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s/makroökologie/Mikroökologie/gi

Entwicklung biologischer Bewertungsmethoden und -kriterien für Grundwasserökosysteme

Die Bewertung des ökologischen Zustands von Oberflächengewässern ist heute europaweit akzeptiert und in nationalen und internationalen Gesetzen festgeschrieben. Für Grundwässer und Aquifere gibt es einen derartigen Ansatz bis dato nicht. Ziel dieses Forschungsprojekts war es, ein erstes Konzept eines ökologisch orientierten Bewertungssystems für Grundwasserökosysteme zu entwerfen. Als wesentliche Schritte wurden (1) die Auswahl geeigneter Messgrößen, (2) die Inventur an ausgewählten Standorten, (3) die Suche nach einer ökologisch sinnvollen räumlichen Gliederung, (4) die Ableitung von natürlichen Hintergrundwerten und Referenzbedingungen, (5) die Identifizierung von ökologischen Kriterien und Indikatoren, und (6) ein erstes Bewertungsschema vorgeschlagen und durchgeführt. Im Rahmen des Projekts wurden Grundwässer aus über 100 Messstellen mehrfach untersucht.

Entwicklung biologischer Bewertungsmethoden und -kriterien für Grundwasserökosysteme

DYSMON II

Das Projekt "DYSMON II" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Kiel, Institut für Meereskunde, Abteilung Mikrobielle Ökologie durchgeführt.

Die Rolle von Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau

Das Projekt "Die Rolle von Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH, Institut für Virologie durchgeführt. Die Verunreinigung unserer Wasserressourcen mit organischen Schadstoffen, wie etwa Öl-bürtigen Kohlenwasserstoffen, ist ein ernstzunehmendes Problem und hat vielerorts bereits zu einer chronischen Belastung des Grundwassers geführt. Der biologische Abbau ist der einzige natürliche Prozess, der im Untergrund zu einer Schadstoffreduktion führt. Als Steuergrößen gelten hier die Anwesenheit von Abbauern (Mikroorganismen) und die Verfügbarkeit von Elektronenakzeptoren und Nährstoffen. In den letzten Jahren wurde zudem die Bedeutung dynamischer Umweltbedingungen (z.B. Hydrologie) als wichtige Einflussgröße erkannt. Ein wichtiger Aspekt wurde jedoch bisher nicht in Betracht gezogen, nämlich die Rolle der Viren bzw. Phagen. Viren sind zahlenmäßig häufiger als Mikroorganismen und ebenso ubiquitär vorhanden. Mittels verschiedener Mechanismen können sie einen enormen Einfluss auf die mikrobiellen Gemeinschaften ausüben. Einerseits verursachen sie Mortalität bei ihren Wirten. Andererseits können sie über horizontalen Gentransfer den Wirtsstoffwechsel sowohl zu dessen Vorteil als auch Nachteil modifizieren. In den vergangenen Jahren konnten verschiedene mikrobielle Phänomene der Aktivität von Viren zugeschrieben werden. Die klassische Ansicht, dass Viren ausschließlich Parasiten sind, ist nicht mehr zutreffend. Als Speicher und Überträger von genetischer Information ihrer Wirte nehmen sie direkten Einfluss auf biogeochemische Stoffkreisläufe sowie auf die Entstehung neuer Schadstoffabbauwege. Biogeochemische Prozesse in mikrobiell gesteuerten Ökosystemen wie dem Grundwasser und die dynamische Entstehung und Anpassung an neue Nischen als Folge von Veränderungen der Umweltbedingungen kann nur verstanden werden, wenn der Genpool in lytischen und lysogenen Viren entsprechend mit berücksichtigt wird. Das Projekt ViralDegrade stellt Paradigmen in Frage und möchte eine völlig neue Perspektive hinsichtlich der Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau eröffnen, welche zur Zeit noch als Black Box behandelt werden. ViralDegrade postuliert, dass Viren (i) durch horizontalen Gentransfer und den Einsatz von metabolischen Genen den Wirtsstoffwechsel modulieren (Arbeitshypothese 1) und (ii) für den temporären Zusammenbruch von dominanten Abbauerpopulationen und, damit verbunden, für den Wechsel zwischen funktionell redundanten Schlüsselorganismen verantwortlich sind (Arbeitshypothese 2). Sorgfältig geplante Labor- und Felduntersuchungen und vor allem der kombinierte Einsatz von (i) neu entwickelten kultivierungsunabhängigen Methoden, wie etwa dem Viral-Tagging, und (ii) ausgewählten schadstoffabbauenden aeroben und anaeroben Bakterienstämmen, garantieren neue Erkenntnisse zur Rolle der Viren beim mikrobiellen Schadstoffabbau sowie ähnlichen mikrobiell gesteuerten Prozessen. Ein generisches Verständnis der Vireneinflüsse wird zudem zukünftig neue Optionen für die biologische Sanierung eröffnen.

Die Drilosphäre beschleunigt den mikrobiellen Umsatz von Pestiziden im Boden

Das Projekt "Die Drilosphäre beschleunigt den mikrobiellen Umsatz von Pestiziden im Boden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Fachgruppe Biologie, Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER), Lehrstuhl für Ökologische Mikrobiologie durchgeführt. Die Anwendung von Herbiziden ist in der Landwirtschaft weit verbreitet. Der Abbau von Phenoxyalkansäure(PAS) Herbiziden wird in der Drilosphäre (d.h., Darminhalt, Kot und Gänge von Regenwürmern) katalysiert. Gangwände sind Grenzflächen in Böden mit einer Fläche von bis zu 1.2 m2 rn3 mit hohen acroben PAS Herbizid Umsätzen. Der Regenwurrn-Ökotyp (d.h., epigäische, endogäische, oder anözische Arten) könnte die Intensität der Regenwurmgangbildung und damit den Herbizidabbau im Boden beeinflussen. Der Einfluß des Wurm-Ökotypes auf den Herbizidabbau in Böden ist bislang jedoch nicht bekannt. Abbauwege vieler Herbizide, beteiligte strukturelle Gene, und in der Drilosphäre am Abbau beteiligte Organismen sind sehr schlecht untersucht. Aufgrund dieser Unzulänglichkeiten werden folgende Hypothesen getestet: (i) die Drilosphäre beherbergt bislang unbekannte, hoch aktive Prokaryoten die das Herbizid Bentazon umsetzen, und (ii) der Regenwurm-Ökotyp beeinflußt den Abbau von PAS, 2,4-Dichlorphcnol und Bentazon. Zwischen- und Endprodukte werden mittels Hochdruck-flüssigkeitschromatographie und Szintillationszählung bestimmt. Am Herbizidabbau beteiligte Strukturgene werden mit subtraktiver Transkriptomanalysen und 454 Pyro-Sequenzierung identifiziert. 1 6S rRNA basiertes 'Stable Isotope Probing', Quantifizierung struktureller Gene mittels quantitativer PCR, 'Most Probable Number' Analysen und Isolierungsmethoden sollen zur Identifikation und Charakterisierung der prozeß-assoziierten, mikrobiellen Populationen eingesetzt werden.

Teilprojekt: Mikrobielle Prozesse in der Tiefen Biosphäre der CO2-dominierten aktiven Störungszone in NW Böhmen

Das Projekt "Teilprojekt: Mikrobielle Prozesse in der Tiefen Biosphäre der CO2-dominierten aktiven Störungszone in NW Böhmen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum durchgeführt. Mikroorganismen wurden bereits in Tiefen von bis zu 3.5 km und bei Temperaturen höher als 100 Grad Celsius nachgewiesen. Mikrobielle Prozesse in der sogenannten Tiefen Biosphäre und die Verknüpfung zu geologischen Prozessen sind jedoch unzureichend untersucht. Limitierende Faktoren für mikrobielles Leben im tiefen Untergrund sind u.a. Temperatur, pH, Redoxpotential, Gasdrücke, Wasser- und Substratverfügbarkeit. Wir stellen die Hypothese auf, dass in aktiven Störungszonen aufgrund einer erhöhten Substratverfügbarkeit mikrobielle Prozesse im Vergleich zu anderen kontinentalen Ökosystemen im tiefen Untergrund schneller ablaufen. Somit könnten Störungszonen als Hot Spots mikrobiellen Lebens im tiefen Untergrund angesehen werden. Als Voruntersuchung zu den geplanten tiefen ICDP-Bohrungen (PIER-ICDP, Probing of Intra-continental magmatic activity: drilling the Eger Rift) soll in der Umgebung eine 100 m tiefe Bohrung im August 2015 abgeteuft werden. Mit Hilfe dieser Studie sollen erste Einblicke in die mikrobielle Populationsstruktur in den CO2-Aufstiegskanälen der Störungszone gewonnen werden. Hierzu werden moderne DNA Hochdurchsatz-Sequenzierungen und geochemische Untersuchungen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Voruntersuchung werden unser Wissen über die Tiefe Biosphäre in seismisch- und fluid-aktiven Störungszonen erweitern und dazu beitragen, ein optimal abgestimmtes Methodenspekrum für die geplanten ICDP-Bohrungen zu finden. Die finanziellen Mittel für die Bohrung wie auch die geplanten Analysen werden vom GFZ Potsdam bereit gestellt.

Geringe Konzentrationen mit großer Wirkung: Wie steuern Antibiotika die Verbreitung von Resistenzgenen in der aquatischen Umwelt? (ANTRAQ)

Das Projekt "Geringe Konzentrationen mit großer Wirkung: Wie steuern Antibiotika die Verbreitung von Resistenzgenen in der aquatischen Umwelt? (ANTRAQ)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Mikrobiologie, Professur für Allgemeine Mikrobiologie durchgeführt. Die rasante Verbreitung von Antibiotikaresistenzen stellt die Menschheit vor eine der größten Herausforderungen im 21. Jahrhundert (WHO, 2014). Um den Verlust von Antibiotika als wirksame Medikamente zu verhindern, ist neben einem gezielteren Einsatz in der Medizin auch ein umfassendes Verständnis hinsichtlich der Antibiotikaresistenzverbreitung in der Umwelt notwendig. Hierbei ist es insbesondere wichtig, die Mechanismen, die für die Persistenz und die Verbreitung von Resistenzen in der Umwelt eine essentielle Rolle spielen, zu kennen und zu verstehen. Bisherige Studien haben gezeigt, dass Abwasser eine der Haupteintragsquellen für Antibiotika-resistente Bakterien und Resistenzgene darstellt. Mit gereinigtem Abwasser werden außerdem auch Antibiotika eingetragen, die in geringen Konzentrationen praktisch ubiquitär in der aquatischen Umwelt gemessen werden. Laborexperimente mit einzelnen Isolaten oder mit artifiziellen Gemeinschaften begrenzter Diversität haben Hinweise darauf geliefert, dass solche geringen Konzentrationen die Verbreitung von Antibiotikaresistenzen fördern. Basierend auf diesen Ergebnissen ist es allerdings sehr schwierig, den Einfluss dieser geringen Antibiotikakonzentrationen auf das Mikrobiom und Resistom aquatischer Ökosysteme abzuschätzen. Die vorgeschlagenen Experimente tragen dazu bei diese Wissenslücke zu füllen. Mithilfe der neuen und innovativen Methode epicPCR soll der Effekt geringer Antibiotikakonzentrationen auf die Verbreitung von Resistenzgenen in einer komplexen mikrobiellen Gemeinschaft auf Speziesebene untersucht werden. Im Fokus steht außerdem die Frage, ob Pathogene unter Umweltbedingungen Resistenzgene aufnehmen. Um einen tieferen Einblick hinsichtlich genomischer Strukturen, die die Fähigkeit der Aufnahme von Resistenzgenen bestimmen, zu erlangen, sollen die Genome von Escherichia coli Isolaten unterschiedlicher Herkunft (Klinik, Rohabwasser, Flusssediment) dahingehend analysiert und verglichen werden.

Anaerober Abbau von Resorcin und Naphthalin

Das Projekt "Anaerober Abbau von Resorcin und Naphthalin" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Konstanz, Institut für Limnologie, Lehrstuhl Mikrobielle Ökologie, Limnologie und generelle Mikrobiologie durchgeführt. Das geplante Vorhaben gliedert sich in zwei Teile. Im ersten Teil sollen neue Reaktionen im anaeroben Abbau von Resorcin durch Azoarcus anaerobius untersucht werden. Der erste Schritt ist eine Sauerstoff-unabhängige Hydroxylierung von Resorcin zu Hydroxyhydrochinon. Das membranständige Enzym soll solubilisiert, gereinigt und biochemisch charakterisiert werden, wobei insbesondere die prosthetische Gruppe von Interesse ist. Klonierung und Sequenzierung dieses Enzyms sollen über seine Beziehung zu anderen (Molybdo-?)-Enzymen Auskunft geben. Von Interesse ist auch ein späteres Enzym in diesem Abbauweg, ein Hydroxybenzochinon-hydrolysierendes Enzym, das den Ring öffnet. Im zweiten Teilprojekt soll der anaerobe Abbau von Naphthalin durch ein neu isoliertes Sulfat-reduzierendes Bakterium untersucht werden. Der Abbauweg soll anhand von Produkten aus der Verwertung von 13C-markiertem Substrat skizziert werden. mRNA differential display soll Auskunft über die beteiligten Enzyme geben. Einige Schlüsselenzyme sollen in zellfreien Extrakten nachgewiesen werden, um den Abbauweg zu sichern.

Sensorische Ökologie und Signalplastizität bei der langbeinigen Fledermaus, Macrophyllum macrophyllum (Phyllostomidae), beim Jagen über Wasser

Das Projekt "Sensorische Ökologie und Signalplastizität bei der langbeinigen Fledermaus, Macrophyllum macrophyllum (Phyllostomidae), beim Jagen über Wasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Institut Experimentelle Ökologie, Abteilung Experimentelle Ökologie der Tiere durchgeführt. Innerhalb der ökologisch diversen und artenreichen Familie der Neuwelt-Blattnasenfledermäuse (Phyllostomidae) jagt nur Macrophyllum macrophyllum über Wasserflächen nach Insekten, während alle anderen ihre Nahrung in hindernis- und störechoreicher Umgebung von Oberflächen absammeln. Dies spiegelt sich im Echoortungsverhalten wider, das durch einheitlich strukturierte Laute und dem Fehlen einer Terminalphase vor dem Nahrungsfang gekennzeichnet ist. Wahrscheinlich ist M. macrophyllum jedoch aufgrund der akustischen Eigenschaften seines Lebensraumes eine Ausnahme. Wir wollen im Flugraum und Freiland das Echoortungs- und Jagdverhalten dieser Art untersuchen und den Einfluss ökologischer und historischer Faktoren auf die Plastizität der Ortungssignale erfassen. Wir nehmen an, dass M. macrophyllum wie andere über Wasser jagende Arten seine Nahrung hauptsächlich mit Hilfe von Echoortung findet, die sich, im Gegensatz zu anderen gleichgrossen Phyllostomiden, durch längere, tiefere und lautere Echoortungsrufe sowie einer deutlichen Terminalphase kurz vor dem Beutefang auszeichnen sollte. Da Struktur und Muster der Echoortungslaute vor allem durch physikalische Bedingungen bestimmt werden, erwarten wir eine höhere Plastizität im Echoortungsverhalten als sie bisher für Phyllostomiden bekannt ist. Wir gehen davon aus, dass diese hohe Flexibilität eine unabdingbare Voraussetzung für die erfolgreiche Besiedlung neuer Nischen und damit für die hohe ökologische Diversität dieser Gruppe ist.

Untersuchungen des Methan Paradoxons in Seen

Das Projekt "Untersuchungen des Methan Paradoxons in Seen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei durchgeführt. Methan ist ein höchst potentes Treibhausgas, dennoch ist das globale Methanbudget durch die vielen unbekannten CH4-Quellen und -senken sehr unsicher. Die Höhe der CH4-Anreicherung in der Wassersäule hängt von komplexen Interaktionen zwischen methanogenen Archaeen und methanotrophen Bakterien ab. Das bekannte Methan Paradoxon, das die CH4-Übersättigung im oxischen Oberflächenwasserkörper von Seen und Meeren darstellt, weckt Zweifel, dass die mikrobielle CH4-Bildung nur im anoxischen Milieu stattfindet. Im oligotrophen Stechlinsee haben wir eine wiederkehrende Methanübersättigung im Epilimnion gefunden. Unsere Studien zeigen, dass das CH4 aktiv in der oxischen Wassersäule produziert wird. Die Produktion scheint dabei an die autotrophe Produktion von Grünalgen und Cyanobakterien gekoppelt zu sein. Zur gleichen Zeit sind keine methanotrophen Bakterien im Epilimnion vorhanden, so dass das CH4 nicht oxidiert wird. Unsere Haupthypothese ist, dass pelagische Methanogene hydrogenotroph sind, wobei sie den Wasserstoff aus der Photosynthese und/oder Nitrogenaseaktivität nutzen. Unsere Untersuchungshypothesen sind:1) Die CH4-Produktion ist mit der Photosynthese und/oder N-Fixierung gekoppelt, wobei hydrogenotrophe methanogene Archaeen mit den Primärproduzenten assoziiert sind. Die Methanogenen können angereichert und kultiviert werden, um Mechanismen der epilimnischen CH4-Produktion detailliert zu untersuchen.2) Die CH4-Oxidation ist durch die Abwesenheit der Methanotrophen und/oder der Photoinhibition in den oberen Wasserschichten reduziert.3) Die CH4-Produktion innerhalb mikro-anoxischer Zonen, z. B. Zooplankton und lake snow, ist nicht ausreichend für die epilimnische CH4-Produktion.Die saisonale Entwicklung des epilimnischen CH4-Peaks soll in Verbindung mit den Photoautotrophen und der Seenschichtung im Stechlinsee untersucht werden. Dabei soll eine neu-installierte Mesokosmosanlage (www.seelabor.de) genutzt werden, um CH4-Profile bei unterschiedlichen autotrophen Gemeinschaften und Seenschichtungen zu studieren. Die Verknüpfung zwischen methanogenen Archaeen und den Photoautotrophen soll in Inkubationsexperimenten mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung und qPCR für funktionelle Gene untersucht werden. Methanotrophe werden quantifiziert und die Photoinhibition der CH4-Oxidation durch Inkubationsexperimente gemessen. In Laborexperimenten sollen die methanogenen Archaeen angereichert und kultiviert werden mittels dilution-to-extinction und axenischen Cyanobakterien und Grünalgen. Physiologische Studien an Anreicherungs- oder Reinkulturen sollen die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen ermitteln. Feld- und Laborexperimente sollen helfen, das Methan Paradoxon zu entschlüsseln, um die bisherige und potentiell wichtige CH4-Quelle zu charakterisieren und zu quantifizieren. Die Studien sollen helfen, unser Verständnis des globalen CH4-Kreislaufes zu verbessern, damit zukünftige Prognosen realistischer werden.

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