Sediment erosion and transport is critical to the ecological and commercial health of aquatic habitats from watershed to sea. There is now a consensus that microorganisms inhabiting the system mediate the erosive response of natural sediments ('ecosystem engineers') along with physicochemical properties. The biological mechanism is through secretion of a microbial organic glue (EPS: extracellular polymeric substances) that enhances binding forces between sediment grains to impact sediment stability and post-entrainment flocculation. The proposed work will elucidate the functional capability of heterotrophic bacteria, cyanobacteria and eukaryotic microalgae for mediating freshwater sediments to influence sediment erosion and transport. The potential and relevance of natural biofilms to provide this important 'ecosystem service' will be investigated for different niches in a freshwater habitat. Thereby, variations of the EPS 'quality' and 'quantity' to influence cohesion within sediments and flocs will be related to shifts in biofilm composition, sediment characteristics (e.g. organic background) and varying abiotic conditions (e.g. light, hydrodynamic regime) in the water body. Thus, the proposed interdisciplinary work will contribute to a conceptual understanding of microbial sediment engineering that represents an important ecosystem function in freshwater habitats. The research has wide implications for the water framework directive and sediment management strategies.
In aquatischen Ökosystemen ist der Nährstoffkreislauf eine entscheidende Ökosystemfunktion. Sowohl Stickstoff (N) als auch Phosphor (P) sind essentielle Nährstoffe für aquatische Lebensformen, doch im Übermaß verursachen Stickstoff und Phosphor Eutrophierung. Eutrophierung ist eine globale Beeinträchtigung des Ökosystems, bei der ein Überschuss an Nährstoffen die Struktur und Funktion von Süßwasserökosystemen verändert. Die wichtigsten Auswirkungen der Eutrophierung sind eine übermäßige Zunahme der Algenbiomasse und -produktivität, eine Beeinträchtigung der physikalisch-chemischen Wasserqualität (d. h. Zunahme von Farbe, Geruch und Trübung), anoxische Gewässer, Fischsterben und Einschränkungen der Wassernutzung für Erholungszwecke. Die Eutrophierung ist seit den späten 1980er Jahren in ganz Europa als erhebliches Umweltproblem erkannt worden und stellt auch heute noch eine Herausforderung dar. Um ein gesundes Ökosystem zu erhalten, sollte der Phosphorgehalt im Wasser kontrolliert werden. Phosphor wird nicht vollständig aus dem aquatischen Ökosystem entfernt, sondern von einem Kompartiment (d. h. Wasser) in ein anderes (d. h. Flussbettsubstrate und/oder Biota) immobilisiert. Bei dieser P-Immobilisierung spielen mikrobielle Biofilme eine Schlüsselrolle, indem sie gelösten Phosphor aus dem Wasser einschließen. Dieser Einschluss kann in zwei verschiedenen Pools erfolgen (d. h. intrazellulär oder extrazellulär). Das Wissen über die biologischen Mechanismen des Biofilm-P-Einschlusses in aquatischen Ökosystemen ist jedoch nach wie vor begrenzt. Außerdem kann die Fähigkeit von Biofilmen, P einzuschließen, von ihren Stoffwechselprofilen abhängen. Genauer gesagt bestimmt der C-bezogene Stoffwechsel die Fähigkeit von Biofilmen, organische Verbindungen zu mineralisieren und für ihr Wachstum zu nutzen, und der P-bezogene Stoffwechsel ist mit ihrer Fähigkeit verbunden, verschiedene P-Quellen aufzunehmen. Aus diesem Grund erwarte ich, dass die Fähigkeit aquatischer Ökosysteme, P aus aquatischen Ökosystemen aufzunehmen, von der Struktur und Aktivität der Biofilme abhängt. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, zu verstehen, wie Energiequellen in Flussökosystemen die Wege der P-Einlagerung innerhalb von Biofilmen beeinflussen. Insbesondere soll (i) geklärt werden, wie die Kombination von autotrophen und heterotrophen Energiequellen (d. h., (ii) die Auswirkung autotropher und heterotropher Energiequellen auf den C- und P-Stoffwechsel in Biofilmen und ihre Verbindung zu den P-Einlagerungspools zu testen und (iii) die Muster der intrazellulären P- und extrazellulären P-Einlagerungswege in Biofilmen und die Stoffwechselprofile mit den Längsgradienten des Lichts und der Qualität des gelösten Sauerstoffs in Flussökosystemen zu verknüpfen.
In Suedsardinien wurden waehrend eines Zeitraums von 5 Monaten abiotische und biotische Daten aus einem 2 ha grossen temporaeren See gesammelt und so das oligotrophe Gewaesser von seinem hoechsten Wasserstand bis zum voelligen Austrocknen beobachtet. Danach wurde der naturbelassene See mit menschlich beeinflusstem temporaeren Gewaessern (Reisfeldern) verglichen und eine raeumliche und zeitliche Kompartimentierung primitiver Krebse (Ano-, Noto-, Couchostraca) festgestellt. Ein anschliessender Aquarienversuch soll Aufschluss ueber potentielle Einmischungen der Krebse geben.
Quellen sind empfindliche Lebensraeume, deren Temperaturen mehr oder weniger konstant sind. Wenn sich die grossraeumigen klimatischen Bedingungen aendern, hat dies Auswirkungen auf die Tier- und Pflanzenwelt der Quellen. Derzeit werden Grundlagen erhoben und Methoden geprueft, mit deren Hilfe langfristige Veraenderungen erfasst werden koennen.
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.
In dem Projekt wird die Aufnahme und Ausprägung von Bacillus-Toxingenen durch bakterielle Symbionten des 'Pantoffeltieres' Paramecium untersucht. Bestimmte Eiweiße aus Bakterien der Gattung Bacillus sind mit hoher Spezifität toxisch für Larven von Anopheles-Mücken, den Überträgern der Malaria. Die im Vergleich zu chemischen Toxinen ökologisch weitgehend unbedenklichen Bacillus-Toxine werden in Gewässern aber schnell inaktiviert, ihre Anwendung ist daher limitiert. Ein transgenes Paramecium-Symbiosesystem könnte möglicherweise als Toxin-Carrier die Häufigkeit von Anopheles-Larven in Gewässern langfristig reduzieren, da Paramecien zum Nahrungsspektrum von Mückenlarven gehören und weltweit verbreitet sind. Bestimmte Paramecium-Symbionten bilden bereits natürlicherweise ein Eiweißtoxin, das aber statt Mückenlarven andere Paramecien abtötet. Wirkungen entsprechender regulatorischer DNA-Sequenzen der Symbionten auf die Bacillustoxin-Expression sollen untersucht werden. Die ökotoxikologischen Effekte sollen anschließend im Labor untersucht werden. Dazu gehören neben Einflüssen auf Anopheles-Larven als Zielorganismen solche auf die Lebensgemeinschaft, die in dem vorliegenden Fall das Ökosystem Stillgewässer repräsentiert
Unser Wissen zur Ökologie und Bedeutung von Mikroorganismen in Böden ist umfassend. Dies gilt im Gegensatz dazu nicht für die Ökologie der Viren. Erkenntnisse dazu hinken dem Kenntnisstand aus aquatischen Lebensräumen weit hinterher. Böden beherbergen eine große Anzahl an Viren und das Viren - Wirt Verhältnis liegt meist deutlich über jenem in aquatischen Systemen. Unterschiede in den Virenpopulationen können teilweise auf unterschiedliche Bodencharakteristika (pH, Wassergehalt, Anteil an organischem Material) erklärt werden. Dies lässt den Schluss zu, dass Unterschiede in der Landnutzung entsprechend die Virenabundanz als auch Viren - Wirt Interaktionen beeinflussen. In Böden tragen bis zu 68% aller Bakterien induzierbare Prophagen, ein Hinweis darauf, dass die Heterogenität im Boden und die ungleiche Verteilung der Mikroorganismen eine lysogene Vermehrung von Viren selektiert. Dies hat zur Folge, dass der Austausch von genetischer Information zwischen Virus und Wirt vorwiegend durch Transduktion stattfindet. Bis dato analysierte Virenmetagenome aus dem Boden bestanden bis zu 50% aus transduzierten Genen prokaryotischen Ursprungs. Obwohl davon ausgegangen werden kann, dass Viren im Boden, wie für aquatische Lebensräume gezeigt, einen signifikanten Einfluss auf die räumliche und zeitliche Dynamik ihrer Wirte (Killing the Winner Hypothese) und deren kontinuierliche Anpassung (Red Queen Hypothese), wichtige Ökosystemfunktionen und biogeochemische Prozesse haben, kennen wir die Art und Häufigkeit der Interaktionen nicht und empirische Daten fehlen. Wir postulieren, dass Transduktion eine wichtige Rolle für die Resilienz von Böden unter intensiver Landnutzung spielt, da in diesen Böden i) die mikrobielle Diversität vergleichsweise niedrig ist, was zu einer erhöhten Sensitivität gegenüber Veränderungen in den Umweltbedingungen führt. Andererseits, ii) hat die durch Düngung erhöhte spezifische Aktivität von Mikroorganismen eine erhöhte Transduktionsrate zur Folge, da Viren für ihre Vervielfältigung auf metabolisch aktive Wirte angewiesen sind. Um unsere Hypothese zu überprüfen, werden wir an 150 Standorten der Biodiversitäts-Exploratorien und im Detail an einer Auswahl an Grünlandstandorten mit unterschiedlicher Intensität der Bewirtschaftung Untersuchungen durchführen. Analysiert wird die Beziehung zwischen Virenabundanzen und VBRs mit der Bewirtschaftung, der Vegetationsperiode und den vorherrschenden Umweltbedingungen. Zusätzlich untersuchen wir mit Hilfe moderner molekularer Methoden die Zusammensetzung der Virengemeinschaften und ihre Diversität, sowie viren-assoziierte Funktionen prokaryotischen Ursprungs. Experimente zu Virus-Wirt Interaktionen und die Analyse von CRISPR like structures in den prokaryotischen Wirten werden Erkenntnisse zu der Ökologie bakterieller Gemeinschaften liefern. Nicht zuletzt werden wir Viren von abundanten Bodenbakterien (z.B. Pseudomonaden) für vergleichende Genomanalysen und Kreuzinfektionsversuche isolieren.
Viren pro- und eukaryotischer Algen sind in aquatischen Habitaten weit verbreitet. Das Projekt bearbeitet ihre Klassifizierung, Struktur, Eindringmechanismen in die Wirtszellen und ökologische Bedeutung für die natürliche Regulation von Algenpopulationen.
Wissenschaftliche Ziele: Ein Modell zum Verständnis des Genflusses von bisexuellen Ursprungspopulationen zu parthenogenen Pionierpopulationen soll entwickelt werden, mit dem die Resistenz solcher Netzwerke gegen genetische Driftphänomene analysiert werden kann. Damit kann erstmals die Bedeutung von Trittsteinhabitaten in ihrer Gesamtheit analysiert werden, da es im vorliegenden Fall möglich sein sollte, aufgrund ihrer besonderen Merkmale (Brackwasserstandorte im Binnenland - selten und aufgrund ihrer früheren Bedeutung als Salzquelle gut dokumentiert) alle derartigen sites zu identifizieren und einzubeziehen. Darüber hinaus wird aus den Ergebnissen der genetischen Analysen ein Beitrag zur Entschlüsselung des Auslösers für den Übergang zur Parthenogenese erwartet, der weiterführende molekularbiologische Grundlagenforschung ermöglicht. Gesellschaftlich/politisch: Durch das Verständnis der Konnektivität zwischen den bisexuellen Ursprungspopulationen und ihren parthenogenetischen Tochterpopulationen wird die Bedeutung der Aufrechterhaltung des Genflusses zwischen ihnen quantifiziert. Damit kann die Effizienz von Erhaltungsmaßnahmen durch die Identifizierung wichtiger Trittsteinhabitate bzw. Maßnahmen zur Wiederherstellung des genetischen Austauschs verbessert werden. Die Entwicklung von Mehrzweck-Managementkonzepten für Schutzgebiete, die den Schutz von weitgehend unterschiedlichen Artengruppen (in diesem Fall Charophyten und Vögel) ermöglichen, wird die Akzeptanz und Effizienz derartiger Unterschutzstellungen erhöhen. In Bezug auf die Zielarten dieses Vorschlags wird das Projekt einen Beitrag zu den Anforderungen der EU-Wasserrahmenrichtlinie leisten, indem es ein entscheidendes Element (Lebensraumingenieur) aquatischer Ökosysteme schützt, das nachweislich in der Lage ist, den guten Umweltzustand bereits gestörter Systeme zu stabilisieren.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 1695 |
| Europa | 114 |
| Kommune | 9 |
| Land | 195 |
| Schutzgebiete | 1 |
| Weitere | 65 |
| Wirtschaft | 4 |
| Wissenschaft | 682 |
| Zivilgesellschaft | 40 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 11 |
| Ereignis | 6 |
| Förderprogramm | 1526 |
| Kartendienst | 5 |
| Taxon | 5 |
| Text | 181 |
| Umweltprüfung | 30 |
| unbekannt | 118 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 305 |
| Offen | 1555 |
| Unbekannt | 20 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 1534 |
| Englisch | 575 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 7 |
| Bild | 19 |
| Datei | 19 |
| Dokument | 140 |
| Keine | 1192 |
| Multimedia | 1 |
| Unbekannt | 6 |
| Webdienst | 12 |
| Webseite | 578 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 1398 |
| Lebewesen und Lebensräume | 1880 |
| Luft | 1146 |
| Mensch und Umwelt | 1871 |
| Wasser | 1652 |
| Weitere | 1880 |