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Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Langfristige Änderungen von Phänologie und genetischer Diversität in den Biodiversitäts-Exploratorien: ein Vergleich heutiger Pflanzen mit historischer Belegen

Anthropogene Umweltveränderung beeinflussen die Phänologie und genetische Diversität von Pflanzen, mit weitreichenden Konsequenzen für ökologische Lebensgemeinschaften und die Evolution. Langzeitdaten solcher Veränderungen sind jedoch selten. Herbarien bieten die seltene Möglichkeit für Langzeitstudien über Phänologie und genetische Diversitätsveränderungen, vor allem da neue genomische Hochdurchsatzmethoden neuerdings auch eine Analyse historischer Proben von Nicht-Modellarten erlauben. Wir schlagen ein Forschungsprojekt vor, dass die Langzeitperspektiven von Herbarien mit den Stärken der Biodiversitätsexploratorien verbinden und die Phänologie und genetische Diversität heutiger Pflanzen in der Biodiversitätsexploratorien mit der von historischen Belegen der gleichen Arten aus den gleichen Regionen vergleichen soll. Wir werden uns auf frühblühende Pflanzen im Laubwald-Unterwuchs konzentrieren, da diese Arten eine deutliche, zeitlich begrenzte Blühperiode haben, und somit besonders geeignet zur Untersuchung phänologischer Veränderungen, sowie des Einflusses der Waldnutzung auf die Phänologie, sein sollten. Unser Projekt wird Feldbeobachtungen mit dem Studium naturwissenschaftlicher Sammlungen und cutting-edge Methoden der Herbariumgenomik verbinden um (1) eine umfassende Untersuchung der Blühphänologie aller frühblühenden Pflanzenarten in Wald-EPs durchzuführen und den Einfluss der Waldnutzung auf die Blühphänologie zu testen, sowie (2) mehrere grosse Herbaria nach Belegen der gleichen Pflanzenarten aus den gleichen Regionen zu durchsuchen, um langfristige Trends in der Blühphänologie, sowie den Einfluss des Klimas auf die Phänologie zu testen und die aktuellen Phänologie daten in einen historischen Kontext stellen zu können. Darüberhinaus wollen wir eine neue genomische Hochdurchsatzmethode zur Untersuchung historischer Herbarbelege, hyRAD-hybridization capture using RAD probes, etablieren und austesten, und (4) diese Methode dann dazu verwenden, um die genetische Diversität der heutigen Pflanzen im Laufwaldunterwuchs mit der ihrer Vorfahren aus den gleichen Regionen zu vergleichen. Unser Projekt wird die erste umfassende Unterschung von Pflanzenphänologie, sowie die erste Analyse der genetischen Diversität von Waldpflanzen in den Biodiversitätsexploratorien beinhalten. Vor allem bietet es erstmals eine Langzeitperspektive, und den ersten Versuch eines Vergleichs heutiger mit historischer Biodiversität in den Biodiversitätsexploratorien.

Auswirkungen von variabler solarer Aktivität auf die neutrale exosphärische Wasserstoffdichte der Erde auf Zeitskalen von halben Stunden bis zum solaren Zyklus

Basierend auf 10 Jahren globaler Lyman-a Beobachtungen von TWINS wird vorgeschlagen, in 3D die Variation der neutralen Exosphäre der Erde verursacht von Variabilität der solaren Aktivität (nur Sonnenwind oder UV und beide gemeinsam) auf Zeitskalen von Jahren (solarer Zyklus) über Tage (27 Tage solare Rotation) bis zu Stunden (geomagnetische Stürme) zu untersuchen.Die Exosphäre ist die äußerste Region der Atmosphäre und besteht vor allem aus neutralem Wasserstoff (H). Als Übergang in den interplanetaren Raum spielt sie eine wichtige Rolle für die gesamte Entwicklung der Erdatmosphäre von der urzeitlichen Vergangenheit bis in die Zukunft, z.B. durch Verlust von H aus Oberflächenwasser in den Weltraum. Da unmittelbar der UV-Strahlung und solaren Aktivität ausgesetzt können Space Weather-Ereignisse (wie geomagnetische Stürme) signifikante Effekte auf die neutrale Exosphäre haben. Über die quantitativen Einflüsse und die relevanten physikalischen Prozesse ist bislang nur wenig bekannt.Exosphärische H-Atome streuen resonant solare Lyman-a Strahlung zurück. Die gestreute Intensität ist proportional zur lokalen H-Dichte im optisch dünnen Bereich oberhalb von 3 Re (Erdradien). Die TWINS Daten enthalten einzigartige kontinuierliche exosphärische Lyman-a Messungen in 3D aus 10 Jahren und sind erst teilweise analysiert.Es wird vorgeschlagen, mittels tomographischer und kinetischer Modelle in 3D die dynamische H-Dichtevariationen verursacht durch variierendes Space Weather auf verschiedenen Zeitskalen bei 3-8 Re zu untersuchen.Erstens soll die Entwicklung der H-Dichteverteilung über den solaren Zyklus 2008-2018 in 3D charakterisiert werden, insbesondere wie totale H-Dichte, radiale Profile und regionale Asymmetrien rund um die Erde (polar/äquatorial, Tag/Nacht usw.) an den solaren Zyklus gekoppelt sind.Zweitens soll die hoch dynamische Reaktion auf geomagnetische Stürme erstmals in 3D mit Zeitauflösung von Stunden bis ~30 min auf Basis der einzigartig großen Menge an Stürmen in den TWINS-Daten analysiert werden. Durch Monte Carlo Simulationen sollen beitragende physikalische Mechanismen bestimmt und quantifiziert werden.Drittens wird vorgeschlagen, den alleinigen Einfluss von solaren UV-Variationen bei relativ konstantem Sonnenwind zu untersuchen anhand der solaren 27 Tage UV-Variation sowie eruptiver solare UV-Ausbrüche. Im Fokus stehen hier die Effekte durch periodische und eruptive Variationen des Strahlungsdrucks bzw. der Photoionisation, insbesondere auf orbitierende H-Atome in größeren Distanzen.Die Verfügbarkeit eines 3D H-Dichtemodells mit Berücksichtigung dynamischer Variationen durch veränderliches Space Weather wäre ein großer Fortschritt im Verständnis der neutralen Exosphäre. Es besitzt auch eine große Bedeutung für kommende Missionen zur Erforschung der Magnetosphäre (wie SMILE, LEXI oder STORM) auf Basis von ENA- bzw. Soft Röntgen-Messungen, die zur Invertierung korrekte lokale exosphärische H-Dichten zu einer beliebigen Zeit benötigen.

Entwicklung von Prozess und Fertigungstechniken von 'Tunnel Oxide under Contacts on n-Type Silicon Solar Cells' evolutionär, hin zur industriellen Fertigung, Teilvorhaben: Optische Messtechnik

In TOUCAN Evolution sollen alle Prozessschritte der TOPCon Prozessroute untersucht werden, um den Wirkungsgrad der Technologie weiter iterativ zu steigern, wobei der Fokus des Projekts auf den Prozessschritten abseits der Polysiliciumabscheidung und auf der Charakterisierung liegt. Gerade die nasschemischen Prozessschritte und der Emitterdiffusionsprozess sollen hin zur Marktreife optimiert werden und auf Kosteneffizienz getrimmt werden. Durch die Entwicklung von verbesserter Prozess- und Endkontrolle soll der Produktionsertrag gesteigert werden gerade im Hinblick auf die Nutzung für Anwendungen im Bereich der Aufdach- und Fassadenmodule. Während im Rahmen der Prozessentwicklung und -optimierung im Labor noch Charakterisierung mit hohem Aufwand und an Laborgeräten mit geringen Durchsätzen, wenn auch nicht immer gewünscht, so doch zumindest möglich ist, wird spätestens mit der Einführung der Prozesse in eine Pilot- oder Produktionslinie und höheren Durchsätzen der Wunsch nach einer inline-Kontrolle, nach Möglichkeit mit 100% Prüfung, laut. Dies ist das Thema, mit welchem sich die ISRA in diesem Projekt beschäftigen wird: die Entwicklung von Grundlagen zur Vermessung der für die jeweiligen Prozesse relevanten Probeneigenschaften mittels Verfahren, welche für eine Inline-Anwendung tauglich sind.

Ökologie und Verhaltensbiologie einheimischer Tagfalter

Tagfalter gehören zu den Insekten, deren Lebensweise am besten verstanden ist. Dennoch gibt es erhebliche Wissensdefizite, vor allem im Hinblick auf aut- und populationsökologische Kenngrößen vieler Arten. Diese Defizite sind ein großes Hindernis für wissenschaftlich fundierte Naturschutzmaßnahmen ebenso wie für vergleichende Grundlagenforschung in der Verhaltensökologie und Evolutionsbiologie. Wir erarbeiten in kombinierten Feld- und Laborstudien grundlegende Daten zur Lebensweise ausgewählter Tagschmetterlinge, wobei der Schwerpunkt auf dem Reproduktionsverhalten und den Ressourcenansprüchen der verschiedenen Lebenszyklusstadien liegt. Von besonderem Interesse sind bei diesen Studien bestandsgefährdete Arten sowie Zwillingsartenpaare, bei denen die Frage der ökologischen Differenzierung meist noch ungeklärt ist.

Comparing the Timing and Amplitude of glacial advances in New Zealand, Chile and Antarctica-Climate Synchroneity from the Southern Hemisphere perspective

The goal of the proposed study is to address questions related to temporal phase shift and amplitude deviations of global climate changes between the both hemispheres. For this purpose, we will establish a chronology of glacial events in New Zealand, Chile and Antarctica by dating moraines using in situ cosmogenic nuclides and compare the results to Nothern Hemisphere records. Specifically we will address: (i) The temporal evolution of the Last Glacial Maximum (LGM) and its decay phase until the Younger Dryas cold reversal. (ii) The question of global synchroneity of these events. (iii) The search for an 'older LGM' global glacial advance. (iv) The coupling of Antartic climate to the rest of the Southern Hemisphere

Palökologie und Faziesarchitekturen in einem Pyroklastit-dominierten Rotliegendbecken - Fallstudie Döhlen-Becken, Elbezone

Traditionelles Forschungsobjekt im kontinentalen Jungpaläozoikum sind Feuchtbiotope in Graufazies. Im Unterperm finden sich dort jedoch nur konservative, verarmende Biozönosen karbonischen Charakters. Moderne, zum Mesozoikum überleitende Faunen- und Floren entwickeln sich in trockeneren Arealen der Rotfazies bzw. instabilen Environments. Das schmale, nur 22 x 6 km große Döhlen-Becken, ein syn-depositional basin im Bereich des Elbe-Lineament, liefert mit der direkten Nachbarschaft von 'lowland', 'upland' und 'extra-basinal' Biotopen ein singuläres Forschungsobjekt für die Interaktion von Klima, Geomorphologie und Vulkanismus im Kontext zu globalen Klimaprozessen und der Evolution von Floren und Faunen im Übergang zum Mesophytikum/Mesozoikum. Die zu untersuchenden, von vulkanischen Aschefällen (bis zu 50 Prozent der Sedimente) dominierten Bio- und Lithofaziesmuster sollen zusammen mit geochemischen Signalen in Siliciten, Kohlen und Bitumina Aufschluss über obige Interaktion zwischen abiotischen und biotischen Faktoren und Prozessen geben. Schwerpunkt sind Genese und Fossilführung von Pyroklastiten und Cherts.

The importance of peripheral oceanic processes in the Labrador Sea for the Atlantic meridional overturning circulation

The Labrador Sea is one of the few places in the world ocean, where deep water formation takes place. This water is exported from the Labrador Sea to become part of the southward branch of the meridional overturning circulation. Previous observational work has largely focused on the role of deep convection in the interior of the Labrador Sea. Recent evidence from observations and numerical ocean models specifically indicate that processes near the ocean boundaries might be most relevant for both Eulerian downwelling of waters in the Labrador Sea and the fast export of newly transformed waters. We propose to analyze mooring based observations at the western margin of the Labrador Sea together with high resolution numerical model simulations to understand the role both processes play for the meridional overturning circulation in the subpolar North Atlantic. Specifically, we want to test (i) if (and where) downwelling occurs along the margins of the Labrador Sea, (ii) how downwelling relates to the seasonal evolution of convection and eddy activity, (iii) how fast waters newly transformed near the western margin of the Labrador Sea are exported, and (iv) how the two processes (downwelling, fast export) affect the temporal variability of the Atlantic meridional overturning circulation.

Natural variation of flowering time due to cis-regulatory evolution of FLOWERING LOCUS T and its orthologs and paralogs in Brassica napus

In many plant species, FLOWERING LOCUS T and related proteins are the mobile signal that communicates information on photoperiod from the leaves to the shoots, where the transition to flowering is realized. FT expression is tightly controlled at the transcriptional level so that it is restricted to leaves, occurs only in appropriate photoperiods, and integrates ambient temperature and developmental cues, as well as information on biotic and abiotic stress. We previously established that FT transcription in the model plant Arabidopsis thaliana requires proximal promoter cis-elements and a distal enhancer, both evolutionary conserved among Brassicacea species. In addition, FT transcription is blocked prior vernalization in biannual accessions and vernalization-dependency of FT is controlled through a CArG-box located in the first intron that binds the transcriptional repressor FLOWERING LOCUS C (FLC). Chromatin-mediated repression by the Polycomb Group (PcG) pathway is required for photoperiod-dependent FT regulation and participates in FT expression level modulation in response to other cues.In this project, I propose to explore the available sequence data from the 1001 genome project in Arabidopsis to evaluate how often changes in regulatory cis-elements at FT have occurred and how these translate into an adaptive value. Allele-specific FT expression pattern will be measured in F1 hybrids of different accessions in response to varying environmental conditions. FT alleles that show cis-regulatory variation will be further analyzed to pinpoint the causal regulatory changes and study their effect in more detail. The allotetrapolyploid species Brassica napus is a hybrid of two Brassiceae species belonging to the A- and C-type genome, which are in turn mesopolyploid due to a genome triplication that occurred ca. 10x106 years ago. We will determine allele-specific expression of FT paralogs from both genomes of a collection of B. napus accessions. The plants will be grown in the field in changing environmental conditions to maximize the chance to detect expression variation of the paralogs. We will compare the contribution of the founder genomes to the regulation of flowering time and asses variation in this contribution. A particular focus will be to study the impact of chromatin-mediated repression on allele selection in B. napus.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1569: Erzeugung multifunktioneller anorganischer Materialien durch molekulare Bionik

norganische Funktionsmaterialien spielen innerhalb der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, etwa im Bereich der Informationstechnik oder der Energieerzeugung und -speicherung, eine zentrale Rolle. Dabei sind komplex strukturierte multifunktionelle Materialien auf rein anorganischer Basis sowie im Verbund mit organischen Anteilen zur Weiterentwicklung dieser Technologien von wesentlicher Bedeutung. Die Erzeugung solcher Materialien mit definierter Struktur und Stöchiometrie über die konventionelle Prozesstechnik, die in der Regel bei erhöhten Temperaturen und/oder Drücken sowie unter erheblichem verfahrenstechnischen Aufwand abläuft, stößt hierbei jedoch an ihre Grenzen. Demgemäß ist die Suche nach neuen Verfahren, die eine Generierung von diesen Materialien bei Umgebungsbedingungen und mit reduziertem prozesstechnischen Aufwand ermöglichen, derzeit Gegenstand weltweiter Forschungsanstrengungen. Für die Bildung von komplex strukturierten anorganischen Festkörpern bei Umgebungsbedingungen liefert die belebte Natur eindrucksvolle Beispiele. So entstehen durch Biomineralisationsprozesse Stoffe wie etwa Calciumphosphat oder -carbonat, deren Bildung genetisch determiniert ist und durch die Wechselwirkung mit Biomolekülen gesteuert wird, wobei unter anderem Selbstorganisationsprozesse eine Rolle spielen. Die hierdurch entstehenden anorganischen Materialien besitzen multifunktionelle Eigenschaften, wobei deren Eigenschaftsspektrum durch den Einbau von bioorganischen Komponenten erweitert wird. Wenngleich viele technisch relevante Materialien bei diesen natürlichen Prozessen keine Rolle spielen, ergeben sich hieraus unmittelbar aussichtsreiche Perspektiven zur Generierung neuer anorganischer Funktionsmaterialien durch spezifische molekulare Interaktionen zwischen bioorganischen und anorganischen Stoffen. Das Hauptziel dieses Schwerpunktprogramms ist daher die Übertragung von Prinzipien der Biomineralisation auf die Generierung von anorganischen Funktionsmaterialien und von deren Hybriden mit bioorganischen Anteilen. Zur Erreichung dieses Ziels werden Arbeiten durchgeführt (1) zur In-vitro- und In-vivo-Synthese anorganischer Funktionsmaterialien und deren Hybride mit bioorganischen Molekülen in Form von Schichten oder 3D-Strukturen, (2) zur Charakterisierung der Bildungsprozesse und der Struktur der Materialien sowie (3) zur Bestimmung und zum Design von deren physikalischen und chemischen Eigenschaften. Diese experimentellen Untersuchungen werden weiterhin durch Arbeiten zur Modellierung der Materialbildung, -struktur und -eigenschaften begleitet.

ThWIC: Intelligente Membranen und komplexe Membranstrukturen nach dem Vorbild der Natur, Teilprojekt A

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