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Carbon, water and nutrient dynamics in vascular plant- vs. Sphagnum-dominated bog ecosystems in southern Patagonia

In bog ecosystems, vegetation controls key processes such as the retention of carbon, water and nutrients. In northern hemispherical bogs, a shift from Sphagnum- to vascular plant-dominated vegetation is often traced back to Climate Change and increased anthropogenic nitrogen deposition and coincides with substantially reduced capacities in carbon, water and nutrient retention. In southern Patagonia, bogs dominated by Sphagnum and vascular plants coexist since millennia under similar environmental settings. Thus, South Patagonian bogs may serve as ideal examples for the long-term effect of vascular plant invasion on carbon, water and nutrient balances of bog ecosystems. The contemporary balances of carbon and water of both a bog dominated by Sphagnum and vascular plants are determined by CO2- H2O and CH4 flux measurements and an estimation of lateral water losses as well as losses via dissolved organic and inorganic carbon compounds. The high time resolution of simultaneous eddy covariance measurements of CO2 and H2O in both bog types and the strong interaction between climatic variables and the physiology of bog plants allow for direct comparisons of carbon and water fluxes during cold, warm, dry, wet, cloudy or sunny periods. By the combination with leaf-scale measurements of gas exchange and fluorescence, plant-physiological controls of photosynthesis and transpiration can be identified. Long-term peat accumulation rates will be determined by carbon density and age-depth profiles including a characterization of peat humification characteristics. A reciprocal transplantation experiment with incorporated shading, liming and labeled N addition treatments is conducted to explore driving factors affecting competition between Sphagnum and vascular plants as well as the interactions between CO2-, CH4-, and water fluxes and decisive plant functional traits affecting key processes for carbon sequestration and nutrient cycling. Decomposition rates and driving below ground processes are analyzed with a litter bag field experiment and an incubation experiment in the laboratory.

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.

Ökologie, Physiologie und Evolutionsbiologie 'sozialer' Schmetterlingsraupen

Die Larven ('Raupen') der meisten Schmetterlingsarten leben solitär. Nur wenige Arten bilden komplexere Sozialverbände aus, dies aber konvergent in vielen taxonomischen Gruppen. Die ökologischen Randbedingungen, unter denen gemeinschaftliches Leben und Suchen nach Nahrung vorteilhaft sind, sind bis heute unbefriedigend verstanden. Wir untersuchen, welche Mechanismen zum Zusammenhalt der Gruppen beitragen, welche Rolle dabei chemische und mechanische Kommunikation zwischen den Raupenindividuen spielt, wie wichtig physiologische (vor allem thermobiologische) Effekte bei in Gruppen lebenden Arten sind und welche Konsequenzen das gemeinschaftliche Leben für die Nahrungssuche und mögliche Konkurrenz unter den Geschwistern hat. Diese Untersuchungen werden vergleichend an mehreren Arten mit unterschiedlich komplexen Sozialsystemen durchgeführt, ausgehend von den lockeren, auf die frühen Larvenstadien beschränkten Geschwisterverbänden von Landkärtchen (Araschnia levana) bis zu dauerhaft in Gemeinschaftsnestern lebenden Raupengesellschaften (z. B. Wollafter, Eriogaster lanestris).

Wirkung von Fällmitteln auf Sedimentation, Biozönose und Physiologie von Belebtschlämmen

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.

Lokalisation der toxischen Metalle Blei und Cadmium in Pflanzenzellen

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.

Ionenselektive Regelung zur ressourceneffizienten und pflanzenbedarfsgerechten Nährstoffversorgung in re-zirkulierenden, hydroponischen Indoor Vertical Farms, Teilprojekt C

Ionenselektive Regelung zur ressourceneffizienten und pflanzenbedarfsgerechten Nährstoffversorgung in re-zirkulierenden, hydroponischen Indoor Vertical Farms, Teilprojekt A

Ionenselektive Regelung zur ressourceneffizienten und pflanzenbedarfsgerechten Nährstoffversorgung in re-zirkulierenden, hydroponischen Indoor Vertical Farms, Teilprojekt B

Strukturelle und physiologische Anpassungen zur Aufnahme geloester organischer Substanzen durch Coelenteraten

Aktinien (Nesseltiere) sind physiologisch und strukturell ausgezeichnet daran angepasst, direkt mit der Koerperoberflaeche aus dem Meere geloeste organische Verbindungen aufzunehmen und zu verwerten. Es ist danach zu fragen, welche generelle Bedeutung dieser Seitenzweig in der marinen Nahrungskette bzw. im Energiefluss hat.

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