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A multi-biomarker approach using caged blue mussel, Mytilus edulis, on three World War shipwrecks in the North Sea

This dataset contains results from a field-based exposure study assessing the biological effects of submerged munitions on the marine bivalve Mytilus spp.. Mussels were collected from Sylt Island (North Sea) and exposed at three historic munition wrecks: SMS Mainz (Germany), KW58 Hendericus (Belgium), and UC30 (Denmark). At each site, mussel cages were deployed directly on or near the wreck structures for several weeks. After recovery, mussels were assessed for mortality and dissected for histochemical and biochemical analyses. Tissues (gills, mantle, and digestive gland) were examined for histological biomarkers including lipofuscin, glycogen, neutral lipids, as well as sex and gonadal maturity. Enzymatic activities of catalase (CAT) and glutathione S-transferase (GST) were measured spectrophotometrically and normalized to protein content.

Planktondiversität und -produktivität vor Südaustralien - Training, Vorhaben: Biodiversität und Anpassungsstrategien des Meso- und Makrozooplanktons vor Südaustralien

Einfluss von niederfrequenten Magnetfeldern auf den Schlaf und Marker der Alzheimer-Demenz bei Menschen

Einfluss von niederfrequenten Magnetfeldern auf den Schlaf und Marker der Alzheimer-Demenz bei Menschen Projektleitung: Kompetenzzentrum Schlafmedizin, Charité – Universitätsmedizin Berlin Beginn: 01.01.2022 Ende: 31.12.2024 Finanzierung: 1.362.671,88 € Hintergrund Erzeugen Magnetfelder Schlafstörungen und tragen damit möglicherweise zu Alzheimer-Demenz (AD) bei? Ein Zusammenhang zwischen gestörtem Schlaf und neurodegenerativen Erkrankungen (dazu gehört Alzheimer Demenz/AD) ist aus der Fachliteratur bekannt. Schlafstörungen gehören zu den typischen Symptomen vieler neurodegenerativer Erkrankungen. Ob ein Zusammenhang zwischen niederfrequenten Magnetfeldern und gestörtem Schlaf besteht, ist kaum untersucht. Einige wenige experimentelle Studien liefern begrenzte Hinweise auf eine Beeinträchtigung des Schlafes während einer nächtlichen Magnetfeldexposition. Magnetfeldexposition bedeutet, dass jemand einem Magnetfeld ausgesetzt (exponiert) ist. Schlafstörungen gelten auch als Risikofaktor und mögliche Ursache der Alzheimer Demenz. Daher könnten sie Teil eines möglichen Mechanismus für Wirkungen von Magnetfeldern sein, der den beobachteten statistischen Zusammenhang zwischen Magnetfeldern und AD erklärt. Ein wichtiger Befund bei Alzheimer Demenz sind Proteinablagerungen im Gehirn (amyloide Plaques) wie die des Peptids ß-Amyloid. Diese Ablagerungen werden durch Störungen des Schlaf-Wach-Rhythmus beeinflusst. Nach einer Nacht mit gestörtem Schlaf steigt bei Testpersonen die ß-Amyloid-Konzentration. Zielsetzung Die Studie sollte untersuchen, ob Magnetfelder den Schlaf beeinträchtigen und physiologische Wirkungen haben, die Alzheimer Demenz begünstigen könnten. Mit Schlaf-Enzephalogrammen ( EEG ) wurde geprüft, ob eine Magnetfeldexposition die Schlafparameter von Menschen beeinflussen kann. Zusätzlich bestimmt wurde der Einfluss von Magnetfeldern auf die Konzentrationen des ß-Amyloids und des Hormons Melatonin, das schlaffördernd wirkt. Ebenso wurde die subjektive Schlafqualität abgefragt. Da sich schlechter Schlaf negativ auf die Gedächtniskonsolidierung auswirkt, wurde eine Beeinträchtigung des Gedächtnisses durch Magnetfeldexposition geprüft. Gedächtniskonsolidierung ist die Übertragung von Erinnerungen vom Kurz- ins Langzeitgedächtnis. Durchführung Es wurden 21 Männer und 21 Frauen im Alter von 55 bis 75 Jahren in die Studie eingeschlossen. Die Einschlusskriterien waren: gesunde Rechtshänder*innen, Nichtraucher*innen, Frauen nur nach der Menopause. Die Ausschlusskriterien waren: Konsum von Substanzen, die den Schlaf beeinflussen (Medikamente und Drogen), Schlafstörungen und Implantate. Jede Testperson wurde im Abstand von einer Woche einer Gewöhnungsnacht, einer Scheinexposition und zwei Expositionsstufen ausgesetzt. Die Gewöhnungsnacht ist eine vorbereitende Übernachtung im Schlaflabor. Bei dieser gewöhnen sich die Testpersonen an die Umgebung und Messinstrumente. Dadurch soll eine Verzerrung der Daten im eigentlichen Experiment unter (Schein-) Exposition vermieden werden. Die Exposition der Testpersonen erfolgte mittels einer Spulenanordnung, bei der Helmholtzspulen um das Bett geführt wurden. Diese Spulenanordnung ermöglicht eine kontinuierliche nächtliche Exposition liegender Personen im Schlaf. Sie beeinträchtigte nicht das Verlassen des Bettes. Es wurde eine Exposition mit niederfrequenten Magnetfeldern bei 50 Hertz ( Hz ) und zwei Intensitäten (hoch: 30 Mikrotesla; niedrig: 1 Mikrotesla) sowie Scheinexposition (ohne Magnetfeld ) durchgeführt. Die Exposition erfolgte doppelt verblindet, d. h . es war sowohl Forscher*innen als auch Proband*innen nicht bekannt, wann Proband*innen den Feldern ausgesetzt waren oder nicht. Während des Schlafes wurde das EEG abgeleitet und die Schlafstruktur analysiert (Schlafstadien, Einschlaflatenz, Schlafeffizienz, Schlafdauer und Aufwachereignisse). Weiterhin wurden standardisierte Abend- und Morgenprotokolle ausgefüllt. Mit diesen wurden besondere Tagesereignisse, die den Schlaf beeinflussen können, sowie die Befindlichkeit am Morgen nach der Studiennacht erfasst. Vor und nach jeder Expositionsnacht wurden in einer Blutprobe die Biomarker für Stress, Schlaf und Alzheimer Demenz bestimmt (Stresshormon Kortisol, Schlafhormon Melatonin, Proteine ß-Amyloid und Tau). Zur Überprüfung, ob die Magnetfelder einen Einfluss auf die nächtliche Gedächtniskonsolidierung hatten, kamen am Abend vor und am Morgen nach dem Schlaf Gedächtnisaufgaben zum Einsatz. Ergebnisse Die Vermutungen haben sich nicht bestätigt, dass eine Magnetfeldexposition den Schlaf stört, zu höheren Konzentration von AD-Biomarkern führt und dadurch die Alzheimer Demenz möglicherweise begünstigt. Eine Analyse von 55 Parametern zur Makrostruktur des Schlafes (Schlafstadien) zeigte drei statistisch signifikante Unterschiede zwischen dem Einfluss eines Magnetfeldes und der Kontrollbedingung. Alle drei betrafen eine kürzere Wachzeit während der Nacht unter einer Magnetfeldexposition im Vergleich zur Scheinexposition, was für eine bessere Schlafqualität unter Exposition spricht. Die Effekte waren klein und die Anzahl der statistisch signifikanten Unterschiede war geringer als die Anzahl der als zufällig zu erwartenden signifikanten Ergebnisse. Die subjektiv empfundene Gesamtschlafdauer war unter Magnetfeldexposition statistisch signifikant länger, was im Einklang mit den Ergebnissen zur Makrostruktur des Schlafes ist und ebenfalls für eine bessere Schlafqualität unter der Einwirkung eines Magnetfeldes spricht. Geschlechtsunterschiede waren ausgeprägter als die Auswirkungen des Magnetfeldes. Frauen schliefen länger und tiefer als Männer. Diese Ergebnisse stimmen mit anderen publizierten Studien überein. Im Einklang mit der besseren Schlafqualität während einer Magnetfeldexposition war auch die Befindlichkeit am Morgen nach einer Exposition besser. Die Analyse der Schlafspindel (für den Schlaf typische Muster des EEG ) zeigte ein recht einheitliches Bild mit reduzierten Spindeldichten unter Magnetfeldexposition im Vergleich zur Scheinexposition. Am häufigsten zeigten sich kleine Effekte bei der höheren Expositionsstufe im Vergleich zur Scheinexposition. Diese Ergebnisse können im Sinne einer Expositions-Wirkungsbeziehung interpretiert werden. Aus der Fachliteratur ist bekannt, dass die Spindelaktivität mit der schlafbezogenen Gedächtniskonsolidierung verbunden ist. Eine verschlechterte nächtliche Gedächtniskonsolidierung ist ein Symptom von Alzheimer Demenz. Im Vergleich der Geschlechter war die Spindelamplitude unabhängig von der Magnetfeldexposition mit großen Effektgrößen bei den Frauen höher als bei den Männern, was dem aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstand entspricht. In einem der beiden Tests zur Gedächtniskonsolidierung über Nacht („Wortpaare merken“) war diese nach der geringeren Expositionsstufe statistisch signifikant geringer als nach Scheinexposition. Die höhere Expositionsstufe zeigte keinen Effekt. Beim zweiten Test zur Gedächtniskonsolidierung (Übung motorischer Fähigkeiten wie z.B. Bewegungskoordination und -geschwindigkeit) zeigte die Magnetfeldexposition keinen Einfluss. Die Veränderung der AD-Biomarkerkonzentration über Nacht unterscheidet sich zwischen den Expositionsbedingungen (exponiert vs. scheinexponiert) nicht statistisch signifikant. Dennoch wurden am Morgen im Blut der exponierten Personen statistisch signifikant kleinere Konzentrationen einiger AD-Biomarker beobachtet als bei den nichtexponierten Personen. Im Blut zeigten sich keine statistisch signifikanten Effekte einer Magnetfeldexposition auf die Konzentration der Hormone Kortisol und Melatonin. Die Ergebnisse der Studie zeigen einzelne statistisch signifikante Effekte einer Magnetfeldexposition auf die Makrostruktur des Schlafes. Dabei kann nicht ausgeschlossen werden, dass diese zufällig sind. Die beobachteten Effekte deuten auf einen verbesserten Schlaf unter Magnetfeldexposition hin. Auch die vereinzelten statistisch signifikanten Effekte auf Biomarker der AD im Blut deuten auf eine Verbesserung, also geringere Konzentration am Morgen, hin. Der beschriebene expositionsabhängige Zusammenhang zwischen einer Magnetfeldexposition und einer reduzierten Spindeldichte ist interessant. Eine geringere Spindeldichte wäre typisch für eine Verschlechterung der Gedächtniskonsolidierung während der Nacht. Letzteres wäre ein mögliches Symptom für Alzheimer Demenz. Eine solche Wirkung einer Magnetfeldexposition auf die Gedächtniskonsolidierung wurde jedoch nicht gefunden. Stand: 31.03.2026

Die Sauerstoffisotopensignatur von organischer Substanz in Pflanzen und im Boden

Die Verwendung von Stabilisotopenverhältnissen zur Aufdeckung von Prozessen in der Umwelt erfordert ein tiefreichendes Verständnis, das für einige Elemente wie Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) im Boden vorhanden ist. Unsere vorigen Projekte zeigten grundlegende Unterschiede in der Reaktion der Wasserstoff (H)-Isotopenverhältnisse auf Umwelteinflüsse im Vergleich zu C und N auf. Das Sauerstoff (O)-Isotopensystem im Boden wurde bisher wenig beachtet. Es ähnelt dem von H hinsichtlich eines austauschbaren und eines nicht austauschbaren Anteils, wobei nur Letzterer ein aussagekräftiges Signal liefert. Die C- und N-Isotopensysteme sind dem von O ähnlich, da diese Elemente an biochemischen Reaktionen beteiligt sind, die durch extrazelluläre Enzyme katalysiert werden und mit einer Isotopenfraktionierung verbunden sind. Da in der spärlichen Literatur ein Zusammenhang zwischen den O-Isotopenverhältnissen in der organischen Substanz (OS) und dem Klima angenommen wird, könnte ein verbessertes Verständnis des O-Isotopensystems ein neues Instrument darstellen, mit dem sich subtile Auswirkungen des Klimawandels in Ökosystemen aufspüren lassen, die sonst übersehen werden. Unser übergeordnetes Ziel ist es, die Bedeutung der ?18O-Werte von nicht austauschbarem O in der organischen Bodensubstanz (OBS) in einem ökologischen Kontext aufzudecken. Wir planen, (i) den Anteil von austauschbarem O in der Pflanzenstreu und in der OBS zu quantifizieren, (ii) die Kinetik des O-Einbaus aus dem Umgebungswasser in die OS durch mikrobielle und extrazelluläre Enzymaktivität zu bestimmen, (iii) zu testen, ob der Abbau von OS mit einer O-Isotopenfraktionierung verbunden ist, und wenn ja, die scheinbare Netto-Isotopenfraktionierung zu quantifizieren, (iv) die Beziehung zwischen den ?18O-Werten des Niederschlags und dem nicht austauschbarem O-Anteil in der organischen Auflage im Wald zu untersuchen und (v) herauszufinden, ob die ?18O-Werte des nicht austauschbaren O in der OBS mit denen ausgewählter Biomarker korrelieren. Als Voraussetzung (WP1) muss der Einfluss von anorganischem O eliminiert werden. Wir werden (a) testen, ob eine Demineralisierungsmethode, die für H-Isotope etabliert wurde, auf O-Isotope übertragbar ist, und (b) eine neue Methode entwickeln, die auf der Extraktion von Oxyanionen und der Zerstörung der OS durch Vermuffelung basiert. Wir werden die zuverlässigste Methode auswählen und Experimente durchführen, um den Einbau von O und H aus dem Umgebungswasser und die damit verbundene Isotopenfraktionierung quantifizieren zu können (WP2). Dies wird durch eine Feldstudie ergänzt, in der die Anteile von austauschbarem O und H in der OS quantifiziert, die mittelfristigen Auswirkungen des O- und H-Einbaus aus dem Umgebungswasser sowie der Isotopenfraktionierung in den Systemen C, N, O und H und das Potenzial des O-Isotopensystems zusammen mit dem von H und/oder anderen Elementen, klimabedingte Prozessänderungen anzuzeigen, untersucht werden (WP3).

Etablierung und Validierung einer Plattform für die miniaturisierte und schonende serologische Analyse von Blutproben in kleinen Versuchstieren, Erforschung und Parallelisierung eines serologischen PICO-Assays

Klimagesteuerte Variabilität der Kohlenstoffisotope in für diatomeenspezifischen organischen Verbindungen (Biomarker) des Südpolarmeeres

Gegenstand des Vorhabens ist die organisch-geochemische Untersuchung von diatomeenspezifischen organischen Verbindungen (Biomarker) aus Sedimenten des Südpolarmeeres für die letzten ca. 150.000 Jahre. Diatomeen sind die wichtigsten Primärproduzenten südlich der heutigen Antarktischen Polarfront. Die Kohlenstoffisotope und Anteile der in den Sedimenten überlieferten Biomarker aus Diatomeen spiegeln unmittelbare Veränderungen in der Meerwasserchemie, ozeanischen Zirkulation und der Primärproduktivität wider und sind daher ein ausgezeichneter Indikator für klimagekoppelte Umweltveränderungen. Die Untersuchungen basieren auf etablierten Methoden der organischen Geochemie, Biomarkenanalytik und Isotopengeochemie und sind somit ohne methodische Neuentwicklungen durchzuführen.

Trophische Interaktionen der Mikro- und Mesofauna des Bodens - Lipide und N-Isotopenverhältnis als Indikatoren

Die Nahrungsstrategien vieler Bodentiere, insbesondere der Mikrofauna, sind nur unzureichend bekannt. Meist erfolgt eine generelle Einteilung nach vorwiegend morphologischen Kriterien. Nahrungsnetzanalysen und Modelle verlangen jedoch nach einer genauen trophischen Klassifizierung. Im geplanten Forschungsprojekt werden zwei biochemische Methoden eingesetzt: Phospholipidfettsäuren als Biomarker für den Transfer von Kohlenstoff in der Nahrungskette und das 15N/14N-Isotopenverhältnis als Indikator für die trophische Stellung der Bodenfauna. Vergleichende Analysen sollen Aufschluss geben über Herkunft und trophische Anreicherung von Stickstoff und Fettsäuren, sowie physiologische Aspekte (z.B. Biosynthese) untersuchen. In Mikrokosmen werden hierzu Nahrungsketten simuliert (Mikroflora (Bakterien, Pilze), Sekundärzersetzer (Nematoden), Räuber (Milben, Collembolen). Daneben erfolgen Manipulationen des physiologischen Stoffwechselzustandes (Proteingleichgewicht, Nahrungsmangel) und Untersuchungen an Freilandfauna. Die zugrunde liegenden biochemischen und physiologischen Mechanismen der trophischen Anreicherung von 15N in einer Nahrungskette wurden bisher nur in wenigen kontrollierten Laborstudien untersucht. Zudem sind Fettsäuremuster von Bodentieren kaum bekannt. Letztere zur Klassifizierung von Nahrungsstrategien zu nutzen, bietet einen neuen und viel versprechenden Ansatz zur Analyse von Bodennahrungsnetzen.

Bewertung der physiologischen Plastizität und genetischen Variabilität der Kiefer (Pinus sylvestris L.) an ihrer westlichen Verbreitungsgrenze unter den Bedingungen des Klimawandels, Teilvorhaben 1: Bewertung der physiologischen Variabilität auf der Grundlage von Biomarkern

Forschergruppe (FOR) 2358: Mountain Exile Hypothesis - How humans benefited from and re-shaped African high altitude ecosystems during Quarternary climatic changes, Teilprojekt: Paläoklimatologie - Stabile Sauerstoff-(18O/16O) und Wasserstoff-(2H/1H) Isotopensignaturen von Pflanzen, Böden und Niederschlag entlang von Höhentransekten, und von Paläoklimaarchiven auf den Bale Mountains

Äthiopien erhält den Großteil seiner Niederschläge durch Winde aus dem Süden die der Ostafrikanische Sommermonsun in den Nordhemisphärischen Sommermonaten bringt. Die Stärke der Ostafrikanischen Monsunniederschläge variierte jedoch zum Teil erheblich im Verlaufe des Quartärs und auch der Anteil von Niederschlägen durch die Westerlies könnte in der Vergangenheit sehr variabel gewesen sein. Während der vergangenen Jahre entwickelten sich einige neue Biomarker- und Stabilisotopenmethoden zu hochinnovativen und viel versprechenden (semi-)quantitativen Paläoklima-Proxies. Durch die Entwicklung und Anwendung solcher Biomarker- und Stabilisotopenmethoden zielt das beantragte Projekt darauf ab, einen Beitrag zur (semi-)quantitativen Paläoklimarekonstruktion der Bale Mountains in Äthiopien zu leisten. Im Speziellen sollen Temperatur, relative Luftfeuchte, Niederschlagsmenge und Änderungen im Quellgebiet der Niederschläge rekonstruiert werden.Im Rahmen eines der Arbeitspakete wird der rezente Niederschlag räumlich und zeitlich aufgelöst auf seine Isotopensignatur (2H/1H and 18O/16O) untersucht. Diese Daten sollen u.a. helfen die für die Bale Mountains relevanten atmosphärischen Zirkulationssysteme und deren spezifische Isotopensignaturen besser zu verstehen. In einem zweiten Arbeitspaket wird untersucht wie akkurat sich die Isotopensignatur des Niederschlags wie auch die relative Luftfeuchte und Temperatur in den Biomarker- und Stabilisotopensignaturen von Pflanzen und Böden widerspiegeln. Hierzu werden Klimagradienten entlang von Höhentransekten auf die Bale Mountains untersucht. Der methodische Schwerpunkt wird auf der Untersuchung von komponenten-spezifischen 2H-Analysen von Pflanzenwachs-bürtigen n-Alkan- und Fettsäurebiomarkern, auf komponenten-spezifischen 18O-Analysen von Hemizellulose-bürtigen Zuckerbiomarkern und auf Bodenbakterien-bürtigen Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraether (GDGT) Lipidbiomarkern liegen. Das dritte Arbeitspaket trägt zur Gewinnung von Sedimentbohrkernen und Aufstellung von dazugehörigen Chronostratigraphien bei. Diese Sedimentbohrkerne werden gemeinsam mit den Teilprojekten P2-Antrosole und P4-Paläoökologie als Archive genutzt um die menschliche Besiedelungsgeschichte wie auch die Spätquartäre Klima- und Landschaftsgeschichte der Bale Mountains zu rekonstruieren. Das Teilprojekt P5-Paläoklimatologie wird hierzu die oben spezifizierten Biomarker- und Stabilisotopenmethoden anwenden.

Abrupte Veränderungen von Süßwasserökosystemen unter Einwirkung von multiplen Stressoren wie steigenden Temperaturen, Nährstoffen und Pestiziden

Flache Süßwasser-Lebensräume bieten wichtige Ökosystem-Funktionen, sind aber von multiplen Stressoren bedroht. Während die Reaktion auf den globalen Klimawandel wahrscheinlich eher graduell ist, sind abrupte Veränderungen möglich, wenn kritische Schwellenwerte durch zusätzliche Effekte lokaler Stressoren überschritten werden. Die Analyse dieser Effekte ist komplex, da Stressoren additiv, synergistisch oder antagonistisch wirken können. CLIMSHIFT zielt auf ein mechanistisches Verständnis von Stressor-Interaktionen, die auf flache aquatische Ökosysteme wirken. Diese sind aufgrund ihrer hohen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisse, der großen Ufer-Grenzfläche und der Grundwasser-Konnektivität besonders anfällig für Klimaerwärmung und Stoffeinträge aus landwirtschaftlichen Einzugsgebieten. Die komplexen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Primärproduzenten sowie assoziierten Konsumenten führen zum Auftreten stabiler Regime, und multiple Stressoren können nichtlineare Übergänge zwischen diesen Regimen auslösen, mit weitreichenden Folgen für entscheidende Ökosystemprozesse und -funktionen. Unsere Haupthypothese ist, dass erhöhte Temperaturen die negativen Auswirkungen der landwirtschaftlichen Stoffeinträge, die Nitrat, organische Pestizide und Kupfer enthalten, verstärken. Submerse Makrophyten, Periphyton und Phytoplankton als Primärproduzenten werden kombiniert mit Schnecken, die Periphyton und Pflanzen fressen, sowie benthischen und pelagischen Phytoplankton-Filtriern, Dreissena und Daphnien. Wir testen unterschiedliche Expositionsszenarien auf zwei räumlichen Skalen, Mikrokosmen im Labor und Mesokosmen im Freiland, um Effekte auf individueller, gemeinschaftlicher und ökosystemarer Ebene zu verstehen. Während des gesamten Projekts werden die Experimente durch Modellierungen ergänzt, um kritische Schwellwerte zu simulieren und Stress-Interaktionen vorherzusagen. Die Modellentwicklung wird in Zusammenarbeit mit allen Arbeitspaketen durchgeführt, um empirische Ergebnisse zu integrieren, unterschiedliche räumliche und zeitliche Skalen zu verknüpfen und Ergebnisse zu extrapolieren. Wir erwarten, dass kombinierte Stressoren zu plötzlichen Verschiebungen der Gemeinschaftsstruktur führen. Submerse Makrophyten werden voraussichtlich durch Phytoplankton oder benthische Algen ersetzt, mit Konsequenzen für wichtige Ökosystemfunktionen. Die Stärke unseres Antrages liegt darin, dass ökotoxikologische Stressindikatoren der Organismen wie Wachstum und Biomarker mit funktionalen Gemeinschafts-/Ökosystemansätzen kombiniert werden, die den Metabolismus und die Dynamik des Ökosystems betrachten. Das kombinierte Know-how von 5 Laboren mit komplementärem Fachwissen und allen notwendigen Einrichtungen wird die spezifische Projektfähigkeit sicherstellen. Unsere Ergebnisse sollen dazu beitragen, safe operating spaces/sichere Handlungsräume für eine nachhaltige Landwirtschaft und das Management von flachen aquatischen Ökosystemen in einer sich verändernden Welt zu definieren.

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