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Visualisierung mikrobieller Gemeinschaften auf marinem Mikroplastik: Identifikation, Interaktionen und Auswirkungen

Marines Mikroplastik (MMP) ist eine zunehmende anthropogene Verschmutzung in den Meeren. Der Einfluss auf marine Tiere, durch Verfangen und verschlucken von Plastikmüll, ist bekannt. Aber der Einfluss von MMP auf Mikroorganismen, wie Bakterien, Archaeen und Protisten, die die Basis der Nahrungsnetze bilden, ist kaum verstanden. Auf Grund der besonderen Eigenschaften von MMP, kann es als neues Habitat und als Transportmittel für bestimmte u.a. auch gesundheitsgefährdende Mikroorganismen dienen, die über lange Distanzen bis in entlegene Regionen transportiert werden können. Darüber hinaus kann MMP das Zusammenleben von Mikroorganismen in enger Nachbarschaft ermöglichen und die Stoffwechselwege vieler verschiedener Verbindungen beeinflussen. Um den Einfluss von MMP und ihrer assoziierten Mikroorgansimen auf marine Ökosysteme zu verstehen, müssen wir die Zusammensetzung und Interaktionen von mikrobiellen Gemeinschaften auf MMP identifizieren und ihre globale Ausbreitung untersuchen. Ich möchte die Diversität und die räumliche Verteilung von mikrobiellen Gemeinschaften auf MMP charakterisieren. Proben von MMP wurde bereits von meinem Gastinstitut in verschiedenen Meeresregionen (Atlantik, Pazifik, Indischer Ozean) gesammelt. Mein Ziel ist es: 1) zu identifizieren, welche Mikroorganismen auf MMP vorkommen; 2) die lokale Verteilung und Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft auf MMP und in Experimenten auf Bioplastikpartikeln zu untersuchen; 3) zu verstehen, welche Mikroorganismen am stärksten mit der Polymer Oberfläche assoziiert sind; 4) herauszufinden, ob es charakteristische Mikrobiome auf MMP in verschiedenen Meeresregionen gibt und 5) zu untersuchen, welche Mikroorganismen MMP abbauen können. Die Chancen für die erfolgreiche Durchführung des vorgeschlagenen Projekts ist hoch, da präperierte Proben bereits in meinem Gastlabor vorhanden sind, an denen die innovative Mikroskopiertechnik namens CLASIFISH (Combinatorial Labelling and Spectral Imaging Fluorescence In Situ Hybridization) angewandt werden kann. Diese Methode ermöglicht es viele verschiedene Mikroorganismen und ihre räumliche Verteilung auf einem Plastikpartikel schnell und präzise zu identifizieren. Ich möchte diese Methode an Proben aus dem Atlantik und Pazifik anwenden, sowie Mikroben identifizieren, die im offenen Ozean Plastik abbauen. Zusätzlich möchte ich Inkubationsexperimente mit Bakterienkulturen, die bereits auf Plastik identifiziert wurden und in meinem Gastinstitut zur Verfügung stehen, auf Bioplastikpartikeln durchführen. Mit diesen Experimenten möchte ich herausfinden, wie sich mikrobielle Gemeinschaften auf Bioplastik über die Zeit entwickeln und ob bzw. wie diese Mikroben Plastik abbauen. Für diese Inkubationsexperimente möchte ich FISH, CLASIFISH, scanning electron microscopy sowie metagenomische und metatranscriptomische Ansätze verwenden.

WRRL: Messstellen zur Bewertung des Zustands der OWK (ohne Fische) 2022-2027

Messstellen gemäß Anlage 10 OGewV zur Bewertung des Zustands der Oberflächenwasserkörper in sächsischer Federführung für den Bewirtschaftungszeitraum 2022-2027

Gewässer in Deutschland - Dashboard des Bundes zur Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (Applikation)

Die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) fordert den umfassenden Schutz des oberirdischen und unterirdischen Wassers. Die zehn Flussgebietsgemeinschaften Deutschlands stellen dazu alle sechs Jahre Bewirtschaftungspläne und Maßnahmenprogramme auf. Das Umweltbundesamt und das Bundesumweltministerium haben diese Berichte für Deutschland ausgewertet und stellen die Ergebnisse in dieser Anwendung vor.

Zeitlich-räumliche Relevanz des Fischabstiegs über Wehre und Schädigungspotenzial verschiedener Wehrtypen

Veranlassung Um die Ziele des Wasserhaushaltsgesetzes zu erreichen, sind neben dem Fischauf- auch der Fischabstieg zu gewährleisten. Im Rahmen von Ersatz- oder Instandsetzungsmaßnahmen von Wehranlagen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) ist daher auch der Fischabstieg zu beachten. Verschiedene Maßnahmen sind denkbar, um den Fischabstieg schadlos zu gestalten, wie Bypässe, Wehrumgestaltung oder gezielte Wehrsteuerung. Das Schädigungspotenzial verschiedener Wehrtypen unter verschiedenen hydraulischen Szenarien muss dafür bekannt sein. Hier spielen Faktoren wie die Überfallhöhe, Aufreißer am Wehr, Tosbeckengestaltung und Wasserpolster beim Aufprall eine Rolle. Während für einige Faktoren bereits gute Literaturgrundlagen vorhanden sind, um Fachempfehlungen auszusprechen (z.B. Fische folgen i.d.R. der Hauptströmung), müssen andere noch gezielt untersucht werden (notwendige Überfallhöhen an der Wehrkante, ausreichende Dicke des Wasserpolsters im Unterwasser). Ziele - Schädigungspotenziale verschiedener Wehrtypen ermitteln und parametrisieren - Auswirkung der Überfallhöhe auf den Fischabstieg ermitteln - Beratungstool für WSV weiterentwickeln, um Relevanz Fischabstieg für konkrete Wehrplanungen zu ermitteln - Maßnahmen erarbeiten, um Fischschädigungen beim Abstieg zu minimieren (betrieblich und baulich) und für die Fachberatung verfügbar machen (z.B. als Beitrag zum Handbuch 'Ökologische Durchgängigkeit' der WSV) Fische wandern im Laufe ihres Lebenszyklus im Fluss sowohl aufwärts als auch abwärts. Beim Abstieg müssen sie an Stauanlagen regelmäßig auch Wehre überwinden. Der Fischabstieg über Wehre wird in der Regel als unproblematisch angesehen. Tatsächlich besitzen aber auch manche Wehranlagen und Wehrtypen - je nach Konstellation - das Potenzial, Fische beim Abstieg zu schädigen oder zu töten. Welche Anforderungen sind an einen schadlosen und verzögerungsfreien Fischabstieg über Wehranlagen zu stellen? Welche Faktoren bilden das größte Risiko? Abwandernde Fische überwinden in Bundeswasserstraßen zahlreiche Wehre. Dabei gibt es Risiken, sich zu verletzen oder gar zu sterben. Wir untersuchen, unter welchen Bedingungen die Fische schadlos und ohne Verzögerung Wehre passieren.

Geohydraulische und Geotechnische Optimierung von Fischaufstiegsanlagen

Das Ziel des FuE-Vorhabens ist die Erarbeitung von Leitlinien für geohydraulische und geotechnische Optimierung von Fischaufstiegsanlagen. Dafür werden abgeschlossene und laufende Ausbauvorhaben von FAA ausgewertet und zum Beispiel die Notwendigkeit einer Betonsohle untersucht. Aufgabenstellung und Ziel Die ökologische Durchgängigkeit ist bei den staugeregelten Flüssen der Bundeswasserstraßen durch ca. 250 Staustufen mit Stauhöhen bis ca. 10 m unterbrochen. Diese stellen für wandernde Fische und das Makrozoobenthos unüberwindbare Hindernisse dar. Um die Passierbarkeit flussaufwärts zu gewährleisten, ist an vielen Staustufen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) die Errichtung von Fischaufstiegsanlagen (FAA) vorgesehen. Fischaufstiegsanlagen können entweder als Raugerinne oder in Form von aufeinanderfolgenden Becken konstruiert werden. Seitens der BAW empfohlene Bautypen sind fischpassierbare Raugerinne sowie Schlitzpässe, die zu den beckenartigen FAA zählen. Bei Schlitzpässen wird der insgesamt zu überwindende Höhenunterschied durch einen vertikal durchgehenden Schlitz in den Trennwänden der einzelnen Becken in kleine Wasserspiegeldifferenzen eingeteilt, die der Fisch überwinden kann (DWA-M 509 2014). Die Becken von Schlitzpässen werden i. d. R. in Massivbauweise als Trog mit geschlossener Betonsohle sowie Betonwänden erstellt. Schlitzpässe können, im Gegensatz zu fischpassierbaren Raugerinnen, bei Bedarf zumindest abschnittsweise als platzsparendes Kompaktbauwerk mit Wendelungen hergestellt werden (DWA-M 509 2014). Deshalb werden, insbesondere bei einem nachträglichen Einbau an bestehenden Querbauwerken, bei beengten Platzverhältnissen und bei großen Höhenunterschieden häufig Schlitzpässe geplant. Erforderliche Maßnahmen zur Erbringung von Tragfähigkeits-, Gebrauchstauglichkeits- und Dauerhaftigkeitsnachweisen der FAA als Schlitzpass in Massivbauweise nach DIN 19702:2013-02, eine gegebenenfalls notwendige Auftriebssicherung der Baugruben- und Beckensohlen sowie die daraus resultierende Menge an zu verbauendem Stahlbeton führen zu einem hohen Aufwand und hohen Kosten für die Errichtung der Anlagen. Deshalb sollen Material- und Ausführungsalternativen bei den Beckenwänden und Trennwänden sowie der Gestaltung der Beckensohlen untersucht werden, durch die eine Aufwands- und Kosteneinsparung ermöglicht werden kann. Der Schwerpunkt soll auf der Verwendung einer offenen Sohle in der FAA anstelle einer Trogbauweise mit Betonsohle liegen. Das Ziel der Untersuchung ist die Ableitung von maßgebenden Rahmenbedingungen, die für die Umsetzung der alternativen Bauweisen wichtig sind. Dabei soll herausgearbeitet werden, unter welchen hydraulischen, geohydraulischen, geotechnischen und bautechnischen Randbedingungen sich Bauweisen mit offener Sohle als geeignet erweisen und welche Vor- bzw. Nachteile sich aus den Bauweisen ergeben. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Die Erhaltung und Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit an Fließgewässern zählt zu den bedeutenden Umweltzielen der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL). Zur Umsetzung der Vorgaben der EU-WRRL ist zur Herstellung der flussaufwärts gerichteten Durchgängigkeit die Erstellung von Fischaufstiegsanlagen an den Staustufen der staugeregelten Flüsse der Bundeswasserstraßen vorgesehen. Das Vorhaben ist darauf ausgelegt, Möglichkeiten zur Reduzierung des Bau- und ggf. Unterhaltungsaufwandes der als Schlitzpässe erstellten FAA zu untersuchen und wenn möglich die wirtschaftliche Bauweise und Ökologie der FAA zu steigern.

Bedeutung der Nieren im Osmomineralhaushalt der Fische bei veraenderten Umweltbedingungen

Euryhaline Forellen und stenohaline Rotaugen werden an verschiedene Salzkonzentrationen angepasst und die Veraenderungen des Urinflusses und der Elektrolyte im Blut und im Urin bestimmt. Im Vordergrund der Versuche steht die Bestimmung der glomerulaeren Filtrationsrate (GFR). Die Adaptation vieler Knochenfische an ein hypotones bzw. hypertones Aussenmedium fuehrt im allgemeinen zu einer Steigerung bzw. Verringerung der GFR. Es soll ermittelt werden, ob dieser Vorgang allein auf eine veraenderte Filtrationsleistung einzelner Nephrone zurueckzufuehren ist ('Single Nephron Filtration Rate', SNGFR), oder auf einer Aenderung in der Gesamtzahl filtrierender Glomeruli des Nierengewebes beruht ('Glomerular Intermittency'). Das Ziel der Versuche ist, eine bessere Kenntnis von dem Regulationsmechanismus der GFR zu erhalten, der mit zum Ueberleben der Fische bei veraenderten Umweltbedingungen beitraegt.

Nachweis subletaler Veraenderungen bei Aalen und anderen Fischen unter dem Einfluss von organischen Chemikalien

Untersuchungen zu subletalen Wirkungen niederer Konzentrationen von Schadstoffen, die 1986 nach dem Lagerbrand in Basel das Fischsterben im Rhein verursachten. Ziel: (1) Erfassung der Reaktion von Fischen auf sehr niedrige, umweltrelevante Schadstoffkonzentrationen, (2) biologische Erklaerung des Fischsterbens 1986 (3) Besonderheiten des Aals in der Reaktion auf Schadstoffe, und (4) Korrelation zwischen strukturellen und funktionellen schadstoffinduzierten Veraenderungen. Erfassung struktureller und funktioneller Parameter in Leber, Niere, Kiemen , Darm und Milz von Aal, Regenbogenforelle, Goldorfe und Zebrabaerbling. Untersuchte Pestizide: Atrazin, Endosulfan, Lindan, Disulfoton und Dinitro-o-kresol in Einzel- und Kombinationsexperimenten.

Co-Kultivierungssysteme und Veredelungsverfahren für grüne Makroalgen zur Produktion nachhaltiger Biomaterialien, Teilvorhaben 1: Algenkultivierung

Renaturierung der Biotope fliessender Gewaesser

Anwendung von technischen und pflanzensoziologischen Kenntnissen, um kanalisierte Flussstrecken fuer Wasserlebewesen, besonders Fische, bewohnbar zu machen, sowie die Selbstreinigungskraft der fliessenden Gewaesser zu staerken.

Raman-Mikroskop mit Laser-Tracking

Ziel unserer Arbeiten ist der Schutz der Wasserressource Grundwasser. Dazu wollen wir die ökologischen Prozesse aufklären, die zu Schadstoffabbau führen oder auch Abbau von organischen Schadstoffen limitieren. Das Ramanmikroskop wird benötigt um Stoffumsätze und metabolische Prozesse von Mikroorganismen auf der Einzelzellebene untersuchen und abbilden zu können. Damit soll eine neue Ebene von ökologischen Studien ermöglicht werden, bei der die phylogenetische Klassifizierung von Mikroorganismen mit Fluoreszenz in situ Hybridisierung (FISH) mit der Aktivitätsanalyse durch Einbau stabiler Isotope (13C, 2H) in Biomasse kombiniert werden kann. Mit diesen innovativen Methoden sollen Kohlenstoffflüsse durch mikrobielle Gemeinschaften auf der Einzelzellebene analysiert werden. Weiterhin kann allgemeine metabolische Aktivität gemessen werden. Damit sollen z.B. in Biofilmen oder sonstigen mikrobiellen Gemeinschaften aktive Zellen identifiziert werden. Dieses kann unspezifisch über den Einbau von deuteriertem Wasser oder spezifisch durch Einbau von 13C in die Biomasse nach Abbau von 13C-markierten Substanzen erfolgen. Bisher wurden Abbauprozesse hauptsächlich in größeren Skalen untersucht, wobei aber wichtige Schlüsselprozesse und Limitationen zwangsläufig übersehen wurden. Wir wollen diese Lücke mit neuen Einzelzelluntersuchungen füllen und Gesetzmäßigkeiten für den mikrobiellen Schadstoffabbau ableiten.

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