Im Rahmen des hier beantragten 12-monatigen Aufenthalt bei Prof. Dr. T. Dawson werde ich verschiedene Einsatzmöglichkeiten von stabilen Isotopen zum mechanistischen Verständnis von Prozessen in der Ökophysiologie/Baumphysiologie erlernen. Besonderer Schwerpunkt wird hierbei auf dem Studium biotischer Interaktionen und Stoffumsätze im Boden liegen. Anhand von eigenem Probenmaterial aus bereits abgeschlossenen Experimenten werde ich mir zunächst die Probenaufarbeitung, Verwendung der Massenspektrometer und Dateninterpretation von Grund auf aneignen. Während eines etwa vierwöchigen Aufenthalts bei Dr. C. Andersen werde ich in die Handhabung einer Messvorrichtung für unterirdische Untersuchungen an jungen Bäumen eingeführt. Diese 'mycocosms' werden anschließend für die in Berkeley geplanten Versuche eingesetzt. Mit Hilfe der stabilen Isotope 13C und 15N und Messungen der Bodenatmungsraten werden der Fluss an neu fixiertem C von den Blättern in den Boden, der C-Umsatz dort quantifiziert sowie die N- und C-Allokation erfaßt. Die Experimente dienen dem mechanistischem Verständnis qualitativer und quantitativer Änderungen dieser Allokations- und Umsatzprozesse durch Mykorrhizapilze und Konkurrenzinteraktionen. Die erlernten Methoden werden nach Beendigung des Auslandsstipendiums in Deutschland im Rahmen von Projekten eingesetzt, die sich mit der Konkurrenz zwischen Buche und Fichte beschäftigen.
Die Erforschung von Artbildungs- und Anpassungsprozessen ist zentral, um zu verstehen, wie Biodiversität entsteht und auf wechselnde Umweltbedingungen reagiert.. Ein idealer Ort für solche Studien ist das Südpolarmeer: Es beherbergt eine reiche und hochgradig endemische Fauna. Neuere Studien zeigen, dass viele benthische Arten aus Gruppen von genetisch distinkten Kladen bestehen, die als früher übersehene Arten pleistozänen Ursprungs interpretiert werden. Diese kryptischen Arten können durch molekulare Methoden (z. B. DNA-Barcoding) und z.T. auch durch morphologische Analysen unterschieden werden. Es wird angenommen, dass die Artbildung per Zufall erfolgte, als ehemals große Populationen während glazialer Maxima in kleinen allopatrischen Refugien isoliert wurden, wo sie starker genetischer Drift ausgesetzt waren. Alternative Artbildungsmodelle wurden bislang wegen fehlender molekularer Methoden kaum erforscht. Studien aus anderen Ökosystemen zeigen, dass ökologische Artbildung, d.h. Aufspaltungsereignisse durch unterschiedliche Selektion, ein naheliegendes alternatives Artbildungsmodell ist. In dem hier vorgestellten Projekt sollen erstmals hochauflösende genomische Methoden zusammen mit morphologischen Analysen benutzt werden, um konkurrierende Artbildungsmodelle für das Südpolarmeer zu testen. Als Fallstudie sollen hierfür Muster genetischer Drift und Selektion in einer besonders erfolgreichen Gruppe benthischer Arten des Südpolarmeeres untersucht werden, den Asselspinnen (Pycnogonida). Aufbauend auf vorangehenden Studien sollen genomische Muster neutraler und nicht neutraler Marker bei zwei Artkomplexen untersucht werden: Colossendeis megalonyx und Pallenopsis patagonica. Diese beiden Artkomplexe von Asselspinnen sind aufgrund mehrerer Merkmale hervorragende Modelle für die Themen dieses Antrages: 1) Es existieren zahlreiche genetisch divergente kryptische Arten, 2) erste morphologische Unterschiede wurden gefunden, 3) die weite Verbreitung der Vertreter sowohl auf dem antarktischen Kontinentalschelf als auch in weniger von den Vereisungen betroffenen subantarktischen Regionen, 4) ihre geringe Mobilität. Sollte eine durch genetische Drift bedingte allopatrische Artbildung in glazialen Refugialpopulationen der Hauptantrieb der Evolution sein, ist zu erwarten, dass Zufallsfixierung neutraler Allele und Signaturen von Populations-Bottlenecks in stark vereisten Gebieten am höchsten sind. Wenn andererseits natürliche Selektion der Hauptantrieb der Artbildung war, so sind starke Signaturen von Selektion auf Geno- und Phänotyp zu erwarten. Diese sollte am stärksten bei sympatrischen Arten sein (Kontrastverstärkung). Die Variation entlang von Genomen soll untersucht werden, um das Ausmaß zufälliger bzw. nicht zufälliger Variation einzuschätzen. Das vorgeschlagene Projekt wird ein wichtiger erster Schritt einer systematischen Erforschung der relativen Bedeutung von genetischer Drift und Selektion für die Evolution im Südpolarmeer sein.
Der boreale Nadelwald, die Taiga, ist eines der groessten Oekosysteme der Erde. Doch seine verschiedenen Teilgebiete sind auch innerhalb des Postglazials recht unterschiedlich alt. Ebenso verschiedenartig sind die oekologischen Gegebenheiten. Es stellt sich die Frage, ob die Taiga als ein einziges Oekosystem betrachtet werden darf. Die laufenden oekologischen Untersuchungen sollen die Ursachen fuer den lichten Stand der Baeume in einzelnen Teilen der Taiga klaeren. Von Bedeutung sind dabei Fragen nach Art, Ort und Intensitaet der Wurzelkonkurrenz sowie nach den oekologischen Folgen der Nadelstreu und des Moos- und Flechtenteppichs im Hinblick auf den Wasser und Waermehaushalt und auf die Bestandesverjuengung. Die Untersuchungen werden in Kanada, Nordeuropa und Ostjakutien durchgefuehrt.
Die Larven ('Raupen') der meisten Schmetterlingsarten leben solitär. Nur wenige Arten bilden komplexere Sozialverbände aus, dies aber konvergent in vielen taxonomischen Gruppen. Die ökologischen Randbedingungen, unter denen gemeinschaftliches Leben und Suchen nach Nahrung vorteilhaft sind, sind bis heute unbefriedigend verstanden. Wir untersuchen, welche Mechanismen zum Zusammenhalt der Gruppen beitragen, welche Rolle dabei chemische und mechanische Kommunikation zwischen den Raupenindividuen spielt, wie wichtig physiologische (vor allem thermobiologische) Effekte bei in Gruppen lebenden Arten sind und welche Konsequenzen das gemeinschaftliche Leben für die Nahrungssuche und mögliche Konkurrenz unter den Geschwistern hat. Diese Untersuchungen werden vergleichend an mehreren Arten mit unterschiedlich komplexen Sozialsystemen durchgeführt, ausgehend von den lockeren, auf die frühen Larvenstadien beschränkten Geschwisterverbänden von Landkärtchen (Araschnia levana) bis zu dauerhaft in Gemeinschaftsnestern lebenden Raupengesellschaften (z. B. Wollafter, Eriogaster lanestris).
In naturnahen sibirischen Pinus-sylvestris-Wäldern ca. 40 km südwestlich des Dorfes Zotino am Jenissei werden seit mehreren Jahren auf Dauerflächen umfassende ökologische Untersuchungen im Rahmen des IGBP-Programmes 'Global Change' vorgenommen, u.a. zur Altersstruktur, zur Biomasseentwicklung, zur Bestandesdynamik, zur Rolle der Brände, zur Vegetationsentwicklung, zum Konkurrenzverhalten, zum Nährstoff- und Wasserhaushalt der Bestände und zu verschiedenen physiologischen Leistungen der Kiefern. Während des geplanten Aufenthaltes sollen in Abstimmung mit dem Direktor des Max-Planck-Institutes für Biogeochemie, E.-D. Schulze in bereits gut untersuchten Beständen verschiedenen Alters ergänzende mykologische und lichenologische Daten zur Klärung der Rolle pilzlicher Organismen im brandgeregelten Zyklus der Bestände erhoben werden.
Temperatur ist ein zentraler Umweltfaktor, der die Aktivität von Bodenorganismen, die Abbaurate organischer Substanz und Bodenprozesse steuert. Temperatur beeinflusst damit die Zusammensetzung der Organismengemeinschaft und deren Funktion. Trotz der fundamentalen Bedeutung von Temperatur existiert nur sehr wenig Information über deren direkte und indirekte Wirkung auf die Struktur und Funktion von Zersetzersystemen. Vor allem die Wirkung von fluktuierenden Temperaturbedingungen ist kaum bekannt. Kenntnisse der Wirkung von Temperaturschwankungen sind dabei zur Beurteilung der Auswirkungen von globalen Klimaveränderungen essentiell. Der Schwerpunkt des beantragten Projekts ist deshalb die Untersuchung von Auswirkungen saisonaler und diurnaler Temperaturschwankungen auf die Struktur von Zersetzergemeinschaften und auf Bodenprozesse. Die Auswirkungen werden in Systemen unterschiedlicher Komplexität untersucht, die sich wechselseitig ergänzen. Grundlage für die Interpretation von Auswirkungen von Temperaturschwankungen bilden drei Themenkomplexe: (1) Die Bedeutung des Ressourcenangebots als Steuergröße für Saprophagen; (2) Konkurrenz zwischen ökologisch ähnlichen saprophagen Arten und deren langfristige Auswirkung; (3) Einfluss großkörperiger Saprophager als 'Ökosystem-Ingenieure' auf die Organismengemeinschaft des Bodens und ihre Funktion.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, umweltgerechte Begrenzungsstrategien der Ackerkratzdistel basierend auf Wissen zur genetischen Populationsstruktur, zum Konkurrenzgeschehen in wichtigen landwirtschaftlichen Kulturen und zur Ausbreitung in vorrangig ackerbaulich genutzten Landschaften zu erarbeiten. Dafür müssen zunächst Methoden zur Bestimmung genetischer Diversität in Populationen der Ackerkratzdistel entwickelt werden, die ggf. auch die genetische Identifizierung des Geschlechts ermöglichen. In einem Feldversuch werden Wege der nicht-chemischen Begrenzung mit Hilfe von pflanzenbaulichen Maßnahmen (Fruchtfolge, Stickstoffdüngung, mechanische Pflege von Klee-Gras-Einsaaten) an Distelpopulationen verschiedenen Alters geprüft. In einem begleitenden Semi-Feldversuch wird modellhaft geklärt, wie die Maßnahmen zur Beeinflussung der Konkurrenz durch die Feldfrüchte zusammenwirken. Zwei Landschaftsausschnitte, in denen großflächige Ackerbausystemversuche etabliert sind, dienen zu Prüfung der Zusammenhänge zwischen geographischen und genetischen Distanzen in den Distelpopulationen. Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens würden es ermöglichen, die Bedeutung verschiedener Ausbreitungswege der Ackerkratzdistel besser als bisher einzuschätzen und die Begrenzung der Unkrautart im Ackerbau auf dieser Basis zu planen. Dies ist vor allem für die Produktionsverfahren im Ökologischen Landbau dringend erforderlich. Entsprechendes Wissen käme auch konventionell wirtschaftenden Landwirten zugute, insbesondere wenn Extensivierungs- und landschaftspflegende Maßnahmen einen größeren Stellenwert einnehmen.
Die Begrenzung der Länge von Nahrungsketten ist eine der klassischen, aber immer noch unbeantworteten Fragen der Ökologie von Lebensgemeinschaften. In diesem Projekt und in einem parallelen Projekt limnologischer Ausrichtung (Antragsteller: Dr. H. Stibor, LMU München) soll versucht werden, zwei zentrale Hypothesen zu überprüfen: Die Omnivorie-Hypothese und die Hypothese der energetischen Begrenzung. Omnivore sind Organismen, die ihre Nahrung mindestens zwei tropischen Ebenen entnehmen. Dadurch werden sie gleichzeitig zu Nahrungskonkurrenten ihrer Beuteorganismen auf der unmittelbar unter den Omnivoren angesiedelten tropischen Ebene. Diese können dem doppelten Druck (Konkurrenz, Fraß) nicht widerstehen und werden aus dem System verdrängt, wodurch es zu einer Verkürzung der Nahrungskette kommt. Hypothese der energetischen Begrenzung. Wegen der Energieverluste, die bei jedem Transferschritt in der Nahrungskette auftreten, begrenzt die Höhe der Primärproduktion die Länge von Nahrungsketten, da bei zu langen Ketten die Energiezufuhr zu niedrig wäre, um die tropische Ebene der terminalen Räuber zu unterhalten. Überprüfung der Omnivorie-Hypothese. In künstlich zusammengestellte Modell-Nahrungsnetze im Labor (Mikrokosmen) werden an der Basis (mixotrophe Algen) und in der Mitte (omnivore Zooplankter) Omnivore eingefügt und die Struktur der Nahrungsnetze mit Kontroll-Nahrungsnetzen ohne Omnivore verglichen. Überprüfung der Hypothese der energetischen Begrenzung. Die Entwicklung der omnivorenhaltigen und omnivorenfreien Modell-Nahrungsnetze wird bei unterschiedlicher Trophie und damit Primärproduktion verfolgt.
Seit langem ist bekannt, dass räumlich begrenzte, kurzfristig und unvorhersagbar auftretende Ressourcen eine hohe lokale Diversität bei Lebensgemeinschaften von Insekten unterstützten. Als ein wesentlicher Grund der hohen Artenvielfalt wurde eine innerartliche Aggregation des Nachwuchses über Ressourcenpatches identifiziert, die zu verschärfter innerartlicher im Verhältnis zu zwischenartlicher Konkurrenz führt. Allerdings liefert diese Begründung nur eine mechanistische Erklärung. Die Faktoren, welche die notwendige innerartliche Aggregation in natürlicher Selektion bevorteilt haben, sind bislang völlig unklar. Jene Faktoren wollen wir aufklären. Im Zentrum unserer Untersuchungen steht die Analyse möglicher bottom-up-Effekte der Brutressourcen der Insekten und top-down Effekte der nächst höheren trophischen Ebene, welche auf individueller Ebene Verhalten selektieren, das den Diversitätseffekt auf der Ebene der Lebensgemeinschaften hervorruft. Unser Modellsystem sind Drosophilidenlebensgemeinschaften, bei denen wir auf unterschiedlichen Brutressourcen die genetisch begründete Variabilität von Reaktionsnormen für das Eiablageverhalten, sowie dessen dichteabhängig Konsequenzen in bezug auf Konkurrenz- und Parasitierungseffekte untersuchen wollen.
Es soll durch Mesokosmosexperimente und ergänzende Laborversuche mit Modellsystemen untersucht werden, welche Auswirkungen die unterschiedliche Zusammensetzung des Mesozooplanktons im Meer (überwiegend Copepoden) und im Süßwasser (überwiegend Cladoceren) auf die Struktur des mikrobiellen Nahrungsnetzes hat und inwieweit sich Prädationseffekte des Zooplanktons über die Protozoen bis zur Bakterienebene fortsetzen. Für diesen Vergleich stehen folgende Fragestellungen im Vordergrund: 1) Welchen Prädationseifluß haben limnische und marine Vertreter von cladoceren- und copepoden-dominiertem Zooplankton auf die verschiedenen funktionellen Gruppen heterotropher und mixotropher Protozoen? 2) Gibt es vom Mesozooplankton ausgehende direkte und indirekte (über die Protozoen) Wirkungen auf die Diversität, phänotypische Ausprägung und die Aktivitätsmuster des Bakterienplanktons? 3) Gibt es Unterschiede in den phänotypischen Anpassungen (z.B. Morphologie, Oberflächeneigenschaften, Exopolymere) planktischer Bakterien an Protozoenfraßdruck im limnischen und marinen Bereich?.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 220 |
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| Förderprogramm | 219 |
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