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Fachgespräch Wirkmechanismen elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Felder auf biologische Systeme – Von der Molekulardynamik-Simulation bis zum Experiment

Fachgespräch Wirkmechanismen elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Felder auf biologische Systeme – Von der Molekulardynamik-Simulation bis zum Experiment Vom 23. bis 25. Mai 2022 fand in München ein vom BfS organisiertes internationales Fachgespräch zu Wirkmechanismen elektrischer und magnetischer Felder ( z.B. der Stromversorgung) und elektromagnetischer Felder ( z.B. des Mobilfunks) auf Zellen, Organe und andere biologische Systeme, statt. Internationale Expert*innen aus den Fachgebieten Dosimetrie , Biologie und theoretische Biophysik präsentierten den aktuellen Stand der Forschung im Bereich der Wechselwirkungen von elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Feldern mit Biosystemen. Ausgehend von großen Gewebestrukturen wie der Haut über einzelne Zellen bis hin zu Proteinen und Quanteneffekten wurden Wirkmechanismen dargestellt und interdisziplinär diskutiert. Die beobachteten Effektstärken, insbesondere von Magnetfeldern, sind sehr klein im Vergleich zu thermischen Effekten, die uns täglich umgeben. Es ist weitere Forschung notwendig, um die Wirkung von elektromagnetischen Feldern auf komplexe biologische Prozesse besser zu verstehen. Worum geht es? In den meisten Ländern der Welt ist die Bevölkerung mittlerweile nahezu ununterbrochen exponiert gegenüber vom Menschen verursachten elektromagnetischen Feldern. Nach wie vor wird erforscht, ob schwache Magnetfelder (unterhalb der Grenzwerte) biologische Effekte auslösen können, die möglicherweise von gesundheitlicher Relevanz sind. Ein erster Schritt zu einem Verständnis gesundheitlicher Wirkungen ist die Identifikation der physikalischen Wechselwirkungen von elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Feldern ( EMF ) mit Teilen des menschlichen oder tierischen Körpers. Diese können sehr unterschiedliche Größen haben: von Gewebestrukturen wie etwa der Haut über einzelne Zellen bis zu Proteinen und schließlich den Eigendrehimpulsen ( sog. Spins) von ungepaarten Elektronen in Molekülen (Radikale). Im Rahmen des Fachgesprächs diskutierten international anerkannte Expert*innen aus Dosimetrie , Biologie und theoretischer Biophysik den aktuellen Stand der Forschung und offene Fragestellungen. Wie ist die Ausgangssituation? Seit Jahrzehnten werden Studien initiiert, die einen Zusammenhang von schwachen magnetischen Feldern (unterhalb bestehender internationaler Grenzwertempfehlungen) und möglichen gesundheitsrelevanten Wirkungen untersuchen. Vereinzelt gibt es in epidemiologischen oder experimentellen Studien Hinweise darauf. Mechanismen zur Erklärung solcher Wirkungen sind bisher nicht nachgewiesen. Mehrere biophysikalische Effekte werden seit Jahren diskutiert und untersucht, von denen einige derzeit aufgrund neuer Erkenntnisse eine verstärkte Aufmerksamkeit erfahren. Dazu zählen unter anderem der Radikalpaar-Mechanismus (durch äußere Magnetfelder verursachte Veränderung von chemischen Reaktionen, an denen Moleküle mit ungepaarten Elektronen beteiligt sind); die Protein-Fehlfaltung (die Entwicklung von großen Molekülen in einen stabilen Zustand, der nicht dem natürlichen Zustand entspricht), oder die Reaktion neuronaler Netzwerke (in Netzwerken zusammenhängende Nervenzellen) auf äußere Felder. Welche Ziele verfolgte das Fachgespräch? Das Fachgespräch diente als Austausch zwischen Expert*innen aus Fachgebieten, die das volle Spektrum vom Molekül bis zum Menschen abdecken. Neben dem aktuellen Stand der Forschung waren die Identifikation offener Fragen und die interdisziplinäre Diskussion zentrale Anliegen des Fachgesprächs. Folgende Punkte fanden dabei besondere Beachtung: Was sind die derzeit am meisten diskutierten und nicht geklärten biophysikalischen Wirkmechanismen, die gesundheitsrelevant sein könnten? Welche theoretischen und experimentellen Methoden werden derzeit für deren Erforschung verwendet? Welche Rolle spielt das Rechnen mit Supercomputern in der Erforschung der Wirkmechanismen? An dem hybrid abgehaltenen Fachgespräch nahmen über 50 Expert*innen (davon 22 in Präsenz) aus sieben Ländern (Deutschland, Österreich, Frankreich, Großbritannien, Finnland, Italien und Japan) teil. Welche Ergebnisse lieferte das Fachgespräch? Aufgrund der sich auf verschiedenen Größenbereichen (Organe, einzelne Zellen, Proteine) abspielenden Effekte werden die Ergebnisse in drei Themenkomplexen zusammenfasst: Effekte auf atomarer oder subatomarer Ebene (Quanteneffekte), Wirkungen auf Proteinfaltung und Wirkungen auf Körpergewebe. Effekte auf atomarer oder subatomarer Ebene (Quanteneffekte) Den Radikalpaar-Mechanismus versteht die Forschung inzwischen relativ gut, verglichen mit anderen möglichen nicht-thermischen Wechselwirkungseffekten von Magnetfeldern und biologischen Systemen. Das liegt vor allem an Studien zum Orientierungssinn verschiedener Tierarten. Die in Radikalpaaren auftretenden Wechselbeziehungen (Fluktuationen) zwischen Spin-Systemen bewegen sich hin und her zwischen zwei charakteristischen Zuständen: dem Singlett-Zustand und dem Triplett-Zustand. Ein externes Magnetfeld , wie z.B. das Erdmagnetfeld, kann die auftretenden Fluktuationsraten und damit chemische Reaktionen beeinflussen, deren Endprodukte vom Spin-Zustand der beteiligten Radikale abhängen. In der Untersuchung des Radikalpaar-Mechanismus bieten kombinierte Quantenmechanik- und Molekulardynamik-Simulationen einen - im Experiment unzugänglichen - Einblick in die Abläufe der beteiligten Reaktionen, weshalb man vom "rechnergestützten Mikroskop" spricht. Bisher simulierte Systeme zeigen sehr kurze Radikal-Lebensdauern, welche die bei Zugvögeln beobachtete Empfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern nicht vollständig erklären können. Die bei Tieren bekannten Radikalpaar-Reaktionen benötigen Licht und entsprechende Lichtrezeptoren, die der Mensch nicht besitzt. Bisher sind im Menschen somit keine chemischen Prozesse bekannt, bei denen der Radikalpaar-Mechanismus eine Rolle spielen könnte. Es wird allerdings weiter dazu geforscht. Wirkung auf Proteinfaltung Generell ist die Wirkung von schwachen EMF auf große Moleküle wie Eiweiße äußerst gering im Vergleich zur üblichen Molekülbewegung bei Raumtemperatur (Brownsche Molekularbewegung). Das Einbinden von Magnetfeldern in Simulationsstudien bedarf weiterer Forschung. Eine aktuell offene Fragestellung ist die Untersuchung der Wirkung von Magnetfeldern auf molekulare Transportprozesse und die Möglichkeit von Molekülteilen, andere Moleküle zu binden. Eine große Schwierigkeit stellt nach wie vor dar, dass Simulationen auf Atomebene nur kleinste Sekundenbruchteile berechnen können, aber biologische Prozesse Sekunden dauern. Wirkung auf Körpergewebe Um ermitteln zu können, wie groß EMF sind, die in biologischem Gewebe erzeugt werden, wird insbesondere bei niedrigen EMF -Frequenzen (unterhalb von 1 MHz ) auf computergestützte Verfahren zurückgegriffen. Dafür ist eine Verbesserung der Datenlage hinsichtlich der dielektrischen Eigenschaften von Geweben erforderlich. Mittels bildgebender Verfahren, wie z.B. der Magnetresonanztomographie, ist es möglich, sehr detaillierte Körpermodelle zu erstellen, mit denen z.B. Schwellenströme zur Erzeugung von Phosphenen (flackernde Lichterscheinungen am Blickfeldrand bei hohen Feldstärken) sehr realistisch simuliert werden können. Eine offene Frage besteht hinsichtlich der mikroskopischen Größenskala, bis zu der man noch von Leitfähigkeit und Permeabilität als makroskopischen Größen sprechen kann: Ist es das Mitochondrium (Kraftwerk der Zelle) oder doch die ganze Zelle? Stand: 09.12.2022

Teilvorhaben 1: Feldversuche zur Biomasse bei Energietriticale

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Feldversuche zur Biomasse bei Energietriticale" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Saatzucht Dr. Hege GbR, Außenstelle durchgeführt. Ziel dieses Projekts ist die Einführung von Triticalehybriden zur Steigerung des Biomasseertrags. Somit kann eine dringend notwendige Diversifizierung der Energiepflanzenfruchtfolge, die zur Zeit von Mais dominiert wird, erreicht werden. Durch eine QTL Kartierung sollen relevante Restorergene für das CMS-induzierende Cytoplasma im Genom lokalisiert und ihre Effekte geschätzt werden. Außerdem soll durch die Sequenzierung mehrerer Mitochondriengenome die genetische Basis dieser Cytoplasmen untersucht werden. In einem Vergleich zwischen Hybriden und Linien unter ökologisch divergierenden Bedingungen soll die erwartete Überlegenheit der Hybriden in Bezug auf den Biomasseertrag quantifiziert werden. Im Rahmen dieses Projekts sollen dadurch die Grundlagen für eine wissensbasierte Hybridzüchtung bei Energietriticale geschaffen werden - ein vielversprechender Schritt hin zu einer Diversifizierung der Energiepflanzenfruchtfolge in Deutschland. Die Feldversuche erfolgen als fünf-ortige Prüfung mit zwei Wiederholungen pro Ort, in 2 Jahren. Die Isolierung und Aufreinigung der mitochondrialen DNA erfolgt an der Landessaatzuchtanstalt. Die Sequenzierung und das de novo Assembly der Mitochondriengenome wird an einen externen Dienstleister vergeben. Die Genotypisierung der beiden Kartierungspopulationen mit DArT Markern erfolgt extern (Diversity Arrays Technology Pty Limited in Australien). Die Phänotypisierung der Pflanzen auf Restorerfähigkeit erfolgt und a. mittels Stereomikroskop.

Zelluläre Klima-Adaptionen in alpinen und polaren Pflanzen

Das Projekt "Zelluläre Klima-Adaptionen in alpinen und polaren Pflanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Innsbruck, Institut für Botanik, Abteilung für Physiologie und Zellphysiologie Alpiner Pflanzen durchgeführt. Die Pflanzen der Hochgebirge und der polaren Zonen müssend im Vergleich zu Pflanzen gemäßigter Bereiche mit drei besonderen Anforderungen fertig werden: kurze Vegetationszeit, Kälte, auch im Sommer möglich, und hoher Sonneneinstrahlung. Die Anpassungsstrategien, die ein Überleben in Hochgebirge und Arktis möglich machen, sind nur z.T. bekannt. Von seiten der Ökologie und Ökophysiologie wurden etliche solcher Strategien beschrieben, allerdings meist nur auf der Ebene der Pflanze oder eines Organs. Erst in jüngerer Zeit gibt es einige Untersuchungen, die die Adaptionen des Stoffwechsels verstehen wollen. Die Anpassung eines Stoffwechsels an ungünstige Bedingungen ist aber auch ein Ausdruck des Zusammenspiels von Zellorganellen und Membranen. Bislang ist nur von seiten des Antragstellers eine erste Beschreibung der Ultrastruktur alpiner Pflanzen mit Anbindung an den Stoffwechsel und Einbeziehung der Standortbedingungen erfolgt. Hier zeigte sich, daß mit Methoden der modernen Zellbiologie ein enormer Wissenszuwachs erhalten werden kann. So wurden vom Antragsteller in elektronenmikroskopischen Untersuchungen festgestellt, daß bei Kälte und Starklicht die Chloroplasten vieler alpiner und polarer Pflanzen besondere Strukturen zeigen ('Protrusionen), die einige physiologische Anpassungen erklärbar machen können. Die dem Auftreten dieser dynamischen Strukturen zugrunde liegenden Vorgänge in der Zelle können am besten mit modernen zellbiologischen Verfahren, wie sie etwa für Cytoskelett-Untersuchungen üblich sind, beschrieben werden. Daher sollen mit Hilfe eines confokalen Laser-Scanning-Mikroskopes (CLSM) unter Verwendung des 'green fluorescent protein (GFP) sowie fluoreszenz-markierter Antikörpern oder Cytoskelett-Inhibitoren die Bildungsmechanismen, Stabilität und 3-D Struktur dieser Protrusionen untersucht werden. Grundlage ist hierzu die vorherige Erfassung des Standortklimas der Pflanzen und ihrer Photosyntheseaktivität, um die Faktoren zu kennen, die die Zelle veranlassen, die Chloroplasten umzubilden. Voruntersuchungen haben auch ergeben, daß bei Hochgebirgspflanzen eine mögliche Kooperation von Plastiden, Mitochondrien und Microbodies überlebenswichtig sein kann. Diese dynamische Organell-Kooperation soll ebenfalls untersucht werden. Alle Arbeiten werden mit Wildpflanzen aus geeigneten hochalpinen und polaren Wuchsorten gemacht und die zellbiologischen Beobachtungen müssen über die Ökophysiologie dieser Pflanzen interpretiert werden.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Krebsforschungszentrum - Stiftung des öffentlichen Rechts durchgeführt. Das solare Spektrum enthält unterschiedliche spektrale Komponenten: UVA, -B, sichtbares Licht und Infrarot, die jeweils ein unterschiedliches biologisches Wirk- und Schädigungsprofil aufweisen. Für das Verständnis der schädlichen Wirkung für den Menschen und für eine daraus resultierende relevante Risikoabschätzung ist es essentiell, die kombinierte Aktion von UV- bis IR-Strahlung in ihrer biologischen Wirksamkeit in Modellsystemen der Haut zu untersuchen. Durch die Analyse unterschiedlicher Parameter in 2D- wie auch in speziellen, Gewebe-relevanten 3D-organotypischen Kulturen zur Identifizierung und Langzeitregeneration der epidermalen Stammzellen und der in vivo Maushaut soll es ermöglicht werden, die Wirkmechanismen kombinierter Strahlung auf zellulärer und (epi)-genetischer Ebene aufzuklären. Dafür wird eine kombinierte und bezüglich UVA und -B Strahlenintensität variable Strahlenquelle für alle AGs entwickelt. Die Forschungsschwerpunkte der Verbundpartner sind: Gewebe- und Telomerregulation (AG1); epigenetische Kontrolle zellulärer Funktionen auf DNA- bzw. Histon-Ebene (AG2); IR-Signaling / Mitochondrienintegrität und AhR-Signaling (AG3); DNA Reparatur und Damage Signaling (AG 4).Die enge Zusammenarbeit der interdisziplinär aufgestellten AGs schafft Synergieeffekte, die neben der wissenschaftlichen Diskussion den Austausch von Methoden und Materialien, gemeinsame Publikationen sowie die Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlern betreffen.

Untersuchung zur Wirkung von Substanzen auf die Ultrastruktur von Wirtszelle und Parasit bei Coccidien in Zellkultur

Das Projekt "Untersuchung zur Wirkung von Substanzen auf die Ultrastruktur von Wirtszelle und Parasit bei Coccidien in Zellkultur" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Zoologie durchgeführt. Mit Hilfe von licht- und elektronenmikroskopischen Verfahren wird die Auswirkung bestimmter chemischer Substanzen (Kokzidiostatika) auf die Ultrastruktur der Parasitenstadien (Mitochondrien, Endoplasmatisches Retikulum, sekretorische Organellen der Sporozoiten und Merozoiten oder die Gametenbildung, Makro- und Mikrogameten) untersucht. Zusaetzlich wird die Parasitenentwicklung und der Effekt von substanzen auf Parasit und Wirtszelle im Videomikroskop in 'real time' aufgezeichnet und dokumentiert.

Lokalisation der toxischen Metalle Blei und Cadmium in Pflanzenzellen

Das Projekt "Lokalisation der toxischen Metalle Blei und Cadmium in Pflanzenzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Institut für Allgemeine Botanik und Botanischer Garten durchgeführt. Lebenden bzw. vorher fixierten Pflanzen bzw. Pflanzenteilen wird Blei bzw. Cadmium in unterschiedlichen Konzentrationen unterschiedlich lang angeboten. Die eingedrungenen und gefaellten Metalle werden elektronenmikroskopisch und unter Zuhilfenahme einer EDAX-Mikrosonde bzw. eines Laser-Mass-Analyzers (LAMMA) lokalisiert und charakterisiert. Ueber die Lokalisation der toxischen Schwermetalle Blei und Cadmium in Pflanzenzellen liegen bisher wenige Angaben vor. Um die Wirkungsmechanismen der Schwermetalle besser als bisher verstehen zu koennen, erscheint es notwendig, die Lokalisation eingebrachter Schwermetalle zu untersuchen. Damit werden praezisere Aussagen ueber die Entgiftungsmechanismen und Schaeden moeglich. Vorlaeufige eigene elektronenmikroskopische Untersuchungen lassen erkennen, dass das wenige Blei, das in Zellen ueberhaupt eindringt, ueber die Dictyosomen und ueber Vesikel des endoplasmatischen Retikulums entweder in Vakuolen geschleust oder wieder nach aussen transportiert wird. Die Huellen der Mitochondrien und Plastiden scheinen auch als Filter zu wirken, da in diesen Kompartimenten hoehere Konzentrationen als im Inneren der erwaehnten Organellen anfallen. Eventuell wird vor energiereichen Metaboliten an diesen Reaktionsorten Phosphorsaeure durch zelleigene Phosphatasen abgespalten, was zu einer Fuellung der Bleiionen als Bleiphosphat fuehrt. Das anfallende schwerloesliche Bleiphosphat wird dann an Orte transportiert, an denen es weniger Schaden anrichten kann.

Molekulare Untersuchungen zu Prozessen der Hybridisierung und Introgression zwischen Abies alba Mill. und sieben weiteren mediterranen Tannenarten

Das Projekt "Molekulare Untersuchungen zu Prozessen der Hybridisierung und Introgression zwischen Abies alba Mill. und sieben weiteren mediterranen Tannenarten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Marburg, Fachbereich Biologie, Professur Naturschutzbiologie durchgeführt. Die Gattung Abies stellt in Europa ein interessantes Modell für die Evolution von verwandten Waldbaumarten, mit großenteils getrennten Verbreitungsgebieten dar. Die Gattung zeichnet sich durch kontrastierende Vererbungsmodi von Chloroplasten DNA (rein väterlich) und Mitochondrien DNA (rein mütterlich) aus. Eine Hybridisierung zwischen benachbarten Arten scheint sehr wahrscheinlich. Räumlich explizite Untersuchungen wurden bisher mit einem molekularen Marker der Mitochondrien DNA durchgeführt, der zeigte, dass mütterliche Linien weitgehend getrennt blieben. Jedoch zeigte sich schon bei Untersuchungen an der zentraleuropäischen Weißtanne Abies alba, dass väterlich vererbte Marker, die also über den Pollen ausgebreitet werden, ein stark kontrastierendes Bild liefern. Durch den Einsatz väterlich vererbter molekularer Marker der Chloroplasten DNA sollen nun bei der Fokus-Art A. alba Prozesse von Hybridisierung und Introgression mit sieben weiteren mediterranen Tannen-Arten untersucht werden. Nach umfassender genetischer Charakteriserung eines hochvariablen Markers per DNA Sequenzanalyse, soll die geographische Verteilung von Varianten der Chloroplasten DNA ermittelt werden. Diese wird Aufschluss geben, ob es in jüngerer Zeit zu Ereignissen von Hybridisierung und Introgression zwischen A. alba und benachbarten Arten gekommen ist. Darüber hinaus soll durch eine Rekonstruktion der Phylogenie geklärt werden, ob es in den vergangenen Klima-Zyklen mehrfach zu Hybridisierung und Introgression kam und ob die zentraleuropäische Fokus-Art A. alba dabei eine Schlüsselrolle spielte.

Sorptionsverhalten und ökotoxikologische Bewertung von Fluoriden in anthropogen belasteten Böden (Bad Wimpfen)

Das Projekt "Sorptionsverhalten und ökotoxikologische Bewertung von Fluoriden in anthropogen belasteten Böden (Bad Wimpfen)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Landwirtschaftliche Mikrobiologie durchgeführt. In diesem Anschlussverfahren zu PK 85.006 wurde das umfangreiche Datenmaterial aus den Gelaendeerhebungen ausgewertet, das Verfahren und die Sorptionskinetik von Fluoriden in Boeden unterschiedlicher Eigenschaften genauer untersucht und die Fluortoxizitaet fuer Regenwuermer am Beispiel von Eisenia foetida im subletalen Bereich quantifiziert. Kenntnisse ueber das Verhalten und die Oekotoxizitaet von Fluoriden sind von grosser praktischer Bedeutung, um Fluoridbelastungen in unmittelbarer Naehe von Emittenten beurteilen und in ihren oekologischen Auswirkungen prognostizieren zu koennen. In den vorliegenden Fortsetzungsarbeiten liegen die Schwerpunkte in der Bodenchemie sowie bei der toxikologischen Bewertung physiologischer Reaktionen und histologischer Veraenderungen von Eisenia foetida im subletalen Bereich. Aufgrund der Daten aus Gelaendemessungen und Modellversuchen sollten Belastungsgrenzwerte erarbeitet werden. Die Fluorid-Sorptionskapazitaet von vier unbelasteten Boeden ergab bei 16 h Schuettelzeit folgende Reihe: Plastosol (Bj) groesser Podsol (Oh) groesser Kalkbraunerde (Bv) groesser Kalkbraunerde (Ach). Der pH-Anstieg bei Plastosol und Podsol deutet auf einen OH/F-Austausch hin. Mit steigender F-Belastung wurden zunehmende Mengen an Phosphat mobilisiert. Das Untersuchungsgebiet wurde aufgrund bodenkundlicher Untersuchungen in drei Belastungszonen eingeteilt. Die Vegetationsbelastung nimmt mit zunehmender Entfernung vom Emittenten rasch ab. Ein unfallbedingter HF-Ausstoss fuehrte zu starken Vegetationsschaeden im Umkreis von 1 km um den Emittenten. Gastropoden, Lumbriciden, Isopoden, Diplopoden und Carabiden aus der stark belasteten Zone A waren deutlich hoeher mit Fluorid belastet als Tiere aus dem Umfeld. Die F-Gehalt in H pomatia-Gehaeusen und Lumbricius-Arten zeigten die raeumliche Belastung gut an. Im Langzeit-Test ueber 20 Wochen reduzierten hoehere Konzentrationen von NaF, KF und FCH2COONa das Gewicht von E foetida signifikant. KF und NaF verzoegerten die Ausbildung eines Clitellums. Die Anzahl der Kokons wurde durch NaF, KF und FCH2COONa verringert, die Zahl geschluepfter Tiere durch NaF gesenkt. CaF2 hatte weder auf Gewicht noch auf Schlufprate oder Kokonzahl einen Einfluss, beschleunigte aber die Geschlechtsreife signifikant. Die F Akkumulation in den Tieren korrelierte bei NaF-, KF- und CaF2-Belastung eng mit den steigenden F-Konzentrationen im Substrat. Die Kalkdruesen von E foetida waren nach Fluorid-Belastung nicht veraendert. Im Chloragog dagegen ging der Lipid-Gehalt nach F-Belastung mit NaF, Kf, FCH2COONa und CaF2, der Glykogen-Gehalt durch NAf und CaF2 zurueck. Die Chloragozyten belasteter Tiere waren abgeflacht und vakuolisiert. In den Vakuolen traten verschiedene Einschluesse auf; Konkrement-Vakuolen blieben auf belastete Tiere beschraenkt. Auffaelligste Veraenderung waren zahlreiche, elektronendichte Koerper, die als veraenderte Mitochondrien angesehen werden koennen und eine apoptotische Deformation ...

INFLOW - using INtertidal Fish to study life's tolerance to LOW oxygen Überlebensstrategien unter Sauerstoffknappheit - Fische der Gezeitenzone als Modell

Das Projekt "INFLOW - using INtertidal Fish to study life's tolerance to LOW oxygen Überlebensstrategien unter Sauerstoffknappheit - Fische der Gezeitenzone als Modell" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie (ZMT) GmbH, Abteilung Ökologie - Arbeitsgruppe Ökophysiologie durchgeführt. Ziel des Projekts ist, die zugrundeliegenden Mechanismen und die Evolution von Hypoxietoleranz (HT) in eng verwandten hypoxietoleranten und sensitiven Fischen der Gezeitenzone zu untersuchen. In einem integrativen Ansatz werden wir dazu den Bereich zwischen Ganztier, Zellphysiologie und Genomevolution abdecken, um die phaenotypischen und genotypischen Unterschiede zu beschreiben, die die Physiologie der Hypoxietoleranz am Beispiel der in Neuseeland endemischen triplefins (Tripterygidae) und der ubiquitren Grundeln (Gobiidae) bedingen. Innerhalb und zwischen diesen Modellarten werden wir akute Hypoxietoleranz auf drei Ebenen untersuchen: neuronale und Herz-Kreislauf-Funktion; mitochondriale Adaptation, und die Evolution eines oder mehrerer Genotypen für Hypoxietoleranz (dieser letzte Punkt ist abhängig von zusätzlichen Drittmitteln). An beiden Fischgruppen wird mittels automatisierter Respirometrie unter steigender Hypoxie die kritische Hypoxieschwelle (Pcrit) und in spektrophotometrischen und Durchflusskalorimetrie-Systeme nicht-invasiv die Herzrate, Gewebesauerstoffsättigung, Redoxstatus und (an-)aerobe Wärmeproduktion gemessen. Weiterhin wird die mitochondriale Funktion von Herz und Gehirn vor und nach Hypoxieinkubation in hochauflösenden Respirometern verglichen. Über fluorimetrische Methoden wird mitochondriale ATP und ROS Produktion, Membranpotential unter Normoxie, Hypoxie und Anoxie gemessen.

DYSMON II: Interdisziplinares Vorhaben zur Untersuchung der Dynamik in Sulfid- und Methanbiotopen der Ost- und Nordsee

Das Projekt "DYSMON II: Interdisziplinares Vorhaben zur Untersuchung der Dynamik in Sulfid- und Methanbiotopen der Ost- und Nordsee" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für Umweltforschung und Umwelttechnologie, Abteilung 6 Marine Mikrobiologie durchgeführt. Bedeutung von Cyanobakterien fuer die Dynamik in Sulfidbiotopen. Als Erstbesiedler extremer Standorte muessen sich Cyanobakterien schnell an wechselnde Umweltbedingungen adaptieren. An marinen Standorten tragen sie einerseits O2 ins System ein, andererseits sorgen sie fuer eine Sulfidentgiftung. Zur Anpassung und Bedeutung von Cyanobakterien in Sulfidbiotope sollen folgende oekologische und physiologische Aspekte untersucht werden: Einfluss von Cyanobakterien auf die Ausbildung von Sulfidhabitaten, den N- und S-Haushalt und die Methanemission / Rolle der Cyanobakterien fuer Fauna und Habitat /Wechselbeziehungen von Cyano- und Methanbakterien ueber die H2-Produktion / CO2-Fixierung und photosynthetische Aktivitaet von Cyanobakterien / Konkurrenzverhalten einzelner Cyanobakterienarten unter H2S-Einfluss / Heterocysten als Ort der N2-Fixierung und Modellsystem der anoxygenen Photosynthese / Biotransformation von org. gebundenem Schwefel(DMS) im Sediment und Porenwasser / vertiefende Untersuchungen zur Sulfidadaption auf molekularer und genetischer Ebene / Vergleich der Thiosulfatbildung als Sulfid bei Cyanobakterien und Mitochondrien.

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