Meeressedimente enthalten schätzungsweise größer als 10^29 mikrobielle Zellen, welche bis zu 2.500 Meter unter dem Meeresboden vorkommen. Mikrobielle Zellen katabolisieren unter diesen sehr stabilen und geologisch alten Bedingungen bis zu einer Million mal langsamer als Modellorganismen in nährstoffreichen Kulturen und wachsen in Zeiträumen von Jahrtausenden, anstelle von Stunden bis Tagen. Aufgrund der extrem niedrigen Aktivitätsraten, ist es eine Herausforderung die metabolische Aktivität von Mikroorganismen unterhalb des Meeresbodens zu untersuchen. Die Transkriptionsaktivität von diesen mikroben kann seit Kurzem metatranskriptomisch untersucht werden, z.B. durch den Einsatz von Hochdurchsatzsequenzierung von aktiv transkribierter Boten-RNA (mRNA), die aus Sedimentproben extrahiert wird. Tiefseetone zeigen ein Eindringen von Sauerstoff bis zum Grundgebirge, welches auf eine geringe Sedimentationsrate im ultra-oligotrophen Ozean zurückzuführen ist. Der Sauerstoffverbrauch wird durch langsam respirierende mikrobielle Gemeinschaften geprägt, deren Zellzahlen und Atmungsraten sehr niedrig gehalten werden durch die äußerst geringe Menge organischer Substanz, die aus dem darüber liegendem extrem oligotrophen Ozean abgelagert wird. Die zellulären Mechanismen dieser aeroben mikroben bleiben unbekannt. Im Jahr 2014 hat eine Expedition erfolgreich Sedimentkerne von sauerstoffangereichertem Tiefseeton genommen. Vorläufige metatranskriptomische Analysen dieser Proben zeigen, dass der metatranskriptomische Ansatz erfolgreich auf die aeroben mikrobiellen Gemeinschaften in diesen Tiefseetonen angewendet werden kann. Wir schlagen daher vor diese Methode mit einem hohen Maß an Replikation, in 300 Proben von vier Standorten, anzuwenden. Dieser Einsatz wird es uns ermöglichen, Hypothesen in Bezug auf zelluläre Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens, mit einer beispiellosen statistischen Unterstützung, zu testen.Wir warden den aeroben Stoffwechsel, welcher die langfristige Existenz von Organismen in Tiefseetonen unterstützt, bestimmen, Subsistenzstrategien identifizieren in aeroben und anaeroben Gemeinden unterhalb des Meeresbodens, und extrazelluläre Enzyme und ihr Potenzial für den organischen Substanzabbau charakterisieren. Die folgenden Fragen werden damit beantwortet: Wie das Leben im Untergrund über geologische Zeiträume unter aeroben Bedingungen überlebt? Was die allgegenwärtigen und einzigartigen Mechanismen sind, die langfristiges Überleben in Zellen unter aeroben und anaeroben Bedingungen fördert? Was die Auswirkungen von Sedimenttiefe und Verfügbarkeit von organischer Substanz auf die mikrobielle Produktion von extrazellulären Hydrolasen unter aeroben und anaeroben Bedingungen sind? Dies wird sowohl ein besseres Verständnis dafür liefern, wie mikrobielle Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens verteilt sind und was ihre Rolle in biogeochemischen Zyklen ist, als auch wie das Leben über geologische Zeiträume unter extremer Energiebegrenzung überlebt.
Mit detaillierten paläo-ozeanographischen Zeitserien soll das Wechselspiel zwischen nord- und südatlantischen Wassermassen und die Veränderlichkeit des transäquatorialen Wärmestromes rekonstruiert werden. Über Passagen in den Kleinen Antillen fließt warmes Oberflächenwasser aus dem Nordatlantik durch das Tobago Becken in die Karibik. Dieses Wasser fließt weiter in den Golf von Mexiko, dem Ursprungsgebiet des warmen Golfstromes. Das hier beantragte Vorhaben konzentriert sich auf die mikropaläontologische Auswertung von Sedimentmaterial, das im Rahmen der fünften Expedition des internationalen IMAGES Projektes im Juni 1999 im Tobago Becken gewonnen wurde. Feinskalige Paläo-Oberflächentemperaturprofile sollen für die letzten 150.000 bis 200.000 Jahre mit Hilfe der statistischen Bearbeitung der Vergesellschaftung planktonischer Foraminiferen entlang eines 38 m langen Sedimentkernes erstellt werden. Damit sollen kurzfristige Variabilitäten im Warmwasserpool des subtropischen Nordatlantik nachgezeichnet und versucht werden, zeitliche und mechanistische Querbezüge zu den raschen Klimawechsel im nördlichen Nordatlantik abzuleiten.
Das Forschungsvorhaben soll zur Rekonstruktion der Klima- und insbesondere der Monsunvariabilität in Südwestchina beitragen. Anhand von Bohrkernen klimasensitiver Bäume entlang klimatischer Höhengradienten sollen Jahrringchronologien mehrerer Baumarten für die letzten ca. 500 Jahre erstellt werden. Diese bilden die Basis zur Rekonstruktion verschiedener saisonaler Klimaelemente, die dann zum Witterungsverlauf während des gesamten Jahres rekombiniert werden. Durch die dendrochronologische Datierung verschieden alter Moränen soll die Gletschergeschichte der letzten Jahrhunderte rekonstruiert werden. Diese Daten werden durch Altersdatierungen mit der C14-Methode von fossilen Pflanzen- und Bodenresten ergänzt. Ein Vergleich der Gletschergeschichte des Gongga Shan mit dem zentralen Osttibet soll Unterschiede in der Dynamik des ostasiatischen Zweigs des Monsunsystems und des Indischen Monsunsystems zutage treten lassen. In Zusammenarbeit mit Prof. Richter (Erlangen) werden Studien zum Bestandesalter und zur Vegetationsdynamik von Pflanzenbeständen durchgeführt, die auf den Obermoränen der rezenten Gletscher gedeihen. Studien zum Entwicklungsgrad der Böden und der Bodentemperaturen im Wurzelraum dienen der besseren ökologischen Interpretation der dendrochronologischen Befunde.
Das Chew Bahir Drilling Projekt (CBDP) erbrachte tropische Sedimente aus den letzten 650000 Jahren. DNA-Metabarcoding an diesen Proben erschließt ein einzigartiges paläolimnologisches Archiv bezüglich Zeitspanne und zeitlicher Auflösung. In einer Pilotstudie konnten wir mittels Hybridization-Capture-basiertem Metabarcoding eukaryotische DNA aus den ca. 280 m langen Chew Bahir-Kernen in Sedimenten bis 70m Tiefe (ca. 150000 Jahren) analysieren. Dabei werden Sedimentproben einer Taxon- und Gen-spezifischen DNA-Anreicherung mit spezifischen Sonden ('baits') unterzogen und mittels Next-Generation-Sequencing analysiert. Wir wollen das Potenzial des DNA-Metabarcodings in den langen CBDP-Kernen weiter untersuchen. Unsere grundlegenden wissenschaftlichen Fragen sind: (1) Wie reagiert das Ökosystem auf kurze, aber signifikante Störungen, z.B. Dürren oder erhöhte Feuchtigkeit? Wir testen die Hypothese, dass einzelne Störungen das Ökosystem dauerhaft verändern, indem wichtige Komponenten des Ökosystems ausgetauscht werden. Da wir die Gesamtheit der Eukaryoten erfassen, können wir die Effekte für die Biodiversität quantifizieren und Folgen für Ökosystemfunktionen ableiten. (2) Was sind die Folgen globaler und lokaler Klimaveränderung, z.B. an Kipppunkten (tipping points)? Hier untersuchen wir, ob und wie ein Ökosystem infolge einer Störung von einem stabilen Zustand in einen anderen übergeht. Ein spezieller Fokus ist, ob ökologische Nischen nach einer Störung von den gleichen Taxa wiederbesiedelt werden oder ob sie durch andere Taxa ersetzt werden, wodurch sich Eigenschaften des Ökosystems verändern können. (3) Welche Langzeit-Trends finden sich in den Lebensgemeinschaften in Chew Bahir und anderen afrikanischen Sedimentkernen? Wir werden zeitliche Trends unserer Ziel-Eukaryotentaxa ermitteln, sowohl bezüglich der Artzugehörigkeit als auch bezüglich kryptischer genetischer Variation und (halbquantitativ) relativer Abundanz. Dies umfasst als Proxies etablierte Planktonorganismen (Ostracoda, Cladocera, Rotatoria, Diatomeen), aber auch wichtige terrestrische Arten (Insekten, Nagetiere, Huftiere, höhere Pflanzen). (4) Wie lange zurück in der Zeit können DNA-Reste im Chew Bahir und anderen HSPDP-Kernen extrahiert und analysiert werden? Hier werden wir Möglichkeiten DNA-basierter Detektion von Organismen in tieferen Schichten der Kerne (unter 70m) evaluieren. Weiterhin werden wir unsere Analyseprotokolle optimieren, um die DNA-Ausbeute unserer Zieltaxa zu maximieren und methodische Verzerrungen zu minimieren. Darüberhinaus werden wir Möglichkeiten und Grenzen halbquantitativer Abundanzschätzungen mittels NGS und qPCR zwischen Kernschichten und Taxa evaluieren. Wir analysieren gezielt Sedimente vor, während und nach drastischen Umweltveränderungen (vor allem Transitionen zwischen Dürren und Feuchtperioden), die in lithologischen Untersuchungen unserer Kooperationspartner identifiziert werden.
Adaptive Radiation - die schnelle Diversifizierung eines gemeinsamen Vorfahren in nah verwandter Arten als Folge der Anpassung an verschiedene ökologische Nischen - ist der Prozess, der einen Großteil des taxonomischen und phänotypischen Reichtums auf der Erde generierte. Einige der bekanntesten Beispiele sind Darwinfinken des Galápagos Archipel, Anolis-Eidechsen auf den karibischen Inseln und Buntbarsche in den ostafrikanischen Rift-Seen. Das Einzigartige an diesen Seen ist, dass sie im Vergleich zu anderen insulären Systemen weitere potentielle adaptive Radiation enthalten. Diese sind jedoch nicht ausreichend studiert, und ihre Anpassungsfähigkeit und schnelle Diversifizierung wurden noch nicht nachgewiesen, so dass eine integrative Untersuchung dieser Gruppen und der Rolle der Umwelt für adaptiven Radiation erforderlich ist.Dieser Projektvorschlage zielt darauf ab, Informationen der Fossilienbestände und paläoökologische Daten aus drei ICDP-Projekten in Kombination mit einer gründlichen Untersuchung der Phylogenie (Stammbaum), Morphologie und Ökologie rezenter Arten von Diatomeen (Kieselalgen) des Tanganjika-, Malawi- und Challa-See zu kombinieren, um eine Schlüsselfrage der Evolutionsbiologie zu beantworten: Bewirken bestimmte Umweltbedingungen parallele adaptive Radiation in mehreren Taxa?Ich schlage die Konzentration auf vier Diatomeengattungen mit einem bekannten hohen Artenreichtum und einer phänotypischen Vielfalt vor. Vorläufige Analysen des gut erhaltenen Fossilienbeständs, einschließlich mehrerer ausgestorbener und unbeschriebener Arten, sowie zeitlich kalibrierte molekularer Phylogenien, lassen auf eine gemeinsame Abstammung und eine rasche Diversifizierung schließen. Dies ist sowohl mit der Geschichte der Seen als auch mit dem Alter der adaptiven Radiation der Buntbarsche vereinbar. Ich werde testen, ob die Kriterien der adaptiven Radiation für Diatomeen erfüllt sind und ob die Artbildung und phänotypische Differenzierung auf in den Bohrkernen dokumentierten paläoökologischen Veränderungen beruhen.Dieses Projekt bietet die einzigartige Möglichkeit zu ergründen, ob diese Seen tatsächlich parallele adaptive Radiation in verschiedenen Organismen beherbergen, was im Vergleich zu anderen insulären Systemen ein herausragendes Merkmal wäre. Darüber hinaus würde ich auch in der Lage sein, gemeinsame zugrunde liegende Triebkräfte für evolutionäre Radiationen zu identifizieren. Die integrative Analye rezenter und ausgestorbener Arten sollte eine genaueres Bild der evolutionäre Geschichte bieten. Die hier vorgeschlagenen methodischen Verbesserungen und das bessere Verständnis der Triebkräfte evolutionärer Radiationen sind für Evolutionsbiologen von großem Interesse. Dieses Projekt wird zum angedachten wissenschaftlichen Bohrprojekt des Tankanyika-See beitragen, indem Basisdaten ermittelt werden, welche eine entscheidende Voraussetzung für die Rekonstruktion der evolutionären und ökologischen Geschichte aquatischer Systeme sind.
Das Schwerpunktprogramm setzt sich zum Ziel, das Verständnis der Klimadynamik anhand quantitativer Untersuchungen des Paläoklimas im Hinblick auf zukünftige Klimaprognosen zu verbessern. INTERDYNAMIK verfolgt einen integrativen Ansatz der Paläoklimaforschung, in dem alle verfügbaren Paläoklimaarchive (terrestrische und marine sowie Eisbohrkerne) miteinander verknüpft werden sollen, um zu einer möglichst umfassenden, quantitativen Analyse globaler Umweltvariationen zu gelangen. Darüber hinaus wird eine enge Verzahnung von Paläoklimarekonstruktionen mit Ergebnissen aus der Erdsystemmodellierung weitreichende Einblicke in die Dynamik von Klimavariationen liefern, die von großer Relevanz für eine Abschätzung zukünftiger Klimaveränderungen sind. Die Untersuchungen sollen auf spätpleistozäne Warmzeiten (inklusive deren Beginn und Ende) im vorindustriellen Zeitraum bis circa eine Million Jahre vor heute beschränkt sein. Im Hinblick auf die globalen Aspekte des Klimawandels wird der Schwerpunkt der Untersuchungen in INTERDYNAMIK auf globalen und überregionalen (z. B. kontinent- und beckenweiten) Skalen liegen. Die folgenden Schlüsselfragen werden im Zentrum der Untersuchungen stehen: (1) Welche Amplitude haben natürliche Klimavariationen auf Zeitskalen von einigen Jahren bis Jahrtausenden? (2) Wie verändern sich Klimavariabilitätsmuster in Zeit und Raum? (3) Treten abrupte Änderungen der großskaligen Ozeanzirkulation im Atlantik in Interglazialen auf? (4) Welche biogeochemischen Rückkopplungsmechanismen bestimmen die natürlichen Grenzen der atmosphärischen Treibhausgas- und Aerosolkonzentration? (5) Welche Wechselwirkungen existieren zwischen Klima und vorindustriellen Kulturen?. Grundlage für die Bearbeitung dieser Fragestellungen bildet die Kombination zeitlich hochauflösender Klimainformationen aus Eisbohrkernen, marinen und terrestrischen Archiven mit einer modernen Erdsystemmodellierung. INTERDYNAMIK sieht ausschließlich sogenannte Dual+-Verbundprojekte vor, in denen mindestens zwei der Forschungsfelder Eisbohrkerne, marine Archive, terrestrische Archive und Erdsystemmodellierung vertreten sein müssen. Über die Dual+-Projekte wird eine enge disziplinen- und ortsübergreifende Zusammenarbeit von universitären und außeruniversitären Arbeitsgruppen angestrebt.
Das primäre Forschungsziel des Projekts ist das Verständnis der biotischen und abiotischen Prozesse, welche die molekulare Zusammensetzung von gelöstem organischem Material (engl. DOM) in tiefen, hydrothermal beeinflussten Sedimenten bestimmen. Hierzu steht uns bereits ein umfassender Satz von Porenwasser- und Sedimentproben aus dem Guaymas-Becken zur Verfügung, die im Rahmen der IODP-Expedition 385 (Sep. - Nov. 2019) erbohrt wurden. Die Proben wurden aus bis zu 500 Meter langen Bohrkernen von acht Bohrlokationen gewonnen, die unterschiedliche hydrothermale Gradienten aufweisen. Durch die Bestimmung der molekularen Zusammensetzung von Porenwasser-DOM und Wasser-extrahierbarem organischem Material aus dem Sediment sollen deren hydrothermale und mikrobielle Überprägung erfasst werden. Mit Hilfe von ultrahochauflösender Massenspektrometrie (FT-ICR-MS), modernen molekularbiologischen Methoden und Kohlenstoff-Isotopen-Analyse sollen aktuelle Wissenslücken zu den molekularen Eigenschaften von DOM in tiefen Sedimenten geschlossen werden. Wir werden 1) die molekulare Zusammensetzung von DOM in Organik-reichen, hydrothermal geprägten Sedimenten im Vergleich zu unbeeinflussten Sedimenten charakterisieren und 2) die Verbindung zwischen der molekularen Zusammensetzung des DOM mit dem mikrobiellen Stoffwechsel in der tiefen Biosphäre entlang von Temperatur- und Redoxgradienten entschlüsseln. Die Ergebnisse sollen zudem mit Proben aus der Wassersäule verglichen werden, die während einer FS Atlantis-Ausfahrt zum Guaymas-Becken im Jahr 2018 gewonnen wurden, um den Transport von hydrothermalen DOM in die Tiefsee zu untersuchen. Im Rahmen des Projekts werden die folgenden Hypothesen getestet: I) Die hydrothermale Aufheizung tiefer Sedimente erzeugt und setzt große Mengen von reaktivem und refraktärem DOM frei, II) Hydrothermales thermogenes DOM (engl. dissolved black carbon, DBC) trägt zur stabilen Kohlenstoff-Isotopensignatur mariner Prägung und zum Radiokarbonalter des refraktären ozeanischen DBC bei, und III) die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft in der Tiefen Biosphäre wird durch die geochemischen und thermalen Gradienten beeinflusst und hängt mit spezifischen reaktiven, hydrothermal erzeugten DOM-Verbindungen zusammen. Insgesamt bietet das Projekt die einmalige Gelegenheit, die Biogeochemie von DOM entlang hydrothermaler Gradienten in tiefen Sedimenten, aber auch im Übergang von Lithosphäre zur Hydrosphäre zu untersuchen.
Der Verlauf der atmosphärischen CO2-Konzentrationen während der vergangenen Klimazyklen ist durch ein Sägezahnmuster mit Maxima in Warmzeiten und Minima in Kaltzeiten geprägt. Es besteht derzeit Konsens, dass insbesondere der Süd Ozean (SO) eine Schlüsselfunktion bei der Steuerung der CO2-Entwicklung einnimmt. Allerdings sind die dabei wirksamen Mechanismen, die in Zusammenhang mit Änderungen der Windmuster, Ozeanzirkulation, Stratifizierung der Wassersäule, Meereisausdehnung und biologischer Produktion stehen, noch nicht ausreichend bekannt. Daten zur Wirkung dieser Prozesse im Wechsel von Warm- und Kaltzeiten beziehen sich bislang fast ausschließlich auf den atlantischen SO. Um ein umfassendes Bild der Klimasteuerung durch den SO zu erhalten muss geklärt werden, wie weit sich die aus dem atlantischen SO bekannten Prozesswirkungen auf den pazifischen SO übertragen lassen. Dies ist deshalb von Bedeutung, da der pazifische SO den größten Teil des SO einnimmt. Darüber hinaus stellt er das hauptsächliche Abflussgebiet des Westantarktischen Eisschildes (WAIS) in den SO dar. Im Rahmen des Projektes sollen mit einer neu entwickelten Proxy-Methode Paläoumwelt-Zeitreihen an ausgewählten Sedimentkernen von latitudinalen Schnitten über den pazifischen SO hinweg gewonnen werden. Dabei handelt es sich um kombinierte Sauerstoff- und Siliziumisotopenmessungen an gereinigten Diatomeen und Radiolarien. Es sollen erstmalig die physikalischen Eigenschaften und Nährstoffbedingungen in verschiedenen Stockwerken des Oberflächenwassers aus verschiedenen Ablagerungsräumen und während unterschiedlicher Klimabedingungen beschrieben werden. Dies umfasst Bedingungen von kälter als heute (z.B. Letztes Glaziales Maximum) bis zu wärmer als heute (z.B. Marines Isotopen Stadium, MIS 5.5). Die Untersuchungen geben Hinweise zur (1) Sensitivität des antarktischen Ökosystems auf den Eintrag von Mikronährstoffen (Eisendüngung), (2) Oberflächenwasserstratifizierung und (3) 'Silicic-Acid leakage'-Hypothese, und tragen damit zur Überprüfung verschiedener Hypothesen zur Klimawirksamkeit von SO-Prozessen bei. Die neuen Proxies bilden überdies Oberflächen-Salzgehaltsanomalien ab, die Hinweise zur Stabilität des WAIS unter verschiedenen Klimabedingungen geben. Darüber hinaus kann die Hypothese getestet werden, nach der der WAIS während MIS 5.5 vollständig abgebaut war. Die Projektergebnisse sollen mit Simulationen mit einem kombinierten biogeochemischen (Si-Isotope beinhaltenden) Atmosphäre-Ozean-Zirkulations-Modell aus einem laufenden SPP1158-DFG Projekt an der CAU Kiel (PI B. Schneider) verglichen werden. Damit sollen die jeweiligen Beiträge der Ozeanzirkulation und der biologischen Produktion zum CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre getrennt und statistisch analysiert werden. Informationen zu Staubeintrag, biogenen Flussraten, physikalischen Ozeanparametern und zur Erstellung von Altersmodellen stehen durch Zusammenarbeit mit anderen (inter)nationalen Projekten zur Verfügung.
Anwendung von Energiebudgetmodellen zur Simulation der Dynamik des globalen Klimas, Vergleich von Modellresultaten mit Messungen in geologischen Archiven (Eisbohrkerne, Seesedimente etc.) sowie historischen Klimaangaben.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 588 |
| Land | 28 |
| Wissenschaft | 19 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 9 |
| Förderprogramm | 529 |
| Text | 69 |
| unbekannt | 22 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 74 |
| offen | 552 |
| unbekannt | 3 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 573 |
| Englisch | 175 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 2 |
| Bild | 4 |
| Datei | 8 |
| Dokument | 27 |
| Keine | 321 |
| Multimedia | 1 |
| Webdienst | 4 |
| Webseite | 274 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 629 |
| Lebewesen und Lebensräume | 503 |
| Luft | 390 |
| Mensch und Umwelt | 629 |
| Wasser | 463 |
| Weitere | 604 |