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Generationenübergreifende Anpassungstrategien an Ozeanversauerung und -erwärmung in Fischen

Anthropogene CO2 Emissionen werden zum Teil von den Ozeanen absorbiert und führen zu erniedrigten marinen pH und Karbonatwerten, dieser Prozess wird Ozeanversauerung genannt. Ozeanversauerung geht mit Ozeanerwärmung einher, zusammen bedrohen beide Umweltveränderungen das Leben im Meer. Fische wurden bisher als recht unempfindlich gegenüber diesen Veränderungen im Meerwasser eingeschätzt, da sie über hoch entwickelte Säure-Base- und Ionenregulation verfügen. Daher haben nur wenige physiologische Studien den Einfluss von Hyperkapnie auf die Physiologie und das Verhalten von Fischen untersucht, und häufig wurden dabei auch CO2 Partialdrücke eingesetzt, die weit jenseits der vom IPCC prognostizierten Werte für die nahe Zukunft liegen. Weiterhin wurden bisher nur wenige Lebensstadien untersucht, obwohl es immer mehr Anhaltspunkte dafür gibt, dass besonders die frühen Lebensstadien, die noch nicht über voll ausgeprägte homeostatische Kapazitäten und Verhaltenrepertoire verfügen, besonders empfindliche gegenüber OAW reagieren. Weiterhin lassen viele aktuelle Studien eine integrative Analyse von physiologischen Antworten auf zellulärer, Gewebe- und Ganztierebene vermissen, außerdem fehlt uns ein generelles Verständnis des evolutionären (generationenübergreifenden) Anpassungspotentials von Fischen an den Klimawandel. FITNESS versucht kritische Wissenslücken zu schließen, indem die synergistischen Auswirkungen von OAW auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene an verschiedenen Lebensstadien (Embryonen, Larven, Jungfische und Adulte) an warm-temperaten Wolfsbarschen (Dicentrarchus labrax) untersucht werden. Dabei untersucht FITNESS die physiologischen Reaktionen zwischen F0 und F1 Generationen von Fischen, von denen bereits die Elterntiere verschiedenen OAW-Szenarien ausgesetzt waren; weiterhin werden auch Wildpopulationen untersucht. Damit bereitet FITNESS den Weg für eine ganzheitlichere Analyse der Populationsakklimatisation und -adaptation, indem phänotypische Veränderungen mit Darwin'schen Fitnessfaktoren verknüpft und die Vererbbarkeit physiologischer Schlüsselparameter untersucht werden. Um weiterhin unser Ursache-Wirkungs-Verständnis von OAW voran zu treiben, werden konzeptionelle Modelle eingesetzt, die die Antworten auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene parametrisieren und in physiologisch-bioenergetische Modelle einfließen lassen, um mögliche Anpassungskapazitäten und Abstriche in Wachstum, Reproduktion und Mortalitätsrisiko abzuschätzen. FITNESS profitiert dabei von den großzügigen Aquakulturkapazitäten in Frankreich, in denen eine große Anzahl von Fischen (größer als 1000) über zwei Generationen hinweg sowohl unter Labor- als auch unter Feldbedingungen verfolgt werden kann. Weiterhin kommen FITNESS die enge Zusammenarbeit mit aktuellen Ozeanversauerungsprojekten in Deutschland (BIOACID) und Portugal zugute, die sich mit Kalt- bzw. Warmwasserfischen beschäftigen und somit Vergleiche über einen weiten Bereich von Temperaturfenstern erlauben.

Benthische Fliesswasserorganismen als Schadstoffvektoren

Langzeit (Teillebenszyklus) - Exposition von aquatischen Insekten mit aerischen Imaginalstadien. Schadstoffexposition der Larven (vom Eistadium an). Messung des Schadstoffes im Milieu in Larven und Imagines. Erarbeitung von Schaedigungskriterien bei den exponierten Larven.

Der gelbe Mehlwurm (Tenebrio molitor) als zukunftsorientiertes Futtermittel für Monogastrier - Nutzung regionaler Nebenströme und neuer technologischer Veredelungen zur Verbesserung der Nährstoffnutzung, Teilprojekt B

Um Biomasse effizient aufschließen, aufbereiten und bedarfsgerecht für nachgelagerte Produktionsprozesse bereitstellen zu können, sollen Voraussetzungen geschaffen werden, Neben- und Reststoffströme in werthaltige Produkte zu überführen (BMEL, 2020)'. Das Potential von Insektenlarven zur Nutzung von Nebenströmen und die Biokonvertierung in hochwertige Futtermittel im Sinn einer Kreislaufwirtschaft ist enorm, aber bisher noch unzureichend genutzt. Ziel des Projektes ist es daher in einem integrativen Ansatz, beginnend von der Larvenaufzucht, über die technologische Gewinnung und Veredelung des Larvenprodukts bis zum Einsatz derselben als Futtermittel für Monogastrier, den kompletten Prozess zu untersuchen und die Stoffstromberechnung entlang dieser kompletten Kette zu ermöglichen. Bisherige Berechnungen zur Frage der Nachhaltigkeit und die Vergleichbarkeit von Insekten mit konventionellen Futtermitteln, wie beispielsweise Soja, beleuchten häufig nicht die gesamte Produktion von der Larve über diese als Futtermittel zum tierischen Lebensmittel (Protein von Geflügel, Schwein) im Hinblick auf Parameter wie z.B. CO2-Footprint, Produktionskosten, Futterwert für Nutztiere und Ausscheidung stickstoffhaltiger Substanzen in die Umwelt. Technologisch steht hier ein innovatives Verfahren zur Hydrolyse der protein- und chitinhaltigen Kutikula der Larven vor ihrer Auftrennung in Fett und Protein im Fokus, wodurch insbesondere die Bioverfügbarkeit von Aminosäuren und die umsetzbare Energie des Larvenproduktes erhöht werden sollen. Innovative Ansätze zur Larvenaufzucht auf Nebenströmen sollen experimentell untersucht werden, um das ungeheure Potential von Insekten nutzbar zu machen und die Nahrungskonkurrenz der Nutztierernährung zum Menschen so weit wie möglich zu minimieren. Die daraus resultierenden Futtermittel sollen in einem anschließenden Schritt auf ihren Futterwert und ihre Nutzbarkeit bei Broiler und Schwein in der bedarfsgerechten Tierernährung geprüft werden.

Der gelbe Mehlwurm (Tenebrio molitor) als zukunftsorientiertes Futtermittel für Monogastrier - Nutzung regionaler Nebenströme und neuer technologischer Veredelungen zur Verbesserung der Nährstoffnutzung, Teilprojekt A

Um Biomasse effizient aufschließen, aufbereiten und bedarfsgerecht für nachgelagerte Produktionsprozesse bereitstellen zu können, sollen Voraussetzungen geschaffen werden, Neben- und Reststoffströme in werthaltige Produkte zu überführen (BMEL, 2020)'. Das Potential von Insektenlarven zur Nutzung von Nebenströmen und die Biokonvertierung in hochwertige Futtermittel im Sinn einer Kreislaufwirtschaft ist enorm, aber bisher noch unzureichend genutzt. Ziel des Projektes ist es daher in einem integrativen Ansatz, beginnend von der Larvenaufzucht, über die technologische Gewinnung und Veredelung des Larvenprodukts bis zum Einsatz derselben als Futtermittel für Monogastrier, den kompletten Prozess zu untersuchen und die Stoffstromberechnung entlang dieser kompletten Kette zu ermöglichen. Bisherige Berechnungen zur Frage der Nachhaltigkeit und die Vergleichbarkeit von Insekten mit konventionellen Futtermitteln, wie beispielsweise Soja, beleuchten häufig nicht die gesamte Produktion der Larve selbst, über diese als Futtermittel zum tierischen Lebensmittel (Protein von Geflügel, Schwein) im Hinblick auf Parameter wie z.B. CO2-Footprint, Produktionskosten, Futterwert für Nutztiere und Ausscheidung stickstoffhaltiger Substanzen in die Umwelt. Technologisch steht hier ein innovatives Verfahren zur Hydrolyse der protein- und chitinhaltigen Kutikula der Larven vor ihrer Auftrennung in Fett und Protein im Fokus, wodurch insbesondere die Bioverfügbarkeit von Aminosäuren und die umsetzbare Energie des Larvenproduktes erhöht werden sollen. Innovative Ansätze zur Larvenaufzucht auf Nebenströmen sollen experimentell untersucht werden, um das ungeheure Potential von Insekten nutzbar zu machen und die Nahrungskonkurrenz der Nutztierernährung zum Menschen so weit wie möglich zu minimieren. Die daraus resultierenden Futtermittel sollen in einem anschließenden Schritt auf ihren Futterwert und ihre Nutzbarkeit bei Broiler und Schwein in der bedarfsgerechten Tierernährung geprüft werden.

Artengemeinschaften von Nachtfaltern in mitteleuropäischen Waldökosystemen

Nachtfalter stellen ein sehr artenreiches Segment der herbivoren Insekten in allen terrestrischen Ökosystemen dar. Durch die enge Verflechtung mit den Nahrungspflanzen ihrer Larven reagieren Nachtfalter empfindlich auf Veränderungen der Artenzusammensetzung und Struktur der Vegetation in ihren Habitaten. Zugleich lassen sich Nachtfalter durch Lichtfänge bzw. Anlockung mit Fruchtködern systematisch und standardisiert erfassen. Wir untersuchen an mehreren taxonomischen Gruppen (besonders Noctuoidea, Geometroidea, Pyraloidea) im Vergleich, wie stark sich die Artengemeinschaften der Nachtfalter in unterschiedlichen Waldökosystemen voneinander unterscheiden, welche Gruppen als Indikatoren besonders geeignet sind und ob sich die Nachtfalter-Taxozönosen temperater Ökosysteme von solchen tropischer Wälder grundlegend unterscheiden. Darüber hinaus benutzen wir die empirischen Daten aus den Aufsammlungen, um unterschiedliche Methoden der Quantifizierung von 'Biodiversität' zu evaluieren und methodische Standards für tierökologische Habitatbeurteilungen zu erarbeiten.

Durchfuehrung und Auswertung zweier Heringslarvensurveys in der Nordsee und im Englischen Kanal

Art- und Lebensraumerhaltung: Säume - Vielfalt rund um die Essigrosen-Dickfühlerweichwanze (Excentricus planicornis), Teilprojekt: Auswirkungen von Management und Habitatqualität von Saumstrukturen auf die Diversität von Wanzen und das Vorkommen der Essigrosen-Dickfühlerweichwanze, Kurztitel: Rettet Rosi

Molecular Weevil Identification (MWI)

Rüsselkäfer (Curculionoidea) sind eine der diversesten Käfer-Überfamilien, mit weltweit über 100.000 Arten und ca. 6.000 Arten in Europa. Viele Arten zeigen eine starke Wirtspflanzenbindung; adulte Tiere ernähren sich hauptsächlich von Blättern, Larven von Wurzeln. Einige spezialisieren sich auf Totholz. Aufgrund ihrer phytophagen Lebensweise sind etliche Arten wirtschaftlich relevante Boden-, Pflanzen- oder Nahrungsmittel-Schädlinge. Andere wiederum können als Bioindikatoren dienen, z.B. in Bezug auf Waldalter. Die taxonomische Stellung zahlreicher Rüsselkäfer ist immer noch ungeklärt und die Artidentifizierung etlicher Taxa kann nur durch Spezialisten durchgeführt werden. Das Molecular Weevil Identification (MWI) Projekt, in dem das Museum Koenig mit dem Curculio-Institut kooperiert, soll das Fundament legen für eine integrative, molekular-morphologische Rüsselkäfertaxonomie für Europa, und soll helfen Rüsselkäfer mittels DNA-Barcoding zu identifizieren. Für diesen Zweck werden sowohl morphologische (trocken präparierte) Rüsselkäfer- als auch DNA- und Gewebesammlungen am ZFMK aufgebaut, verknüpft mit einer DNA-Barcode-Referenzbibliothek. In Anbetracht der enormen Diversität von Rüsselkäfern in Europa bleibt diesbezüglich viel zu tun und weitere Partner, die etwas zum Projekt beisteuern möchten, sind sehr willkommen!

Hochfrequente Filmanalysen schneller Beutefangmechanismen bei Kurzflügelkäfern (Coleoptera, Staphylinidae)

Bei den umgebildeten Vorderextremitäten des Kurzflügelkäfers Philonthus marginatus handelt es sich um das bislang wohl einzige bekannte Vorkommen echter Raubbeine innerhalb der Ordnung der Käfer. Mit Hilfe dieser Raubbeine sind die Tiere in der Lage, selbst schnell reagierende Beutetiere wie Collembolen im Stil einer Fangschrecke (Mantodea) durch einen blitzartigen Fangschlag zu ergreifen. Die Larven der Kurzflügelkäfergattung Stenus hingegen fangen solche Beutetiere sehr schnell und präzise mit den Mandibeln, wobei die Fangreaktion vermutlich erst nach einer Berührung durch das Beutetier ausgelöst wird. Neben dem blitzschnellen Zugriff mit den Mandiblen scheint hier zusätzlich ein Klebmechanismus eine Rolle zu spielen, wobei nicht nur die Mundteile, sondern auch die Antennen, Laufbeine sowie die gesamte Körperoberfläche eine gewisse Klebrigkeit aufzuweisen scheinen. Im Rahmen funktionsmorphologischer Untersuchungen der Fangmechanismen beider Taxa soll die Anfertigung hochfrequenter Filmaufnahmen dazu dienen, die Bewegungsabläufe beider Vorgänge aufzulösen, um jeweils die Erstellung eines Funktionsmodells dieser Mechanismen zu ermöglichen. Die geplanten Untersuchungen dienen der Erweiterung unserer Kenntnis der Speziellen Zoologie und ökologischen Morphologie räuberischer Bodentiere, welche schwerpunktmäßig innerhalb unserer Arbeitsgruppe untersucht werden.

Untersuchung zur chemischen Ökologie und Wirtspflanzenselektion des Rübenderbrüsslers Bothynoderes punctiventris (ÖKOBOTHY)

Zielsetzung: Zielstellung des geplanten Projektes ist es einerseits, die Rolle der Duftbouquets von Haupt- und Nebenwirtspflanzen im Wirtpflanzenselektionsprozess von B. punctiventris zu untersuchen und Duftkomponenten mit Lockwirkung zu identifizieren. Der Vergleich ihrer Nahrungseignung für Käfer und Larven zeigt, welche Pflanzen die Vermehrung des Schädlings fördern. Andererseits sollen deterrente, i.e. fraßabweisende Pflanzenextrakte und mineralische Substanzen darauf getestet werden, ob sie nach Applikation auf die Zuckerrübe den Wirtspflanzenselektionsprozeß des Käfers stören oder hemmen können. Arbeitsschwerpunkte: (i) Prüfung der Rolle von Pflanzendüften für die Wirtsfindung von B. punctiventris sowie die Eignung von Haupt- und Nebenwirtspflanzen als Nahrung für Käfer und Larven (ii) Analyse der Pflanzendüfte und Prüfung von Duftkomponenten einzeln und in Kombination mit Grandlure auf ihre Lockwirkung auf B. punctiventris (iii) Identifizierung von Pflanzenextrakten und mineralischen Substanzen mit fraßabweisender Wirkung auf B. punctiventris Bedeutung des Projekts für die Praxis: In den Jahren 2017 bis 2019 verursachte das Massenauftreten von Bothynoderes punctiventris, dem Rübenderbrüssler, enorme Schäden im Zuckerrübenanbau in Ostösterreich. Die Suche nach wirksamen Bekämpfungsmöglichkeiten warf eine Reihe von Forschungsfragen auf, die unter kontrollierten Bedingungen in Laborversuchen untersucht werden sollen. Besonders hilfreich für die Entwicklung erfolgversprechender Bekämpfungsstrategien kann die Klärung offener Fragen zur Wirtspflanzenselektion von B. punctiventris sein. Bis jetzt ist nicht ausreichend geklärt, wie der Käfer seine Wirtspflanzen lokalisiert, ob er junge Rübenpflanzen 'riecht' oder ob ihn andere Sinnesreize leiten. Es ist auch nicht bekannt, ob vielleicht der Duft anderer (Wirts- )Pflanzen die Zuckerrübe an Lockwirkung auf die Käfer übertrifft, ob einzelne Duftkomponenten, die in den Duftbouquets mehrerer Wirtspflanzen vorkommen, für diese Lockwirkung verantwortlich sind und ob diese Duftkomponenten die Wirkung des derzeit verwendeten Lockstoffes Grandlure III-IV verstärken könnten. Weiters gilt es zu untersuchen, ob andere Kultur- oder sonstige Pflanzen dem Rübenderbrüssler Nahrung bieten und die Population auch außerhalb der Rübenfelder erhalten. Um Zuckerrüben vor dem Fraß der Käfer im Frühjahr zu schützen, soll die Wirkung von deterrenten, i.e. fraßabschreckenden Pflanzenextrakte und mineralischen Substanzen geprüft werden, die nach Applikation auf die Jungpflanzen den Wirtspflanzenselektionsprozeß des Käfers stören oder hemmen können. Eine eingehende Untersuchung der Verhaltensweisen des Rübenderbrüsslers ist unabdingbare Voraussetzung für die Entwicklung künftiger umweltfreundlicher, nachhaltiger Bekämpfungsstrategien.

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