Protisten stellen den größten Teil der eukaryotischen Vielfalt im Boden dar. Ihre Zellzahlen können Hunderttausende und mehr pro Gramm Boden erreichen, und sie weisen ein breites Spektrum funktioneller Gruppen auf, die eng mit terrestrischen Kohlenstoffflüssen verknüpft sind (z. B. Heterotrophe, Saprotrophe und sogar Phototrophe). Ihre Rolle im Kohlenstoffkreislauf im Leben, als mikrobielle Räuber, und insbesondere im Tod, als mikrobielle Nekromasse (NM), ist jedoch nahezu uncharakterisiert. Aufbauend auf dem Rahmen des SPP SoilSystems untersucht dieses Projekt die Rolle und den Beitrag der Protistanprädation und der Protistan-NM zu den Kohlenstoffflüssen im Boden. In einer Reihe kontrollierter Mikrokosmos-Experimente charakterisieren wir zunächst den Verbrauch von Protistan-NM im Vergleich zu Pilz- und Bakterien-NM durch das Bodenmikrobiom. Durch DNA-SIP mit 13C-markierter Protistan-Nekromasse identifizieren wir organismische Präferenzen und verfolgen den Kohlenstofftransfer innerhalb der mikrobiellen trophischen Netzwerke des Bodens für verschiedene NM-Pools. Mittels Kalorimetrie werden wir untersuchen, wie Protistan-NM im Vergleich zu den besser bekannten bakteriellen und pilzlichen NM-Pools zu den Energieflüssen im Boden beiträgt. In einem zweiten Mikrokosmos-Experiment werden wir untersuchen, ob der Gehalt an organischer Bodensubstanz als wichtige Randbedingung den Verbrauch von Protistan-NM durch Bodenmikrobiota und ihre Netzwerke beeinflusst. Schließlich werden wir im Rahmen des gemeinsamen Experiments „Funktionale Komplexität“ ermitteln, wie Bodenmanagement Bodenprotistan-Gemeinschaften moduliert, wie die Komplexität dieser Gemeinschaften zu emergenten Eigenschaften des Bodenmikrobioms (d. h. Resistenz und Widerstandsfähigkeit) durch Prädation beiträgt, und feststellen, ob die Dynamik von Protistan-Gemeinschaften nach Störungen den Kohlenstoffkreislauf über einen Komplexitätsgradienten hinweg beeinflusst. Zusammengenommen werden diese Experimente, die im Rahmen des SPP-Konsortiums kollaborativ durchgeführt werden, die Hypothesen AC von SoilSystems untersuchen und gleichzeitig die bislang umfassendste Analyse des Beitrags lebender und toter Protisten zum Kohlenstoffkreislauf und zu den Energieflüssen im Boden liefern.
Es ist unbestritten, dass die Prinzipien und Parameter der Thermodynamik grundlegend für die Ökologie und die Bodenökologie sind. Die aktuelle Forschung zum SOM-Umsatz berücksichtigt zunehmend die Energetik in der Modellierung zur Erklärung und Vorhersage des biotischen Kohlenstoffumsatzes und von Bodenfunktionen. Die Arbeiten in SoilSystems sind Teil aktueller internationaler Forschungsaktivitäten. Untersuchungen zu kalorimetrischen und thermodynamischen Zustandsgrößen nehmen stetig zu und konzentrieren sich bisher auf die Charakterisierung der SOM, den SOM-Umsatz und den Beitrag der Bodenbiota. Im SPP konnten u.a. substratabhängige Nutzungseffizienzen und Faktoren der bioenergetischen Kontrolle aufgeklärt werden. Trotz dieser internationalen Forschungen bleiben viele grundlegende Fragen unbeantwortet bzw. wurden neu erarbeitet und manche publizierten Aussagen sind widersprüchlich. So ist der SPP 2322, aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Phase und der gewonnenen methodischen und theoretischen Kompetenz, unbedingt fortzuführen. Das Koordinierungsprojekt des SPP 2223 bietet den wissenschaftlichen und organisatorischen Rahmen für Forschungsprojekte im SPP, indem interdisziplinäre Zusammenarbeit, Datenerfassung, -Synthese und -Modellierung organisiert werden. Dies verantwortet eine Koordinierungsgruppe, die von einem Associate unterstützt wird, der A) die Organisation des SPP 2322 unterstützt und B) wissenschaftlich arbeitet. A) Für eine optimale kooperative Forschung im SPP 2322, werden alle teilnehmenden Projekte durch die zentrale Organisation adressiert. Böden und Kalorimeter werden über eine gemeinsame Versuchsplattform bereitgestellt. Für die gemeinsame Datenspeicherung wurde ein Datenbanksystem eingerichtet, dessen Nutzung durch die Projekte personell unterstützt wird. Projekttreffen, Workshops und eine Webinar-Serie laden zur Diskussion und Präsentation ein. Nicht zuletzt ermöglichen Gleichstellungsmaßnahmen eine uneingeschränkte Teilnahme an Forschung und akademischer Karriereentwicklung. B) Das Forschungsmodul im Koordinierungsprojekt hat zwei grundlegende Ziele: (i) die Bestimmung der energetischen Eigenschaften von Böden, d.h. komplexer Moleküle wie der SOM eingebettet in einem reaktiven mineralischen Medium. Dies erfordert gleichzeitig die Adaptation und Ermittlung der Vergleichbarkeit kalorimetrischer Methoden bei der Untersuchung von Böden als zentrale Forschungsaufgabe für den SPP. (ii) Die Integration und Synthese der Daten aus den (Kern) Experimenten der ersten Phase entlang der Datenraumachsen Böden, Substrate und Randbedingungen erfordert deren Kombination in einem Modellierungsdatenraum. Die Daten müssen vollständig statistisch ausgewertet und für eine harmonisierte Beschreibung in Übereinstimmung mit den thermodynamischen Zustandsgrößen parametrisiert werden. Die forschende Datenzusammenführung wird durch eine Dreiergruppe zum Datenmanagement, Synthese und machine learning Modellierung (Mercator-Fellow) forciert.
Ziel des Vorhabens ist die Quantifizierung bioenergetischer Prozesse während der Aktivierung mononukleärer Leukozyten aus dem peripheren Blut (PBMC) und deren Beziehung zum Energiestatus des Tieres und zu den immunoregulatorischen Blutparametern bei Hochleistungskühen in der peripartalen Phase von -8 bis +12 Wochen relativ zur Kalbung. Normale und überkonditionierte Kühe werden verglichen, letztere sind durch eine ausgeprägtere negative Energiebilanz gekennzeichnet und haben ein höheres Risiko für Infektionskrankheiten. Zur Charakterisierung der bioenergetischen Prozesse des PBMC Stoffwechsels werden die Zellrespiration und Zelladhäsion und der Beitrag und die Hierarchie verschiedener funktionaler Komponenten (Ionentransport, Makromolekülsynthese) quantifiziert. Die Messung der Tierrespiration mittels indirekter Kalorimetrie während ad libitum und restriktiver Fütterung dient der Berechnung des gesamten Energieumsatzes, des Ruheumsatzes und der Energiebilanz. Es wird erwartet, dass Unterschiede in den bioenergetischen Prozessen des PBMC Stoffwechsels zwischen den Tiergruppen im Zusammenhang stehen mit Unterschieden in der Energiebilanz und im Energieumsatz. In diesem Projekt werden klassische Methode mit neuen innovativen Ansätzen auf der in vivo und in vitro Ebene kombiniert. Die Ergebnisse dieses systemischen Ansatzes zum Zusammenhang des Energieumsatzes der Immunzelle und des Tieres sind von allgemeiner Relevanz für die Grundlagenforschung und potentiell auch für die angewandte (landwirtschaftliche) Forschung von Interesse.
Aufklaerung des Zusammenhangs zwischen der Struktur adsorbierter Polymerschichten auf suspendierten Partikeln und der Stabilitaet dieser Suspensionen. Untersuchungsmethoden: A) zur Adsorption: Spektroskopie (IR, NMR), Ellipsometrie, Kalorimetrie. B) zur Stabilitaet: Viskositaet, Sedimentation, Elektrophorese, Photokorrelationsspektroskopie.
Phosphor wird auf verschiedensten Skalen rezykliert: Diese reichen von der Ökosystemebene über Kreisläufe innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft bis hin zu Kreisläufen innerhalb von Einzelorganismen. Ziel des Projektes ist es, mikrobielle P-Umsatzmodelle auf der Organismenebene und auf der Ebene mikrobieller Gemeinschaften zu unterscheiden. Es wird davon ausgegangen, dass P-Kreisläufe auf der Organismenebene überwiegend zur Aufrechterhaltung (Maintenance) der eigenen Zellfunktionen erfolgen. Dagegen umfassen P-Kreisläufe auf der Ebene mikrobieller Gemeinschaften i) die P-Freisetzung durch Absterben und Zelllyse mit anschließendem ii) mikrobiellem Wachstum und P-Aufnahme. Unserem Vorhaben liegen folgende Hypothesen zugrunde: 1) Erfogen P-Umsätze überwiegend aufgrund von Zelltod und Wachstum, so sind diese wesentlich schneller als Kreisläufe zur Aufrechterhaltung der Zellfunktion. 2) In P-reichen Böden (akquirierenden Ökosystemen) erfolgt mikrobieller P-Umsatz schneller und vor allem durch Zelltod und Wachstum, während in P-armen Böden (rezyklierenden Ökosystemen) P-Umsatz überwiegend zur Aufrechterhaltung und langsamer erfolgt, da die eingeschränkte P-Verfügbarkeit eine effizientere Ressourcennutzung fordert. 3) Eine hohe C- und N-Verfügbarkeit stimuliert P-Umsatz vor allem in Folge von Zelltod und Wachstum, 4) was in bakteriellen Gemeinschaften schneller als in pilzlichen erfolgt.Fünf unabhängige Ansätze ermöglichen die Untersuchung und Unterscheidung von P-Umsätzen auf Organismen- und Gemeinschaftsebene: 1) Unterschiedlicher Einbau von 33P, 14C und 13C in Phospholipide , 2) Unterschiedlicher Einbau von 33P und 14C in DNA, 3) ATP-Gehalt und Adenylat-Energie-Ladung, 4) Modifikation der CO2-Freisetzung durch P-Applikation und 5) Wärmeabgabe (Kalorimetrie) des Bodens. Zudem wird ein neuer präperativer Ansatz entwickelt, um den 33P-, 14C- und 13C-Einbau in Phospholipide individueller Mikrobengruppen zu analysieren. Die Hypothesen werden an Böden getestet, die sich hinsichtlich ihres P-Gehaltes (Luess vs. Bad Brückenau) und ihrer P-Speziierung (Mittelfels vs. Achenpass) unterscheiden. Hierfür werden Mikrokosmen- und Feldexperimente durchgeführt. Aus der Dynamik von Einbau und Freisetzung von 33P und 14C in spezifische Mikrobengruppen lassen sich P-Umsätze infolge von Zelllyse und Wachstum von solchen zur Aufrechterhaltung in akquirierenden und rezyklierenden Ökosystemen unterscheiden und abschätzen. In Kooperation werden Mikrokosmen- und Feldexperimente durchgeführt um den Einfluss der C-Freisetzung in die Rhizosphäre bei variabler P-Verteilung auf die P-Rezyklierung zu untersuchen. Der Effekt von P- und N-Addition auf mikrobielle P-Kreisläufe wird in einem faktoriellen NxP-Düngungsversuch unter Freilandbedingungen analysiert.Diese Untersuchungen werden neue Wege zur Unterscheidung der P- und Nährstoffkreisläufe zwischen Gemeinschafts- und Organismusebene weisen und den Beitrag von Tod/Wachstum vs. Aufrechterhaltung in Ökosystemen bestimmen.