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i5K-Initiative

Im Jahre 2011 wurde von Wissenschaftlern die internationale i5K-Initiative ins Leben gerufen (Robinson et al. 2011). Die Initiative verfolgt das ehrgeizige Ziel, innerhalb der kommenden fünf Jahre die Genome von 5.000 Insektenarten zu sequenzieren und zu analysieren. Der Schwerpunkt der Sequenzierung soll auf Arten liegen, die weltweit von herausragender Bedeutung in der Landwirtschaft (Schädlinge, Nützlinge), der Medizin (Krankheitserreger, Produzenten pharmazeutischer Wirkstoffe) und der Grundlagenforschung sind. Ebenso sollen Arten, welche für die Aufrechterhaltung von Ökosystemen und/oder für das Verständnis der Biologie und der Evolutionsgeschichte der Insekten wesentlich sind, sequenziert werden. Die i5K-Initiative ist für Wissenschaftler aus der ganzen Welt offen und versucht, Spezialisten aus den unterschiedlichsten Disziplinen (u. a. der Molekularbiologie, Genetik, Physiologie, phylogenetischen Systematik, Faunistik, Bioinformatik und der Datenbankverwaltung) zusammenzubringen. Aus dem Zentrums für molekulare Biodiversitätsforschung (zmb) wurden Dr. Oliver Niehuis, Leiter des Molekularlabors und der Sektion Genomik, und Prof. Dr. Bernhard Misof, Leiter des zmb, in die i5K-Koordinationgruppe gewählt. Zusammen mit anderen Wissenschaftlern des zmb widmen sie sich innerhalb der i5K-Initiative der Frage nach dem Ursprung und der Evolution der geflügelten Insekten.

Analyse du tremor: methodologie et perspectives cliniques. Resultats preliminaires (FRA)

La methode developpee consiste a assimiler le tremblement a une vibration, a le mesurer et l'analyser comme telle. L'interet suscite par les premiers resultats publies depuis 1979 a incite a preciser certains parametres pouvant influencer, soit le tremblement lui-meme, soit son enregistrement. D'autre part, cette etude vise aussi a simplifier le depouillement et l'analyse de l'enregistrement, a definir les indices les plus aptes a carateriser le spectre du tremor, enfin a apprecier la reproductibilite inter- et intra-individuelle. Sont presentes ici les resultats d'une etude du tremor de la main portant sur un groupe de 30 personnes en bonne sante. Il est prevu d'utiliser la methode dans diverses situations cliniques. (FRA)

Die Qualitaet pflanzlicher Oele und ihre zuechterische Verbesserung

Die Versorgung der Bevoelkerung mit ernaehrungsphysiologisch hochwertigen Pflanzenfetten ist ein wichtiges Anliegen zur Gesunderhaltung der Menschen. Mit dem Ziel der Verbesserung der Fettsaeuremuster in den wichtigsten oelliefernden Pflanzen wird gearbeitet mit: Winterraps, Sommerraps, Rueben, Lein, Sojabohnen, Sonnenblumen.

Oekologie und Physiologie von Bakterien an extrem salzhaltigen Standorten

Standorte von extremer Salinitaet werden auf ihre oekologischen Parameter und die damit selektionierte Bakterienflora untersucht. Ziel: Loesung der Frage, wodurch Mikroorganismen befaehigt sind, in gesaettigten Salzloesungen (evtl. von hoher Alkalinitaet) zu ueberleben und sich diesen Standorten anzupassen. Das Projekt befindet sich gegenwaertig im Stadium einer Bestandsaufnahme. Bisheriges oekologisches Objekt: Alkaliseen in Aegypten.

Submarine Kohlendioxyd (CO2) Austritte als natürliche Laboratorien zur Erforschung von Korallenriffen in Bezug auf die Ozeanversauerung

Durch die Aufnahme von anthropogenem CO2 ist eine Verringerung des ph Wertes im Ozean zu erwarten Dies könnte weitrechende Auswirkungen auf Korallenriffe haben und ist daher von großem wissenschaftlichen Interesse. Die Mehrzahl der bisher durchgeführten Studien zur Ozeanversauerung wurde anhand vereinfachter Systeme im Labor vorgenommen. Obwohl diese Studien wichtig und aufschlussreich waren, wiesen sie jedoch Einschränkungen auf, im Besonderen hinsichtlich natürlicher Veränderungen, Beobachtungsdauer, Altersverteilung, genetischer Vielfalt und Wechselbeziehungen zwischen einzelnen Korallenarten. Eine Möglichkeit diese Einschränkungen zu umgehen, ist die Untersuchung von Korallenriffen in der Umgebung von submarinen CO2-Austritten. Der erhöhte CO2 im Meerwasser dort sorgt für pH und Temperaturbedingungen wie sie als Folge der Ozeanversauerung bis zum Jahr 2100 vorausgesagt werden. Drei solche Korallenriffe in Papua Neu Guinea, Japan und den Nördlichen Marianen-Inseln wurden untersucht und interessanter Weise fiel die Auswirkung der Ozeanversauerung an jedem der Standorte unterschiedlich aus. Eine mögliche Erklärung für die beobachteten Unterschiede könnte sein, dass die Studien nicht alle Parameter berücksichtigten, die sich nachteilig auf die Gesundheit von Korallen auswirken. Im Allgemeinen werden submarine CO2-Austritte von submarinen Hydrothermalquellen mit Temperaturen bis zu 100 °C begleitet. Der hydrothermale Eintrag induziert steile Temperaturgradienten und erhöht die Konzentrationen von Schwermetallen in dem zu untersuchenden Gebiet. Diese zwei Effekte gilt es bei einer solchen Untersuchung zur Ozeanversauerung in Betracht zu ziehen. In diesem Sinne dient die geplante internationale Zusammenarbeit dem Ziel, ein Expertenteam aus der Aquatischen Chemie und der Korallenphysiologie zusammenzubringen, um detaillierte chemische und biologische Untersuchungen an Korallenriffen mit CO2-Austritten vorzunehmen, um die Auswirkungen der Ozeanversauerung besser zu verstehen.

Quellen, Aufnahmewege und physiologische Nutzung von mycosporin-ähnlichen Aminosäuren (MAAs) aus phototrophen Organismen in marinen Evertebraten der Polarmeere

Das Projekt untersucht die physiologische Funktion UV-absorbierender Mycosporin-ähnlicher Aminosäuren (MAAs) als Sekundärmetabolite in marinen Evertebraten. Die Tiere nehmen diese Verbindungen mit ihrer pflanzlichen Nahrung auf und lagern sie offenbar gezielt in UV-gefährdete Gewebe und in die Gonaden ein. Das Projekt gliedert sich in 2 Phasen: 1.) Im ersten Jahr soll das natürliche Vorkommen von MAAs in ausgewählten Gruppen mariner Evertebraten erstmalig aus der Arktis (Spitzbergen) als auch aus der Antarktis (Süd Shetland Inseln) quantitativ und qualitativ erfaßt werden. Die Beziehung zwischen MAA-Akkumulation einerseits und der UV-Exposition sowie der Nahrungsspezifikation der Tiere andererseits soll zeigen, ob MAAs von heterotrophen Organismen gezielt resorbiert und als UV-Schutz angereichert werden können. 2.) Im zweiten, experimentellen Teil sollen die physiologischen Funktionen der MAAs in tierischen Geweben untersucht werden. Dazu werden in Bestrahlungsexperimenten die UV-Schutzfunktionen in 'MAA-aufgeladenen' Geweben mit optischen Mikrosensoren untersucht. Die Bildung von reaktiven Sauerstoffkomponenten (ROS) in tierischen Geweben als Folge von UV-Strahlung soll in Abhängigkeit von UV-Dosis mit Fluoreszenztechniken (u.a. konfokale Lasermikroskopie) gemessen werden. Eine mögliche antioxidative Schutzwirkung der MAAs wird vergleichend mit den bekannten Antioxidantien (Vitamine c, e, Urat, Glutathion etc.) untersucht.

THRESHOLDS: Klimatisch bedingte Prozesse auf die Heringsrekrutierng in der Nordsee anhand physiologischer Schwellenwerte

Das fundierteste mechanistische Verständnis, wie sich klimatisch bedingte, physikalische Bottom up Prozesse auf Tiere auswirken, kann durch Untersuchung der physiologischen Grundlagen zentraler Mechanismen (Überleben, Wachstum, Reproduktion) auf Veränderungen in den Mittelwerten und Abweichungen von multiplen Schlüsselfaktoren erreicht werden. Klimatisch bedingte Veränderungen bei Fischen scheinen von einer Anzahl von Prozessen hervorgerufen zu werden, welche das Überleben der frühen Lebensstadien beeinflussen. Dieses Projekt (THRESHOLDS) nutzt drei getrennte aber zusammenagierende Ansätze um einen step change in unserem mechanistischen Verständnis darüber zu erbringen, wie Klimavariabilität die Struktur und Funktion niedriger trophischer Ebenen in marinen Systemen beeinflusst (mit Fokus auf Ichthyo und Zooplankton). THRESHOLDS untersucht die ersten Zwei Lebensmonate, während dieser, die Jahrgangsstärke des Atlantischen Herings (Clupea harengus) in der Nordsee festgelegt wird. In Laborexperimenten sollen zum einen die Auswirkungen von Beuteart und größe auf die Physiologie von Fischlarven in unterschiedlichen thermischen Umgebungen getestet und stellvertretende Messungen des Ernährungszustands auf im Feld gefangene Larven übertragen werden. Zum anderen sollen durch erstmalige Feldbeprobungen die in situ Plankton (Proto, Mikro und Mesozooplankton) und Heringslarvendynamiken während der Herbst und Winterzeit in der Nordsee gemessen werden. Diese Planktondaten werden mit bereits vorhandenen Datensätzen erweitert, um eine einzigartige, siebenjährige Zeitserie der Nordsee Heringslarven und ihrer Beute (15-2000 mym) zu erhalten. Schließlich werden mittels Generalized Additive Mixed Models und Simulationen eines physiologischen Individuen-basierten Modells Schlüsselfaktoren identifiziert, die das larvale Wachstum innerhalb der Zeitserie steuern. THRESHOLDS verbessert den state-of-the-art mit seinem ganzheitlichen Ansatz i) Auswirkungen des Klimawandels auf die Rekrutierung einer Schlüsselart, ii) den vernachlässigten Protozooplankton Ichtyoplankton Link, iii) die Theorie der Optimalen Nahrungssuche für marine Fischlarven, und iv) die Kalibrierung und Nutzung von physiologischen Proxies für Feldproben. Überwinternde Nordseeheringslarven eignen sich ideal als Fallstudie, da i) eine der längsten, räumlich abgegrenzten Zeitserien für frühe Lebensstadien einer marinen Fischart vorhanden ist, ii) erfolgreiche Vorarbeiten die physiologischen Techniken entwickelt und Feldproben gesammelt haben, die in dieser Studie verwendet werden, iii) ein physiologisch basiertes IBM mit einer nachgewiesenen Erfolgsgeschichte vorhanden ist, und iv) ein sehr starkes internationales Netzwerk besteht, welches Eigenleistungen wie Schiffszeit oder historische Proben bereitstellt und, gemeinsam mit den Projekt PIs, ein unübertroffenes Grundlagenwissen über die Ökologie des Zielorganismus bietet.

Sonderforschungsbereich Transregio (SFB TRR) 51 Rosebacter: Ökologie, Physiologie und Molekularbiologie der Roseobacter-Gruppe: Aufbruch zu einem systembiologischen Verständnis einer global wichtigen Gruppe mariner Bakterien, Teilprojekt Z02: Erfassung und Nutzung des Stoffwechselpotenzials und molekulare Charakterisierung von unkultivierten Vertretern der Roseobacter-Gruppe

In diesem Projekt soll das genomische Potenzial und wichtige Funktionen von Roseobacter- Populationen mittels kultivierungsunabhängigen metagenomischen und metatranskriptomischen Ansätzen analysiert werden. Um gen- und taxonspezifische Muster und metabole Schlüsselfunktionen dieser Gruppe zu identifizieren, werden Stoffwechsel- und funktionelle Profile von repräsentativen Proben aus der Nordsee, dem Südpolarmeer, von Biofilmen und Mesokosmen mittels modernster Pyrosequencing-Methodik untersucht. Außerdem werden Metagenombanken angelegt und hinsichtlich wichtiger Funktionen gesichtet, z.B. Genen mit Bedeutung bei Quorum Sensing, Energiestoffwechsel und der Sekundärstoffsynthese.

Untersuchung neuer, polarer Lipidsingale in Plankton Interaktionen

Etwa die Hälfte der weltweiten Primärproduktion erfolgt durch Phytoplankton und dessen Jäger-Beute-Interaktionen mit Zooplankton bilden die Grundlage der gesamten ozeanischen Nahrungskette. Die chemischen Signale, die diese Interaktionen vermitteln, sind bisher größtenteils unbekannt. Vor kurzem konnte die Arbeitsgruppe von Erik Selander erstmals eine Gruppe solcher chemischer Signale identifizieren, die Copepodamide. Copepodamide spielen eine entscheidende Rolle in der Interaktion von Ruderfußkebsen (Copepoda) als marine, zooplanktonische Räuber mit verschiedenen Phytoplanktonspezies, wie der Gattung Alexandrium, welche an der Entstehung der schädlichen Algenblüte beteiligt ist. Die vollständige Funktion von Copepodamiden und deren Wahrnehmung durch Phytoplankton ist jedoch noch weitestgehend unbekannt. Das geplante Forschungsprojekt konzentriert sich auf zwei Hauptziele. Das erste Ziel ist die Identifizierung weiterer, neuer Copepodamide und die Untersuchung spezifischer Copepodamidmuster in verschieden Copepodspezies. Für diesen Zweck ist die Anwendung eines breiten Spektrums chemischer Separations- und Detektionstechniken geplant. Das gastgebende Institut besitzt dazu eine einmalige Kombination aus Ausrüstung, Ausstattung und Wissen um dieses Projekt zu unterstützen und ermöglicht ein tiefgreifendes Training in chemischer Ökologie und NMR-Techniken. Das zweite Ziel ist die Identifikation von Copepodamid-Rezeptorproteinen in den Phytoplanktonspezies Alexandrium tamarense und Skeletonema marioni. Dazu soll zum einen in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Julia Kubanek (Georgia Tech, Atlanta, USA) eine Kombination aus zell-basierten Assays und Elektrophysiologie angewendet werden. Um diese Methoden zu erlernen, ist ein Besuch der Arbeitsgruppe von Julia Kubanek vorgesehen. Des Weiteren sollen Phagen-Display und Protein-Affinitäts-Chromatografie angewendet werden, um die Copepodamid-Rezeptorproteine sowie deren genomische Sequenz zu identifizieren.Die Jäger-Beute-Interaktionen zwischen Zooplankton und Phytoplankton sind von entscheidender Bedeutung für das ökologische Gleichgewicht der Ozeane. Vornehmlich werden diese Interaktionen durch chemische Signale reguliert. Die Identifizierung dieser Signale sowie der entsprechenden Rezeptoren liefert einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis planktonischer Interaktionen. Zudem hat das geplante Forschungsprojekt das Potential als ein Meilenstein bei der Entschlüsselung der einflussreichen, bisher jedoch unbekannter, chemischer Sprache der Ozeane zu dienen.

Umweltbedingte subletale Veraenderungen der Membran lebender Zellen und dadurch bedingtes Eindringen biologisch aktiver Makromolekuele in diese Zellen

Lebende Zellen des Menschen, der Tiere und z.B. der Mikroorganismen des Bodens haben eine Zellmembran, die sie von der Aussenwelt (ihrer Umwelt) abgrenzt. Abgrenzung und Schutz des Zellinneren - neben Versorgung und Entsorgung - ist die Aufgabe der Zellmembran. Auf diese Membran koennen von aussen kommende Stoffe einwirken und ihr Abschirmverhalten schwaechen ('Wegbereiter'). Schadstoffe und systemveraendernde Stoffe (genetic engeneering) koennen nun eindringen. - Im gegenwaertigen Vorhaben werden in-vitro-Medien und darin befindliche lebende Zellen als definiertes variierbares kuenstliches Modell eines Oekosystems verwendet, in dem das Verhalten definierter 'Wegbereiter' und 'Eindringlinge' erforscht wird.

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