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Umweltprobenbank des Bundes (German Environmental Specimen Bank)

Die Umweltprobenbank des Bundes (UPB) mit ihren Bereichen Bank für Umweltproben und Bank für Humanproben ist eine Daueraufgabe des Bundes unter der Gesamtverantwortung des Bundesumweltministeriums sowie der administrativen und fachlichen Koordinierung des Umweltbundesamtes. Es werden für die Bank für Umweltproben regelmäßig Tier- und Pflanzenproben aus repräsentativen Ökosystemen (marin, limnisch und terrestrisch) Deutschlands und darüber hinaus für die Bank für Humanproben im Rahmen einer Echtzeitanalyse Blut-, Urin-, Speichel- und Haarproben studentischer Kollektive gewonnen. Vor ihrer Einlagerung werden die Proben auf eine Vielzahl an umweltrelevanten Stoffen und Verbindungen (z.B. Schwermetalle, CKW und PAH) analysiert. Der eigentliche Wert der Umweltprobenbank besteht jedoch in der Archivierung der Proben. Sie werden chemisch veränderungsfrei (über Flüssigstickstoff) gelagert und somit können auch rückblickend Stoffe untersucht werden, die zum Zeitpunkt ihrer Einwirkung noch nicht bekannt oder analysierbar waren oder für nicht bedeutsam gehalten wurden. Alle im Betrieb der Umweltprobenbank anfallenden Daten und Informationen werden mit einem Datenbankmanagementsystem verwaltet und aufbereitet. Hierbei handelt es sich insbesondere um die biometrischen und analytischen Daten, das Schlüsselsystem der UPB, die Probenahmepläne, die Standardarbeitsanweisungen (SOP) zu Probenahme, Transport, Aufbereitung, Lagerung und Analytik und die Lagerbestandsdaten. Mit einem Geo-Informationssystem werden die Karten der Probenahmegebiete erstellt, mit denen perspektivisch eine Verknüpfung der analytischen Ergebnisse mit den biometrischen Daten sowie weiteren geoökologischen Daten (z.B. Daten der Flächennutzung, der Bodenökologie, der Klimatologie) erfolgen soll. Ausführliche Informationen und eine umfassende Datenrecherche sind unter www.umweltprobenbank.de abrufbar.

Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Dient sie zum Schutz gegen Fressfeinde und Pathogene?

Coccolithophoriden sind eine Gruppe von ca. 200-300 marinen Phytoplanktonarten, die in allen Weltmeeren vorkommt. Sie besitzen die besondere Fähigkeit eine Kalkschale (Coccosphäre) zu bauen, die sie aus vielen kleinen Kalkplättchen (Coccolithen) zusammensetzen. Aufgrund ihrer Fähigkeit zu kalzifizieren sind sie ein wichtiger Bestandteil im Klimasystem, denn die Produktion von Kalk nahe der Meeresoberfläche führt zu einem vertikalen Gradienten der Seewasseralkalinität, beschleunigt den Kohlenstoffexport in die Tiefsee und erhöht die Rückstrahlung von einfallender Sonnenenergie von der Erdoberfläche ins Weltall. Trotz intensiver Forschung an der Physiologie der Kalzifizierung und dessen biogeochemischer Relevanz konnten wir eine der entscheidenden Fragen immer noch nicht beantworten: Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Die Beantwortung dieser Frage ist von außerordentlicher Bedeutung, denn solange wir nicht wissen wozu die Kalkschale dient können wir auch nicht vorraussagen in welchem Maße sich die durch die Ozeanversauerung zu erwartende Abnhame in der Kalzifizierung negativ auf die Fitness dieser Lebewesen in ihrem natürlichen Lebensraum auswirkt. In dem hier vorgestellten Projekt möchten wir die Frage nach der Bedeutung der Kalzifizierung erforschen, indem wir untersuchen ob die Coccosphäre einen Schutz gegen planktonische Räuber, Bakterien und Viren darstellt. Dazu haben wir eigens einen experimentellen Ansatz entwickelt wobei kalzifizierte und dekalzifizierte Coccolithophoridentzellen zusammen mit deren Fressfeinden und Pathogenen kultiviert werden. Dieser Ansatz erlaubt es uns folgende Fragestellungen zu untersuchen: 1) Sind kalzifizierte Zellen besser in der Lage sich gegen Fraß und Infektion zu schützen als Zellen ohne Coccosphäre? 2) Bevorzugen Fressfeinde und Pathogene solche Zellen, bei denen die Coccosphäre entfernt wurde, wenn ihnen beides angeboten wird? 3) Sind Wachstum und Reproduktion von Fressfeinden und Pathogenen verlangsamt, wenn sie kalzifizierte Zellen fressen oder infizieren?

Muschelkulturbezirke im Nationalpark Schleswig-Holsteinisches Wattenmeer 2020 Sept.

Der Datensatz beinhaltet die vom Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume per Verordnung vom 17.03.2017 ausgewiesenen Miesmuschelkulturbezirke sowie die Änderungen vom 4.8.2020 und dem 1.9.2020 in den Küstengewässern Schleswig-Holsteins. | Prüfung: Inhaltlicher Abgleicht | Prüfungsbeschreibung: Vergleich mt Verordnungsangaben | Dateninhalt (Bild): Inhaltlicher Abgleicht

SeeWandel Klima: Modellierung der Folgen von Klimawandel und Neobiota für den Bodensee, Teilprojekt 1: Vergangene Klimaänderungen im Bodensee - Lehren für die Zukunft

SeeWandel-Klima: Modellierung der Folgen von Klimawandel und Neobiota für den Bodensee SeeWandel-Klima hat zum Ziel, aktualisierte Vorhersagen der Folgen des Klimawandels - unter Einbezug der Auswirkungen von invasiven Arten - auf das Ökosystem Bodensee und dessen nachhaltige Nutzung zu liefern. Die Projektarbeiten in SeeWandel-Klima sind in 9 Teilprojekten organisiert. Zentral sind Modellierungsarbeiten, mit dem Ziel komplexe Folgen von Faktoren wie Klimaänderungen und invasiven Arten sowie deren Zusammenspiel für das Ökosystem Bodensee und dessen Nutzung vorhersagen zu können. Die dafür notwendige Bereitstellung robuster Parameter und Erkenntnisse zur Entwicklung solch prognosefähiger Modellsysteme erfolgt seitens verschiedener Teams von Forschenden. Teilprojekt 1: Vergangene Klimaänderungen im Bodensee – Lehren für die Zukunft Seesedimente sind ein hochauflösendes Archiv für Umweltänderungen, die nicht mit historischen Quellen und mit Messdaten belegt sind. Sie können darum helfen, das Ausmaß heute beobachteter Veränderungen besser zu verstehen, um sich auf zukünftige Veränderungen sinnvoll vorzubereiten. Das Teilprojekt wird erstmalig eine detaillierte Hochwasserchronologie des Bodensees und damit der Niederschlagshistorie seines alpinen Einzugsgebietes erarbeiten. Heute verwendbare neue Untersuchungsmethoden sollen gezielt genutzt werden, um die Hochwassergeschichte des Bodensees und Alpenrheins mit hohem Detaillierungsgrad in prähistorische Zeiträume zu verlängern. Damit lassen sich extreme Hochwasserereignisse und Jahre mit sehr geringen Zuflüssen durch den Alpenrhein identifizieren. Untersuchungen von Sedimentkernen sind zudem der einzig mögliche Ansatz, um Informationen zum Ökosystem Bodensee aus messtechnisch nicht erfassten Zeiträumen zu gewinnen, und von historischen menschlichen Aktivitäten (Landnutzung, Wasserkraft, Wasserbau, Eutrophierung) unbeeinflusste Zeiträume zu analysieren. So lässt sich aus der Vergangenheit für die zukünftige Entwicklung lernen, um eine nachhaltige Entwicklung zu ermöglichen. Die Brücke in die Ökosysteme der Vergangenheit bilden Schalen von Kieselalgen, Muschelkrebsen und Reste von Cladoceren, die über tausende Jahre im Sediment erhalten sein können und seit etwa 50 Jahren regelmäßig im Wasser untersucht werden. Diese Organismenreste werden in einzelnen Zeitabschnitten im Sediment bestimmt und nach Möglichkeit mit eDNA-Untersuchungen ergänzt. Ziel 1: Eine aus Sedimenten abgeleitete Hochwasserchronologie für die letzten 5000 Jahren soll als Grundlage für Hochwasserstatistiken und -gefährdungen am Bodensee etabliert werden. Ziel 2: Die Reaktion der aquatischen Lebensgemeinschaften auf von menschlichen Aktivitäten unbeeinflusste Klimaveränderungen der Vergangenheit soll für die Bewertung der heute beobachteten Veränderungen erfasst werden.

Küstengewässer Chemie

Bei der qualitativen Überwachung der Küstengewässer stehen die Erfassung der verschiedenen physikalischen und chemischen Belastungen und ihre Auswirkungen auf die aquatischen Lebensgemeinschaften sowie die Erfolgskontrolle eingeleiteter Maßnahmen im Vordergrund. Sie erfolgt seit 1993 auf der Grundlage der jährlich durch das Ministerium für Klimaschutz, Landwirtschaft, ländliche Räume und Umwelt M-V (LM) herausgegebenen Gewässerüberwachungserlasse. Der Schwerpunkt der Untersuchungen in Wasserproben liegt bei den gut wasserlöslichen Stoffen, während Stoffe, die sich in Sedimenten und in Biota (z.B. Fische oder Muscheln) anreichern, in diesen Kompartimenten zu untersucht werden. Hierbei sind EU-Richtlinien und internationale Vereinbarungen, sowie nationale Gesetzgebung, zu berücksichtigen. Mecklenburg-Vorpommern hat eine Küstenlänge von 1.712 Kilometer, davon 354 Kilometer Küste zur offenen See Die inneren Küstengewässer von der Wismarbucht im Westen bis zum Kleinen Haff im Osten weisen eine Fläche von rund 1.710 km2 auf.

Neutronenaktivierungsanalyse

Die NAA ist ein sehr leistungsfaehiges Verfahren zur Spuren- und Multielementbestimmung. Sie ist im Prinzip fuer alle Probenarten geeignet. Lediglich aus Sicherheitsgruenden werden die Proben in getrocknetem Zustand in den Reaktoren FRG-1 und FRG-2 bestrahlt. Die NAA wird hier hauptsaechlich in der Umwelt- und Meeresforschung eingesetzt. Da bei solchen Programmen sehr viele Proben zu bearbeiten sind, liegt ein Schwerpunkt der Arbeiten in der Automatisierung und Rationalisierung des Analysenganges. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der statistischen Verarbeitung der Datenflut. Dazu werden Programme zur statistischen Auswertung und Korrelationsanalyse verwendet und weiterentwickelt. Ein dritter Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Radiochemie. Denn neben der rein instrumentellen NAA muessen radiochemische Trennungen durchgefuehrt werden, um die Nachweisempfindlichkeit zu verbessern und stoerende Matrixaktivitaeten vor der Messung abzutrennen. In Einzelfaellen ist dann neben der Gamma-Spektroskopie die Alpha- und Beta-Spektroskopie die vorteilhafteste Methode. Es werden die deutschen Kuestenbereiche der Nord- und Ostsee und einzelne Flussmuendungen erprobt, um die Verteilg.und zeitl. Schwankungen der Schadstoffkonzentrationen zu ermitteln. Dazu werden systematisch Organismen und Sedimentproben genommen, analysiert und statistisch ausgewertet, ebenso Wasser- und Schwebstoffproben. Um aussagekraeftige Ergebnisse zu bekommen, muessen die natuerlichen jahreszeitlichen und langfristigen Aenderungen erfasst werden. Aus dem Spurenelementmuster sollen die Mechanismen der Schadstoffverteilungen aufgeklaert und moegliche Schadstoffquellen lokalisiert werden.

Seawater carbonate chemistry and skeletal integrity of a marine keystone predator (Asterias rubens)

The current increase in atmospheric CO2 concentration induces changes in the seawater carbonate system resulting in decreased pH and calcium carbonate saturation state, a phenomenon called ocean acidification (OA). OA has long been considered as a major threat to echinoderms because their extensive endoskeleton is made of high‑magnesium calcite, one of the most soluble forms of calcium carbonate. Numerous studies addressed this question in sea urchins, but very few questioned the impact of OA on the sea star skeleton, although members of this taxon do not compensate their extracellular pH, contrary to most sea urchins. In the present study, adults of the common sea star, Asterias rubens from Kiel Fjord, a site experiencing natural acidification events exceeding pCO2 levels of 2500 μatm, were chronically exposed to different levels of simulated ocean acidification (pHT-SW 8.0, 7.4, 7.2), encompassing present and future conditions, for the duration of 109 days. Corrosion and mechanical properties of skeletal elements were studied using scanning electron microscopy, three-point bending tests as well as nanoindentation. The spines were significantly corroded at pHT-SW 7.4 and below while the ambulacral plates were only affected at pHT-SW 7.2. Nanoindentation of newly formed spines and ambulacral plates did not reveal significant CO2-induced differences in skeleton hardness or elasticity across treatments. Results of three-point bending tests revealed significantly reduced characteristic strength and fracture force of ambulacral plates from the median arm segment at pHT-SW 7.4 and below. These plates are those supporting the tube feet involved in the opening of bivalves during feeding and in the animal attachment to the substrate. Under reduced seawater pH, this might result in fracture of sea star plates during predation on mussel. The present results predict a possible impact of ocean acidification on the skeletal integrity of a marine keystone predator.

Seawater carbonate chemistry and in situ and laboratory measurements of calcification

Ocean acidification (OA) is generally assumed to negatively impact calcification rates of marine organisms. At a local scale however, biological activity of macrophytes may generate pH fluctuations with rates of change that are orders of magnitude larger than the long-term trend predicted for the open ocean. These fluctuations may in turn impact benthic calcifiers in the vicinity. Combining laboratory, mesocosm and field studies, such interactions between OA, the brown alga Fucus vesiculosus, the sea grass Zostera marina and the blue mussel Mytilus edulis were investigated at spatial scales from decimetres to 100s of meters in the western Baltic. Macrophytes increased the overall mean pH of the habitat by up to 0.3 units relative to macrophyte- free, but otherwise similar, habitats and imposed diurnal pH fluctuations with amplitudes ranging from 0.3 to more than 1 pH unit. These amplitudes and their impact on mussel calcification tended to increase with increasing macrophyte biomass to bulk water ratio. At the laboratory and mesocosm scales, biogenic pH fluc- tuations allowed mussels to maintain calcification even under acidified conditions by shifting most of their calcification activity into the daytime when biogenic fluctuations caused by macrophyte activity offered temporal refuge from OA stress. In natural habitats with a low biomass to water body ratio, the impact of biogenic pH fluctuations on mean calcification rates of M. edulis was less pronounced. Thus, in dense algae or seagrass habitats, macrophytes may mitigate OA impact on mussel calcification by raising mean pH and providing temporal refuge from acidification stress.

Semi-quantitative microplankton analysis at time series station Helgoland Roads, North Sea, in 2020

In order to monitor long-term variability and eventual changes in the planktonic community, a semiquantitative analysis of microplankton based on net sampling is ongoing weekly since 2020 at the Helgoland Roads station, before 9 a.m. The sampling is tightly linked to the LTER Helgoland Roads time series, thus enabling the coupling of species occurrences to the respective hydrochemical and physical conditions in the water column. These long-term data allow to quantify realized niches of frequently occurring microplankton species and to pinpoint rarely occurring species which cannot be detected in the quantitative plankton analysis.

Untersuchungen ueber die Fortpflanzungsbiologie der Flussperlmuschel in den Forellenbaechen der Lueneburger Heide

Es sollen: 1. Kuenstliche Infektionen an verschiedenen Fischarten aus der 'Forellenbachregion' mit den Larven der Flussperlmuschel vorgenommen werden; 2. In Laborversuchen weitere Erkenntnisse fuer die Aufzucht von Jungmuscheln gewonnen werden; 3. Versuche durchgefuehrt werden, Muschellarven in kuenstlichen Naehrloesungen ohne Zwischenwirt zur Entwicklung zu bringen; 4. Die Restvorkommen der Flussperlmuschel in den ehemaligen 'Perlbaechen' der Lueneburger Heide festgestellt und kartiert werden. Dabei sollen geeignete Plaetze fuer die Wiederansiedlung der Muschel erkundet und nach oekologischen Gesichtspunkten untersucht werden.

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