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Quantitative Untersuchungen zur heterotrophen Umsetzung organischer Substrate und der daran beteiligten Bakterienpopulationen und ueber den Einfluss von Abwaessern auf das Plankton in der westlichen Ostsee

Auf- und Abbauprozesse im marinen Oekosystem der westlichen Ostsee unter dem Einfluss von Abwaessern werden untersucht. Die Wechselwirkungen zwischen Blaualgen und heterotrophen Bakterien werden dabei von besonderem Interesse sein. Das Studium dieser Prozesse erfolgt in der westlichen Ostsee und in Fjorden der schwedischen Ostseekueste. An Methoden kommen die Mikroautoradiographic, die Tritium-Tracer Technik sowie die C14-H3-Doppelmarkierung zur Anwendung.

Limnologische Untersuchungen der Baggerseen Haltern Ost und Haltern West

Veranlassung: Die Förderung von Kiesen und Sanden in Kiesgruben oder Baggerseen hat eine drastische Veränderung des Landschaftsbildes zur Folge. Die Ausbildung neuer Seen- und Freizeitgebiete wird hierbei im allgemeinen eher als positiver Effekt gewertet. Aufgrund des Förderbetriebs kann es jedoch zu Veränderungen der Wassergüte der betroffenen Oberflächengewässer und zu einer Beeinträchtigung des abstromigen Grundwassers kommen. Um mögliche zeitliche Veränderungen der Gewässergüte - etwa durch Freisetzung von Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) - erfassen zu können, findet eine regelmäßige limnologische Überwachung der Baggerseen Haltern Ost und West statt, die von der Quarzwerke Haltern GmbH für die Förderung von Sand genutzt werden. Parallel werden das zu- und abfließende Grundwasser an den beiden Seen untersucht, um eine Beeinflussung des unterirdischen Wassers durch die bis zu 30 m tiefen Seen erkennen und bewerten zu können. Diese Untersuchungen finden seit 1982 im zweijährigen Abstand statt. Vorgehen: Die Probenahmen erfolgen jeweils am Ende der Sommerperiode, wenn die Herbstzirkulation, die eine Vermischung des Wassers bis in tiefe Schichten bedingt, noch nicht eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt muss die Belastung der Seen mit Nährstoffen saisonal bedingt als am höchsten eingeschätzt werden. Für die Beurteilung des limnologischen Zustandes der beiden Baggerseen und der Grundwasserbeschaffenheit in dem jeweils zu- und abfließenden Grundwasserstrom werden die in einer Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt. Ergebnisse: Beide Baggerseen können aufgrund ihrer Nitrat- und Phosphatgehalte sowie der Planktondichte und -zusammensetzung als mesotrophe, wenig belastete Gewässer klassifiziert werden. Die Sprungschicht liegt etwa in 6-10 m Tiefe. Auch die tieferen Schichten im Hypolimnion der Seen weisen noch eine gute Versorgung mit Sauerstoff auf. Im See West ist es seit 1982 durch den Förderbetrieb sogar eher zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Hypolimnion gekommen. Das zulaufende Grundwasser für diesen See zeichnet sich durch einen niedrigen pH-Wert, hohe Nitratwerte und einen hohen Gehalt biologisch schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen aus. Nach dem Durchtritt durch den See West liegen im ablaufenden Grundwasser dagegen verbesserte Bedingungen mit niedrigen DOC- und Nitratwerten vor. Hier treten jedoch zum Teil sehr niedrige Sauerstoffgehalte auf, was auf biologische Abbauprozesse während der Passage durch den See schließen lässt. Die Situation sowohl in den Baggerseen als auch im Grundwasserbereich kann trotz leichter Schwankungen im Nährstoff- und Sauerstoffgehalt seit Beginn der Messungen in den letzten Jahren als stabil angesehen werden. Teilweise hat sogar eine Verbesserung, insbesondere der Sauerstoffsituation in den Seen stattgefunden.

Freiland- und Laboruntersuchungen des Planktons in extrem sauren Bergbaurestseen

Durch den Braunkohletagebau entstanden bzw. entstehen geogen extrem versauerte Restseen (pH 2-4), die auch hinsichtlich weiterer abiotischer Parameter ein Extremhabitat darstellen. Wir untersuchen die Konsequenzen, die dies fuer die Struktur und Funktionsweise der planktischen Nahrungsnetze hat.

Untersuchungen zum Einfluss der Abwasserzufuhr aus einem TiO2-Werk in der Wesermuendung

1969 liess sich in der Naehe von Nordenham (Weser gegenueber Bremerhaven) das Chemieunternehmen Kronos-Titan nieder. Um die Folgen der Abwassereinleitung durch die Firma festzustellen, wurde im Dezember 1967 ein Monitoring-Programm zur Beweissicherung begonnen. Auf diese Weise wurden der Status vor der Inbetriebnahme und durch Langzeituntersuchungen die oekologischen Auswirkungen nach der Inbetriebnahme der Chemieanlage untersucht. Die Untersuchungen umfassen sowohl das Mikroplankton als auch das Makrozoobenthos. Fuer die Plankton-Erfassung werden einmal pro Jahr (meist im Juni) 22 Proben zwischen dem Leuchtturm 'Roter Sand' und Bremen entnommen; neben den Mikroplanktonorganismen werden die physikalisch-chemischen Begleitparameter O2, Temperatur, Salzgehalt, Truebung, Chlorophyll und Naehrsalze bestimmt. Zweimal im Jahr wird an 7 Stationen in der Naehe des Unternehmens das Makrozoobenthos, die Sedimentbeschaffenheit und der Schwermetallgehalt im Sediment und ausgewaehlten Organismengruppen erfasst.

Limnologische Untersuchungen von Seen für die Förderung von Quarzsanden

Veranlassung: Die Förderung von Kiesen und Sanden in Kiesgruben oder Baggerseen hat eine drastische Veränderung des Landschaftsbildes zur Folge. Die Ausbildung neuer Seen- und Freizeitgebiete wird hierbei im Allgemeinen eher als positiver Effekt gewertet. Aufgrund des Förderbetriebs kann es jedoch zu Veränderungen der Wassergüte der betroffenen Oberflächengewässer und zu einer Beeinträchtigung des abstromigen Grundwassers kommen. Um mögliche zeitliche Veränderungen der Gewässergüte - etwa durch Freisetzung von Pflanzennährstoffen (Eutrophierung) - erfassen zu können, findet eine regelmäßige limnologische Überwachung zweier Baggerseen statt, die von der Quarzwerke Haltern GmbH für die Förderung von Sand genutzt werden. Parallel werden das zu- und abfließende Grundwasser an den beiden Seen untersucht, um eine Beeinflussung des unterirdischen Wassers durch die bis zu 30 m tiefen Seen erkennen und bewerten zu können. Diese Untersuchungen finden seit 1982 im zweijährigen Abstand statt. Vorgehen: Die Probennahmen erfolgen jeweils am Ende der Sommerperiode, wenn die Herbstzirkulation, die eine Vermischung des Wassers bis in tiefe Schichten bedingt, noch nicht eingesetzt hat. Zu diesem Zeitpunkt muss die Belastung der Seen saisonal bedingt als am höchsten eingeschätzt werden. Für die Beurteilung des limnologischen Zustandes der beiden Baggerseen und der Grundwasserbeschaffenheit in dem jeweils zu- und abfließenden Grundwasserstrom werden die in einer Tabelle aufgeführten Parameter bestimmt. Ergebnisse: Beide Baggerseen können aufgrund ihrer Nitrat- und Phosphatgehalte sowie der Planktondichte und -zusammensetzung als mesotrophe, wenig belastete Gewässer klassifiziert werden. Die Sprungschicht liegt etwa in 6-10 m Tiefe. Auch die tieferen Schichten im Hypolimnion der Seen weisen noch eine gute Versorgung mit Sauerstoff auf. Im See West ist es seit 1982 durch den Förderbetrieb sogar eher zu einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes im Hypolimnion gekommen. Qualitative Planktonanalysen weisen beide Gewässer als oligo- bis mesotoph (Gewässergüte II) aus. Das zulaufende Grundwasser für diesen See zeichnet sich durch einen niedrigen pH-Wert, hohe Nitratwerte und einen hohen Gehalt biologisch schwer abbaubarer Kohlenstoffverbindungen aus. Nach dem Durchtritt durch den See West liegen im ablaufenden Grundwasser dagegen verbesserte Bedingungen mit niedrigen DOC- und Nitratwerten vor. Hier treten jedoch zum Teil sehr niedrige Sauerstoffgehalte auf, was auf biologische Abbauprozesse während der Passage durch den See schließen lässt. Die Situation sowohl in den Baggerseen als auch im Grundwasserbereich kann trotz leichter Schwankungen im Nährstoff- und Sauerstoffgehalt seit Beginn der Messungen in den letzten Jahren als stabil angesehen werden. Teilweise hat sogar eine Verbesserung, insbesondere der Sauerstoffsituation in den Seen stattgefunden.

In situ high spectral resolution inherent and apparent optical property data from diverse aquatic environments

Light emerging from natural water bodies and measured by remote sensing radiometers contains information about the local type and concentrations of phytoplankton, non-algal particles and colored dissolved organic matter in the underlying waters. An increase in spectral resolution in forthcoming satellite and airborne remote sensing missions is expected to lead to new or improved capabilities to characterize aquatic ecosystems. Such upcoming missions include NASA's Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem (PACE) Mission; the NASA Surface Biology and Geology observable mission; and NASA Airborne Visible / Infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS) - Next Generation airborne missions. In anticipation of these missions, we present an organized dataset of geographically diverse, quality-controlled, high spectral resolution inherent and apparent optical property (IOP/AOP) aquatic data. The data are intended to be of use to increase our understanding of aquatic optical properties, to develop aquatic remote sensing data product algorithms, and to perform calibration and validation activities for forthcoming aquatic-focused imaging spectrometry missions. The dataset is comprised of contributions from several investigators and investigating teams collected over a range of geographic areas and water types, including inland waters, estuaries and oceans. Specific in situ measurements include coefficients describing particulate absorption, particulate attenuation, non-algal particulate absorption, colored dissolved organic matter absorption, phytoplankton absorption, total absorption, total attenuation, particulate backscattering, and total backscattering, as well as remote sensing reflectance, and irradiance reflectance.

Informationssystem fuer Planktonblueten und toxische Algen

Auffaellige Phaenomene der letzten Jahre (Phaeocystis-Blueten mit Schaumbildung am Strand, Rote Tiden durch Dinoflagellaten und Mesodinium rubrum, Miesmuschelvergiftungen durch Dinophysis, Massensterben in Skagerrak und Kattegat in Folge einer Chrysochromulina-Bluete) fuehrten 1987 zur Einrichtung eines Informationssystems, das ueber die aktuelle Planktonsituation berichtet. Von April bis Oktober werden im 14-taegigen Rhythmus an 10 Stationen entlang der niedersaechsischen Kueste Wasserproben entnommen. Sie werden auf toxische und bluetenbildende Organismen hin kontrolliert. Ferner werden die Gehalte an Pflanzennaehrsalzen, Sauerstoff, Schwebstoff und Chlorophyll ermittelt. Die Ergebnisse werden dem Niedersaechsischen Umweltministerium sowie den mit der Fischerei befassten Behoerden gemeldet.

Erstellung eines Modells - Kieler Bucht - unter Einbeziehung von chemischen, planktologischen, fischereibiologischen und hydrographischen Daten

Chemostratigraphie als Rekonstruktionsmöglichkeit der Klimageschichte am Ende der Kreidezeit

Der Faunenschnitt an der Kreide/Tertiär-Grenze wird allgemein auf den Einschlag eines Asteroiden zurückgeführt. Es gibt jedoch deutliche Anzeichen, dass das Massensterben graduell bereits im späten Maastricht begann und erst im Laufe des Tertiär abgeschlossen war. Es geht einher mit drastischen Klimaänderungen, Meeresspiegelschwankungen und Veränderung der Meeresströmungen. Ziel des beantragten Projektes ist es, eine geochemische Charakterisierung an homogenen und vergleichbaren Profilen des späten Maastrichts und der Kreide/Tertiärgrenze (K/T) durchzuführen im Hinblick darauf, dass geochemische Milieu-Indikatoren zur Identifizierung von Klimaänderungen, Änderungen in der Primärproduktion, Meeresspiegelschwankungen und Meerwasserzirkulationsänderungen genutzt werden können. Hierzu sollen die Sr/Ca, Zn/Ca, Ba/Ca und Cd/Ca-Verhältnisse sowie die Kohlenstoff- und Sauerstoff-Isotopendaten in Foraminiferen an Profilen des Maastrichts und der K/T-Grenze in Tunesien, Ägypten, Madagaskar und Patagonien bestimmt und anhand von Zeitreihenanalyse interpretiert werden. Gutes und von diagenetischer Überprägung verschontes Probenmaterial ist überwiegend schon vorhanden. Die Untersuchungen werden in einer internationalen Kooperation geochemisch, biostratigraphisch und sedimentologisch interpretiert.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Signalerkennung und Reaktion der Kieselalge Fragilariopsis auf epibiotische Bakterien

Das Phytoplankton des Südozeans wird von der Kieselalge Fragilariopsis dominiert. Sie spielt eine wichtige Rolle für dessen Primärproduktion. Marine Primärproduktion wird durch spezifische Wechselwirkungen auf engstem Raum zwischen Mikroalgen und Bakterien gesteuert und durch ihren gegenseitigen Bedarf an essentiellen Spurenelementen, Mikro- und Makro-Nährstoffen getrieben. Aktuelle Mikrobiomstudien an verschiedenen Phytoplanktonarten deuten darauf hin, dass sie einzigartige Mikrobiome beherbergen, die innerhalb der Planktonarten über lange Zeitskalen hinweg stabil sind. Doch die mechanistischen Prozesse, die gerichtete Assoziationen zwischen Mikroalgen und Bakterien verursachen, sind kaum verstanden.Die Haupthypothese dieses Antrags postuliert, dass Fragilariopsis vergleichbare Erkennungsstrategien als Reaktion auf Umweltbakterien benutzt, wie Tiere und Pflanzen, trotz der phylogenetischen Distanz zwischen Kieselalgen und höheren Eukaryoten. Diese hypothetische Analogie ermöglicht den Disziplinen-übergreifenden Transfer von sehr gut etablierter biochemischer Methodik zu Immunität und Mikrobiomen von Tieren und Pflanzen auf eine marine Mikroalge.Das Konzept aktiver Erkennung und Selektion ist im Kontext von Immunität multizellulärer Organismen, bis zu multizellulären marinen Makroalgen, gut verstanden, nicht aber für Mikroalgen. Solche Reaktionen werden durch rezeptorvermittelte Erkennung von bakteriellen Substanzen ausgelöst und durch gut untersuchte Signalkaskaden (z.B. über Stickstoffmonoxid, NO) vermittelt. Dies führt zur Regulation von quantifizierbaren Stress-Antworten, wie intrazellulären reaktiven Sauerstoffspezies oder zu einer Verschiebung des Glutathion- zu Glutathion-Disulfid-Verhältnisses. Teilweise wurden diese Reaktionen auf zellulären Stress in Mikroalgen bereits verifiziert und es gibt erste Hinweise auf NO-Signalkaskaden und NO-Synthetase Genen in Diatomeen. Dieser Antrag befasst sich daher mit relevanten Fragestellungen des DFG SPP zur Notwendigkeit eines "besseren Verständnisses polarer Prozesse und Mechanismen" und der "Reaktion [von im Südozean beheimateten Organismen] auf veränderte Umweltbedingungen". Konkret werden wir verschiedene Bakterien aus Fragilariopsis-Mikrobiomen isolieren, kultivieren und identifizieren. Parallel dazu werden verschiedene Fragilariopsis-Ökotypen axenifiziert. In Kokultur-Testsystemen werden wir bekannte und etablierte chemische und molekulare Messverfahren einsetzen, um intra- und extrazelluläre Reaktionen von Fragilariopsis auf Bakterien und molekulare bakterielle Signale, wie z.B. Lipopolysaccharide, zu charakterisieren und zu quantifizieren. Das kurzfristige Ziel ist, eine Reaktion von Fragilariopsis auf Bakterien oder bakterielle Signalmoleküle zu bestätigen. Langfristig wollen wir den Erkennungsprozess unter zukünftigen Südozean-Klimabedingungen experimentell erforschen, um die Anfälligkeit des Fragilariopsis-Holobionten unter diesen Klimaveränderungen zu verstehen.

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