Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist es, die interspezifische Diversität von Ektomykorrhizapilzen (EcM) für die Phosphoraufnahme und Ernährung von Bäumen in Pakquirierenden und P-rezyklierenden Ökosystemen zu untersuchen. Der Fokus wird auf der Buche als einer ektomykorrhizalen Hauptbaumart dieser Ökosysteme liegen. Folgende Punkte sollen adressiert werden:(i) Die Pilzgesellschaften P-akquirierender und -rezyklierender Ökosysteme unterscheiden sich, weil in dem ersten Fall P mit Hilfe organischer Exsudate aus Mineralien gelöst werden muss und im zweiten Fall P mit Hilfe saprophytischer Enzyme aus der organischen Materie freigesetzt werden muss, um pflanzenverfügbar zu sein. Um diese Hypothese zu prüfen, werden Pilze in verschiedenen Bodenkompartimenten und Wurzel-assoziierte Pilze mittels Hochdurchsatzsequenzierung erfasst und funktionalen Gruppen zugeordnet. Die aktive EcM Gesellschaft wird durch Kombination von Morphotyping und ITS Sequenzierung quantifiziert. Die Pilzprofile werden in Relation zu Bodenparametern, mikrobieller Aktivität und sekretierten Phosphatasen und Oxalat-produzierenden EcM Aktivitäten analysiert.(ii) Der zeitliche Verlauf des P Bedarfs und der P Aufnahme in Relation zu Phänologie und saisonalen Veränderungen der EcM Gesellschaft ist nicht bekannt. Durch Applikation von radioaktivem Phosphat zu verschiedenen wichtigen Zeitpunkten wie Blattaustrieb, früher Sommer, Spätsommer, Herbst und Winter soll die Aufnahme und pflanzeninterne Allokation von P bestimmt werden. Dabei wird auch die P-Akquisition der EcM Gesellschaft spezifisch erfasst und ihre enzymatischen Aktivitäten untersucht. Des Weiteren werden Biomasse der Pflanze und Morphologie des Wurzelsystems, Gesamt-P sowie der Einbau von P in freie Mikroben untersucht. Mit Hilfe dieser Daten soll ein Modell für die Aufnahme und Allokation von P in Relation zu ektomykorrhizaler, mikrobieller und pflanzlicher Aktivität entwickelt werden.(iii) Um die Beiträge spezifischer EcM für die P Aufnahme zu erfassen, soll eine neue Methode für zeitlich und räumlich aufgelöste Flussmessungen von radioaktivem P etabliert werden. Nach Installation und Kalibrierung der Messanlage mit Hilfe einfacher Modellpflanzen (Pappel), sollen die Beiträge unterschiedlicher EcM Arten für die P Aufnahme und Translokation an jungen Buchen untersucht werden. Dies Daten sollen zur Verbesserung des obigen Modells genutzt werden. Insgesamt werden diese Untersuchungen einen wichtigen Beitrag zur Rolle der EcM Diversität im P Zyklus unterschiedlich P versorgter Ökosysteme liefern.
Die Critical Zone (CZ) ist die poröse Haut der Erde, wo Luft, Wasser und Gestein sich überschneiden und mit dem Leben interagieren. Sie wird Critical Zone genannt, weil wir Menschen in ihr leben und von ihren Ressourcen abhängig sind, von sauberem Wasser bis hin zur Nahrungsmittelproduktion und Klimaregulierung. Die CZ erstreckt sich von der Vegetation durch den Boden bis zum verwitterten Gestein und zum Grundwasser in Hunderten von Metern Tiefe und ist durch Flüssigkeitsströmung und Stofftransport miteinander verbunden. Umweltverschmutzung, Landnutzung und Klimawandel verändern zunehmend die oberirdischen Lebensräume der CZ, aber wir verstehen die Folgen für die tiefe Biosphäre nicht. Das Hauptziel des SFB AquaDiva ist unser Verständnis zu erweitern, wie Wasser (Aqua) oberirdische und unterirdische Lebensräume verbindet, und wie lokale Geologie und Oberflächenbedingungen die funktionelle Diversität (Diva) der unterirdischen Lebensräume bestimmen. In der ersten Förderperiode haben wir das "Hainich Critical Zone Exploratory" (CZE) eingerichtet, das zwei Grundwasserstockwerke entlang eines ~6 km langen Hangtransekts in abwechselndem Kalk- und Mergelgestein umfasst. Oberflächen- und Grundwassereigenschaften wurden mittels Geochemie, Isotopenmessungen und einer Reihe von "Omics"-Ansätzen zur Katalogisierung des unterirdischen Lebens, einschließlich Bakterien, Archaeen, Pilze, Viren und Grundwasserfauna, analysiert. Genomische Informationen wurden mit aktiven Proteinen (Proteom), Stoffwechselprodukten (Metabolom, Gase) und gezielten Untersuchungen von Kolloiden und gelöster organischer Substanz (DOM) verknüpft. Alle methodischen Ansätze identifizierten übereinstimmend sechs verschiedene Grundwasserzonen. Während der zweiten Förderperiode zielte unsere Forschung darauf ab, die Mechanismen aufzuklären, wie sich diese Zonen entwickelt haben, indem wir Isotopenanalysen und Modelle einsetzten, um den Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf mit mikrobiellen Gemeinschaften zu verknüpfen. Darüber hinaus richteten wir das „Saale-Elster-Sandsteinplatte Observatory“ (SESO) in saurem Sandsteingestein mit ähnlicher Landnutzung als geologischen Kontraststandort ein. In der dritten Förderperiode werden wir unsere Beobachtungen generalisieren und die riesige Menge an Informationen synthetisieren, um (1) biotische und chemische "Fingerabdrücke" spezifisch für Oberflächeneigenschaften zu erstellen und zu zeigen, wie diese Oberflächensignale transportiert und transformiert werden auf ihrem Weg zum Grundwasser, und (2) zu untersuchen, wie sich zeitliche Variationen der Oberflächeneinträge auswirken. Der Vergleich der kontrastierenden Geologie ermöglicht es uns, unsere Konzepte zu verallgemeinern und Vorhersagen über die Reaktion der tiefen Biosphäre auf Szenarien des Klimawandels und die Folgen für die Wasserressourcen zu entwickeln. Schließlich werden wir die massiven Infrastrukturinvestitionen und Datensätze als Plattformen für die internationale CZ-Forschung sichern.
Die Herausforderungen einer nachhaltigen Entwicklung erfordern Antworten auf komplexe Umweltprobleme wie Klimawandel, Verlust an Biodiversität, Verfügbarkeit von sauberem Wasser und biobasierten Materialien für die Kreislaufwirtschaft. Die jüngsten Fortschritte bei der Entwicklung analytischer Technologien bieten vielfältige Möglichkeiten, sich diesen Problemen erfolgreich zu stellen. Diese Entwicklungen gehen jedoch mit einer hohen Spezialisierung einher und bergen die Gefahr einer starken Fragmentierung der verschiedenen Disziplinen der Umweltwissenschaften. Gleichzeitig steigen die Kosten für den Betrieb der analytischen Instrumente kontinuierlich an. Die Etablierung eines Gerätezentrums (GZ) ‘Umweltanalytik’ an der TU Dresden (TUD) soll diese starke Fragmentierung überwinden und damit die Verfügbarkeit und die Zugänglichkeit zu modernen analytischen Instrumenten für Wissenschaftler der TUD und deren externer Partner verbessern. Das angestrebte GZ umfasst sehr innovative und äußerst komplexe Gerätesysteme für die (i) Analyse stabiler Isotope zur Prozessforschung, die Nutzung (ii) spektroskopischer Verfahren zur Identifizierung molekularer Strukturen organischer Substanzen und die Nutzung (iii) der Rasterelektronenmikroskopie (Environmental Scanning Electron Microscopy) zur Erforschung von Mikro- und Nanostrukturen. Diese Kerntechnologien werden ergänzt durch eine breite Palette an unterstützenden analytischen Verfahren, womit insgesamt ein großes Potential für eine integrative Forschung in den Umweltwissenschaften besteht. Die integrative Datenanalyse wird ein weiterer Bestandteil des angestrebten GZ sein. Es wird ein Managementsystem entwickelt, das einen einfachen Zugang und eine effiziente gemeinsame und kostengünstige Nutzung aller Instrumente ermöglicht. Dies ist Voraussetzung einer tiefgreifenden Integration der Umweltwissenschaften und wird gleichzeitig zu einem fruchtbaren Austausch von Wissenschaftlern unterschiedlicher Disziplinen führen. Der Aufbau des GZ wird zu neuen Qualitätsstandards in der Umweltanalytik beitragen. Das GZ geht weit über das Angebot der Nutzung analytischer Kapazitäten hinaus. Die Nutzer werden bei der Auswahl der am besten geeignetsten Kombination analytischer Verfahren wissenschaftlich fundiert beraten. Außerdem wird eine gemeinsame integrative Auswertung bei komplexen Umweltdaten angeboten. Durch das GZ werden besonders interessierten Studenten und jungen Forschern Qualifizierungskurse angeboten. Damit wird das GZ der interdisziplinären Spitzenforschung in den Umweltwissenschaften an der TUD einen starken Impuls verleihen. Externe Partner erhalten mehr Möglichkeiten zur erfolgreichen Zusammenarbeit mit ihren Partnern an der TUD. Dies wird zur Generierung neuer Forschungsideen und deren Umsetzung in wissenschaftlichen Projekten führen. Damit wird das Gerätezentrum zu wissenschaftlich exzellenten Lösungen der komplexen Umweltprobleme beitragen, mit denen unserer Gesellschaft konfrontiert ist.
Phosphor (P) ist einer von fünf essentiellen Makronährstoffen für Wachstum und Entwicklung von Pflanzen. Seine geringe Verfügbarkeit in vielen Waldböden macht eine effiziente Aufnahme, Verwendung und Verteilung erforderlich. Diese Prozesse müssen zudem an den sich während der Vegetationsperiode ändernden Bedarf angepasst werden. Ziel des vorliegenden Projekts ist es, die P Akquisition mykorrhizierter und nicht-mykorrhizierter Baumwurzeln zu charakterisieren (Km, vmax, Temperatur und pH Abhängigkeit) und die Regulation der P Akquisition durch externe und intrinsische Faktoren aufzuklären. Dabei stehen (a) die Interaktion der Aufnahme von Pi und Porg, (b) die Konkurrenz zwischen Altbestand und Naturverjüngung und (c) die Konkurrenz zwischen Wurzeln und Mikroben im Vordergrund von aufeinander abgestimmten Laborversuchen unter kontrollierten Bedingungen und Freilanduntersuchungen. Unter kontrollierten Bedingungen sollen Aufnahme und Xylembeladung radioaktiv markierter P Verbindungen an abgeschnittenen Wurzeln mit der Pitman-Kammertechnik analysiert werden; im Freiland soll die Aufnahme ausgegrabener Wurzeln über die Akkumulation von stabilen Isotopen oder über die 'Depletion'-Technik durch Inkubation in künstlichen Bodenlösungen bestimmt werden. Die Regulation der P Aufnahme durch externe und intrinsische Faktoren soll in 'flap-feeding' und 'split-root' Experimenten im Labor untersucht werden. Die Konkurrenz zwischen Altbestand und Naturverjüngung soll im Freiland durch vergleichende saisonale Analyse der P Aufnahme Kapazität, die Konkurrenz zwischen Wurzeln und Mikroben durch P-Fluss Analysen im Boden mit Hilde der Mikrodialyse bestimmt werden. Ein weiteres Ziel des Projekts ist die Charakterisierung von Prozessen der saisonalen P Speicherung und Mobilisierung. Dies umfasst die Aufklärung saisonaler Veränderungen des P-Metaboloms in Blättern, Wurzeln, Xylem und Phloem sowie die Zell- und Gewebe-spezifische Analyse der Orte von Speicherung und Mobilisierung in Zweigen mit nanoSIMS. Labor- und Freilandversuche sollen mit Buche und Pappel durchgeführt werden. Buche wurde als häufigste Laubbaumart Mitteleuropas ausgewählt und soll an je einem SPP-Standort mit hoher (Conventwald, saurer Boden; 'P acquiring system') und geringer (Tuttlingen, Kalkboden; 'P-recycling system') P Verfügbarkeit untersucht werden. Pappel wurde als Baumart gewählt, die für molekulare Untersuchungen von Prozessen herangezogen werden kann. Hierzu werden Proben zentraler Versuche dieses Projekt an andere Gruppen des SPP für Transkriptom Analysen weitergegeben. Aufgrund der unterschiedlichen Blatt- und Blüten-Entwicklungsstrategien kann von unterschiedlichen Strategien der P-Akquisition von Buchen und Pappeln ausgegangen werden. Deshalb sollen die mit den beiden Baumarten erzielten Ergebnisse in dieser Hinsicht verglichen werden.
Anhand von zeitlichen Trends der Phosphor-Blatt- und Nadelspiegelwerte von Bäumen auf Dauerbeobachtungsflächen wurde für die vergangenen 2-3 Jahrzehnte eine Verschlechterung der P-Ernährung in vielen europäischen Regionen festgestellt. Als mögliche Ursachen dafür werden Bodenversauerung, Eutrophierung der Waldökosysteme mit N und dadurch ein verbessertes Wachstum, sowie Bodenschutzkalkungen und Auswirkungen des Klimawandels diskutiert. Hier soll untersucht werden, ob anhand der P-Gehalte in den Jahrringen von Picea abies und Fagus sylvatica, bestimmt mittels LA-ICP-MS (Laser Ablation - Induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie), langfristige Trends und historische Variabilität in der P-Verfügbarkeit festgestellt werden können. Bisher gibt es nur ganz wenige Studien zu P-Gehalten in Jahrringen und es ist nicht klar, ob deren inter-annuelle Variation zu Veränderungen der P Verfügbarkeit in Beziehung steht. Daher soll hier in einem ersten Schritt die Beziehung zwischen P in Jahrringen und P-Verfügbarkeit für zwei Arten von Bohrkerneproben analysiert werden: a) von P Düngungsversuchen mit bekannten Zeitpunkten und Applikationsraten, und b) von den Dauerbeobachtungsflächen des DFG-Schwerpunktprogramms mit verfügbaren Zeitreihen der P-Konzentrationen in Blättern/Nadeln und Streu. Zweitens wird analysiert, ob die P-Gehalte in Jahrringen aus Wäldern in denen die P-Versorgung hauptsächlich durch Rezyklierung geleistet wird ('recycling systems') eine höhere zeitliche Variation aufweisen als in Wäldern, die einen größeren Teil des P aus der mineralischen Festphase aufnehmen ('acquiring systems'); siehe grundlegende Hypothese des Schwerpunktprogramms, die postuliert, dass 'recycling systems' sensibler auf menschliche Einflüsse und Umweltveränderungen reagieren. Drittens wird quantifiziert, ob die Effizienz der Rezyklierung von P im Stammholz, gemessen als prozentuale Rückverlagerung vom äußeren Kernholz bis zum jüngsten Splintholz, in 'recycling systems' höher ist als in 'acquiring systems'. Viertens wird untersucht ob sich im Kernholz der 'P-rezyklierenden' und der 'P-akquirierenden' Waldökosysteme unterschiedliche, langfristige Trends in der P-Versorgung darstellen und ob diese durch Gehalte anderer Elemente (N, S, K, Ca, Mg, Al, ermittelt durch ICP-OES), Elementverhältnisse (N/P, P/Ca, P/Al, etc.) oder Wachstumstrends erklärt werden können. Mittels Regressionen zwischen diesen Variablen lassen sich einige der zentralen Fragen des Schwerpunktprogramms adressieren. Sollte die P-Verfügbarkeit infolge von Bodenversauerung abgenommen haben, so sollten abnehmende P Gehalte in Jahrringen mit einer Abnahme der Ca- und Mg-, sowie einer Zunahme der Al-Gehalte einhergehen. Dieses Projekt wird nicht nur Information zu langfristigen Trends der P-Ernährung der Hauptbaumarten der Standorte des Schwerpunktprogramms liefern, sondern auch wichtige Daten zur Speicherung und Aufnahme von P im Holz, um damit Nährstoffbilanzen und biogeochemische Modelle zu unterstützen.
Als Grundlage für hochaufgelöste Klimarekonstruktionen der letzten Jahrtausende dienen jahrgenau datierbare natürliche Klimaproxies wie Jahresringe von Bäumen. Bisher konzentrierten sich dendroklimatologische Untersuchungen in Europa auf Temperaturrekonstruktionen borealer und alpiner Waldgrenzstandorte. In weitaus geringerem Umfang liegen dagegen hydroklimatische Rekonstruktionen basierend auf niederschlagssensitiven Baumarten der Tieflagen (kleiner als 1000 m NN) vor, obgleich hydroklimatische Schwankungen in der Abschätzung zukünftiger und historischer Klimaveränderungen eine wichtige Rolle spielen. Die Steuerungsfaktoren, das Ausmaß und die zeitliche Abfolge dekadischer bis mehrhundertjähriger Schwankungen im Baumwachstum, welche für die Rekonstruktion des gesamten Spektrums hydroklimatischer Variabilität von entscheidender Bedeutung sind, wurden bisher kaum untersucht und verstanden. In dem geplanten Projekt sollen nun zum ersten Mal langfristige Wachstumstrends auf verschiedenen raum-zeitlichen Skalen von acht europäischen Baumarten über die letzten 1.000 Jahre gegenübergestellt werden. Die hauptsächlich aus archäologischen und historischen Holzfunden generierten Jahrringdaten von Eiche, Buche, Erle, Esche, Ulme, Tanne, Kiefer und Fichte, in Verbindung mit Daten lebender Bäume, decken die letzten 1.000 Jahre lückenlos mit hoher Belegung ab. Dieser einmalige Datenbestand mit rund 60.000 Jahrringserien ökologisch und ökonomisch wichtiger heimischer Baumarten wird von europäischen Jahrringforschern bereitgestellt. Das Ziel des geplanten Projektes ist ein besseres Verständnis der raum-zeitlichen Variabilität von niederfrequenten Wachstumstrends und die Identifizierung gemeinsamer Faktoren, die das längerfristige Baumwachstum in Europa maßgeblich steuern (z.B. Klima und/oder Vulkanemissionen, Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre oder Veränderungen der Sonnenaktivität). Die angewandten Methoden umfassen neue Standardisierungsverfahren, Trend- und Spektralanalysen sowie Filterungsverfahren, um niederfrequente Schwankungen der Jahrringchronologien zu detektieren und extrahieren. Faktoren, die das langfristige Baumwachstum maßgeblich steuern, werden unter Einbeziehung verschiedener Klimaparameter (Temperatur, Niederschlag, Abflussmengen von Flüssen, Grundwasserstände) sowie Zeitreihen externer und interner Einflüsse auf das Klimasystem identifiziert. Darüber hinaus werden die langfristigen Wachstumstrends mit Zeitreihen anderer Paläoarchive verglichen. Die in dem geplanten Projekt gewonnenen neuen Erkenntnisse über klimabedingter, langfristiger Wachstumsschwankungen und deren Ursachen werden eine deutlich bessere Grundlage für zukünftige valide Klimarekonstruktionen, globale Klimamodelle und für die Quantifizierung von Langzeitveränderungen des globalen Kohlenstoffkreislaufs schaffen.
During evolution plants have coordinated the seasonal timing of flowering and reproduction with the prevailing environmental conditions. With the onset of flowering plants undergo the transition from vegetative growth to reproductive development. In agriculture, flowering is a prerequisite for crop production whenever seeds or fruits are harvested. In contrast, avoidance of flowering is necessary for harvesting vegetative parts of a plant. Late flowering also severely hampers breeding success due to long generation times. Thus, FTi (flowering time) regulation is of utmost importance for genetic improvement of crops. There are many new challenges for plant geneticists and breeders in the future (e.g. changing climate, need for higher yields, demand for vegetative biomass for bioenergy production), requiring novel approaches for altering the phenological development of a plant species beyond the currently available genetic variation. Changes in the expression of a single FTi regulator can suffice to drastically alter FTi. Exploiting the molecular fundament of FTi control offers new perspectives for knowledge-based breeding. Pleiotropic effects of FTi gene regulation beyond flowering time, such as yield parameters/hybrid yield were most recently demonstrated. This emerging field of research offers new possibilities for gaining insight into the very foundations of yield potential in crop plants. The Priority Programme aims to develop a functional cross-species network of FTi regulators for modelling developmental and associated (e.g. yield) characters in relation to environmental cues. Plant species with different phenological development will be investigated. Phylogenetic similarities can be used to infer similar functional interactions between FTi regulators in related crop species. Comparative analysis of FTi regulation among and between closely and remotely related species will identify distinct evolutionary paths towards optimisation of FTi in a diverse set of species and the branching points of divergence. Projects in this Priority Programme focus on genomic approaches to gain a comprehensive understanding of FTi regulation also in crops, which thus far have not been a major target of research. Another focus is on non-genetic cues regulating FTi and hormonal constitution and nutrient supply.
Im Rahmen von Kili-SES befasst sich SP6 mit Landnutzung, Management und Naturschutz als Triebkräfte der biologischen Vielfalt. In Kili-SES-1 erwiesen sich Landnutzungsveränderungen durch Bevölkerungswachstum als Schlüsselfaktoren an den unteren Hängen des Kilimandscharo. Es bleibt die Frage, ob die jüngsten Wald- und Buschbrände in den oberen Regionen auf veränderte klimatische Bedingungen hinweisen. Wir wollen den Ursprung und die Folgen dieser Brände als potenziell schädliche NCP auf Landschaftsebene untersuchen. Dabei konzentrieren wir uns auf die biologische Vielfalt und die Wasserbilanz im Nationalpark (zusammen mit SP1) und prüfen, ob solche Brände in den letzten Jahrzehnten zugenommen haben. Da die NCPs stark von der biologischen Vielfalt und dem Funktionieren der Ökosysteme abhängen, untersuchen wir, wie der Mensch die biologische Vielfalt, das Funktionieren der Ökosysteme und folglich das menschliche Wohlbefinden verbessern kann. Konkret wollen wir (zusammen mit SP1 und 2) das ökologische Potenzial für eine Transformierung durch Anpflanzung einheimischer Bäume prüfen, ergänzend zu den Studien von SP3-5. Der Fokus soll auf Auwäldern als wichtige Biodiversitätskorridore und traditionellen Agroforstsystemen als nachhaltige Landnutzungsformen liegen. Während in Kili-SES-1 der Kilimandscharo als isoliertes System betrachtet wurde, planen wir nun eine Erweiterung unserer Perspektive unter Einbeziehung des umliegenden Landschaftskontextes. Der Kilimandscharo war einst mit anderen Bergen durch Waldkorridore verbunden, die als Wanderwege dienten und die biologische Vielfalt beeinflussten, entscheidend für die Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltveränderungen. Ziel ist die Analyse der ökologischen Konnektivität und Telekopplung im Hinblick auf Naturschutzpolitik. Hierzu wollen wir mit umfangreichen Daten zu Pflanzen, Arthropoden und Kleinsäugern die frühere biologische Vielfalt ohne menschlichen Einfluss modellieren, um die ungleiche Verteilung endemischer Arten zu untersuchen, eine kontroverse biogeographische Frage in Ostafrika. Der Kilimandscharo und die umliegenden Berge sind unterschiedlich geschützt (Nationalparks, Natur- und Waldreservate), mit zunehmend fragmentierten Schutzgebieten. Durch Hochskalierung und Modellierung der Biodiversität unter Verwendung von Hyperspektralbildern (zusammen mit SP7) planen wir die sich daraus ergebenden Biodiversitätsniveaus und Bedrohungen zu vergleichen, einschließlich der Auswirkungen der Einbeziehung der Waldgürtel des Kilimandscharo und Meru in Nationalparks im Jahr 2006, die möglicherweise illegale Aktivitäten in die umliegenden Berge verlagert haben. Zusätzlich zu diesen Themen wollen wir weiterhin langfristige Klima- und Dendrometriedaten erheben und umfassendes Monitoring von Gefäßpflanzen, Flechten und Moosen durch (ergänzt durch Pilze) durchführen. So hoffen wir ein Niveau und eine Qualität ökologischer Daten zu erreichen, die für Kili-SES wichtig und für ein tropisches Gebirge einzigartig sind.
Totholzstämme sind ein Habitat für viele spezialisierte Organismen. Sie stellen meistens eine energiereiche und zugleich nährstoffarme Ressource in Wäldern dar. Totholzstämme unterscheiden sich von Böden im Gehalt und in der Verfügbarkeit von Nährstoffen. Über die chemischen und biologischen Wechselwirkungen mit Böden ist jedoch wenig bekannt, weshalb unser Verständnis der Auswirkungen von Totholz auf die Funktion und Biodiversität in Waldböden limitiert ist. Pilzhyphen haben die Fähigkeit zwei Habitate zu überbrücken und dadurch Nährstoffe zwischen Totholz und Boden umzuverteilen. Nährstoffgradienten existieren in den Biodiversitäts-Exploratorien durch verschiedene Nährstoffgehalte in Totholzstämmen von 13 Baumarten, die im BeLongDead-Experiment ausgelegt wurden, und durch verschiedene Böden, die durch Forstmanagement beeinflusst sind. Ein Ziel des Projekts ist es, das Potenzial für Nährstofftranslokation durch verschiedene Bodenpilzgemeinschaften der Exploratorien in einem kontrollierten Laborexperiment zu ermitteln. Ein weiteres Ziel ist es, die langfristigen Effekte der sich seit ca. 9 Jahren zersetzenden Totholzstämme des BeLongDead-Experiments auf die unterliegenden Böden zu ergründen. Unsere übergeordnete Hypothese ist, dass nährstoffarme Böden eine andere Reaktion auf Nährstoffgradienten zu den Totholzstämmen zeigen als nährstoff-reiche Böden. Für nährstoffarme Böden hypothesieren wir positive Effekte mit zunehmenden Totholznährstoffen der verschiedenen Baumarten auf die (1) Nährstofftranslokation in Richtung Boden, (2) funktionelle Diversität von saprotrophen Pilzen, (3) Feinwurzeldichte, ektomykorrhizierten Kurzwurzeln und Ektomykorrhiza-Diversität, und (4) mikrobielle Biomasse und Aktivität. Für nährstoffreiche Böden erwarten wir entgegengesetzte Effekte (1 und 2), keinen Effekt (3) und einen ähnlichen Effekt (4). Zur Überprüfung der Hypothesen werden wir innovative und etablierte Methoden sowie Felduntersuchungen und Laborexperimente kombinieren. Die Nährstofftranslokation durch Hyphen wird basierend auf 15N- und 33P-Markierung erfasst und durch Sequenzierung der pilzlichen Metatranskriptome begleitet. Chemische und mikrobielle Bodenparameter sowie Wurzeleigenschaften werden mit der Struktur und Aktivität der pilzlichen Gemeinschaft, erfasst durch Next-Generation-Sequencing, in Beziehung gesetzt. Unsere sich ergänzenden Expertisen ermöglichen uns die Bedeutung der pilzlichen Diversität und der Bodeneigenschaften unter Totholzstämmen für Ökosystemprozesse zu bewerten. Durch die Zusammenarbeit innerhalb eines koordinierten und vollständig replizierten Experiments mit weiten Nährstoffgradienten erwarten wir belastbare Ergebnisse mit großer wissenschaftlicher Bedeutung und Nutzen für die Waldwirtschaft.
Ziel dieses Projekts ist es, die Forschung im Bereich der wechselseitigen Beziehung zwischen biologischer Evolution und Landschaftsevolution maßgeblich voranzutreiben. Arbeitsgebiete sind aride bis hyperaride Systeme, in denen sowohl biologische Aktivität als auch Erdoberflächenprozesse vorwiegend und sehr stark durch die Verfügbarkeit von Wasser limitiert sind. In diesem Projekt sollen die Schlüsselmerkmale biologischer Aktivität in extrem wasserlimitierten Habitaten der Erde identifiziert und Erdoberflächenprozesse, die unter nahezu wasserfreien Bedingungen ablaufen, charakterisiert werden. Die Bestimmung kritischer Schwellenwerte der Umweltbedingungen, die eine biologische Kolonisation und/oder Landschaftstransformationen erlauben, stellt ein wesentliches Ziel dar. Das zeitliche und räumliche Muster biologischer Kolonisation und Isolation wird zusammen mit der Chronologie der Landschaftsentwicklung in Bezug zur auschlaggebenden gemeinsamen Triebkraft, dem (Paleo-) Klima, untersucht. Diese Ziele sollen durch: (i) paleoklimatische Rekonstruktion und Observation des gegenwärtigen Klimas, zur Entwicklung geeigneter Klimamodelle, (ii) Erfassung der biogeographischen Migrationsgeschichte, Phylogenie (Pflanzen, Insekten, Protisten und Bakterien) und deren molekularer Datierung und (iii) räumliche Erfassung, Prozesscharakterisierung und Datierung von (fossilen) Landschaftselementen (Entwässerungssysteme, Hänge, fluviale und aeolische Sedimente, Böden), angegangen werden. Die Datierung geologischer Archive (i & iii) erfordert eine innovative (Weiter-) Entwicklung isotopengeologischer Methoden, welche entsprechend durchgeführt werden sollen.Es werden u.a. wesentliche Beiträge zu den sich entwickelnden Konzepten des evolutionären Timelags (Guerreo et al. 2013, PNAS 110, 11469-11474), des Einflusses geographischer Barrieren auf klimabedingte Speziesmigration (Burrows et al. 2014, Nature 507, 492-495), der Biogeomorphologie (Corenbilt et al. 2011, Earth Sci. Rev. 106, 307-331), sowie der Entwicklung neuer Methoden zur Datierung und Prozesscharakterisierung von Erdoberflächenprozessen und biologischer Evolution erwartet.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 62 |
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| Wissenschaft | 2 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 60 |
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| offen | 60 |
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| Boden | 48 |
| Lebewesen und Lebensräume | 58 |
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