Coccolithophoriden sind eine Gruppe von ca. 200-300 marinen Phytoplanktonarten, die in allen Weltmeeren vorkommt. Sie besitzen die besondere Fähigkeit eine Kalkschale (Coccosphäre) zu bauen, die sie aus vielen kleinen Kalkplättchen (Coccolithen) zusammensetzen. Aufgrund ihrer Fähigkeit zu kalzifizieren sind sie ein wichtiger Bestandteil im Klimasystem, denn die Produktion von Kalk nahe der Meeresoberfläche führt zu einem vertikalen Gradienten der Seewasseralkalinität, beschleunigt den Kohlenstoffexport in die Tiefsee und erhöht die Rückstrahlung von einfallender Sonnenenergie von der Erdoberfläche ins Weltall. Trotz intensiver Forschung an der Physiologie der Kalzifizierung und dessen biogeochemischer Relevanz konnten wir eine der entscheidenden Fragen immer noch nicht beantworten: Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Die Beantwortung dieser Frage ist von außerordentlicher Bedeutung, denn solange wir nicht wissen wozu die Kalkschale dient können wir auch nicht vorraussagen in welchem Maße sich die durch die Ozeanversauerung zu erwartende Abnhame in der Kalzifizierung negativ auf die Fitness dieser Lebewesen in ihrem natürlichen Lebensraum auswirkt. In dem hier vorgestellten Projekt möchten wir die Frage nach der Bedeutung der Kalzifizierung erforschen, indem wir untersuchen ob die Coccosphäre einen Schutz gegen planktonische Räuber, Bakterien und Viren darstellt. Dazu haben wir eigens einen experimentellen Ansatz entwickelt wobei kalzifizierte und dekalzifizierte Coccolithophoridentzellen zusammen mit deren Fressfeinden und Pathogenen kultiviert werden. Dieser Ansatz erlaubt es uns folgende Fragestellungen zu untersuchen: 1) Sind kalzifizierte Zellen besser in der Lage sich gegen Fraß und Infektion zu schützen als Zellen ohne Coccosphäre? 2) Bevorzugen Fressfeinde und Pathogene solche Zellen, bei denen die Coccosphäre entfernt wurde, wenn ihnen beides angeboten wird? 3) Sind Wachstum und Reproduktion von Fressfeinden und Pathogenen verlangsamt, wenn sie kalzifizierte Zellen fressen oder infizieren?
Extreme Änderungen im System der Erde zeigen sich durch das Zusammentreffen von Massensterben mit tiefgreifenden Störungen im globalen Kohlenstoffzyklus. Solche Ereignisse werden häufig durch drastische Veränderungen im Klima oder in der Chemie der Meere verursacht, d.h. durch eine schnelle Erderwärmung, die Ausbreitung anoxischer Bedingungen auf die Schelfmeere und die Versauerung der Ozeane. Diese Prozesse haben eine katastrophale Auswirkung auf die Ökosysteme aller trophischen Ebenen und bilden wichtige Rückkopplungsmechanismen für die Funktionsweise des globalen Kohlenstoffkreislaufes ab. Um die Rolle der Ozeanversauerung für das Massensterben zu dokumentieren, sollen hochauflösende Bor-Isotopenprofile von umfassend charakterisierten marinen Karbonatgesteinen erstellt werden, welche exemplarisch die Biogeochemie zum Zeitpunkt bedeutender Ereignisse dokumentieren. Gegenstand der angestrebten Untersuchungen sind das größte Massensterben im Phanerozoikum, das Permisch-Triassische Ereignis und das Massensterben 2. Ordnung zum Zeitpunkt des bedeutenden ozeanisch anoxischen Ereignisses im Mesozoikum, im Unteren Jura (Pliensbachium/Toarcium). Dieses ermöglicht uns den pH-Wert des Meerwassers zu Beginn und während eines Massensterbens zu rekonstruieren, dessen Ursache vermutlich auch Ozeanversauerung war. Parallel dazu werden diese Proben von unseren Kollegen hinsichtlich ergänzender Proxydaten und biologischer Auswirkungen untersucht, um biogeochemische Schlüsselinformationen zu generieren, die es uns ermöglichen Hypothesen zu testen, die Massensterben mit drastischen Änderungen im pH-Wert des Meerwassers und einer Versauerung der Ozeane verbinden.
Mit dem am Institut fuer Hydrobiologie entwickelten dynamischen Oekosystemmodell SALMO laesst sich der Einfluss externer Belastungsquellen (Naehrstoffe, organische Belastung) und gewaesserinterner Massnahmen (Stauspiegelabsenkung, Teilzirkulation, Biomanipulation) auf die Wasserqualitaet von Talsperren und Seen (Phytoplanktonbiomasse, Sauerstoff, Nitratkonzentration) abschaetzen. So half das Modell in einer Studie der IDUS-GmbH bei der Charakterisierung von Einfluss und Wechselwirkungen unterschiedlicher Belastungskomponenten (Naehrstoffe, lichtabsorbierende Stoffe) bezueglich der Wasserguete der Talsperre Bleiloch. Unter massgeblicher Beteiligung des Instituts fuer Automatisierungs- und Systemtechnik der TU Ilmenau entstand eine komplette Neuimplementierung des Gleichungssystems mit dem Simulationssystem Matlab/Simulink sowie in der objektorientierten Programmiersprache JAVA. Diese ermoeglicht die Simulation raeumlich kompartimentierter Gewaesser, eine einfachere Handhabbarkeit des Gleichungssystems und eine betraechtliche Erweiterung des Anwendungsspektrums von SALMO als Werkzeug fuer Forschung, Lehre und Entscheidungsfindung.
Im Rahmen der Forschergruppe TERSANE (Temperature-related stresses as a unifying principle in ancient extinctions) wird dieses Projekt vorgeschlagen, um in zwei Taxa von marinen Muscheln die physiologischen Wirkungen der sogenannten Temperature-related stresses (TRS: Erwärmung, Versauerung und Sauerstoffmangel) zu untersuchen. Biv-TRS folgt der Hypothese, dass den Auswirkungen des Klimawandels auf marine Fauna in Phasen der Erdgeschichte und in der Neuzeit dieselben physiologischen Prinzipien zugrunde liegen. Daher sollen im Rahmen von Biv-TRS (1) an rezenten Pectinoiden und Ostreoiden aus europäischen Meeren die physiologischen Auswirkungen von Temperaturänderungen allein und im Zusammenwirken mit den anderen Klimafaktoren untersucht werden. Beide Muschelgruppen haben einen reichen Fossilienbestand und waren von mehreren Aussterbeereignissen betroffen. Unter den Pectinoiden sind die Pectiniden (Kammmuscheln) durch ihre einzigartige Schwimmfähigkeit gekennzeichnet. Dagegen haften viele sessile Ostreoiden (Austern) dem Meeresboden fest an, bilden dichte Austernbetten und sind damit Ökosystem-Ingenieure. Im Unterschied zu den Kammmuscheln leben Austern auch in der Gezeitenzone und sind toleranter gegenüber veränderlichen Umgebungsbedingungen. Biv-TRS wird auch (2) untersuchen, wie sich die Prinzipien der Sauerstoff- und Kapazitäts-limitierten Temperaturtoleranz (OCLTT) in den beiden Gruppen auswirken und wie und in welchem Umfang Verschiebungen der frühesten (sublethalen) Temperaturgrenzen durch Ozeanversauerung und Hypoxie oder die kombinierten Wirkungen der TRS verursacht werden können. Weitere Untersuchungen sollen auf organismischer, Gewebe- und zellulärer Ebene die Mechanismen aufklären, die die Temperaturgrenzen festlegen und ihr Verschieben im Zusammenwirken der Faktoren begründen. Die Konzentration auf zwei ökologisch sehr unterschiedliche Muscheltaxa mit reichem Fossilienbestand wird (3) den Vergleich der physiologischen mit paläobiologischen Daten erleichtern. Vorarbeiten legen nahe, dass Austern auf langen Zeitskalen weniger empfindlich auf TRS reagieren als Kammmuscheln und dass die größere physiologische Plastizität der Austern sich auch auf evolutionären Zeitskalen wiederfindet. Die physiologischen Befunde von Biv-TRS werden daher mit Zeitreihen zum Schicksal der beiden Gruppen während Massensterben verglichen, die in anderen Projekten dieser Forschergruppe wie TRS-data und J-Evo erhoben werden.
Die globale Klimaerwärmung und damit assoziierte Stressfaktoren, insbesondere Sauerstoffverknappung und Ozeanversauerung, sind mitverantwortlich für die Verarmung vieler heutiger mariner Ökosysteme. Die geologische und fossile Überlieferung beinhaltet ein Archiv vergangener Phasen des Klimawandels und seiner Auswirkungen auf die Zusammensetzung, ökologische Funktionsweise und evolutionäre Dynamik mariner Faunen und erlaubt damit Aussagen zu langfristigen biotischen Veränderungen als Reaktion auf temperatur-gesteuerten Stress (TRS). Im beantragten Projekt soll dies für die mit einem Massenaussterben einhergehende Klimaerwärmung im Unteren Toarc (Unterer Jura, ca. 183 Millionen Jahre vor heute) in ausgewählten Profilen SW-Europas untersucht werden. Ziel ist es, mit einem interdisziplinären Forschungsansatz eine Verbindung zwischen wichtigen Umweltfaktoren (abgeleitet aus geochemischen Proxy-Daten und sedimentärer Fazies) und dem quantitativen Auftreten makrobenthischer Faunen (vor allem Muscheln und Brachiopoden) herzustellen, die ihrerseits eine große ökologische Bandbreite an Lebensweisen, Ernährungsweisen, Körpergrößen und Mobilitätsniveaus repräsentieren. Durch die Anwendung physiologischer Prinzipien soll die relative Bedeutung einzelner Umweltfaktoren (Temperaturextreme, Sauerstoffmangel, Ozeanversauerung) auf die Faunenentwicklung ermittelt und verstanden werden. Darüber hinaus untersuchen wir, inwieweit eine Reduktion der Schalengrößen ein erstes Anzeichen von bevorstehenden Veränderungen auf Gemeinschaftsebene darstellt, und ob großwüchsige Arten besonders von TRS betroffen waren. Schließlich untersuchen wir, ob der Verlauf der ökologischen Erholung von TRS spiegelbildlich zur ökologischen Degradierung durch TRS ablief oder davon unabhängig. Solch ein unabhängiger, hysteresis-artiger Verlauf, der in einen alternativen ökologischen Zustand mündet, ist von einigen heutigen aquatischen Ökosystemen bekannt.
Salzpflanzen koennen auch in Industriewaessern wachsen; koennen sie auch eliminieren? Gezeiten sind ganz wesentlich; Verfahren in hochbelasteten Binnengewaessern angewendet.
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.
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.
Das Projekt befasst sich mit der Bestandssituation von Stratiotes aloides in der Wesermarsch, einem ihrer Verbreitungsschwerpunkte, in dem im letzten Jahrzehnt ein deutlicher Rückgang festgestellt wurde. Im Mittelpunkt der Arbeit stehen populationsbiologische Aspekte wie Bestandsstruktur und Populationsdynamik.
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).
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 818 |
| Global | 1 |
| Kommune | 6 |
| Land | 67 |
| Weitere | 3 |
| Wirtschaft | 4 |
| Wissenschaft | 369 |
| Zivilgesellschaft | 11 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 812 |
| Text | 24 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 24 |
| Offen | 812 |
| Unbekannt | 2 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 746 |
| Englisch | 213 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 3 |
| Dokument | 15 |
| Keine | 572 |
| Webseite | 252 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 546 |
| Lebewesen und Lebensräume | 826 |
| Luft | 347 |
| Mensch und Umwelt | 838 |
| Wasser | 740 |
| Weitere | 806 |