Ziel dieses Projekts ist es, die Forschung im Bereich der wechselseitigen Beziehung zwischen biologischer Evolution und Landschaftsevolution maßgeblich voranzutreiben. Arbeitsgebiete sind aride bis hyperaride Systeme, in denen sowohl biologische Aktivität als auch Erdoberflächenprozesse vorwiegend und sehr stark durch die Verfügbarkeit von Wasser limitiert sind. In diesem Projekt sollen die Schlüsselmerkmale biologischer Aktivität in extrem wasserlimitierten Habitaten der Erde identifiziert und Erdoberflächenprozesse, die unter nahezu wasserfreien Bedingungen ablaufen, charakterisiert werden. Die Bestimmung kritischer Schwellenwerte der Umweltbedingungen, die eine biologische Kolonisation und/oder Landschaftstransformationen erlauben, stellt ein wesentliches Ziel dar. Das zeitliche und räumliche Muster biologischer Kolonisation und Isolation wird zusammen mit der Chronologie der Landschaftsentwicklung in Bezug zur auschlaggebenden gemeinsamen Triebkraft, dem (Paleo-) Klima, untersucht. Diese Ziele sollen durch: (i) paleoklimatische Rekonstruktion und Observation des gegenwärtigen Klimas, zur Entwicklung geeigneter Klimamodelle, (ii) Erfassung der biogeographischen Migrationsgeschichte, Phylogenie (Pflanzen, Insekten, Protisten und Bakterien) und deren molekularer Datierung und (iii) räumliche Erfassung, Prozesscharakterisierung und Datierung von (fossilen) Landschaftselementen (Entwässerungssysteme, Hänge, fluviale und aeolische Sedimente, Böden), angegangen werden. Die Datierung geologischer Archive (i & iii) erfordert eine innovative (Weiter-) Entwicklung isotopengeologischer Methoden, welche entsprechend durchgeführt werden sollen.Es werden u.a. wesentliche Beiträge zu den sich entwickelnden Konzepten des evolutionären Timelags (Guerreo et al. 2013, PNAS 110, 11469-11474), des Einflusses geographischer Barrieren auf klimabedingte Speziesmigration (Burrows et al. 2014, Nature 507, 492-495), der Biogeomorphologie (Corenbilt et al. 2011, Earth Sci. Rev. 106, 307-331), sowie der Entwicklung neuer Methoden zur Datierung und Prozesscharakterisierung von Erdoberflächenprozessen und biologischer Evolution erwartet.
Silizium (Si) spielt eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Die Si-Verfügbarkeit in Ökosystemen ist dabei sehr unterschiedlich, abhängig von Ökosystemtyp, Ausgangsgestein, Vegetation und weiteren Faktoren. Aktuelle Forschung hat gezeigt, dass die Si-Verfügbarkeit entscheidend für Nährstoffgehalt und Nährstoffstöchiometrie von pflanzlicher Streu ist; besonders deutlich ist dieser Zusammenhang in Gräser-dominierten Systemen. Bedeutend in dem Zusammenhang ist eine gesteigerte Abbaurate von organischem Material bei gesteigerter Si-Verfügbarkeit. Pflanzenstreu mit geringen Nährstoffgehalten wird bekanntermaßen langsamer abgebaut als nährstoffreiche Streu. Allerdings konnte kürzlich gezeigt werden, dass nährstoffarme Streu mit hohen Si-Gehalten schneller abgebaut wird als nährstoffreiche Streu mit wenig Si. Dabei wurde gleichzeitig durch die Erhöhung des Si-Gehaltes der Streu die Biomasse der abbauenden Pilze stark reduziert. Dies beweist die Bedeutung von Si für den Kohlenstoffkreislauf und die mikrobielle Abbaugemeinschaft in von Gräsern dominierten Ökosystemen. Niedermore, als wichtige Kohlenstoffspeicher und bedeutende Treibhausgas-emittenden, sind solche von Gräsern dominierten Ökosysteme mit einem potentiell hohen Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf. Eine Vorabstudie, welche den Einfluss von Si auf den Kohlenstoffkreislauf in einem Niedermoor untersuchte, zeigte eine verstärkte Respiration mit einer Vordopplung der Methangehalte im Torfkörper auf Si gedüngten Flächen. Allerdings wurde gleichzeitig zu den erhöhten Respirationsraten auch ein Anstieg der Phosphorgehalte (P) in der Bodenlösung gemessen. Eine Erhöhung des verfügbaren P führt bekanntermaßen ebenfalls zu einer Erhöhung der Respiration. Das Ziel des beantragten Projektes ist die direkten Effekte von Si auf den Kohlenstoffkreislauf von den indirekten Effekten (durch die Si bedingte P-Mobilisierung) zu trennen und eine Quantifizierung beider Prozesse vorzunehmen. Unsere Hypothesen sind (i) eine höhere Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung der Respiration organischer Substanz (Torf), durch (ii) direkte Si-Effekte und indirekte Si-Effekte durch eine Steigerung der P-Verfügbarkeit, (iii) die Steigerung der Respiration durch Si wird vorrangig durch Bakterien als durch Pilze erzielt und (iv) eine Steigerung der Si Verfügbarkeit führt zu einer Steigerung von P und N Verfügbarkeit, Umsatz und Aufnahme durch Pflanzen und damit zu labilerer Streu. Die Mechanismen zu verstehen auf welche Weise Si den Kohlenstoffkreislauf in Niedermooren beeinflusst ist ein wichtiger Teil eines verbesserten Verständnisses des terrestrischen Kohlenstoffkreislaufs.
Die Vorhersage der Kohlenstoff(C)bilanz von Wäldern bei geänderten Klimabedingungen ist eine komplexe Aufgabe. Es bedarf des Verständnisses des Abbaus der organischen Substanz (SOM) im Boden wie etwa der Temperatur- und Feuchtigkeitsempfindlichkeit und der Substratqualität für Bodenmikroorganismen. Für eine Abschätzung der künftigen C-Speicherung in Waldökosystemen ist die Kenntnis der langfristigen Entwicklung des organischen Boden-Kohlenstoffvorrats entscheidend. Erhöhte Bodentemperaturen ermöglichen den Bodenmikroorganismen die organische Substanz schneller abzubauen. Das führt zu einer erhöhten Freisetzung von Bodenkohlenstoff in Form von CO2 (Bodenatmung). Sobald der leicht abbaubare Bodenkohlenstoff verbraucht ist, kann sich der temperaturbedingte Anstieg der Bodenatmung längerfristig wieder abschwächen. Die Rolle der Bodenmikroorganismen in diesem Zusammenhang ist noch nicht geklärt. So würde eine Verschiebung von einer bakterien-dominierten Gemeinschaft zu einer pilz-dominierten Gemeinschaft den Umsatz schwer abbaubaren organischen Materials fördern und den Effekt einer Erwärmung auf die CO2-Emission verstärken. Andererseits kann die physiologische Anpassung von Mikroorganismen an geänderte Umweltbedingungen den Temperatureffekt abschwächen. Eine weitere Unsicherheit ist die mikrobielle Aktivität im Winter und die damit verbundene CO2-Ausgasung aus dem Boden. Gerade in wenig produktiven Bergwäldern stellt die winterliche CO2-Emission einen beträchtlichen Teil des C-Flusses des ganzen Jahres dar. Neben der Bodentemperatur wirken sich auch Veränderungen der Niederschlagsmenge bzw. der zeitlichen Verteilung des Niederschlags unmittelbar auf den Bodenkohlenstoff-Umsatz aus. Klimasimulationen sagen für das Untersuchungsgebiet trockenere Sommer, mehr Niederschlag im Winter und eine Verlängerung der Schneedeckendauer vorher. Diese Effekte könnten den stimulierenden Effekt des Temperaturanstieges auf die Bodenatmung abschwächen. In unserer Studie soll ein bereits bestehendes Bodenerwärmungsexperiment adaptiert werden um die CO2-Emissionen aus dem Boden unter verschiedenen Niederschlagsszenarien auf Kontrollflächen und Erwärmungsflächen zu messen. Während der Vegetationsperiode beträgt die Temperaturerhöhung auf den Erwärmungsflächen konstante 3 C. Mit einer Dachkonstruktion soll im Sommer temporär eine Dürreperiode erzeugt werden. Erhöhter Niederschlag im Spätwinter wird durch Schneezugabe auf die Versuchsflächen simuliert. Die bestehende Versuchsanordnung ermöglicht die Unterscheidung zwischen autotropher und heterotropher Bodenatmung. Die Organismen, die für die heterotrophe Atmung zuständig sind, werden mit molekularen Methoden der Mikrobiologie untersucht. Die Ergebnisse des Experiments werden zeigen, ob die Böden von Bergwäldern in einer wärmeren Umwelt eine potentielle Quelle oder doch eine Senke von C sind. usw.
We fixed 0.5 g aliquots of sediment with a 4% formaldehyde solution for 2-4 h, washed the fixed sediments three times with 1x phosphate-buffered saline (PBS), before storing them in 50% ethanol/PBS at -20°C. For water samples, we fixed 10 ml (for samples from the deep chlorophyll maximum and 100 m water depth) and 30 ml (for meso- and bathypelagic samples) with formaldehyde to a final concentration of 2-4% for 2-4 h, then filtered over a 0.22 µm polycarbonate filter, and stored samples at -20°C. We performed total cell counts as described by Schauer et al. (2011, doi:10.1111/j.1462-2920.2011.02530.x) using the nucleic acid dye 4'-6-diamidino-2-phenylindole (DAPI). A minimum of 1,000 cells in 20 independent grids were counted using a Zeiss Axio Imager M1 epifluorescence microscope equipped with a 100x/1.25 oil plan-apochromat objective. We used Catalyzed Reporter Deposition-Fluorescence In Situ Hybridization (CARD-FISH) according to Ishii et al. (2004) to count Gammaproteobacteria and JTB255 cells. We used the GAM42a oligonucleotide probe and the BET42a competitor probe to target members of the Gammaproteobacteria (Manz et al., 1992, doi:10.1016/S0723-2020(11)80121-9). We designed the JTB819a and JTB897 probes to target 16S rRNA gene sequences assigned to JTB255 in SILVA release 128 and the cJTB897 competitor probe to target all non-JTB255 16S sequences in SILVA release 128 that have a single mismatch to JTB819a and JTB897 probes. We obtained total gammaproteobacterial and JTB255 cell counts from duplicate filters derived from each sampling site.
Soil is the first component of the environment that can be effected by GM plants, because they do not only consume the nutritive substances from the soil, but also release there different compounds during a growing period, and leave in the soil their remains. If the plants are modified to increase their resistance to plant pathogens, particularly bacteria, they can also affect the other microorganisms important for plant development. Also there are no considerable data about possible effect of GM plants on soil organic matter and chemical processes in soil. For the experiment it is planned to use transgenic potato plants (Solanum tuberosum L. cv. Desiree) expressing a chimerical gene for T4 lysozyme for protection against bacterial infections; - obtaining and short-term growing of GM plants in laboratory conditions; - extraction and collection of root exudates and microbial metabolites from rhizosphere; - analysis of these exudates by Pyrolysis-Field Ionisation Mass Spectrometry (Py-FIMS) in comparison with the exudates of wild-type plants and transgenic controls not harbouring the lysozyme gene, and with dissolved organic matter from non-cropped soil; - creation of 'fingerprints' for each new transgenic line in combination with certain soil on the basis of marker signals. Expected impacts: - New highly cost-effective express testing system for the risk assessment of genetically modified plants at the earliest stages of their introduction; - The conclusion about safety/danger of GM plants for the soil ecosystems; - Model for prediction of possible risk caused by GM plants.
Störungen wie Trockenheit oder Sturm, welche zum Verlust des Kronendachs führen, verändern mikroklimatische Bedingungen und damit die Streuumsetzung und den Kohlenstoffkreislauf in Waldökosystemen. Ein Nadelöhr der Streuumsetzung ist der Abbau von Lignin, der nicht nur durch Mikroorganismen, sondern auch abiotisch unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung und Wärme erfolgt. Gerade in gestörten Waldökosystemen Mitteleuropas können Quantität und Qualität der organischen Bodensubstanz durch abiotischen Ligninabbau und seiner synergistischen Wirkungen maßgeblich beeinflusst werden. Hierzu ist bislang jedoch wenig bekannt. Um den Einfluss des fehlenden Kronendachs auf die Streuumsetzung auf Störungsflächen im Wald zu erkennen und zu quantifizieren, werden wir folgende Hypothesen testen: (H1) Der abiotische Abbau des Lignins nimmt mehr mit der Lichtintensität als mit der Temperatur und abnehmender Feuchte zu. (H2) Beim abiotischen Abbau des Lignins entstehen Abbauprodukte, die stärker depolymerisiert sind als Abbauprodukte der Rotfäule und weniger funktionelle Sauerstoffgruppen enthalten als Abbauprodukte der Weißfäule. (H3) Abiotischer Ligninabbau in der Humusauflage begünstigt Bakterien gegenüber Pilzen, und fördert die Produktion von gelöster organischer Substanz reich an depolymerisierten und desoxygenierten Ligninverbindungen. (H4) Geht also das Kronendach verloren, führt verstärkter Lichtintensität und die damit einhergehende abiotische Depolymerisierung und Desoxygenierung dazu, dass organische Substanz, die aus der Humusauflage in den Mineralboden gelangt, für Mikroorganismen schlechter abbaubar ist und eine geringere Affinität zu Bodenmineralen aufweist. Wir werden diese Hypothesen testen, indem wir zunächst in Laborinkubationsexperimenten mit Modellsubstanzen sowie Fichten- und Buchenstreu unter kontrollierten Licht-, Feuchte- und Temperaturbedingungen und unter Nutzung standardisierter mikrobieller Inokula die abiotischen Abbauraten sowie die entstehenden Ligninabbauprodukte mittels wässrige Extrakte, Kupferoxid-Oxidation sowie Röntgen-Photoelektronenspektroskopie und bestimmen. Außerdem wir in diesen Inkubationsexperimenten die Reaktion von Pilzen und Bakterien auf den abiotischen Abbau mittels Analyse von Zersetzungsart, Phospholipidfettsäuren sowie mikrobiellem Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor bestimmt. Weiter werden wir in Fichtenmischbeständen entlang eines Störungsgradienten im Nationalpark Schwarzwald die in-situ-Transformation von 13C-markierter Buchenstreu untersuchen. Während einer gleichzeitigen zweijährigen Inventur in diesen Fichtenmischbeständen werden außerdem Indikatoren abiotischen Abbaus sowie die Reaktivität und Stabilität der organischen Bodensubstanz erfasst. In der Gesamtschau werden die Ergebnisse unseres Projekts es ermöglichen den abiotischen Ligninabbau zu quantifizieren und somit seine Bedeutung für die Entstehung und Stabilität der organischen Bodensubstanz auf Störungsflächen im Wald zu ermitteln.
Die Bodenfauna ist in vielfaeltiger Weise an den bodenbiologischen Prozessen beteiligt, die letztlich in den Abbau der von den gruenen Pflanzen aufgebauten organischen Substanz muenden. Schematisch laesst sich die Rolle der Bodenfauna zwei Abbaustufen zuordnen, derjenigen der Saprophagen, deren Nahrungsnetz von Pilzen und primaerzersetzenden Tieren ausgeht und ueber Sekundaerzersetzer bis zu Aasfressern und Raeubern reicht, und der Stufe der Mineralisierung, die von Bakterien geleistet wird, die wiederum von Bodentieren, vor allem Protozoen und Nematoden kontrolliert werden, die ihrerseits in ein Nahrungsnetz von Tieren hoeherer Trophiestufen eingebunden sind. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, zur Aufklaerung der Rolle der einzelnen Gruppen und Arten der Bodenfauna und ihrer Beziehungen beizutragen.
Heutige biologische und einstellbare Leuchtmittel, die lebende Bausteine integrieren, sind im Wesentlichen auf Zellen beschränkt, die Biochemilumineszenz mit begrenzter Stabilität und Lichtausbeute nutzen (d. h. einige Tage bei Lichtausbeuten <5 lm/W). Tatsächlich gibt es keine Beispiele für lebende Leuchtmittel, die Photonenumwandlungssysteme zur Manipulation von Licht nutzen. Wir haben kürzlich eine neue Methode zur Herstellung lebender Farbfiltern mit Vibrio natriegens entwickelt. Dieses Bakterium weist (I) ein vielversprechendes Potenzial für die Biotechnologie mit einer außerordentlich hohen Wachstums- und Substratverbrauchsrate, (II) einen bereits sehr guten Ertrag bei der Expression hochwertiger fluoreszierender Proteine (FP) und (III) eine vielversprechende Kompatibilität mit Matrizen, die für Leuchtmittel von großem Interesse sind, auf. Tatsächlich haben vorläufige Experimente Leuchtmittel erzeugt die eine bessere Leistung aufweisen als diejenigen die mit denselben FP in Referenzmatrizen hergestellt wurden. Die aktuellen Hindernisse hängen mit dem Mangel an grundlegendem Wissen zusammen, um (I) die Expression beliebiger FP erfolgreich zu optimieren, (II) die Widerstandsfähigkeit und Kompatibilität in den Matrizen zu verbessern, (III) eine Anpassungsfähigkeit an externe Reize einzuführen und (IV) die besten Leuchtmittelarchitekturen und Betriebsarten zur Maximierung der Leuchtmittelleistung zu erstellen. Das ENABLED-Projekt wird all diese offenen Fragen bearbeiten und dabei die Disziplinen Metabolic Engineering, Synthetische Biologie, Materialwissenschaft und Biooptoelektronik miteinander verbinden. ENABLED wird insbesondere grundlegende Konstruktionsregeln für die Entwicklung von V. natriegens-Stämmen mit (I) optimierter flexibler Einzel- und Doppelemission, (II) verbesserter Widerstandsfähigkeit in Farbfiltern, um ihre Wiederverwertbarkeit nach der Verwendung in Leuchtmitteln zu ermöglichen, und (III) einer Anpassungsfähigkeit an die Temperatur in Farbfiltern, um die Zellregeneration nach der Verwendung in den Leuchtmitteln zu ermöglichen. Dies wird es uns ermöglichen, eine neue Familie von Regenbogen- und weißen Bakterien-Hybrid-Leuchtdioden einzuführen, die bislang nicht zur Verfügung stehen.
Das Projekt untersucht das Verhalten von gentechnisch veraenderten E.coli-Bakterien und Saccharomyces cerevisiae in ausgewaehlten Oekosystemen. Es wird die Ueberlebensfaehigkeit dieser Organismen in Wasser und Abwaessern studiert und mit jener der natuerlicherweise vorkommenden, gentechnisch nicht veraenderten Organismen verglichen. Zusaetzlich werden auch Untersuchungen ueber das Kompetitionsverhalten derartiger Organismen durchgefuehrt.
Fluorescence in situ hybridization (FISH) with rRNA-targeted oligonucleotide probes was used to investigate the phylogenetic composition of bacterioplankton communities in several freshwater and marine samples. An average of about 50% of the cells were detected by probes for the domains Bacteria and Archaea. Cells were concentrated from water samples (1 to 100 ml) on white polycarbonate filters (diameter, 47 mm; pore size, 0.2 mm; type GTTP 4700 [Millipore, Eschborn, Germany]) by applying a vacuum of <25 kPa. They were subsequently fixed by covering the filter with 3 ml of a freshly prepared, phosphate-buffered saline (pH 7.2)-4% paraformaldehyde (Sigma, Deisenhofen, Germany) solution for 30 min at room temperature. Airdried filters are ready for hybridization and can be stored at 220°C or room temperature for several months without showing apparent changes. Probes BET42a, GAM42a, and PLA886 were used with competitor oligonucleotides as described previously amongst others in Manz et al., (1992; doi:10.1016/S0723-2020(11)80121-9). The filters were transferred to a vial containing 50 ml of prewarmed (48°C) washing solution (70 mM NaCl, 20 mM Tris-HCl [pH 7.4], 5 mM EDTA, 0.01% sodium dodecyl sulfate) and incubated freely floating without shaking at 48°C for 15 min. The filter sections were dried on Whatman 3M paper (Whatman Ltd., Maidstone, United Kingdom) and covered with 50 ml of DAPI solution (1 mg/ml in distilled water filtered through at 0.2-mm filter) for 5 min at room temperature in the dark. For each sample and probe, more than 500 cells were enumerated; for the DAPI examination, more than 1,500 cells were counted per sample. All probe-specific cell counts are presented as the percentage of cells visualized by DAPI. The mean abundances and standard deviations were calculated from the counts of 10 to 20 randomly chosen fields on each filter section. All counts were corrected by subtracting the counts obtained with the negative control NON338. Mean and standard deviation were calculated from the counts of 10 to 20 randomly chosen fields on each filter section.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 2981 |
| Europa | 6 |
| Kommune | 19 |
| Land | 208 |
| Weitere | 91 |
| Wirtschaft | 10 |
| Wissenschaft | 1354 |
| Zivilgesellschaft | 125 |
| Type | Count |
|---|---|
| Chemische Verbindung | 9 |
| Daten und Messstellen | 54 |
| Ereignis | 6 |
| Förderprogramm | 2886 |
| Gesetzestext | 1 |
| Mitmachportal | 1 |
| Repositorium | 1 |
| Taxon | 1 |
| Text | 213 |
| Umweltprüfung | 2 |
| unbekannt | 42 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 245 |
| Offen | 2951 |
| Unbekannt | 18 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 2863 |
| Englisch | 694 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 29 |
| Bild | 49 |
| Datei | 38 |
| Dokument | 121 |
| Keine | 2216 |
| Unbekannt | 4 |
| Webseite | 877 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 2145 |
| Lebewesen und Lebensräume | 3214 |
| Luft | 1627 |
| Mensch und Umwelt | 3200 |
| Wasser | 2175 |
| Weitere | 3151 |