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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.

Investigations of the health status of molluscs in the Weser estuary with special emphasis on organotin contamination of sediments

Deutsche Bucht Transekt

Entlang eines Transektes von der inneren Deutschen Bucht bis zur Doggerbank wird die Variabilität der Makrofaunagemeinschaften auf unterschiedlicher zeitlicher Skala untersucht. Auf 7 Stationen entlang des Transektes wurden schon 1990 Proben genommen. Seit 1995 werden auf 4 von den 7 Stationen kontinuierlich jeweils im Mai Proben genommen. Zusätzlich wurden auf 3 Stationen von Herbst 2000 bis Frühjahr 2002 monatlich Proben genommen, um die saisonale Variabilität zu ermitteln. Die saisonale Variabilität wird primär durch das Recruitment im Frühjahr bestimmt, die langfristige durch extreme Ereignisse wie den kalten Winter 1995/96. Die küstennahen Gemeinschaften unterliegen auf Grund der höheren Fluktuation in den Umweltparamatern wie Temperatur, Schichtung der Wassersäule, Nahrungsverfügbarkeit generell einer stärkeren saisonalen Variabilität als die küstenferneren Gemeinschaften unter stabileren Umweltbedingungen. Klimatisch bedingte Veränderungen in den Gemeinschaften werden nach 2000 deutlich.

Direkte Effekte kleinskaliger Turbulenzen auf Entwicklung und Lebensstrategien mariner phototropher Einzeller

Übergreifendes Ziel des Vorhabens ist es, die Rolle der Turbulenz für die Populationsdynamik des Phytoplanktons in marinen Systemen zu untersuchen. Im Zentrum des Projektes steht die zu überprüfende Hypothese, dass Ausprägung und Sukzession morphofunktionaler Lebensformen im Phytoplankton nicht ausschließlich Ausdruck unterschiedlicher Nährstoff-, Licht- und Temperaturregime im Milieu sind, sondern im entscheidenden Maße von direkten Turbulenzeffekten abhängen, die unmittelbar das Wachstum einzelner Arten regulieren und mit den anderen Steuerfaktoren interagieren. Im vorliegenden Projekt werden Auswirkungen unterschiedlicher kleinskaliger Turbulenzintensitäten auf die Phytoplanktonzuammensetzung im Feld, in Mesokosmen und Laborexperimenten untersucht und das Wachstum dominanter Arten auf seine Turbulenzsensitivität hin getestet. Eine praktische Herausforderung hierbei ist darüber hinaus die Beantwortung der Frage, wie zuverlässig und reproduzierbar Turbulenzintensitäten im experimentellen Modellsystemen erzeugt werden können.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Einwanderungswahrscheinlichkeit invasiver Großalgen in die Antarktis: Invasivität vs. Invasibilität

Durch stetig zunehmende globalisierte Verkehrsströme und den Klimawandel steigt auch weltweit die Problematik von Bio-Invasionen. Nicht jede Art, welche in eine neue Umgebung gelangt, verhält sich zwangsläufig als Invasor, zumindest nicht solange die natürlichen Mechanismen der Ausbreitungskontrolle noch wirksam sind. Die Invasivität einer Art wird durch ihre biologischen Charakteristika bestimmt (z.B. physiologische Toleranz, Reproduktionsstrategien). Die Invasibilität einer Region ist hingegen durch ihre physiko-chemischen (z.B. Klima und Beschaffenheit von Siedlungssubstrat) und biologischen (z.B. Anwesenheit von Fraßfeinden oder Konkurrenten) Rahmenbedingungen definiert. Invasive Großalgen haben das Potential, die Struktur und Funktion von Küstensystemen nachhaltig zu schädigen, oftmals verbunden mit einem dramatischen Rückgang der lokalen Biodiversität. Zur Einschleppung invasiver Großalgen in antarktische Küstengewässer liegen derzeit noch keine Berichte vor. Unterstützt durch den Klimawandel (verbunden mit Temperaturanstieg, aber auch mit einer Abschwächung des antarktischen Zirkumpolarstroms) und durch fortwährend ansteigenden touristischen wie wissenschaftlichen Schiffsverkehr in der Antarktis, nimmt die Wahrscheinlichkeit einer Invasion jedoch stetig zu. Drei Arten von Großalgen etablierten sich kürzlich in der Region von Patagonien bis Feuerland und sind mögliche Kandidaten für eine weitere Ausbreitung bis in die Antarktis. Durch einen experimentellen ökophysiologischen Ansatz (um die Invasivität zu bestimmen) kombiniert mit Habitatkartierungen und Klimadaten (zur Charakterisierung der Invasibilität) werden wir Vorhersagemodelle zur zukünftigen geographischen Verbreitung dieser drei Arten erstellen. Damit wird dieses Projekt die Wahrscheinlichkeit der weiteren Ausbreitung von Großalgen, welche sich kürzlich in Patagonien und Feuerland etabliert haben, bis zu den Südshetland-Inseln und der westlichen antarktischen Halbinsel bestimmen. Als finales Produkt werden wir eine Vorhersage-Karte zur Etablierung neuer Arten von Großalgen an der westlichen antarktischen Halbinsel erstellen. Das Projekt leistet somit bedeutsame Beiträge zu zwei der übergreifenden inter-disziplinären Themenkomplexe innerhalb des Schwerpunktprogramms 1158 Antarktisforschung: Verknüpfung mit niederen Breiten (Gateway to lower latitudes) und Reaktionen auf den Umweltwandel (Response to environmental change).

Cyanobakterielle Lebensgemeinschaften im Litoral und Pelagial des Bodensees

Das Projekt soll unsere Kenntnis zur Biologie der Suesswassercyanobakterien des Bodensees erweitern. Cyanobakterien (=Blaualgen) erbringen als Bestandteil des autotrophen Picoplanktons einen wesentlichen Beitrag zur Primaerproduktion (Biomasse) und sind Teil des 'microbial loop' bzw. des Nahrungsnetzes. Erfasst werden sollen Bedingungen der Vermehrung und Ausbreitung einzelner Arten und Populationen im Litoral und Pelagial. Dabei sollen folgende Themen bearbeitet werden: 1. Trophische Abhaengigkeiten von Cyanobakterien und Purpurbakterien. Induktionsbedingungen fuer organische Ausscheidungsprodukte (Stress durch Starklicht und/oder Mineralsalzmangel). Exsudate von cyanobakteriellen Vertretern des Picoplanktons sollen charakterisiert und in ihrer Wirkung auf die N2-Bindung bzw. Nitrogenaseaktivitaet von Picoplanktonvertretern untersucht werden. 2. Isolation cyanobakterieller (einzelliger) Formen aus dem Bodensee und vergleichend Charakterisierung mit genetischen Sonden. Studien zur Populationsdynamik, Sukzession von Picoplanktonpopulationen im Litoral und Pelagial.

Produktivitaet und Stofftransport in Oekosystemen ausgewaehlter Regionen der Hochsee

Ausgangslage: Bestandsaufnahme und Beschreibung der Biologie von hochproduktiven Meeresgebieten; Zielsetzung: Erforschung von Wechselbeziehungen innerhalb von Lebensgemeinschaften sowie zwischen Lebensgemeinschaften und ihrer Umwelt; Gewinnen von Ausgangsdaten fuer die optimale fischereiliche Nutzung der Meeresgebiete.

Untersuchungen ueber den Gewaesserzustand von einigen wuerttembergischen Fluessen und Seen

Feststellung des Ist-Zustandes von Fluessen und Seen in Wuerttemberg; Auswirkung des Gewaesserzustandes auf die Flora.

Untersuchungen zur Bedeutung von Filterorganismen in limnischen Oekosystemen

Filterorganismen wie Suesswasserschwaemme, Bryozoen und Muscheln nehmen mit dem Wasserstrom Partikel entsprechend der Groesse ihres 'Filterporenapparates' auf. Die Belastbarkeit des jeweiligen Filtersystems soll quantitativ erfasst werden, dabei ist die gesamte Population zu kartieren und das Auswahl- und Anreicherungsvermoegen der einzelnen Arten zu analysieren. Angestrebt wird eine Bestimmung des Teils an der biologischen Selbstreinigung des untersuchten Gewaessers.

Verhalten von Herbiziden in Gewaessern

Durch die Anwendung von Herbiziden in Gewaessern ist eine Beeintraechtigung des Wassers selbst sowie der Wasseroekologie moeglich. Mit Hilfe von Biotesten sollen derartige Veraenderungen nachgewiesen werden. Hierfuer sind geeignete Testorganismen erforderlich, die sowohl Aufschluss darueber geben, um welche Wirkstoffe es sich handelt, als auch eine ausreichende Empfindlichkeit erkennen lassen, damit selbst Spuren von Aktivsubstanzen angezeigt werden. Neben dem Nachweis von Wirkstoffen interessierte bei diesem Forschungsvorhaben vor allem die Beeinflussung der Wasserqualitaet. Hier ist es insbesondere die Sauerstoffkonzenerqualitaet. Hier ist es insbesondere die Sauerstoffkonzentration, deren Veraenderung zu einer erheblichen Beeintraechtigung der Biozoenose des Wassers fuehren kann. Aus diesem Grunde wurde daher vorrangig der Einfluss von verschiedenen Wasserherbiziden auf diese Konstante untersucht.

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