Das unvollständige Verständnis des Kohlenstoffkreislaufs im Boden spiegelt sich in der unsicheren Vorhersage der allgemeinen Systemreaktion wider, die oft rätselhaft ist und von Modellansätzen, die Bodenmikroorganismen ausschließen, nicht zuverlässig erfasst werden kann. Die Idee des C-Timing-Projekts ist, dass die sich rechtzeitig entwickelnde mikrobielle Gemeinschaft im Boden eine Kaskade von Ereignissen auslöst, die den Zersetzungsprozess entweder reduzieren/stabilisieren oder intensivieren. Die Wege der Zersetzungskaskade werden durch den Energieinput begrenzt und durch die Energieverteilung über die Kanäle des Nahrungsnetzes geformte Sauerstoffverfügbarkeit reguliert. Biologische Prozesse, die die Effizienz der Kohlenstoffnutzung beeinflussen, werden in diesem Projekt berücksichtigt und modelliert. Sie umfassen die Substrataufnahme durch Mikroorganismen, das mikrobielle Wachstum, die Aufrechterhaltung, die CO2-Emission, das Recycling der mikrobiellen Biomasse und das mikrobielle Absterben aufgrund von Prädation durch Weidetiere. Es werden mehrere Modelle mit zunehmender Komplexität und unterschiedlicher Darstellung der aufgeführten Prozesse erstellt und hinsichtlich i) der Gleichgewichtsverhältnisse der Haupt-C-Pools im Steady-State, ii) der transienten Dynamik der Hauptpools als Reaktion auf Substrateintrag oder Stresseinwirkung, die zur Unterdrückung des mikrobiellen Wachstums und des mikrobiellen Todes führen, analysiert. Besonderes Augenmerk wird auf die Bewertung der Modellstruktur in Bezug auf die zuvor ermittelten grundlegenden Beziehungen gelegt (z. B. Verhältnis von Cmic:Corg, Effizienz der Kohlenstoffnutzung und Effizienz der Kohlenstoffspeicherung auf lange Sicht).Der Hauptfaktor, der die metabolische Effizienz von Mikroorganismen im Boden beeinflusst, ist der vorherrschende Elektronenakzeptor, der die Energie- und Kohlenstoffumwandlung steuert. Daher werden aerobe und anaerobe Bedingungen für eine erfolgreiche Modellierung von mikrobiellem Wachstum und Umsatz unterschieden. Das allgemeine Ziel des Projektes ist es, ein mikrobiell-explizites Modell des Umsatzes organischer Substanz im Boden zu entwickeln, das auf einfache Weise die Dynamik der Kohlenstoff- und Energienutzungseffizienz beschreibt, eingeschränkt durch biotische Interaktionen und Bodenrandbedingungen. Dazu werden komplementäre Modellversionen entwickelt, verglichen und ggf. fusioniert. Ziel ist es, den Haupttreiber der zeitlichen Veränderungen des CUE zu finden, der durch die mikrobielle Thermodynamik und die Dynamik der funktionellen Struktur der mikrobiellen Bodengemeinschaft bestimmt wird. Die Simulationsergebnisse werden mit experimentellen Daten validiert, die in den Kernexperimenten und Verbundprojekten des SPP 2322 Soil Systems gesammelt wurden. Die endgültige Auswahl der vereinfachten Modellversion, die auf dem holistischen Prinzip basiert und vom SPP-Konsortium genehmigt wurde, erfolgt in Abstimmung mit anderen Modellierungsgruppen im Schwerpunktprogramm.
Die Sojabohne ist eine weltweit wichtige Nutzpflanze. Vor allem in Brasilien erkrankt sie ökonomisch merklich am Asiatischen Sojabohnenrost (SBR), der vom Pilz Phakopsora pachyrhizi hervorgerufen wird. Weil keine der verfügbaren Sojasorten gegen alle Isolate des Pilzes resistent ist, erfolgt der Schutz der Sojabohne vor dem SBR derzeit durch den intensiven Einsatz von chemisch-synthetischen Fungiziden. Deren Anwendung ist umstritten und soll mittel- bis langfristig deutlich reduziert werden. Um dies ohne merklichen Ertragsverlust bei der Sojabohne zu erreichen sind neue oder zumindest komplementäre Strategien zur Bekämpfung des SBRs notwendig. Unsere bisherigen Arbeiten im Themenfeld zeigten, dass die effektive Nichtwirt-Resistenz der Sonnenblume und der Ackerschmalwand gegen SBR teilweise auf der Anreicherung von antimikrobiellen Proteinen und des Cumarins Scololetin beruht. Tatsächlich hemmt Scopoletin die Keimung von P. pachyrhizi-Sporen effektiv. Es scheint aber in der Sojabohne nicht vorzukommen. Eine Rekonstitution der Scopoletinsynthese in transgenen Sojapflanzen reduzierte die Empfindlichkeit für SBR zwar etwas; eine zu hohe Scopoletinkonzentration aber schädigte die Pflanzen. Wir schlagen nun vor, die Nichtwirt-Resistenz der Sonnenblume gegen SBR auf die Sojabohn zu übertragen und das Scopoletin zunächst mithilfe eines bereits identifizierten Transportproteins auf die Blattoberfläche zu transportieren, wo es P. pachyrhizi-Sporen direkt und ohne pflanzenschädigende Nebenwirkungen bekämpfen soll. Gleiches schlagen wir für Isoscopoletin vor, das P. pachyrhizi ebenfalls sehr effektiv bekämpft, im Gegensatz zu anderen Cumarinen aber besonders lichtstabil ist. Außerdem wollen wir die Biosynthese von Sideretin in transgenen Pflanzen nachstellen und seinen Wirkmechanismus aufklären. Als komplementäre und möglicherweise synergistische Strategie beabsichtigen wir, antimikrobielle Blattoberflächen-Proteine, die bei der Nichtwirts-Resistenz der Sonnenblume gegen den SBR eine wichtige Rolle spielen, in transgenen Ansätzen an die Blattoberfläche der Sojabohne zu transportieren, wo sie P. pachyrhizi effektiv bekämpfen sollen. Sojapflanzen, die Cumarine und/oder gegen P. pachyrhizi aktive Proteine auf der Blattoberfläche akkumulieren, sind vielversprechend, um die Sojabohnenproduktion auch bei verringertem Fungizid-Einsatz sicherzustellen.
Im Jahr 2018 wurden in Deutschland rund 866 Millionen Tonnen Treibhausgase produziert, wobei weltweit 10-12 % der anthropogenen Treibhausemissionen der Landwirtschaft zuzuordnen sind. Während der Austausch an CO2 durch die gleichzeitige CO2 Fixierung in organische Masse fast ausgeglichen ist, beträgt der Anteil der Landwirtschaft bei Methan 50 % und Lachgas sogar 60 % aller Emissionen. Dies ist vor allem auf den Einsatz mineralischer und organischer Düngemittel zurückzuführen. Ohne ein aktives Gegensteuern wird eine Steigerung der Lachgasemissionen um 30-65 % bis 2030 in der Agrarwirtschaft erwartet. Um das gesetzte klimapolitische Ziel einer weitgehenden Treibhausgas-Neutralität bis 2050 zu erreichen, stellt ein klimaschonender Anbau von nachwachsenden Rohstoffen in der Landwirtschaft eine wichtige Strategie dar. Ein zentraler Teilaspekt dieser Strategie könnte die Ansiedlung der gegenüber biotischen und abiotischen Bedingungen toleranten terrestrischen Cyanobakterien sein, die in der Lage sind Luftstickstoff zu fixieren und in - für andere Organismen verwertbaren - Stickstoff umzuwandeln und an die Umgebung abzugeben. Zusätzlich dazu wachsen terrestrische Cyanobakterien eingebettet in einer Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen was zu einer wünschenswerten Bodenstabilisierung und damit zum Schutz vor Bodenerosion sowie zur Förderung der Wasserspeicherung im Boden beitragen könnte. Hierzu sollen stickstofffixierende Cyanobakterien, die aus der kühlgemäßigten Klimazone isoliert wurden, eingesetzt werden. Geeignete Stämme müssen die Stickstofffixierung räumlich durch die Ausbildung von Heterozysten vom Photosyntheseapparat getrennt haben und den bioverfügbaren Stickstoff an die Umgebung abgeben. Co-Kultivierungen von Cyanobakterien mit Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand) sowie Triticum aestivum (Weizen) sollen zeigen, ob eine künstlich induzierte Symbiose möglich ist. Neben der Agrarpflanze Weizen wurde A. thaliana ausgewählt, da es sich hierbei um eine schnellwachsende und gut charakterisierte Modellpflanze handelt und sie zur selben Familie wie die Nutzpflanzen Kohl, Brokkoli und Meerrettich zählt. Zur Ausbringung der Biofilme in die Agrarwirtschaft sollen diese auf einem biologisch abbaubaren Trägermaterial immobilisiert werden. Hierfür soll ein Aerosolreaktor konzipiert und charakterisiert sowie ein Animpf- und Ernteverfahren etabliert werden. Zusätzlich dazu soll der Wasserrückhalt der Biofilme durch Variation der Prozessparameter optimiert werden. Abschließend soll die Co-Kultivierung von immobilisierten Cyanobakterien auf dem Trägermaterial und Pflanzen in Pflanzsubstraten in Abhängigkeit der Temperatur untersucht werden. Hier soll die Frage beantwortet werden, ob ein periodisches Ausbringen der Cyanobakterien notwendig ist, oder ob eine dauerhafte Implementierung von Biofilmen im Boden möglich ist.
Eine Voraussetzung für die Identifizierung von Mustern in der Rhizosphäre ist die Lokalisierung von Wurzeln in situ während ihres Wachstums. Wurzeln sind als Senke und/oder Quelle von radialen Transportprozessen der Ausgangspunkt für die Musterbildung. Gleichzeitig verändern sie ständig die Randbedingungen für den Transport, insbesondere die Bodenstruktur in der Rhizosphäre.In Phase 1 untersuchten wir die Architektur des Wurzelsystems über die Zeit und inwieweit das Fehlen von verlängerten Haaren zu kompensatorischen Mechanismen auf der Skala einzelner Wurzelsegmente oder auf Wurzelsystemskala führt und ob Unterschiede in der Musterbildung (physikalisch und chemisch) in Abhängigkeit vom Bodensubstrat (Sand vs. Lehm) auftreten. Wir setzten die beobachteten Veränderungen auf der Skala des Pflanzensystems mit der Nährstoffaufnahme, der Biomasseproduktion und der Bodeninfiltration als emergente Eigenschaften in Beziehung.Das Substrat zeigte einen überraschend großen Effekt auf Wurzelmerkmale im Allgemeinen (P1) und auf den Wurzeldurchmesser und den Wurzelabbau im Besonderen. Daher werden wir uns in Phase 2 darauf konzentrieren, die Mechanismen zu entschlüsseln, die diesen Veränderungen des Wurzeldurchmessers und des Wurzelabbaus zugrunde liegen. Wir werden untersuchen welche Konsequenzen veränderte Durchmesser und Abbauraten für die Musterbildung haben, d.h. Ausbildung chemische Gradienten, Bioporenrecycling und Kohlenstofffluss. Der Phänotyp 'erhöhter Wurzeldurchmesser' kann durch Ethylen induziert werden. Änderungen in der Ethylenkonzentration können aus Änderungen in der Ethylenproduktion und/oder Änderungen in der Ethylendiffusion in der Rhizosphäre resultieren. In einer Reihe von Laborexperimenten werden wir testen, ob solche Veränderungen tatsächlich auftreten und ob sie mit den mechanischen Eigenschaften des Bodens oder dem Wurzel-Boden-Kontakt in Verbindung gebracht werden können. Letzterer soll sich systematisch zwischen den beiden Substraten unterscheiden. Unterschiede im Wurzelabbau könnten auch mit Ethylen zusammenhängen, da sowohl eine veränderte Geometrie als auch eine veränderte chemische Zusammensetzung den Abbau und damit den Kohlenstofffluss beeinflussen.In den Laborexperimenten werden wir die Ethylenkonzentration in der Bodenluft und die Wurzel-Boden-Kontaktfläche für Wurzeln verschiedener Durchmesserklassen sowie den Wurzelabbau messen. Wir werden auch die Wurzeldurchmesser in Bioporen untersuchen und wie radiale chemische Gradienten beeinflusst werden. Die Experimente werden in Kooperation mit P7, P8 (Genetik) P14, P17 (Mikrobiom), P23 (Mechanik), P11 (Exsudation), P4 (Modellierung) und P19 (Kohlenstofffluss) durchgeführt.Den Feldversuch nutzen wir um Langzeitänderungen in der Bodenstruktur zu untersuchen. Unser Augenmerk liegt auf Bioporenbesatz im Boden sowie dessen Einfluss auf Infiltrationskapazität und Wasserhaltevermögen als emergente Eigenschaften auf der Feldskale.
Im Projekt "Ein kostengünstiges mechanisch gesteuertes polarimetrisches Phased-Array Doppler Wetterradar, Phase 2" entwickelt das Fraunhofer FHR in Kooperation mit dem Institut für Geowissenschaften, Abteilung Meteorologie der Uni Bonn einen Prototyp eines Phased-Array-Radars (PAR) auf Basis einer AESA-Antennenapertur (Active Electronically Scanned Array), mit dem Ziel innerhalb einer Minute eine volumetrische Wetterkarte zu erstellen. Ein PAR-Wetterradar ist optimal geeignet, um die zeitliche Auflösung durch elektronische Strahlschwenkung zu verbessern. Aus Kostengründen konnte sich diese Technologie bisher aber nicht gegenüber Reflektorsystemen durchsetzen. In Phase I wird eine neuartige Antennenlösung zur Entkopplung von Strahlschwenkung und Fokussierung untersucht, um so Komplexität und Kosten zu minimieren. Anstatt wie üblich die Apertur sowohl für die Strahlschwenkung als auch für die Fokussierung zu verwenden, fokussiert ein Parabolzylinder im Azimut, während ein kompakter PAR in seiner Brennlinie die elektronische Schwenkung sowie die Fokussierung in der Höhe ermöglicht. Zur Erzeugung polarimetrischer Momente hoher Qualität wurde eine spezielle aktive Antennenansteuerung entwickelt, um eine Unterdrückung der Kreuzpolarisation von über 40 dB in Broadside und über 30 dB bei einer Strahlneigung von 45° zu erreichen.In Phase II wird die Implementierung der Strahlschwenkung zur Fertigstellung und operationalen Bewertung des Prototyps angestrebt. Im Wesentlichen sollen Strahlbeschleunigungstechniken zur schnellen Erzeugung volumetrischer Wetterkarten untersucht werden, da die einfache Verkürzung der Verweilzeit (Dwell Time) zu größeren statistischen Unsicherheiten bei den polarimetrischen Momenten führen würde. Mit Beam Multiplexing (BMX, sequentielle Übertragung von Impulspaaren entlang verschiedener Richtungen) sollen die Dekorrelation von Stichproben erhöht und schnellere Scans bei gleichbleibender Datenqualität erzielt werden. Darüber hinaus soll mit einem herkömmlichen Step-Scan-Verfahren das BMX für die unteren Elevationen in Abhängigkeit von der spezifischen Wetterereignisstatistik adaptiv ergänzt werden. Die sorgfältige Realisierung eines solchen adaptiven Scannens wird als wesentlicher Schritt angesehen, um das Scan-Beschleunigungspotential von PARs voll auszuschöpfen und ein automatisiertes priorisiertes Tracking potenziell gefährlicher Wetterereignisse zu erreichen.Die Universität Bonn wird die Messungen der überlappenden X-Band-Forschungsradare für eine eingehende Bewertung des neuen PAR und seiner polarimetrischen Fähigkeiten nutzen. Darüber hinaus ermöglicht die neue Technologie die Überwachung der vorkonvektiven Umgebung mit einer höheren zeitlichen Auflösung, was wiederum die Fähigkeit verbessert, Wasserdampffelder aus vom Radar erfassten Änderungen des Brechungsindex abzuleiten. Wir werden die neuen Fähigkeiten bewerten und somit zum fünften Ziel des SPP beitragen, d.h. zur radarbasierten Erfassung der Konvektionsinitiierung.
Pflanzen produzieren eine große Zahl an primären und spezialisierten Metaboliten, welche zum Teil über die Wurzel in die Erde abgegeben werden. Diese Metaboliten beeinflussen andere in der Erde lebenden Organismen, inklusive Tiere, Pflanzen oder Mikroben. Mikroben reagieren besonders empfindlich auf die Menge und das Verhältnis pflanzlicher Metabolite in ihrer Umgebung, da die Anwesenheit dieser Metabolite typischerweise auf die Gegenwart eines möglichen Wirts und dessen physiologischen Zustand hinweist. Allerdings scheiden Pflanzen auch Metabolite aus, die das Wachstum von anderen Organismen behindern, z.B. als spezifische Antibiotika wirken und unter Umständen sogar das Wachstum anderer Pflanzen hemmen. Vom Standpunkt einer Pflanze sind fremde Metabolite potentielle Xenobiotika, im Falle einer wachstumshemmenden Wirkung werden sie auch als Allelochemikalien bezeichnet. Süßgräßer, zu denen auch wichtige Nutzpflanzen wie Mais, Gerste und Weizen gehören, stellen eine spezielle Klasse von spezialisierten Metaboliten her: die Benzoxazinoide. Benzoxazinoide sind Allelochemikalien und haben einen starken und nachhaltigen Einfluss auf Bodenbakterien, welche wiederum die Entwicklung nachfolgender Pflanzengenerationen beeinflussen.In Rahmen dieses Projekts wird untersucht, wie Benzoxazinoide die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft auf Pflanzenwurzeln beeinflussen und wie diese Veränderungen wiederum den Phänotyp der Wirtspflanze beeinflussen. Das Ziel ist es, die genetischen Komponenten zu identifizieren und zu charakterisieren, die die spezifische Antwort in einzelnen Bakterienstämmen auf die Gegenwart von Benzoxazinoiden determinieren. Darüber hinaus wird untersucht, wie sich diese Gene auf die Zusammensetzung von bakteriellen Gemeinschaften auswirken, die sich an und auf Wurzeln etablieren, wenn diese Gemeinschaften Benzoxazinoiden ausgesetzt werden. Hierzu werden metagenomische und andere molekularbiologische Analysen durchgeführt, um zu ergründen wie sich Veränderungen in der Zusammensetzung dieser Gemeinschaften auf die Entwicklung von Pflanzen auswirken.
In Folge des globalen Klimawandels hat sich die Meereisdecke in der Arktis dramatisch verändert. Im derzeitigen Zustand spielt die arktische Eisdecke eine wichtige Rolle; so schirmt sie das Oberflächenwasser, die sogenannte arktische Halokline (Salzgehaltsschichtung), von der Erwärmung durch die sommerliche Sonneneinstrahlung ab. Zudem wird die Halokline durch die Salze, welches beim Gefrierprozess des Meerwassers aus der Kristallstruktur austritt, gebildet und stabilisiert. Gleichzeitig wirkt die Halokline als Barriere zwischen der Eisdecke und dem darunter liegenden warmen atlantischen Wasser und trägt so zum Erhalt der arktischen Meereisdecke bei. Dieses Gleichgewicht ist nun durch die insgesamt wesentlich dünnere arktische Meereisdecke und ihre verringerte sommerliche Ausdehnung gestört. Im Meerwasser sind zudem Gase und biogeochemisch wichtige Spurenstoffen enthalten. Diese werden durch die Gefrierprozesse eingeschlossen, beeinflusst und wieder ausgestoßen. So beeinflusst die Meereisdecke die Gas- und Stoffflüsse zwischen Atmosphäre, Eis und oberer Wasserschicht. Durch die Eisbewegung findet außerdem ein Transport statt z.B. in der sogenannten Transpolarendrift von den sibirischen Schelfgebieten, über den Nordpol, südwärts bis ins europäische Nordmeer. Nun wird mit den weitreichenden Veränderungen des globalen und arktischen Klimawandels bereits von der „neuen Arktis“ gesprochen, da angenommen wird, dass sich die Arktis bereits in einem neuen Funktionsmodus befindet. Dabei ist jedoch weitgehend unbekannt wie dieses neue System funktioniert, sich weiterentwickelt und wie sich dies auf die Eisbildungsprozesse und damit die Stabilität der Halokline und die damit verbundenen Gas- und Stoffflüsse auswirkt. Für solche Untersuchungen werden über den Jahresverlauf Proben der oberen Wassersäule und der Eisdecke benötigt. Ermöglicht wird dies durch die wissenschaftliche Initiative MOSAiC. Mithilfe der stabilen Isotope des Wassers (?18O und ?D) aus dem Eis und der Wassersäule kann Rückschlüsse auf die Herkunftswässer und den Gefrierprozess gezogen werden und diese Ergebnisse sollen in direkten Zusammenhang mit Gas- und biogeochemischen Stoffuntersuchungen (aus Partnerprojekten) gesetzt werden. Dabei können z.B. Stürme, Schmelzprozesse, Schneebedeckung, Teichbildung und Alterungseffekte des Eises eine Rolle spielen. Untersucht wird parallel die Veränderung der Wassersäule welche z.B. durch Wärmetransport, wiederum die Eisdecke beeinflussen kann.Diese prozessorientierten Untersuchungen der saisonalen Eisbildungsprozesse in Eis und Wassersäule der zentralen Arktis, werden einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Stabilität der arktischen Halokline und der arktischen Gas- und Stoffflüsse liefern. Da sich die Gase und Stoffe nicht-konservativ verhalten, während die Isotope im Gefrierprozess konservativ sind, erwarten wir aus der Diskrepanz wiederum wichtige Informationen z. B. über wiederholtes Einfrieren von Süßwasserbeimengungen ableiten zu können.
Die Pflanzenzüchtung beruht überwiegend auf der Selektion von neuen, vorteilhaften Allelkombinationen um Nutzpflanzen zu verbessern. Neue Allelkombinationen entstehen durch meiotische Rekombination und Fremdbestäubung im Zuge der sexuellen Reproduktion. Rekombination und Fremdbestäubung zählen gleichzeitig zu den wichtigen Mechanismen, welche die Evolution pflanzlicher Populationen ermöglichen. Die Genome vieler Nutzpflanzen (z.B. Roggen, Weizen und Gerste) bestehen aus sehr großen, heterochromatischen Bereichen, in denen die Rekombinationsrate extrem reduziert ist. In diesen genomischen Bereichen befinden sich allerdings ca. 30 % aller Gene, welche dadurch für Pflanzenzüchter unzugänglich sind. In diesen Bereichen befinden sich tendenziell Gene, welche in essentiellen zellulären Prozessen, wie z.B. der Photosynthese, involviert sind. Weiterhin ist die Fremdbestäubung in Arten, welche ihren Pollen über Wind verbreiten, von der Größe der Pollen abhängig.Die meiotische Rekombination und die Pollenentwicklung werden auf molekularbiologischer Ebene durch mehr als 80 bisher bekannte Gene reguliert. Interessanterweise sind beide Prozesse auch stark von Umweltbedingungen abhängig. Diese Umweltabhängigkeit führt zu quantitativen Änderungen in der Ausprägung dieser Merkmale und ermöglicht so Variabilität in der Entstehung neuer Allelkombinationen im Laufe der Evolution.Das Ziel dieses Projektes ist es die genetischen Mechanismen zu verstehen, welche zu Variationen in der Rekombinationsrate, der Pollengröße und der Selektion unter Stressbedingungen führen. Die Erkenntnisse, welche hier erarbeitet werden, können dazu führen Züchtungsmethoden zu verbessern. Dies kann durch eine Erhöhung der effektiven Rekombinationsrate durch meiotische Rekombination und Fremdbestäubung geschehen. Weiterhin besteht die Möglichkeit unser Verständnis über den direkten Einfluss von Rekombination und Fremdbestäubung auf Verschiebungen in der Allelfrequenz durch Selektion zu verbessern.Um dieses Ziel zu erreichen beabsichtigen wir einen Dauerfeldversuch zu nutzen in dem eine Roggenpopulation abiotischem Stress ausgesetzt ist. Das Projekt ist auf drei Schwerpunkte ausgerichtet: (1) der genetischen Kontrolle der Rekombinationsrate unter abiotischem Stress und basierend auf genetischen Unterschieden, (2) der genetischen Grundlage von quantitativen Unterschieden in der Pollengröße unter abiotischem Stress und basierend auf genetischen Unterschieden und (3) der Verschiebung von Allelfrequenzen durch Selektion unter abiotischem Stress und wie diese direkt von Rekombination und Fremdbestäubung beeinflusst werden.Dies wird unser Verständnis über die effektive Entstehung neuer Allelkombinationen durch Rekombination und Fremdbestäubung verbessern. Die hier identifizierten Genvarianten können dann in Züchtungsprogramme integriert werden.
Ökologische Stabilität ist der Schlüssel zur Vorhersage der Folgen von Umweltveränderungen, denn sie umfasst Aspekte der Antwort auf verschiedene Störungsszenarien, zum Beispiel die Fähigkeit, Veränderungen zu widerstehen, diese zu absorbieren oder sich von ihnen zu erholen. Die wichtigsten Fortschritte bei der wissenschaftlichen Bewertung der ökologischen Stabilität in jüngster Zeit ergaben sich aus i) der Anerkennung der mehrdimensionalen Natur der Stabilität, ii) der Unterscheidung zwischen der Stabilität funktioneller Eigenschaften eines Ökosystems und der Stabilität der Zusammensetzung der Gemeinschaft und iii) der Erkenntnis der Bedeutung der räumlichen Dynamik für das Verständnis der lokalen Stabilitätseigenschaften. Trotz dieser Fortschritte wird unser Verständnis der Stabilität (und ihrer Verwendung in den Ökologie- und Umweltwissenschaften) immer noch durch unsere Unfähigkeit behindert, die Stabilität der Gemeinschaft anhand artspezifischer Leistungen und Merkmale vorherzusagen. Das Verständnis der Beiträge der Arten zur Stabilität ist das Hauptziel dieses Projektantrages. Wir werden Metriken verfeinern und testen, die die Reaktionen der Arten auf sich ändernde Umgebungen erfassen, und diese Metriken verwenden, um die Stabilität von Lebensgemeinschaften anhand der Leistung einzelner Arten vorherzusagen und die vorhergesagte Stabilität mit der beobachteten zu vergleichen. Die Arbeit ist in vier Arbeitspakete unterteilt, die Simulationen und Datenanalyse (WP 1) kombinieren mit drei experimentellen Arbeitspaketen zunehmender Komplexität (WP2-4). Die Metaanalyse in WP 1 verwendet kürzlich entwickelte Methoden zur Zerlegung von Stabilität, um Arten zu identifizieren, die zur Stabilität oder Verwundbarkeit in verschiedenen Arten von Ökosystemen und Organismen beitragen. Für die Experimente werden marine Planktongemeinschaften unterschiedlichen Trends und Temperaturschwankungen ausgesetzt sein. Diese Experimente werden von einem Bottom-up-Ansatz ausgehen, bei dem Arten mit bekannten Reaktionen zu Artenpaaren und Zusammenstellungen mit geringer Diversität kombiniert werden, wobei die erwartete mit der beobachteten Stabilität verglichen wird (WP 2). In WP 3 werden wir mithilfe eines Metacommunity-Setups testen, wie die Vorhersagbarkeit von Stabilitätsaspekten wie Resistenz, Resilienz, Erholungsfähigkeit und zeitliche Stabilität von der Konnektivität im Raum abhängt. Schließlich werden wir Mesokosmen verwenden, um zu testen, ob dieselben Merkmale die Stabilität der Phytoplanktongemeinschaft in Abwesenheit oder Gegenwart eines generalistischen Zooplankton-Verbrauchers beeinflussen.
Als ganz eigene Ökosysteme stellen Städte die Ökosystemforschung und den Schutz von Biodiversität vor eine neue Herausforderung. Urbane Lebensräume können artenreiche Gemeinschaften an z.B. Blütenpflanzen und Insektenbestäubern beherbergen, bedrohen diese sowie assoziierte Bestäubungsleistungen aber zeitgleich durch urbane Stressoren, die so in ihren ursprünglichen Lebensräumen nicht vorkommen, z.B. städtische Hitze. Theoretisch sollten Bestäubergemeinschaften mit einer hohen funktionalen Vielfalt und einer ausgewogenen Verteilung von Merkmalen widerstandsfähiger gegenüber solchen Stressfaktoren sein und somit die Bestäubungsfunktion auch dort aufrechterhalten, wo Arten verloren gehen. Es gibt jedoch nur wenige Studien über die Auswirkungen städtischer Stressfaktoren auf Bestäubergemeinschaften, Bestäubungsnetzwerke und die daraus resultierende Bestäubung. Auch ist wenig darüber bekannt, wie die lokale Bewirtschaftung von Gärten Stressoren z.B. durch die Bereitstellung von floralen Ressourcen abmildern kann. Ziel dieses Projekts ist es zu verstehen, wie Stressoren der Stadtumgebung Wildbienen, ihre Interaktionen mit Pflanzen und Bestäubungsleistungen in städtischen Gärten beeinflussen. Dabei untersuchen wir, wie funktionelle Merkmale von Bienen- und Blütenarten, Bienen-Pflanzen-Netzwerke sowie die Nahrungsversorgung von Bienen und die Bestäubung durch urbane Stressoren beeinflusst werden. Außerdem wollen wir herausfinden, wie zu erwartende negative Effekte durch eine entsprechende Gartenbewirtschaftung abgemildert werden können. Um dies zu erreichen, betrachten wir sowohl die Perspektive der Bienen als auch die der Pflanzen. Um diese Fragen zu beantworten, untersuchen wir in 30 Gärten in den Metropolregionen Berlin und München (i) die Verteilung von Merkmalen und Bienen-Pflanzen-Interaktionen empirisch und (ii) die Nahrungsversorgung von Bienenversorgung und Bestäubung von Nutzpflanzen experimentell. Zusätzlich greifen wir auf (iii) sozialwissenschaftliche Methoden zurück, um besser zu verstehen, welche Faktoren Managemententscheidungen von Gartenbesitzern bestimmen, die ihrerseits negative Auswirkungen für Wildbienen und assoziierte Ökosystemfunktionen entweder abmildern oder verschlimmern können. Dabei kombinieren wir Methoden der analytischen Chemie, Netzwerk- und Merkmalsanalyse sowie Modellierung, um das Beziehungsgefüge zwischen Biodiversität, Management und Stressoren in urbanen zu klären. Unsere Teams vereinen dabei ihre jeweilige Expertise in Umweltchemie und Stadtökologie. So können wir zu einem besseren Verständnis der grundlegenden Mechanismen beitragen, welche der Erhaltung von Biodiversität, den Interaktionen zwischen Arten und den Ökosystemfunktionen in bisher noch wenig erforschten urbanen Ökosystemen zu Grunde liegen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 124 |
| Land | 3 |
| Wissenschaft | 47 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 123 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 124 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 121 |
| Englisch | 91 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 1 |
| Keine | 54 |
| Webseite | 70 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 90 |
| Lebewesen und Lebensräume | 117 |
| Luft | 72 |
| Mensch und Umwelt | 124 |
| Wasser | 62 |
| Weitere | 124 |