Das Zusammenspiel von ökologischen und evolutionären Dynamiken ist entscheidend für die meisten ökologischen und evolutionären Prozesse, da es die Koexistenz von Arten und deren Biomassen sowie deren lokale Anpassungen und innerartliche Variation und Polymorphismen bestimmen kann. Über die Bedeutung dieser öko-evolutionären Rückkopplungen zwischen den Dynamiken von Populationen und deren Merkmalen für die Pufferung von externen Störungen ist allerdings wenig bekannt. Wir planen die Entwicklung einer allgemeinen Theorie. Sie soll die Möglichkeit der Pufferung von externen Störungen durch das Zusammenspiel von ökologischen und Merkmalsdynamiken darstellen. Diese sollen dann experimentell überprüft werden. Wir werden die Effekte externer Störungen auf einen Räuber eines Räuber-Beute-Systems mit und ohne öko-evolutionären Rückkopplungen untersuchen. Insbesondere wollen wir die Vorhersage testen, dass erhöhte Mortalität und niedrigere Wachstumsraten des Räubers als Folge einer Umweltänderung indirekt durch Anpassungen in der Beutepopulation abgepuffert werden können. Dies führt dann indirekt zur Rettung und Förderung des Räubers. Wir werden den Umfang und die Geschwindigkeit von indirekter Rettung und Förderung als Funktion eines Trade-offs zwischen Fraßschutz und Konkurrenzfähigkeit untersuchen. Insgesamt wird dieses Projekt zu unserem Verständnis der Bedeutung des Zusammenspiels von Merkmalen und Populationsdynamiken in sich ändernden Umwelten beitragen und damit helfen, mögliche Reaktionen von Artengemeinschaften auf diese Änderungen vorherzusagen.
Bis heute ist die Wirkung von Waldstrukturen auf eine breite Biodiversität im Wald kaum verstanden. Seit MacArthur & MacArthur in den 1960er Jahren gezeigt haben, dass die Vogel-Diversität mit steigender vertikaler Heterogenität des Waldes ansteigt, wurden kaum konzeptionelle Fortschritte gemacht. Bis heute ist für viele Taxa noch nicht einmal geklärt, ob eher die Struktur eines Waldes oder die Artenzusammensetzung der Vegetation entscheidender ist. Da aber Waldmanagement fundamental die Struktur von Wäldern verändert, ist das Wissen um die Rolle der Waldstruktur als Treiber der Artenvielfalt essentiell, insbesondere wenn bei der Forstnutzung Biodiversität gefördert werden soll. Fortschritte in der Fernerkundung und die Entwicklung von Eigenschaftsdatenbanken und Stammbäumen auch für artenreiche Gruppen wie Insekten und Pilze in den letzten Jahren, eröffnen heute, bei geeignetem Design, neue Möglichkeiten. Die Biodiversitäts-Exploratorien stellen hier eine ideale und global einmalige Forschungsplattform dar, um die Rolle von Waldstruktur, geformt von der Landnutzung in temperaten Wäldern, zu erforschen. Unser Konsortium beabsichtigt die wichtigsten Treiber für Biodiversität in temperaten Wäldern zu identifizieren, die Mechanismen hinter der Veränderung in der Artenzusammensetzung zu verstehen, und ein generelles Framework für die Beziehung der 3-D Struktur und der Biodiversität zu erstellen. Unsere Ziele sind, i) existierende Daten zu 8 taxonomischen Gruppen in den Exploratorien zusammenzustellen; ii) funktionale und phylogenetische Distanzen für diese Taxa zu entwickeln bzw. bestehende zu erweitern; iii) eine Reihe von Waldstrukturen entlang der wichtigsten Achsen der Waldstruktur-Heterogenität auf Basis von LiDAR Daten zu berechnen; iv) mit Hilfe von RADAR Daten wichtige Heterogenitäts-Metriken auf die Regionale Landschaftsebene zu skalieren; v) den Einflusses von lokalen und regionalen Landschaftsstrukturen auf die Artenvielfalt zu ermitteln; und vi) diese Untersuchungen auf zwei weitere Waldgebiete mit einmaligen Landnutzungsgradienten in collinen Buchenwäldern und montanen bis hochmontanen Bergwäldern in Mitteleuropa auszudehnen.
Interaktionen zwischen Bienen und Blütenpflanzen sind Teil eines 'berühmten' und evolutiv 'alten' Mutualismus, welcher die reproduktive Fitness von Pflanzen und Bienen maßgeblich bestimmen kann. Die Struktur, Stabilität und Fitness-Auswirkungen hängen dabei von der Diversität und Zusammensetzung der interagierenden Gemeinschaft ab, welche ihrerseits stark von der vorherrschenden Landnutzung beeinflusst werden. So nimmt die Diversität von Interaktionspartnern und Interaktionen mit zunehmend intensiverer Landnutzung ab. Welche Auswirkungen das auf die reproduktive Fitness der Interaktionspartner hat, ob diese Auswirkungen abhängig von der Art oder Gemeinschaft variieren, und wie das mit der Struktur des Interaktionsnetzwerkes zusammen hängt, wurde bisher jedoch kaum experimentell untersucht und soll nun in MacroBEEs geklärt werden. Dabei bauen wir auf bereits bestehenden Daten zu Interaktionsnetzwerken abhängig von Landnutzung auf und nutzen sowohl das etablierte Plot-Netzwerk als auch die neuen 'multi-grassland experiment' Plots, um besser zu verstehen, wie sich Landnutzung unabhängig von anderen Faktoren auf die reproduktive Fitness der Interaktionspartner auswirkt. Im Rahmen von drei 'Work Packages' (WPs), sollen folgende Fragen geklärt werden:1. Wie wirken sich Landnutzungs-bedingte Veränderungen in der Diversität und Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften auf die Besuchsmuster und Furagierentscheidungen von wilden Bienen und Honigbienen aus (WP1)?2. Wie beeinflussen diese Furagierentscheidungen die taxonomische und chemische (Nährstoff-) Zusammensetzung der erstellten (Pollen und Nektar) Diäten und damit die Gesundheit und Fitness der Tiere (WP2)?3. Wie beeinflussen Veränderungen der Besuchsmustern den Transfer von Pollen innerhalb und zwischen Pflanzenarten und folglich den Samenansatz und damit den Bestäubungserfolg von Pflanzen (WP3)? Um diese Fragen zu beantworten, werden wir ganz unterschiedliche Methoden anwenden (Beobachtungen im Feld, DNA Metabarcoding von Pollen von Bienen und Blüten, chemischer Analytik, Fütterungsversuche mit Bienen im Labor, Netzwerkanalysen und Modeling) und eng mit anderen geplanten sowie den Kern-Projekten zusammenarbeiten. Dabei können wir auf Daten zu Bestäubernetzwerken in Abhängigkeit von Landnutzung seit 2008 zurückgreifen, was die einzigartige Möglichkeit eröffnet, Langzeiteffekte von Landnutzung auf Netzwerk Stabilität, Widerstandfähigkeit, Interaktions-Asymmetrien usw. dieses bedeutenden Mutualismus zu untersuchen. Indem wir zusätzlich die Mechanismen untersuchen, welche den Auswirkungen von Landnutzung auf den Reproduktionserfolg von Bienen und Pflanzen zu Grunde liegen, ermöglicht MacroBEEs ein weitreichenderes Verständnis darüber, wie sich Landnutzung auf die funktionale Stabilität von Bestäubernetzwerken und damit die Sicherheit der Bestäubungsleistung in Pflanzengemeinschaften auswirkt.
Im Projekt A02 sollen die Auswirkungen der Ingestion von Mikroplastik (MP) -Partikeln an zwei terrestrischen Modellorganismen, dem im Boden lebenden und Substrat-fressenden Kompostwurm Eisenia fetida sowie der Boden-nistenden omnivoren Ameisenart Camponotus floridanus, untersucht werden. Ziel ist es eine systematische Untersuchung der Effekte von MP der am weitesten verbreiteten und damit umweltrelevanten Kunststoffsorten mit unterschiedlichen Morphologien, Größe und Konzentration der Partikel mit zwei terrestrischen Modellorganismen durchzuführen, um die Wirkmechanismen besser verstehen zu können. Sowohl für E. fetida als auch C. floridanus soll untersucht werden, inwieweit sich diese Modell-MP-Partikel mit ihren unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften auf die Fitness der Modellorganismen auswirken, und zwar sowohl auf phänotypischer Ebene (Mortalitätsrate, Anzahl Nachkommen) als auch auf Transkriptom-, und Proteomebene untersucht werden, um sublethale Stress- oder Immunreaktionen charakterisieren zu können. Zudem sollen mögliche Effekte von MP auf die Aktivität und Diversität des Darmmikrobioms und der Bereitstellung mikrobiell produzierter Gärungsprodukte und anderer Metabolite für den Wirt untersucht werden, denn solche Veränderungen könnten den Wirt indirekt beeinflussen. Wir erwarten, dass die Wirkmechanismen und biologischen Effekte von den chemisch-physikalischen Eigenschaften sowie der Morphologie der MP-Partikel abhängen.
Der menschliche ökologische Fußabdruck wächst weiter, mit tiefgreifenden Auswirkungen auf die globale Biodiversität. Die Folgen für die lokale Biodiversität sind jedoch unklar. Angesichts des Eigenwerts der Biodiversität und ihrer Bedeutung für die Bereitstellung von Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen ist dies ein ernstes Anliegen. Das Hauptziel des Projekts ist es, die Mechanismen besser zu verstehen, die die lokale Biodiversität vorantreiben. Das Projekt wird auf funktionalen Merkmalen basierende Ansätze verwenden, um die Mechanismen im Zusammenhang mit der Ausbreitung von Arten und der lokalen Entstehung von Artengemeinschaften aus einem Pool potenzieller Kolonistenarten zu bewerten. Es konzentriert sich auf 6 taxonomische Gruppen (Bienen, Vögel, Schmetterlinge, Karabidenkäfer, Gastropoden und Spinnen) in der Schweiz. Diese Gruppen weisen unterschiedliche Bewegungskapazitäten und ökologische Bedürfnisse auf, was ihren Vergleich relevant macht, um zu verstehen, wie ökologische Strategien die räumlichen Muster und Triebkräfte der lokalen Biodiversität beeinflussen. Wir schlagen vor, eine grosse Multi-Taxa-Vorkommens- und Merkmalsdatenbank zu verwenden, um (1) die potentielle Bewegung von Arten zwischen verschiedenen Lokalitäten (potentielle funktionelle Konnektivität der Landschaft) zu evaluieren und zu kartieren, (2) räumliche funktionelle Merkmalsverschiebungen zu quantifizieren und zu kartieren und ihre Triebkräfte zu identifizieren und (3) die relative Bedeutung von Ausbreitungsbeschränkungen sowie abiotischen und biotischen Einschränkungen zu bewerten und die mit jedem dieser Prozesse verbundenen Arten und funktionellen Merkmale zu identifizieren. Das Projekt ist in drei Arbeitspakete unterteilt: Arbeitspaket 1 untersucht die funktionelle Konnektivität zwischen lokalen Gemeinschaften, Arbeitspaket 2 konzentriert sich auf die Quantifizierung von Merkmalsverschiebungen im Raum, und Arbeitspaket 3 identifiziert die Mechanismen, die für diese Verschiebungen verantwortlich sind. Das Projekt wird neue Methoden entwickeln und erproben, um unser Verständnis der räumlichen Variationen in den Prozessen der Artengemeinschaftsentstehung multipler taxonomischer Gruppen zu verbessern, landesweite Karten ökologischer Prozesse zu erstellen und die mit diesen Prozessen verbundenen funktionellen Merkmalssyndrome zu identifizieren. Im Gegensatz zu den meisten Studien in der Landschaftsökologie wird das Projekt einen auf Merkmalen basierenden Mehrartenansatz verfolgen, um aus Biodiversitäts- und Umweltdaten auf eine potenzielle Konnektivität zwischen den Orten zu schließen. Es wird auch über die klassischen Studien der Gemeinschaftszusammensetzung hinausgehen, indem es einen auf Merkmalen basierenden Ansatz und eine räumlich-dynamische Definition des Artenpools kombiniert, was die ökologischen Eigentümlichkeiten einzelner Arten reduziert und zu einem mechanistischeren und allgemeineren Verständnis der lokalen Biodiversitätsdynamik führt.
Diversität ist eine wichtige Voraussetzung für Adaptation an Umweltveränderungen. Biodiversität auf allen Ebenen (Allele, Arten, Interaktionen) ist wichtig für die Funktion und Stabilität von Ökosystemen, weil Diversität auch Redundanz bedeutet und damit die Möglichkeit ausgestorbene Arten/Genotypen auszutauschen. Individuelle Merkmalsausprägungen und phänotypische Plastizität können ebenfalls zur Stabilisierung von Ökosystemen beitragen, weil sie Populationsgrößenschwankungen abpuffern und so lokale Aussterbeereignisse verhindern. In jüngere Zeit nimmt die Biodiversität dramatisch ab, während massive Störungen von Ökosystemen immer häufiger und immer heftiger auftreten. Uns interessiert daher, wie individuelle Merkmalsausprägungen und phänotypische Plastizität sich auf die genetische Diversität einer Population und auf eine Räuber-Beute Interaktion auswirken und welche potentiellen Auswirkungen das auf die Stabilität des Ökosystems hat. Zwei Hypothesen werden betrachtet:(I) Phänotypische Plastizität (trait variation) kann die Biodiversität erhöhen, da sie eine bessere Nischenausnutzung erlaubt.(II) Phänotypische Plastizität (trait variation) kann die Biodiversität verringern, da sie den plastischen Organismen ermöglicht verschiedene Nischen zu besetzen anstatt zur Spezialisierung verschiedener Genotypen zu führen. Zusätzlich werden wir testen welchen Einfluss abiotische Stressoren auf diese Interaktionen haben. Wir verwenden in unschweren Versuchen das Räuber-Beute Modellsystem Daphnia pulex und Chaoborus Larven in einem zweiteiligen Versuchsansatz: 1) Wir werden Mesocosmen Experimente durchführen, bei denen wir den Einfluss diverser Stressoren (Predation, erhöhte Temperaturen, erhöhte CO2 Werte) auf die genetische Diversität einer Daphnia Population testen. Die Daphnia Population wird aus 10 verschiedenen Klonen bestehen, die unterschiedlich plastisch auf Räuberkairomon reagieren. Die Populationen werden einem biotischen Stressor (Invertebraten-Räuber) und zwei abiotischen Stressoren (erhöhte CO2 Werte und erhöhte Temperaturen), die direkt auf anthropogene Einflüsse zurück gehen, ausgesetzt. Wir werden die klonale Diversität der Beuteart und die Performance der Räuber untersuchen.2) Im zweiten Versuchsteil werden wir mit Modellierungen Feedback loops über Beutediversität und Phänotyp/Genotyp Interaktion und Überlebenskapazitäten unter verschiedenen Umweltbedingungen untersuchen. Mit diesem integrativen Versuchsansatz werden wir ein tiefergehendes Verständnis der Effekte von individueller Merkmalsausprägung und phänotypischer Plastizität auf die klonale Diversität von Populationen erzielen. Die Ergebnisse werden uns helfen besser einzuschätzen, wie diese Merkmale die Ökosystemfunktion und -stabilität beeinflussen.
Das Ziel dieser Studie ist zu verstehen, wie komplexe zeitliche und räumliche Prozesse die Biodiversität und funktionelle Diversität der mikrobiellen Gemeinschaft im Hainich CZE steuern. Ebenso wollen wir die dafür verantwortlichen Mechanismen entschlüsseln. Wir werden zur Hypothesenbildung mathematische Nahrungsnetzmodelle simulieren, und wie in der mikrobiellen Gemeinschaft sich die Biodiversität, funktionelle Diversität und Ökosystemfunktion verhalten. Die Hypothesen werden anhand empirischer Felddaten getestet. Dafür werden wir Daten der verschiedenen AquaDiva Projekte aus der ersten und zweiten Phase synthetisieren und analysieren.
Bisher ist nur unzureichend verstanden, ob Effekte durch MP-Partikel bereits während der Darmpassage oder erst nach Aufnahme ins Gewebe auftreten. Außerdem ist nicht geklärt, welche Charakteristika der MP-Partikel diese Effekte bedingen. In diesem Projekt sollen daher erstmals lokale histologische und molekulare Veränderungen im Gewebe direkt mit einzelnen MP-Partikeln korreliert werden. Dazu dient eine Kombination von bildgebenden Analyse-Verfahren (FTIR, Raman, Massenspektrometrie) und klassischer Histologie. Die Untersuchungen werden mit MP-Partikeln unterschiedlicher Zusammensetzung und Morphologie (sphärische Partikel, Fragmente, Fasern) an aquatischen und terrestrischen Modellorganismen durchgeführt. Durch Analyse desselben Gewebeschnitts mit komplementären Methoden können molekulare und histologische Veränderungen im Gewebe direkt auf einzelne (spezifizierte) MP-Partikel zurückgeführt werden und dadurch neue Erkenntnisse über die Wirkmechanismen erhalten werden.
B06 untersucht im SFB 1357 den Transport von chemisch komplexen und realitätsnahen Mikroplastik (MP)-Partikeln auf Bodenoberflächen und im Boden durch Wasser und Bioturbation in natürlichen gestörten und ungestörten Böden. Das Projekt liefert dadurch essenzielle Daten für ein Verständnis der Transport- und Akkumulationsmechanismen von unterschiedlichen umweltrelevanten Sorten von MP-Partikeln. Die Erkenntnisse zu potenziellen Akkumulationsbereichen und somit zur Expositionswahrscheinlichkeit für Organismen bilden die Grundlage für eine realitätsnahe ökologische Risikobewertung.
In Zeiten des Klimawandels wird die Pflanzengesundheit durch kombinierten Stress durch abiotischen, klimawandelbedingten Faktoren und biotischem Faktoren durch Schädlinge und Krankheitserreger beeinträchtigt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen abiotischer, klimawandelbedingte Stressfaktoren, wie z. B. erhöhtem atmosphärischen CO2-Gehalt (eCO2) und Trockenstress, auf die Interaktion zwischen Weinreben, Blattrollviren (GLRaV), und virusübertragenden Schmierläusen zu untersuchen. GLRaV, insbesondere GLRaV-3, verändert die CO2-Assimilation, die Wassernutzungseffizienz sowie die primären und sekundären Stoffwechselprodukte der Pflanze, was letzendlich zu Ertragsminderungen, verzögerter Fruchtreife und schlechter Traubenqualität führt. Das Virus wird durch infiziertes Vermehrungsmaterial und phloemsaugende Insekten, wie z. B. Schmierläuse, verbreitet. Es ist bekannt, dass eCO2- und Wasserstress einen erheblichen Einfluss auf die Pflanzenphysiologie und die Schädlingsbekämpfung haben kann. Außerdem weiß man, dass Pflanzenviren biotischen Stress für die Pflanzen verursachen und das Verhalten der Virusvektoren verändern können. Gleichzeitig werden Viren von denselben klimawandelbedingten abiotischen Stressfaktoren beeinflusst, wie die anderen Mitglieder des Ökosystems. Es gibt nur sehr wenige Studien über die Auswirkungen des Klimawandels auf Virusinfektionen auf Weinreben und keine einzige über die Auswirkungen auf Schmierläuse als Virusvektoren. Schlussfolgerungen aus anderen Pathosystemen zu ziehen, gestaltet sich schwierig, da die Auswirkungen von abiotischem, klimawandelbedingtem Stress oft artspezifisch sind. Bisher hat sich die Forschung vor allem mit den Wechselwirkungen einzelner Klimawandelparameter mit Pflanzen, Insekten oder Krankheitserregern befasst. Um die Wechselwirkungen zwischen mehreren Stressoren und die komplexen Beziehungen zwischen Pflanzen, Krankheitserregern und Vektoren zu verstehen, sind breitere Forschungsansätze nötig. Nur so können wirksame Anpassungsstrategien entwickelt werden um Pflanzen in der Zukunft gesund und produktiv zu halten. Im Rahmen des Projekts werden eine Reihe von Experimenten durchgeführt, bei denen Weinreben zwei Klimawandelparametern (Wasserstress + CO2) in Kombination mit biotischem Stress durch eine GLRaV-3-Infektion ausgesetzt werden. Untersucht werden die Mechanismen (Genexpression) und die Auswirkungen auf die Pflanzen (Aminosäuren, Phenole, C/N, Zucker, Chlorophyll) und den Insektenvektor (Fressverhalten, Fitness), zusätzlich zu klassischen Übertragungsexperimenten mit GLRaV. Die Forderung nach multifaktoriellen Stress-Experimenten wird seit Jahrzehnten erhoben. Diese Experimente sind ehrgeizig und komplex, aber sie sind der notwendige nächste Schritt, um Erkenntnisse über die zukünftige Entwicklung der Blattrollkrankheit zu gewinnen.
| Origin | Count |
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| Bund | 172 |
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| Förderprogramm | 172 |
| License | Count |
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| offen | 172 |
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| Keine | 1 |
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| Topic | Count |
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| Boden | 105 |
| Lebewesen und Lebensräume | 169 |
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| Weitere | 172 |