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Impact of Intrafollicular Sulfated Steroids on Follicular Cells and the Oocyte's Developmental Capacity in Cattle

Steroid hormones are essential in orchestrating oocyte maturation, i.e. estrogens of follicular origin support the development of the female gamete and fertilization. In this project the concentration of free and conjugated estrogens during follicular development will be analysed and compared to local concentrations in the developing follicle. Cattle are suitable animal models because of the accessibility and suitability for frequent examination and sampling. Furthermore, it has been useful for understanding several features of human reproduction including follicular dynamics, the fate of the emerging follicles is orchestrated mainly by gonadotropins and steroid hormones in a similar manner. Ovarian SULT1E1 participates locally in the regulation of follicular estrogen activity. The ESTcatalysed down-regulation of estrogen activity enables normal ovulation. Conversely, sulfoconjugated estrogens may also be precursors of the production of free estrogens depending on estrogen sulfatase (StS) acitivity. In mammals, follicular luteinisation/ovulation is triggered by a surge in LH and is characterised by numerous physical and biochemical changes, including the decreased production of estradiol (E2). This loss in E2 biosynthetic capacity has been explained by a marked decrease in the expression of key steroidogenic enzymes involved in the follicular production of active estrogens. However, little is known about the regulation of enzymes/proteins responsible for the inactivation and elimination of estrogens, as mediated for example by EST during this period.

Umweltwirkungen der Seewasserentsalzung

Seewasserentsalzung entwickelt sich zu küstenständiger Großindustrie in ariden Gebieten mit einer Akkumulation am Persischen Golf. Die bisher unzureichend beachteten Umweltwirkungen bestehen in den Korrosionsprodukten (Schwermetalle) und den Additiven, die mit dem sog. Konzentrat ins Meer geleitet werden. Für entsprechende Umweltverträglichkeitsprüfungen wurden Empfehlungen erarbeitet.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1315: Biogeochemische Grenzflächen in Böden; Biogeochemical Interfaces in Soil, Imaging and image simulation of organic target compound migration between different biogeochemical interfaces of a soil horizon using positron emission tomography and the lattice Boltzmann equation approach

We propose to use positron emission tomography (PET) for imaging of tracer migration in a soil horizon, to be coupled with image simulation using the lattice Boltzmann equation (LBE) modeling approach. PET enables direct visualization of inert KF or KBr solute migration at the soil horizon scale, but also reactive halogenated organic target (2,4-D and MCPA) compound migration down to nM concentrations once radiolabelling with 18F or 76Br marker is achieved. Retardation at biogeochemical interfaces with different sorption properties will thus be imaged in-situ. Theoretical image simulation for process verification will be enabled by introducing a multi-grid approach and additional kinetic boundary conditions in the parallelized LBE solver. As a boundary condition for the latter, the real pore scale and distribution of biogeochemical interfaces will be derived by X-ray computer-tomography (XCT) down to 300 nm spatial voxel resolution. The aim is to produce by both approaches velocity field movies due to heterogeneous biogeochemical retardation of the target compounds with high resolution in both the spatial and temporal scale (4D).

Klassifizierung von HULIS Kohlenstoff verschiedener atmosphärischer Prägung mittels 2-D offline Chromatographie

Atmosphärische Partikel enthalten innerhalb ihrer organischen Fraktion einen bedeutenden Anteil sogenannter 'huminähnlicher' Verbindungen (humic like substances, HULIS). Zur chemischen Zusammensetzung dieser Fraktion ist nur relativ wenig bekannt. Trenntechniken wie Umkehrphasenchromatographie oder Kapillarelektrophorese erlauben keine umfassende Trennung dieser komplex zusammengesetzten Fraktion, weshalb im vorliegenden Projekt die Anwendung einer 2-dimensionalen Trennung nach Polarität (Umkehrphasenchromatographie) und molekularer Größe (Größenausschlusschromatographie) vorgeschlagen wird. Die Kopplung der beiden Dimensionen soll offline geschehen und die erhaltenen Fraktionen gesammelt werden, um davon den Gesamtkohlenstoffgehalt (total organic carbon, TOC), die UV-VIS Absorption, sowie die Elementarzusammensetzung einzelner charakteristischer Substanzen mittels Flugzeitmassenspektrometrie zu bestimmen. Proben von verschieden geprägten Sammelorten (europäischer Hintergrund, asiatische Megacity, ländlich mit starkem Biomasseverbrennungseinfluss) sollen analysiert werden, um anschliessend Muster im zweidimensionalen Raum Polarität vs. Größe finden und vergleichen zu können. Weiterhin sollen die Ergebnisse der offline Charakterisierung mit (außerhalb des Projektes) gewonnenen Daten eines online-Aerosolmassenspektrometers verglichen werden. Die Ergebnisse sollen ein besseres Verständnis zu Konzentration, Zusammensetzung und möglichen Quellen der wichtigen HULIS-Fraktion atmosphärischer Partikel ermöglichen.

Die Auswirkung extremer Schmelzereignisse auf die zukünftige Massenbilanz des grönländischen Eisschildes

Im letzten Jahrzehnt war der grönländische Eisschild mehreren Extremereignissen ausgesetzt, mit teils unerwartet starken Auswirkungen auf die Oberflächenmassebilanz und den Eisfluss, insbesondere in den Jahren 2010, 2012 und 2015. Einige dieser Schmelzereignisse prägten sich eher lokal aus (wie in 2015), während andere fast die gesamte Eisfläche bedeckten (wie in 2010).Mit fortschreitendem Klimawandel ist zu erwarten, dass extreme Schmelzereignisse häufiger auftreten und sich verstärken bzw. länger anhalten. Bisherige Projektionen des Eisverlustes von Grönland basieren jedoch typischerweise auf Szenarien, die nur allmähliche Veränderungen des Klimas berücksichtigen, z.B. in den Representative Concentration Pathways (RCPs), wie sie im letzten IPCC-Bericht genutzt wurden. In aktuellen Projektionen werden extreme Schmelzereignisse im Allgemeinen unterschätzt - und welche Konsequenzen dies für den zukünftigen Meeresspiegelanstieg hat, bleibt eine offene Forschungsfrage.Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, die Auswirkungen extremer Schmelzereignisse auf die zukünftige Entwicklung des grönländischen Eisschildes zu untersuchen. Dabei werden die unmittelbaren und dauerhaften Auswirkungen auf die Oberflächenmassenbilanz und die Eisdynamik bestimmt und somit die Beiträge zum Meeresspiegelanstieg quantifiziert. In dem Forschungsprojekt planen wir zudem, kritische Schwellenwerte in der Häufigkeit, Intensität sowie Dauer von Extremereignissen zu identifizieren, die - sobald sie einmal überschritten sind - eine großräumige Änderung in der Eisdynamik auslösen könnten.Zu diesem Zweck werden wir die dynamische Reaktion des grönländischen Eisschilds in einer Reihe von Klimaszenarien untersuchen, in denen extreme Schmelzereignisse mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit zu bestimmten Zeitpunkten auftreten, und die Dauer und Stärke prognostisch variiert werden. Um indirekte Effekte durch verstärktes submarines Schmelzen hierbei berücksichtigen zu können, werden wir das etablierte Parallel Ice Sheet Model (PISM) mit dem Linearen Plume-Modell (LPM) koppeln. Das LPM berechnet das turbulente submarine Schmelzen aufgrund von Veränderungen der Meerestemperatur und des subglazialen Ausflusses. Es ist numerisch sehr effizient, so dass das gekoppelte PISM-LPM Modell Ensemble-Läufe mit hoher Auflösung ermöglicht. Folglich kann eine breite Palette von Modellparametern und Klimaszenarien in Zukunftsprojektionen in Betracht gezogen werden.Mit dem interaktiv gekoppelten Modell PISM-LPM werden wir den Beitrag Grönlands zum Meeresspiegelanstieg im 21. Jahrhundert bestimmen, unter Berücksichtigung regionaler Veränderungen von Niederschlag, Oberflächen- und Meerestemperaturen, und insbesondere der Auswirkungen von Extremereignissen. Ein Hauptergebnis wird eine Risikokarte sein, die aufzeigt, in welchen kritischen Regionen Grönlands zukünftige extreme Schmelzereignisse den stärksten Eisverlust zur Folge hätten.

Integriertes und an Raum-Zeit-Messungsskalen angepasstes Global Random Walk - Modell für reaktiven Transport im Grundwasser

Zur Lösung von Fluss- und reaktiven Transportgleichungen in heterogenen Grundwassersystemen werden neue Global Random Walk (GRW) Algorithmen entwickelt und implementiert, die stabil und frei von numerischer Diffusion sind. Um das Auftreten von Interpolationsfehlern zu vermeiden, wird ein integriertes GRW-Lösungsverfahren entwickelt, das Geschwindigkeiten und Konzentrationen auf dem selben regulären Gitter berechnet. Wir nutzen grobkörnige (engl. Coarse grained) (CG) Mittelwerte in Raum und Zeit über die Trajektorien der berechneten Partikel, die die Konzentrationen der reaktiven chemischen Spezies in den GRWSimulationen beschreiben. Diese werden genutzt, um eine kontinuierliche Beschreibung der Transportprozesse zu erhalten. Nachdem die Mittelungsprozedur die Variation der simulierten Konzentrationen reduziert, genügt eine relativ kleine Anzahl von Monte Carlo - Simulationen, um die statistischen Kennzahlen zu gewinnen, und gleichzeitig der Auswirkung der Raum-Zeit-Skalen der hydrologischen Beobachtungen Rechnung zu tragen. Des weiteren können lokale Bilanzgleichungen für die CG Raum-Zeit-Mittel genutzt werden, um die hochskalierten Diffusionskoeffizienten und Reaktionsterme zu berechnen.

Der Einfluss der SML auf die Spurengasbiogeochemie und den Ozean-Atmosphäre-Gasaustausch

Labor- und Feldstudien zeigen, dass die Oberflächengrenzschicht des Ozeans (â€Ìsurface microlayerâ€Ì, kurz SML) die biogeochemischen Kreisläufe von klimaaktiven und atmosphärisch wichtigen Spurengasen wie Kohlenstoffdioxid (CO2), Kohlenstoffmonoxid (CO), Methan (CH4), Lachgas (N2O) und Dimethylsulfid (DMS) stark beeinflusst: (i) Jüngste Studien aus den PASSME- und SOPRAN-Projekten haben hervorgehoben, dass Anreicherungen von oberflächenaktiven Substanzen (d.h. Tensiden) einen starken (dämpfenden) Effekt sowohl auf die CO2- als auch auf die N2O-Flüsse über die SML/Atmosphären-Grenzfläche hinweg haben und (ii) Spurengase können durch (mikro)biologische oder (photo)chemische Prozesse in der SML produziert und verbraucht werden. Daher kann der oberste Teil des Ozeans, einschließlich der SML, verglichen mit dem Wasser, das in der Mischungsschicht unterhalb der SML zu finden ist, eine bedeutende Quelle oder Senke für diese Gase sein, was von sehr großer Relevanz für die Forschungseinheit BASS ist. Die Konzentrationen von CO2, N2O und anderen gelösten Gasen in der SML (oder den oberen Zentimetern des Ozeans) unterscheiden sich nachweislich von ihren Konzentrationen unterhalb der SML. Typischerweise werden die Nettoquellen und -senken wichtiger atmosphärischer Spurengase mit Konzentrationen berechnet, die in der Mischungsschicht gemessen wurden und mit Gasaustauschgeschwindigkeiten, die die SML nicht berücksichtigen. Diese Diskrepanzen führen zu falsch berechneten Austauschflüssen, die in der Folge zu großen Unsicherheiten in den Berechnungen der Klima-Antrieben und der Luftqualität in Erdsystemmodellen führen können. Durch die Verknüpfung unserer Spurengasmessungen mit Messungen von (i) der Dynamik und den molekularen Eigenschaften der organischen Materie und speziell des organischen Kohlenstoffs (SP1.1; SP1.5), (ii) der biologischen Diversität und der Stoffwechselaktivität (SP1.2), (iii) den optischen Eigenschaften der organischen Materie (SP1.3), (iv) der photochemischen Umwandlung der organischen Materie (SP1.4) und (v) den physikalischen Transportprozessen (SP2.3) werden wir ein umfassendes Verständnis darüber erlangen, wie die SML die Variabilität der Spurengasflüsse beeinflusst.

Vertical partitioning and sources of CO2 production and effects of temperature, oxygen and root location within the soil profile on C turnover

For surface soils, the mechanisms controlling soil organic C turnover have been thoroughly investigated. The database on subsoil C dynamics, however, is scarce, although greater than 50 percent of SOC stocks are stored in deeper soil horizons. The transfer of results obtained from surface soil studies to deeper soil horizons is limited, because soil organic matter (SOM) in deeper soil layers is exposed to contrasting environmental conditions (e.g. more constant temperature and moisture regime, higher CO2 and lower O2 concentrations, increasing N and P limitation to C mineralization with soil depth) and differs in composition compared to SOM of the surface layer, which in turn entails differences in its decomposition. For a quantitative analysis of subsoil SOC dynamics, it is necessary to trace the origins of the soil organic compounds and the pathways of their transformations. Since SOM is composed of various C pools which turn over on different time scales, from hours to millennia, bulk measurements do not reflect the response of specific pools to both transient and long-term change and may significantly underestimate CO2 fluxes. More detailed information can be gained from the fractionation of subsoil SOM into different functional pools in combination with the use of stable and radioactive isotopes. Additionally, soil-respired CO2 isotopic signatures can be used to understand the role of environmental factors on the rate of SOM decomposition and the magnitude and source of CO2 fluxes. The aims of this study are to (i) determine CO2 production and subsoil C mineralization in situ, (ii) investigate the vertical distribution and origin of CO2 in the soil profile using 14CO2 and 13CO2 analyses in the Grinderwald, and to (iii) determine the effect of environmental controls (temperature, oxygen) on subsoil C turnover. We hypothesize that in-situ CO2 production in subsoils is mainly controlled by root distribution and activity and that CO2 produced in deeper soil depth derives to a large part from the mineralization of fresh root derived C inputs. Further, we hypothesize that a large part of the subsoil C is potentially degradable, but is mineralized slower compared with the surface soil due to possible temperature or oxygen limitation.

A meta-analysis of global insecticide concentrations in agricultural surface waters

Although global pesticide use increases steadily, our field-data based knowledge regarding exposure of non-target ecosystems is very restricted. Consequently, this meta-analysis will for the first time evaluate the worldwide available peer-reviewed information on agricultural insecticide concentrations in surface water or sediment and test the following two hypotheses: I) Insecticide concentrations in the field largely exceed regulatory threshold levels and II) Additional factors important for threshold level exceedances can be quantified using retrospective meta-analysis. A feasibility study using a restricted dataset (n = 377) suggested the significance of the expected results, i.e. an threshold level exceedance rate of more than 50Prozent of the detected concentrations. Subsequent to a comprehensive database search in the peer-reviewed literature of the past 60 years, analysis of covariance with the relevant threshold level exceedance as the continuous dependent variable (about 10,000 cases) will be performed and the impact of significant predictor variables will be quantified. Parameters not yet considered in pesticide exposure assessment will be included as independent variables, such as compound class, environmental regulatory quality, and sampling design. The simultaneous presence of several insecticide compounds as a well as their metabolites will also be considered in the evaluation. The present approach may provide an innovative and integrated view on the potential environmental side effects of global high-intensity agriculture and in particular of pesticides use.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Kombinierte Effekte von Temperatur und Ressourcenverfügbarkeit auf den Abbau von organischem Material durch Antarktisches Bakterioplankton

Die globale Erwärmung führt zu neuen Bedrohungen in den Ozeanen, da die steigende Temperatur Kaskadeneffekte in biogeochemischen Kreisläufen und Nahrungsnetzen auslösen kann. Das Scientific Committee on Antarctic Research (SCAR) hat ein besseres Verständnis von potentiellen Effekten des Klimawandels auf die physikalische und biologische CO2-Aufnahme des Südozeans als dringende Fragestellung der Antarktisforschung identifiziert. Bakterien sind die Hauptproduzenten von CO2 und wirken so der biologischen Zehrung von CO2 durch die Primärproduktion entgegen. In Antarktischen marinen Systemen sind die niedrige Temperatur und die geringe Verfügbarkeit von labilem organischem Material Hauptfaktoren, die Wachstum und Aktivität von Bakterien begrenzen. Temperatur und Ressourcen-Verfügbarkeit für Bakterien werden sich durch den Klimawandel in Verbindung mit Eisschmelze und Folgen für die Primärproduktion jedoch erheblich verändern. Laborexperimente mit Batch-Kulturen haben gezeigt, dass Temperatureffekte auf bakterielles Wachstum nahe der minimalen Wachstumstemperatur ein hohes Potential haben mit der Konzentration von organischen Substraten zu interagieren. Durch diese Interaktionen waren Temperatureffekte auf bakterielles Wachstum überproportional stark, wenn Substrate verfügbar wurden. Die Relevanz dieses synergistischen Effektes für die bakterielle Produktion und die damit verbundene Freisetzung von CO2 in natürlichen Gemeinschaften ist jedoch unklar. Dieses Projekt beabsichtigt einzelne und kombinierte Effekte von Temperatur und Verfügbarkeit organischen Materials auf Antarktisches Bakterioplankton zu testen. Zu diesem Zweck werden Aktivierungsenergien von extrazellulären Enzymen, Substrataufnahme und Produktion in bakteriellen Gemeinschaften des Weddell Meeres bestimmt. Die Ratenmessungen im Weddell Meer werden mit der Analyse von organischem Material kombiniert, um Temperatureffekte auf Flüsse von labilem und semilabilem organischen Kohlenstoff abzuschätzen. Mit Hilfe der Ergebnisse werden der natürliche Bereich der Temperatursensitivität und die Modulation durch abiotische und biotische Faktoren bestimmt. In Experimenten an Bord werden kombinierte Effekte von Erwärmung und Substratzugabe auf die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft, auf Muster der Genexpression und auf den Umsatz des organischen Materials getestet, um Veränderungen in der Gemeinschaft in Bezug zu Veränderungen ihrer Funktionen zu setzen. Es werden zudem Chemostat-Experimente mit Isolaten aus dem Südozean durchgeführt, um Temperatureffekte auf Wachstumseffizienzen und die chemische Zusammensetzung bakterieller Biomasse zu quantifizieren. Eine bessere Bestimmung von bakterieller Remineralisierung und ihrer Abhängigkeit von Temperatur und Substratkonzentration ist notwendig um biogeochemische Modelle besser zu parametrisieren, die den zukünftigen marinen Kohlenstoffkreislauf und den Austausch von CO2 zwischen Ozean und Atmosphäre in einem sich veränderndem Klima projizieren.

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