This subproject aims at the development of spectral electrical impedance tomography (EIT) as a non-destructive tool for the imaging, characterization and monitoring of root structure and function in the subsoil at the field scale. The approach takes advantage of the capacitive properties of the soil-root interface associated with induced electrical polarization processes at the root membrane. These give rise to a characteristic electrical signature (impedance spectrum), which is measurable in an imaging framework using EIT. In the first project phase, the methodology is developed by means of controlled rhizotron experiments in the laboratory. The goal is to establish quantitative relationships between characteristics of the measured impedance spectra and parameters describing root system morphology, root growth and activity in dependence on root type, soil type and structure (with/without biopores), as well as ambient conditions. Parallel to this work, sophisticated EIT inversion algorithms, which take the natural characteristics of root system architecture into account when solving the inherent inverse problem, will be developed and tested in numerical experiments. Thus the project will provide an understanding of electrical impedance spectra in terms of root structure and function, as well as specifically adapted EIT inversion algorithms for the imaging and monitoring of root dynamics. The method will be applied at the field scale (central field trial in Klein-Altendorf), where non-destructive tools for the imaging and monitoring of subsoil root dynamics are strongly desired, but at present still lacking.
Organische Bodensubstanz (SOM) ist nicht passiv, sondern ein ständiger Fluss von Materie (oder Kohlenstoff - C) und Energie (E). Diesen Fluss treiben von Boden(mikro)biota erzeugte Gradienten an, was sie zu einem integralen Bestandteil desselben macht. Er ermöglicht den Mikrobiota sich durch Selbstorganisation einem Fließgleichgewicht anzunähern und es entstehen zeitlich und räumlich geordnete, dissipative Prozesse und/oder Strukturen (DS). Vermutlich nähern sich die Flüsse und Transferraten einem thermodynamischen Optimum, wie es z. B. das Maximum-Power-Prinzip (MPP) formuliert. Durch diese Prozesse wird E in qualitativ (Entropie vs. Enthalpie) unterschiedliche Pools verteilt: a) Wärme, b) sequestrierte SOM, c) bioverfügbare SOM, d) Biomasse. Die Organismen nutzen jedoch nur einen Teil der E des Substrates. Diese bioverfügbare E hängt von dessen energetischen Eigenschaften, seinem Status im Boden (z. B. Sorption) und der Nutzung zusätzlicher SOM-Komponenten (Priming) ab. Unser Ziel ist es zu verstehen, wie eine E-Zugabe das Auftreten von und/oder den Wechsel zwischen DS (Prozesszuständen) im Boden steuert. Dazu werden die DS durch Experimente mit unterschiedlichen Substratzugaben untersucht. Dies sind 1) einmalige, 2) wiederholte, 3) kontinuierliche Zugaben. Während 1) die Umwandlungsphasen zwischen DS zeigt, führt 2) zu oszillierenden Strukturen, welche die Resilienz der DS zeigen und 3) ermöglicht, die DS in ihren Eigenschaften nahe dem stationären Zustand zu untersuchen. Stationäre Zustände erleichtern die Prüfung thermodynamischer Optimierungsprinzipien (z. B. MPP) und lassen sich besser mit Modellen der irreversiblen Thermodynamik beschreiben. Die Kombination von Stoff- und E-Bilanzen mit kalorimetrischen Messungen ist das geeignete Instrument zur Untersuchung DS, da diese als dynamische Stoff- und E-Flüsse zu verstehen sind. Die bioverfügbare E ist ein entscheidender Faktor für die Aufrechterhaltung bestehender oder die Etablierung neuer DS. Sie hängt von thermodynamischen molekularen Substrateigenschaften und der Nutzung von OBS-Komponenten (Priming) ab und wird durch Wechselwirkungen zwischen Substrat und Boden modifiziert Dies wird mit den o.a. Ansätzen 1-3 in Mikrokosmos-, Kalorespirometer- und kontinuierlichen Röhrenreaktorversuchen untersucht. Zum Erhalt vollständiger Bilanzen werden z.T. werden 13C-markierte Substrate verwendet. Aus den Ergebnissen werden QSAR-Modelle abgeleitet (weitere Parameter aus quantenchemischer Modellierung), um die bioverfügbare E zu schätzen. Durch thermokinetische Modellierung aller Ergebnisse werden Gibbs-E und Entropieänderungen der Substratumsätze berechnet. Es wird erwartet, dass eine modellgestützte Abschätzung der C- und E-Retention durch die Bodenbiota, die Bestimmung der Nutzungseffizienz von C und E und die Abschätzung der Speicherung von OM im Boden erreicht werden kann. Insgesamt trägt dies zu einem besseren Verständnis und Management des C-Budgets von Böden bei.
Das Projekt zielt darauf ab, die signalvermittelten Cross-Kingdom-Interaktionen zwischen der marinen Grünalge Ulva mutabilis und ihren assoziierten Bakterien zu verstehen. Morphogene wie das Thallusin werden von Bakterien abgegeben und induzieren vielfältige algale Entwicklungen. Thallusin Derivate sollen synthetisiert werden, um ihre quantitativen Struktur-Aktivitäts-Beziehungen zu untersuchen und Thallusin durch bildgebende Verfahren in Ulva zu lokalisieren. Zentrale Gene und Metabolite werden durch vergleichende Transkriptom- und Metabolomanalyse in der Thallusin-Homöostase identifiziert. Im Fokus steht dabei auch die Bedeutung von Thallusin für wirtschaftlich relevante Algen-Aquakulturen.
Checking the persistence of a chemical in the environment is extremely important. Regulations like REACH, the European one on chemicals, require the measurements or estimates of the half-life of the chemical in water, sediment, and soil. The use of non-testing methods, like quantitative structure-activity relationship (QSAR) models, is encouraged because it reduces costs and time. To our knowledge, there are very few freely available models for these properties and some are for specific chemical classes. Here, we present three new semi-quantitative models, one for each of the required environmental compartments (water, sediment, and soil). Using literature and REACH registration data, we developed three new counter-propagation artificial neural network models using the CPANNatNIC tool. We calculated the VEGA descriptors, and selected the relevant ones using an internal method in R based on the forward selection technique. The best model for each compartment was implemented in two open-source stand-alone tools, the VEGA platform, and the JANUS tool (https://www.vegahub.eu/). These models were also used by ECHA to build their PBT profiler available in the OECD QSAR toolbox (https://qsartoolbox.org/). Screening and prioritization are also our main target. The models perform well, with R2 always above 0.8 in training and validation. The only exception is the validation set of the soil compartment, with R2 0.68, that is above 0.8 only for compounds inside the applicability domain (automatically calculated by the system). The root mean square error (RMSE) is good, 0.34 or less in log units (again, for soil validation it is higher but it reaches 0.21 when considering only the compounds in the applicability domain). Compared with one of the most widely used tools, BIOWIN3, the proposed models give better results in terms of R2 and RMSE. For the classification, the performance is better for water and soil, and comparable or lower for sediment. © 2022 Elsevier
ExITox-2 hat zum Ziel eine integrierte Teststrategie (IATA) zu entwickeln, die Tierversuche mit wiederholter inhalativer Verabreichung ersetzt. Der in ExITox-1 entwickelte Read across Ansatz soll weiterentwickelt werden. Neben der Gruppe der Vinylester sollen in ExITox-2 vier neue Gruppen, die Lungenfibrose bzw. Lungenentzündung verursachen, getestet werden. Neue Aspekte sind: i) Integration von in vitro Daten aus Toxv21; ii) Abschätzung der Toxikokinetik mit Hilfe von PBPK- und QSAR Modellen; iii) Unterscheidung von Genexpressionsveränderungen bei geringen und hohen Dosen; iv) Analyse der microRNA; v) Bestätigung der Genexpressionsänderungen durch RTqPCR. Zur besseren Darstellung der Ergebnisse werden Mastersignalwege entwickelt, um zellspezifische Antworten von generellen Stressantworten zu unterscheiden. Die Integration dieser Ergebnisse in eine Test- und Bewertungsstrategie (IATA) soll zur Einschätzung der Toxizität einer inhalierbaren Chemikalie ohne Tierversuch führen. AP1 Stoffauswahl: Zwei Stoffgruppen sollen zu 'Fibrosis' und 'Inflammation' ausgewählt werden (M1.2), sowie Literaturdaten zu den Leitstoffen und Analoga identifiziert werden (M1.3). AP5 Bioinformatik Für 'Hyperplasie', 'Fibrose' und 'Entzündung' werden master pathways erstellt (M 5.1). Differentiell exprimierte Gene (DEG) werden bestimmt (M 5.2). Mit Hilfe der upstream Analyse werden gewebespezifische Masterregulatoren identifiziert (M 5.5). Daraus werden RAX spezifische Profile erstellt (M 5.6). AP6: Transfer der experimentellen Daten und Modelle in die IATA. Es werden die biologischen Profile innerhalb der Stoffgruppe (intra-group) und unter den Stoffgruppen (inter-group) verglichen (M 6.2), sowie zur Ermittlung von AOP und generellen Stressantworten die Stoffgruppen-spezifischen Profile mit den Daten aus M5.1 abgeglichen (M 6.3). Die Ergebnisse des Projektes werden in eine Bewertungsstrategie (IATA) integriert (M 6.4).
Mit dem Promotionsvorhaben wird grundlegend nach Prinzipien der sozialen Dimension der Nachhaltigkeit gesucht. Der erste Schritt bestand in theoretischen Überlegungen und Analysen anhand des Standes der interdisziplinären Umweltforschung, Nachhaltigkeitsforschung, Umweltsoziologie, Sozialer und Politischer Ökologie und damit zusammenhängend einer problemlösungsorientierten und möglichkeitseröffnenden Wissenschaftsmethodik. Um sozialökologische Prinzipien zu finden, führte die theoretische Analyse und Suche über die Beurteilung vorhandener sozialer Regelungsstrukturen und Institutionen hinaus und widmet sich der Erforschung von Entstehungsprinzipien sozialer Ordnungsstrukturen. Wie und unter welchen Voraussetzungen können Strukturen entstehen; die zu nachhaltigem Handeln motivieren? Demnach wird nach Wegen der Umsetzung für zukunftsfähige Lebensweisen geforscht. Unter Zuhilfenahme von soziologischer Gemeinschaftsforschung werden die nötigen Begrifflichkeiten für diejenigen sozialen Prozesse, die sich im mesosoziologischen Bereich bei der Entwicklung sozialer Ordnungsstrukturen abspielen, systematisiert, beschrieben und theoretisch fundiert. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung sozial-ökologischer, zukunftsfähiger Prinzipien. Diese sollen im zweiten Schritt durch die empirische Erforschung ausgesuchter sozialökologischer Projekte konkretisiert und empirisch fundiert werden. Intentionale Gemeinschaften mit sozialökologischen Zielen, die sich aus den Wünschen nach einem freien und 'guten' Leben in Frieden mit sich und der Umwelt gründen und dabei bewusst und reflektiert nach konkreten Umsetzungsmöglichkeiten suchen, stellen dafür ein Untersuchungsfeld dar. Sie sind sozialökologische Transformationsexperimente, die viele Bereiche der Lebensführung mit einbeziehen und neue Wege der sozialen und politischen Organisation erproben. Damit können potentielle Wege zu einer nachhaltigen Lebensweise vor dem Hintergrund der aktuellen kulturellen und gesellschaftlichen Umstände erforscht und beobachtet werden. Nach Vorstudien in den Ökodorf- Projekten Auroville und Findhom wird in entsprechend ausgewählten intentionalen Gemeinschaften in der Bundesrepublik Deutschland mit qualitativen Forschungsmethoden von Interviews und teilnehmender Beobachtung den Fragen zukunftsfähiger Gestaltung sozialer Gebilde im Sinne von nachhaltiger Entwicklung nachgegangen.
Im Rahmen der REACH-VO sind die Mitgliedstaaten aufgefordert mittels Dossiers regulierungsbedürftige Stoffe vorzuschlagen. Dazu müssen aus der Vielzahl der registrierten Stoffe oder noch zu registrierenden Stoffe u. a. jene mit aus Umweltsicht potentiell kritischen Eigenschaften herausgefiltert werden. Hinweise auf kritische Eigenschaften wie etwa Abbaubarkeit, Bioakkumulationspotential und Toxizität oder auch das endokrine Wirkpotenzial eines Stoffes können teilweise mithilfe von (quantitativen) Struktur-Wirkung-Beziehungen (QSAR -Methoden) und sogenannten Strukturalarmen z.T. bereits aus der chemischen Struktur abgeleitet werden. In dem Vorhaben sollen die Ergebnisse eines Vorläuferprojektes weiter ausgebaut werden. In dem 2015 abgeschlossenen Projekt (UFOPlan FKZ 3713 63 414) wurden bisher wenig beachtete Strukturalarme (z.B. für Trinkwasserrelevanz) und QSAR Methoden genutzt, um aus einem großen Stoffpool Stoffe mit potentiell kritischen Eigenschaften herauszufiltern. Hierzu wurde ein sogenanntes Konsensus-Modell entwickelt, welches verschiedene QSAR und Read-across Modelle beinhaltet und zu einem globalen Bewertungsparameter für eine zu testende Substanz zusammenfasst. Dabei liegt ein Schwerpunkt auch in der Dokumentation der QSAR Ergebnisse, da REACH hier hohe Anforderungen stellt. Das hier geplante Vorhaben soll die Modelle des Vorläuferprojektes erweitern (z.B. um Strukturalarme und Modelle zu endokrinen Eigenschaften von Substanzen) und verfeinern und in eine Nutzerplattform integrieren. So soll ein für das UBA nutzbares Tool entstehen, das ein 'multi criteria decision making' bei der Auswahl besonders regulierungsbedürftiger Stoffe unter REACH unterstützt und dabei besonders auf die Vermeidung von 'falsch positiven' Stoffen ausgelegt ist. Solche Stoffe, die fälschlicherweise durch das System als kritische Stoffe identifiziert werden, würden eine effiziente und ressourcenschonende Wahrnehmung der UBA Aufgaben unter REACH behindern. Das Ergebnis ist besonders für die Erfassung von Kandidaten für die Stoffbewertung interessant. Diese wird für Stoffe mit geringeren Tonnagen und dementsprechend begrenzterer Datenlage innerhalb von REACH zunehmend an Bedeutung gewinnen. Außerdem erlaubt die qualifizierte Anwendung geeigneter QSAR-Methoden die Identifizierung von SVHCs anhand eines Weight-of-Evidence-Approachs.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 46 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 44 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 1 |
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| Language | Count |
|---|---|
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| Englisch | 21 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 28 |
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| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 26 |
| Lebewesen und Lebensräume | 40 |
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| Weitere | 46 |