Kontaminanten mit antimikrobiellen Eigenschaften wie Schwermetalle und Antibiotika stellen eine erhebliche Bedrohung für die Bodengesundheit dar. Während Schwermetalle oft als Altlasten betrachtet werden, handelt es sich bei Antibiotika um aufkommende Kontaminanten. Flussaueflächen, die sich zwischen schadstofftransportierenden Flüssen und landwirtschaftlichen Flächen befinden, sind potenzielle Hotspots für das gleichzeitige Auftreten und die Vermehrung von Schwermetall-Resistenzgenen (HRGs) und Antibiotika-Resistenzgenen (ARGs). Diese Studie zielt darauf ab, die Rolle von Flussaueflächen als Kontaktzonen für das gleichzeitige Auftreten und die Bewegung von Antibiotika und Schwermetallen sowie der damit verbundenen Resistenzen zu untersuchen. Wir nehmen an, dass Resistenzgene gegen einen Kontaminanten in Anwesenheit des anderen Kontaminanten in Flussaueflächen verbreitet werden, da beide Resistenzen aus unterschiedlichen Quellen in die Flussaueflächen gelangen und auf denselben mobilen genetischen Elementen auftreten. Drei Forschungsziele werden verfolgt: Bestimmung der Häufigkeit und Verteilung von HRGs und ARGs in Flussaueflächen und deren Verteilung entlang entgegengesetzter Antibiotika- und Schwermetallgradienten. Erforschung der Anpassung von Flussaue-Graslandschaften an die Co-Kontamination mit Schwermetallen und Antibiotika sowie Untersuchung der Bewegung von Resistenzgenen. Bewertung des Einflusses der Rhizosphäre auf die Vermehrung von ARGs und HRGs unter Einwirkung eines der Kontaminanten. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt umfasst Felduntersuchungen zur Messung von Schwermetall- und Antibiotikakonzentrationen sowie zur Quantifizierung der entsprechenden Resistenzgene. Es werden zusätzliche Faktoren untersucht, die die Ausbreitung von Resistenzgenen beeinflussen, einschließlich Bodengeochemie, Biotopart, Klima und Dynamik der mikrobiellen Gemeinschaft. Ein Modellversuch mit einem Flussauenstreifen wird durchgeführt, um die Bewegung und den Abbau von Resistenzgenen zu beurteilen. Die Anpassung der mikrobiellen Gemeinschaften wird mittels Amplicon-Sequenzierung analysiert und die Rolle der Rhizosphäre-Prozesse bei der Vermehrung von Resistenzgenen wird bewertet. Die Ergebnisse dieser Studie tragen zu einem besseren Verständnis der Faktoren bei, die das gleichzeitige Auftreten und die Vermehrung von ARGs und HRGs in Flussaueflächen beeinflussen.
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.
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.
Störungen wie Trockenheit oder Sturm, welche zum Verlust des Kronendachs führen, verändern mikroklimatische Bedingungen und damit die Streuumsetzung und den Kohlenstoffkreislauf in Waldökosystemen. Ein Nadelöhr der Streuumsetzung ist der Abbau von Lignin, der nicht nur durch Mikroorganismen, sondern auch abiotisch unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung und Wärme erfolgt. Gerade in gestörten Waldökosystemen Mitteleuropas können Quantität und Qualität der organischen Bodensubstanz durch abiotischen Ligninabbau und seiner synergistischen Wirkungen maßgeblich beeinflusst werden. Hierzu ist bislang jedoch wenig bekannt. Um den Einfluss des fehlenden Kronendachs auf die Streuumsetzung auf Störungsflächen im Wald zu erkennen und zu quantifizieren, werden wir folgende Hypothesen testen: (H1) Der abiotische Abbau des Lignins nimmt mehr mit der Lichtintensität als mit der Temperatur und abnehmender Feuchte zu. (H2) Beim abiotischen Abbau des Lignins entstehen Abbauprodukte, die stärker depolymerisiert sind als Abbauprodukte der Rotfäule und weniger funktionelle Sauerstoffgruppen enthalten als Abbauprodukte der Weißfäule. (H3) Abiotischer Ligninabbau in der Humusauflage begünstigt Bakterien gegenüber Pilzen, und fördert die Produktion von gelöster organischer Substanz reich an depolymerisierten und desoxygenierten Ligninverbindungen. (H4) Geht also das Kronendach verloren, führt verstärkter Lichtintensität und die damit einhergehende abiotische Depolymerisierung und Desoxygenierung dazu, dass organische Substanz, die aus der Humusauflage in den Mineralboden gelangt, für Mikroorganismen schlechter abbaubar ist und eine geringere Affinität zu Bodenmineralen aufweist. Wir werden diese Hypothesen testen, indem wir zunächst in Laborinkubationsexperimenten mit Modellsubstanzen sowie Fichten- und Buchenstreu unter kontrollierten Licht-, Feuchte- und Temperaturbedingungen und unter Nutzung standardisierter mikrobieller Inokula die abiotischen Abbauraten sowie die entstehenden Ligninabbauprodukte mittels wässrige Extrakte, Kupferoxid-Oxidation sowie Röntgen-Photoelektronenspektroskopie und bestimmen. Außerdem wir in diesen Inkubationsexperimenten die Reaktion von Pilzen und Bakterien auf den abiotischen Abbau mittels Analyse von Zersetzungsart, Phospholipidfettsäuren sowie mikrobiellem Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor bestimmt. Weiter werden wir in Fichtenmischbeständen entlang eines Störungsgradienten im Nationalpark Schwarzwald die in-situ-Transformation von 13C-markierter Buchenstreu untersuchen. Während einer gleichzeitigen zweijährigen Inventur in diesen Fichtenmischbeständen werden außerdem Indikatoren abiotischen Abbaus sowie die Reaktivität und Stabilität der organischen Bodensubstanz erfasst. In der Gesamtschau werden die Ergebnisse unseres Projekts es ermöglichen den abiotischen Ligninabbau zu quantifizieren und somit seine Bedeutung für die Entstehung und Stabilität der organischen Bodensubstanz auf Störungsflächen im Wald zu ermitteln.
Die Landwirtschaft steht in vielen Teilen Europas vor zwei großen Herausforderungen: Die zunehmende Verknappung des verfügbaren Bodenwassers und eine gleichzeitige Stickstoffreduktion, als Maßnahme die eine Verunreinigung des Grund- und Oberflächenwassers durch Nitrate verhindern soll. Beide Herausforderungen stehen in Wechselwirkung, da eine geringe Verfügbarkeit von Bodenwasser zum einen die Transpiration und die Massenfluss-getriebene Aufnahme von Nährstoffen wie Nitrat (NO3-) und Chlorid (Cl-) verringert. Im Gegenzug hat sich gezeigt, dass die Aufnahme, d. h. das Vorhandensein von NO3- und Cl- im Blatt, die stomatären Bewegungen beeinflussen und somit wiederum einen wichtigen Einfluss auf den Wasserverbrauch der Pflanzen haben. In dem geplanten Projekt soll die Beziehung zwischen dem NO3--zu-Cl--Verhältnis im Boden und der stomatären Bewegung an zwei Kulturpflanzen untersucht werden; der dikotylen Ackerbohne und dem Getreide Gerste. Beide Kulturen unterscheiden sich vermutlich hinsichtlich einer Abhängigkeit von NO3- und Cl- für die Regulierung der stomatären Leitfähigkeit, da der stomatäre Schluss in Gerste von apoplastischem NO3- abhängt, während diese Abhängigkeit bei dikotylen Pflanzen nicht gefunden wurde. Darüber hinaus ist nicht bekannt, ob Gersten- oder Ackerbohnenschließzellen die Aufnahme von NO3- gegenüber Cl- bevorzugen, um die stomatäre Öffnung voranzutreiben. Das Projekt soll den Einfluss des NO3--zu-Cl--Verhältnisses im Boden auf die Stomata in vier Arbeitspaketen (APs) untersuchen, in deren Umfang Versuche auf den Organisationsebenen der Gesamtpflanzen (AP1), von Organ-/Gewebeebene (AP2), auf Einzelzellebene (AP3) und abschließend an individuellen Transportproteinen (AP4) durchgeführt werden sollen. Im AP1 werden verschiedene NO3--zu-Cl--Verhältnisse im Boden mit der Fähigkeit unserer Modellpflanzen, die Stomata sowie die Hydratisierung des Blattes zu regulieren, in Beziehung gesetzt. In AP2 werden wir untersuchen, inwieweit unterschiedliche NO3--zu-Cl--Verhältnissen im Boden die Ionen-, Metaboliten- und Hormonkonzentration (ABA) im Blattapoplasten und im Schließzellsymplasten beeinflussen, während AP3 zeigen soll, in welchem Maße das Anionenangebot (NO3-, Cl-) die stomatären Bewegungen beeinflusst. Im Zuge dessen soll geprüft werden, ob Schließzellen der Ackerbohne und Gerste NO3- oder Cl- für die osmotischen Prozesse bevorzugen, die die stomatären Bewegungen antreiben. Schließlich werden wir uns im WP4 auf die Rolle von NPF-Transportern für der Aufnahme von NO3- und Cl- in Schließzellen sowie auf die Rolle der SLAC1-ähnlichen Anionenkanäle, die diese Anionen wieder aus den Schließzellen herausschleusen können, konzentrieren. Obgleich gezeigt wurde, dass SLAC1-ähnliche Kanäle eine wichtige Rolle bei der Regulation der stomatären Bewegungen spielen, gibt es nur wenige Informationen über die Bedeutung einer NPF-vermittelten Aufnahme von NO3- und Cl- in die Schließzellen.
Das Hauptziel von Teilprojekt (TP) 7 ist es, die Tiernutzung und -haltung im Mongolischen Reich besser zu erfassen. Die umfangreichen archäologischen Ausgrabungen der Universität Bonn in Karakorum, sowie Reiseberichte stellen die Hauptquellen dar. Frühere Analysen belegen zwar eine vielfältige Faunendiversität mit Schafen und Rindern als Hauptquelle für Fleisch und Fett, trotz allem bleiben noch viele Fragen offen. Durch den Vergleich der Siedlung Karakorum mit zwei weiteren gleichaltrigen Fundstellen (Khar Khul Khaany Balgas und Bayan Gol) soll das Herdenmanagement nomadischer Hirten und deren Anpassungsstrategien, sowie die Herkunft der Nutztierarten und deren Erbgut während des Mongolischen Reiches beleuchtet werden. So wird der Beitrag der Tierhaltung zur Entwicklung städteartiger Siedlungen in der mongolischen Hochebene im bisher umfassendsten Ansatz für diese Region evaluiert. Die Archäofauna von Karakorum ist dank ihres Umfangs und des kürzlich verfeinerten Chronologieschemas der Ausgangspunkt unserer Untersuchungen. Die im Rahmen dieses Projektes eingesetzten neuen Forschungsansätze werden unser Verständnis über die Tierhaltung v.a. von Schaf und Ziege maßgeblich verbessern. So können über den Zahnabrieb Rückschlüsse auf die Fütterung geschlossen und über die Lämmersterblichkeit und die Auswirkungen des Einpferchens der Tiere in Gehegen die Qualität der Tierhaltung analysiert werden. Die Ergebnisse aller drei Fundstellen werden miteinander verglichen, um die mögliche Vielfalt der Tierhaltungsstrategien zur Zeit des Mongolischen Reiches zu beleuchten. So war z.B. die Stadt Karakorum ein „Schmelztiegel“ von verschiedenen ethnischen Gruppen. Daher können Importe bestimmter Tiere (z.B. Schweine) helfen, solche Gruppen zu identifizieren und gleichzeitig das Ausmaß der Handelsnetzwerke aufzuzeigen. Darüber hinaus ist es möglich, dass städtische Fleischmärkte Schafe von lokalen und weiter entfernt weidenden Herden bezogen haben. Mittels Geometric Morphometrics (GMM) werden wir untersuchen, ob die Fleischversorgung in Karakorum und den anderen Fundstellen durch phänotypisch unterschiedliche Schafpopulationen gewährleistet wurde. Dazu ergänzende stabile Isotopenanalysen (C, O, Sr), sowie aDNA-Analysen werden erst in Phase II durchgeführt. Ein wichtiges Anliegen ist die Unterscheidung zwischen Rindern, Yaks und deren Hybriden, die Khainag (??????) genannt werden. Für letzteres -welches besonders gut an kalte, gebirgige Umgebungen angepasst ist- wurde bis heute noch nicht geklärt, wann und warum Menschen solche Hybriden gezüchtet und/oder eingeführt haben. Anhand moderner Referenzindividuen wird die Osteologie dieser Hybriden und seiner Eltern genauer untersucht. Des Weiteren wird über molekulargenetische Analysen der Hybridstatus ausgewählter Knochen untersucht und ggf. bestätigt. Da das Mongolische Reich mit dem Schwarzen Tod in Europa zusammenfällt, werden schließlich mögliche Reservoir-Taxa auf Yersinia und andere Krankheitserreger untersucht.
Holz ist eine wichtige und zuverlässige CO2-Senke und gleichzeitig eine nachwachsende Ressource als Grundlage für Bau- und Werkstoffe. Aufgrund der Klimaänderungen ändern sich die Wachstumsbedingungen, die Holzarten reagieren unterschiedlich auf die Herausforderung. Aufgabe der Forschung zur Waldwirtschaft ist es, den Wald nachhaltig zu erhalten, frühzeitig Änderungen zu erkennen und Vorhersagemodelle für Wachstum, Baumarten und Erhaltungsmaßnahmen auf zu stellen. Hierbei helfen Datenfernerkundung und zerstörungsfreie Untersuchungsmethoden. Die Dichteverteilung innerhalb eines gewachsenen Baumstammes erlaubt Rückschlüsse auf die Wachstumsbedingungen und die Eigenschaften des Holzes. Durch eine computertomographische Untersuchung kann die Dichtefunktion als dreidimensionales digitales Modell erstellt und zur weiteren Informationsverarbeitung herangezogen werden. Durch die Verknüpfung mit weiteren Daten, z. B. Klimadaten oder Daten aus Geoinformationssystemen und Fernerkundung, sollen standortspezifische Vorhersagemodelle zur Holzqualität oder zukünftige Waldumbau-, Bewirtschaftungs- und Schutzmaßnahmen im Wald ermöglichen. Holz gewinnt im Bauwesen zunehmend an Bedeutung, da aufgrund der guten Trageigenschaften energieintensive Materialien wie Stahlbeton oder andere mineralische Baustoffe teilweise substituiert werden können. Aufgrund des zunehmenden Einsatzes und schwierigeren Wachstumsbedingungen ist es notwendig, den Rohstoff Holz besser auszunutzen, die Bearbeitungsprozesse zu optimieren und neue Holzarten zu erschließen. Holz ist ein anisotroper, inhomogener Werkstoff, dessen Festigkeitseigenschaften wesentlich von der Faserrichtung, der Dichte und den Holzmerkmalen (Äste, Wachstumsgeschwindigkeit etc.) abhängen. Diese lassen sich mittels Computer-Tomographie (CT) am unbearbeiteten Stamm erkennen. Daraus können digitale Modelle erstellt werden, die die Bearbeitungstechnologie und den Einsatz des Rohmaterials im Bauwerk optimieren. Der Computer-Tomograph mit notwendiger Peripherie dient der Datenakquise im Bereich der Holzforschung als Grundlage für den Aufbau eines CT-Labors. Dieses ist eingebunden in das Center for Data Science an der HNEE zur Weiterverarbeitung der Daten mit KI-Methoden. Das Ziel des CT-Labors ist es, Daten über das Wachstum und den Aufbau des Holzes, vom rohen Stamm bis zum bearbeiteten oder wieder zu nutzenden Balken oder Holzwerkstoff, zu generieren, zu analysieren und Modelle zu entwickeln. Daraus sollen Rückschlüsse und Vorhersagemodelle für den Waldbau, die Holztechnologie und den Holzbau erstellt werden, die einen ressourcenschonenden Umgang mit dem Rohstoff Wald und die Erschließung neuer Holzarten und Anwendungen erlauben.
Niedrige Wolken der marinen Grenzschicht kühlen das Erdsystem und spielen somit eine entscheidende Rolle für die Energiebilanz der Erde. Die physikalischen Eigenschaften dieser Wolken werden von Aerosolen beeinflusst. Veränderungen in der Zusammensetzung oder Konzentration atmosphärischer Aerosole können daher die Strahlungswirkung und somit das Kühlungspotential dieser Wolken verändern. Die Quantifizierung der Auswirkungen atmosphärischer Aerosole auf marine Grenzschichtwolken mit Beobachtungsdaten ist eine große Herausforderung, da viele Prozesse gleichzeitig wirken, statistisch schwer zu trennen sind und Wolken gegen Aerosoleinflüsse “gepuffert” sein können. Globale Klimamodelle können diese Prozesse nicht auflösen, sodass sie über Parametrisierungen festgeschrieben werden müssen, welche wiederum mit Unsicherheiten belastet sind. Durch diese Probleme in der Auswertung von Beobachtungen sowie in Modellen ist die Quantifizierung von Aerosol-Wolken-Interaktionen weiterhin eine der größten Unsicherheiten der Klimawissenschaften, was die Abschätzung der Klimasensitivität erschwert.Das beantragte Forschungsprojekt adressiert diese Herausforderungen und wird die Wirkung von Aerosolen auf marine Grenzschichtbewökung mit globalen Beobachtungsdaten quantifizieren und die Parameterisierungen dieser Prozesse in globalen Klimamodellen evaluieren. In aktuellen Studien haben statistische Modelle aus dem Bereich des maschinellen Lernens geholfen, das Aerosol-Wolken-Meteorologie-System besser zu verstehen und zu quantifizieren, da sie in der Lage sind, Effekte von Aerosolen von anderen atmosphärischen Größen zu isolieren. Das beantragte Forschungsprojekt wird sich auf maschinelle Lernmethoden stützen, welche zusätzlich in der Lage sind, alle relevanten Wolkeneigenschaften gleichzeitig vorherzusagen, und damit mögliche Puffer explizit berücksichtigen und quantifizieren können. Die statistischen Modelle werden verwendet, um Zusammenhänge und Prozesse in globalen Beobachtungsdaten und dem Output globaler Klimamodelle zu analysieren. Auf diese Weise kann eine prozessorientierte Evaluierung von Modellparameterisierungen erreicht werden, die sich deutlich von dem üblichen Vergleich klimatologisch gemittelter Wolkenmuster abhebt. So können Modellparametrisierungen beobachtungsgestützt eingegrenzt, und der Strahlungsantrieb durch Wechselwirkungen zwischen Aerosolen und marinen Grenzschichtwolken quantifiziert werden.
Der Klimawandel wird die Zusammensetzung der Baumarten und damit die biologische Vielfalt und Funktionsweise der Waldökosysteme stark beeinflussen. Bisher wurden indirekte Auswirkungen wie Veränderungen des Verjüngungserfolgs infolge veränderter Substratbedingungen für die Samenkeimung, Änderungen der Nährstoffverfügbarkeit oder des Samenfraßes und anschließende Verschiebungen der Konkurrenz zwischen Baumarten jedoch nur wenig beachtet, obwohl sie für die Resilienz und Anpassungsfähigkeit der Wälder entscheidend sein können. In Mitteleuropa können Faktoren wie steigende Temperaturen, ein zunehmender Laubbaumanteil und die Eutrophierung zur Verringerung der Masse der Humusauflage (HA) und anderer HA-Eigenschaften führen, mit unbekannten Folgen für die Baumverjüngung. Die meisten Studien zum Einfluss der HA auf die Baumverjüngung stammen aus den 1960-70er Jahren, lange bevor der weit verbreitete P-Mangel und Klimawandel eine Rolle spielten. Unser Projekt soll diese Wissenslücke schließen, indem wir den Einfluss von Veränderungen der HA-Eigenschaften auf den Verjüngungserfolg wichtiger Baumarten in europäischen Buchenmischwäldern untersuchen. Konkret wird der kombinierte Einfluss von Klimawandel und HA-Veränderungen auf den Verjüngungserfolg der drei Zielbaumarten Fagus sylvatica, Picea abies und Acer pseudoplatanus untersucht. Neben dem direkten Einfluss dieser beiden Faktoren werden auch indirekte Einflüsse durch Veränderungen der Nährstoff- und Wasserverfügbarkeit oder der Mykorrhizierung, Veränderungen biotischer Faktoren wie pilzlicher Pathogene und Samenprädation sowie Verschiebungen der Konkurrenz zwischen den Baumarten sowie zwischen Sämlingen und anderer Bodenvegetation analysiert. Zu diesem Zweck werden wir in einem experimentellen Ansatz die Keimungsraten sowie die Mortalität, das Wachstum, den Konkurrenzstatus sowie die Mykorrhizierung und Ernährung der Sämlinge untersuchen. In einem Mesokosmenexperiment mit Bodensäulen von Standorten, die sich im P-Status des Bodens und damit in der FF-Masse unterscheiden, konzentrieren wir uns auf die Keimung und den initialen Etablierungsprozess. Hier prüfen wir, ob eine abnehmende Mächtigkeit der HA die Anfälligkeit von Samen und Keimlingen für 1) Pilzbefall bei veränderter jahreszeitlicher Niederschlagsverteilung (feuchtere Winter) und 2) für Austrocknung in Trockenperioden beeinflusst. Wir prüfen außerdem, ob 3) der Etablierungserfolg von der HA-Struktur abhängt. In einem Feldexperiment, bei dem Samen der drei Arten an sechs Standorten ausgesät werden, die sich hinsichtlich P-Verfügbarkeit und mittlerer Jahrestemperatur unterscheiden, testen wir, ob eine abnehmende HA-Mächtigkeit 4) die Konkurrenz für Sämlinge durch Bodenvegetation fördert und 5) die Konkurrenz um P und andere Nährstoffe zwischen ausgewachsenen Bäumen und Sämlingen erhöht. Wenn erfolgreich, wird dieses Projekt einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Verjüngungsdynamik unter sich ändernden Umweltbedingungen leisten.
Heutige biologische und einstellbare Leuchtmittel, die lebende Bausteine integrieren, sind im Wesentlichen auf Zellen beschränkt, die Biochemilumineszenz mit begrenzter Stabilität und Lichtausbeute nutzen (d. h. einige Tage bei Lichtausbeuten <5 lm/W). Tatsächlich gibt es keine Beispiele für lebende Leuchtmittel, die Photonenumwandlungssysteme zur Manipulation von Licht nutzen. Wir haben kürzlich eine neue Methode zur Herstellung lebender Farbfiltern mit Vibrio natriegens entwickelt. Dieses Bakterium weist (I) ein vielversprechendes Potenzial für die Biotechnologie mit einer außerordentlich hohen Wachstums- und Substratverbrauchsrate, (II) einen bereits sehr guten Ertrag bei der Expression hochwertiger fluoreszierender Proteine (FP) und (III) eine vielversprechende Kompatibilität mit Matrizen, die für Leuchtmittel von großem Interesse sind, auf. Tatsächlich haben vorläufige Experimente Leuchtmittel erzeugt die eine bessere Leistung aufweisen als diejenigen die mit denselben FP in Referenzmatrizen hergestellt wurden. Die aktuellen Hindernisse hängen mit dem Mangel an grundlegendem Wissen zusammen, um (I) die Expression beliebiger FP erfolgreich zu optimieren, (II) die Widerstandsfähigkeit und Kompatibilität in den Matrizen zu verbessern, (III) eine Anpassungsfähigkeit an externe Reize einzuführen und (IV) die besten Leuchtmittelarchitekturen und Betriebsarten zur Maximierung der Leuchtmittelleistung zu erstellen. Das ENABLED-Projekt wird all diese offenen Fragen bearbeiten und dabei die Disziplinen Metabolic Engineering, Synthetische Biologie, Materialwissenschaft und Biooptoelektronik miteinander verbinden. ENABLED wird insbesondere grundlegende Konstruktionsregeln für die Entwicklung von V. natriegens-Stämmen mit (I) optimierter flexibler Einzel- und Doppelemission, (II) verbesserter Widerstandsfähigkeit in Farbfiltern, um ihre Wiederverwertbarkeit nach der Verwendung in Leuchtmitteln zu ermöglichen, und (III) einer Anpassungsfähigkeit an die Temperatur in Farbfiltern, um die Zellregeneration nach der Verwendung in den Leuchtmitteln zu ermöglichen. Dies wird es uns ermöglichen, eine neue Familie von Regenbogen- und weißen Bakterien-Hybrid-Leuchtdioden einzuführen, die bislang nicht zur Verfügung stehen.
| 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 |