†80% of the biota samples. For example, in the case of polychlorinated biphenyls, TMFs from 1.7 to 2.5 were determined and comparisons to literature TMFs determined in other freshwater ecosystems showed similarities. We showed that 32 out of 35 compounds analyzed had TMFs significantly above 1. In the remaining three cases, the correlations were not statistically significant. Conclusions The derived food web samples allow for an on-demand analysis and are ready-to-use for additional investigations. Since substances with non-lipophilic accumulation properties were also included in the list of analyzed substances, we conclude that the 'Food web on ice' provides samples which could be used to characterize the trophic magnification potential of substances with unknown bioaccumulation properties in the future which in return could be compared directly to the benchmarking patterns provided here. © The Author(s) 2021
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 49 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 23 |
| Zivilgesellschaft | 3 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 48 |
| Text | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 1 |
| Offen | 48 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 44 |
| Englisch | 18 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 23 |
| Webseite | 26 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 39 |
| Lebewesen und Lebensräume | 49 |
| Luft | 31 |
| Mensch und Umwelt | 49 |
| Wasser | 44 |
| Weitere | 49 |