a) Pflanzeninhaltsstoffe wie Zellulose, Lignin und Protein sind Ausgangsstoffe der organischen Bodensubstanz. Die Kenntnis ihrer Umwandlung zu Huminstoffen ist eine wichtige Grundlage zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit. Die Untersuchungen werden mit Pflanzenrueckstaenden, aber auch mit einzelnen Bestandteilen von Pflanzen oder Mikroorganismen durchgefuehrt. b) Synthese oder Gewinnung von Inhaltsstoffen und Pflanzen oder Mikroorganismen markiert durch die Isotope 14C, 15N oder 35S. Verfolgung des Abbaues und der Umwandlung im Boden oder durch bestimmte Mikroorganismen. Untersuchung der neugebildeten Huminstoffe hinsichtlich ihrer Isotopen-Verteilung und der weiteren Transformation und Mineralisation der markierten Bestandteile. c) Es handelt sich hierbei um langfristige Untersuchungen, die zum Teil in Zusammenarbeit mit in- und auslaendischen Forschungseinrichtungen durchgefuehrt werden.
Im Projekt soll der Einfluß oxydativer Exoenzyme von Pilzen und Mykorrhizen auf den Auf- und Abbau der organischen Bodensubstanz charakterisiert werden. Über die gesamte Dauer des SPP sind zwei Arbeitsetappen geplant. Zuerst werden Primer zum molekularbiologischen Nachweis von Boden- und Mykorrhizapilzen mit Laccase-Genen und zur Analyse der Expression dieser Gene in Böden entwickelt. Um die bodenökologische Aussagekraft der Methode zu gewährleisten, werden Protokolle zur Extraktion von DNA und mRNA aus Böden mit Proben von den SPP-Standorten optimiert und geeicht. In einem zweiten Arbeitsschritt werden die Methoden an den landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen Böden der SPP-Standorte eingesetzt. Die Ergebnisse von Untersuchungen der Struktur und Funktionen der Pilzpopulationen werden im Zusammenhang mit Analysen anderer SPP-Teilnehmer interpretiert. Dabei sollen insbesondere Daten über Gehalt und Kreislauf der festen und gelösten organischen Bodensubstanz, über Fraktionierung natürlicher Isotope in den Phasen des Kreislaufs sowie über Aufbau- und Abbauvorgänge durch nicht pilzliche Bodenmikroorganismen und durch Bodentiere berücksichtigt werden. Die Beteiligung an Experimenten zum Abbau radioaktiv markierter Streu ist ebenfalls vorgesehen.
Da die Grundwasservorraete der Nordsahara besonders in Libyen verstaerkt als Nutzwasser herangezogen werden, muss die Frage der Ausschoepfbarkeit dieser Vorraete und die eventuelle derzeitige Ergaenzung geprueft werden. Es wird die hydrogeologische Struktur dieses Gebiets untersucht und Altersbestimmungen des Wassers mit Hilfe des Kohlenstoff-14 vorgenommen.
Der Uebergang von Schwermetallen, insbesondere Cr, Mo, Se, Te, Ni, Co, Cu, Mn und Ag, vom Boden in Nahrungs- und Futtermittelpflanzen wird mit Industriestaeuben, loeslichen stabilen Tracern und Radiotracern untersucht. Daraus resultieren Empfehlungen zur Pflanzenauswahl bei vorgegebener Bodenbeschaffenheit (Kontamination, bestimmte Qualitaetsmerkmale), sowie Methoden zur Beeinflussung der Mobilitaet eines Metalls im Boden. Bisherig Experimente erfolgten mit Elektrofilterstaub aus Muellverbrennungsanlagen an Gras, Spinat und Kohlrabi. Sie werden mit Kartoffeln, Weizen und Mais fortgefuehrt. Entsprechende Versuche mit Cr, Mo und W sollen an ca. 20 verschiedenen Nutzpflanzen durchgefuehrt werden.
Die streu- und humusfressende Makrofauna spielt eine wichtige Rolle beim Abbau und bei der Stabilisierung organischer Substanz im Boden. Anhand ausgewählter Modellorganismen (Käfer- und Dipterenlarven) soll untersucht werden, welche Rolle den besonderen physikochemischen Verhältnissen in den Intestinaltrakten dieser Tiere, insbesondere den extrem alkalischen Darmabschnitten, sowie der ausgeprägten Darmmikrobiota bei den Stabilisierungsprozessen zukommt. Mit chromatographischen und spektro-skopischen Methoden sollen die chemische und mikrobielle Transformation der organischen Substanz und der mikrobiellen Biomasse des Bodens verfolgt werden. Weitere Schwerpunkte liegen bei der Rolle von Humin-stoffen als Mediatoren der mikrobiellen Reduktion von Eisenverbindungen sowie beim Beitrag der mikrobiellen Produk-tion des Darms zur refraktären organischen Substanz in den Ausscheidungen der Tiere. Die Untersuchungen beinhalten den Einsatz von Mikrosensoren, die Mikroinjektion von Radiotracern und Fütterungsexperimente mit Huminstoff-Modellverbindungen.
Translokation von Phenoxyverbindungen in verschiedenen Stadien der jahresperiodischen Entwicklung mehrjaehriger Unkraeuter.
Es sollen Transport- und Austauschvorgaenge an Schwebstoffen und Sedimenten durch Einsatz von Tracern untersucht werden. Die Untersuchungen sollen sowohl im Modell als auch in Feldversuchen durchgefuehrt werden. Eingesetzt werden sollen geeignete Radiotracer und aktivierbare Tracer in Form von Metalloxiden, Silikaten und organischen Verbindungen.
Der Gang des durch atmosphärische Kernwaffentests erzeugten radioaktiven Kohlenstoffs 14C durch die Biosphäre und organische Bodenbestandteile bis hin zur refraktären Fraktion soll durch Beschleuniger-Massenspektrometrie-Messungen (AMS) verfolgt werden. Die geringen benötigten Probenmengen des AMS-Meßverfahrens (0,1 bis 1 mg Kohlenstoff) erlauben eine detaillierte Aufgliederung des Bodenmaterials in signifikante physikalische und chemische Fraktionen, wodurch die Dynamik der Stabilisierungsprozesse natürlicher organischer Substanzen in Böden sichtbar gemacht werden kann. Archivproben von landwirtschaftlichen Versuchsstandorten liefern Proben aus den letzten 50 Jahren, wodurch die Stabilisierungsprozesse mit unterschiedlichen Zeitkonstanten und geeigneter Zeitauflösung erfaßt werden können. Zudem wird hierdurch auch der Einfluß der Bodenvariabilität geklärt. Die Beprobung und Probenaufbereitung für AMS soll in enger Zusammenarbeit mit anderen am Schwerpunktprogramm beteiligten Forschergruppen geplant und durchgeführt werden.
Es wird vermutet, dass im globalen Wechselspiel der Hemisphären entweder die Tiefenwasserproduktion im Norden oder die im Süden den Atlantik dominierte, was unmittelbaren und bedeutenden Einfluss auf das Wärmebudget der jeweiligen Erdhalbkugel hat. Trotz der Anstrengungen, die gemacht wurden, um die Vergangenheit des klimarelevanten Atlantischen Ozeans zu rekonstruieren, war es bislang nicht möglich die Rolle der Ozeanzirkulation als Auslöser oder Folge der teils dramatischen Klimaschwankungen zu identifizieren, die innerhalb der letzten 100.000 Jahre aufgetreten waren. Der Forschungszweig der Paläozeanographie, der sich mit diesen Fragen beschäftigt, steht hierbei vor zwei essentiellen Problemen: Zum einen haben die benutzten Methoden oft Schwächen und nur eingeschränkte Anwendungsbereiche, was insbesondere für Tracer gilt, die am Nährstoffkreislauf teilnehmen und diagenetischen Prozessen unterworfen sind. Zum anderen lässt die zeitliche und räumliche Abdeckung der Messungen meist nur begrenzte Aussagen zu, die zwar lokale Informationen liefern, jedoch keine globalen Zusammenhänge erschließen lassen. Um verlässliche Aussagen über die ozeanische Vergangenheit des Wärmetransports und der Verteilung von Kohlenstoff und Nährstoffen treffen zu können, ist es notwendig eine große Anzahl von Daten zu erheben. Das Material, das von den IOPD/ODP Kernlagern zur Verfügung gestellt wird, bietet hierfür eine einzigartige Grundlage. Als Methode der Wahl hat sich in der jüngsten Vergangenheit die Messung des Verhältnisses der Neodymisotope 143Nd/144Nd herauskristallisiert. Die unterschiedliche isotopische Signatur von Wassermassen des Pazifiks und dem Nordatlantischen Tiefenwasser machen Neodym zu einem einzigartigen Tracer für die atlantische Zirkulation. Die Neodym-Signatur und damit das (Mischungs)Verhältnis der in der Vergangenheit vorherrschenden Wassermassen werden in Fe-Mn-Ablagerungen des Sediments erhalten. Mit dem vorsichtigen Ablösen dieser Ablagerungen und der anschließenden Messung der Nd-Isotopie steht eine Methodik zur Verfügung, die im großen Maßstab angewandt äußerst erfolgsversprechend ist. Sie ist überall dort anwendbar, wo Kerne gezogen wurden, sie ist verlässlich messbar und die Aufbereitung von Proben ist schnell und kostengünstig durchführbar, wenn die entsprechende Expertise vorhanden ist. An ausgewählten IODP/ODP Kernen soll der Frage von Wassermassenwechseln im Atlantik nachgegangen werden. Es soll geklärt werden wie schnell diese abliefen und in welcher klimatologischen Phase sich welches Zirkulationsmuster durchgesetzt hat. Mit Hilfe von Boxmodellen und durch den Vergleich mit weiteren Tracern (231Pa/230Th, d13C) soll ein gesamtheitliches Bild für den letzten Glazial-Interglazialen-Zyklus gezeichnet werden, das Rückschlüsse auf die entscheidenden Rückkopplungseffekte und Wechselwirkungen im Klimasystem zulässt, wie sie für die Verbesserung und Validierung von Klimamodellen dringend benötigt werden.
Ziel des beantragten Projekts ist es, die Zahl der für die präklinische Arthritis-Forschung eingesetzten und getöteten Mäuse drastisch zu reduzieren. Dazu soll eine nicht-invasive Bildgebungsmethode (PET/CT) am lebenden Tier als Ersatz für die bisher eingesetzte histopathologische Untersuchung von Entzündung und Knorpel- und Knochendestruktion etabliert werden. Da solche histopathologischen Untersuchungen zu verschiedenen Zeitpunkten der Arthritis-Pathogenese oder zu verschiedenen Zeitpunkten nach therapeutischen Eingriffen durchgeführt werden, müssen zu jedem dieser Untersuchungszeitpunkte Tiere getötet werden. Eine nicht-invasive Untersuchungsmethode, welche die histopathologischen Untersuchungen ersetzen könnte, würde deshalb die Zahl der für die Arthritis-Forschung benötigten Tiere erheblich reduzieren. Die Datenakquisition mit dem Inveon PET/CT, die radiochemischen Arbeiten mit 18F-FDG sowie die Entwicklung der neuen Tracer für die Quantifizierung der Knochendestruktion mittels PET erfordern für die Laufzeit des Projekts eine wissenschaftliche Arbeitskraft mit entsprechenden Kenntnissen im Umfang von 0,5 einer Vollzeitstelle. Es sind der Aufbau der Methodik und die Etablierung verlässlicher Protokolle notwendig. Die radiochemische Synthese muss entwickelt, die Analysemethoden angepasst und biochemische Experimente (z.B. Analyse von Blutproben) durchgeführt werden. Für die erfolgreiche Bearbeitung des Projekts sind diese Tätigkeiten essentiell.
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