Artentstehung setzt die reproduktive Isolation von Populationen voraus. Die gängige Vorstellung für die Entstehung von Arten ist die allopatrische Speziation, bei der Populationen durch geographische Barrieren getrennt sind. Doch kann diese Vorstellung unseres Erachtens kaum den ungeheuren Artenreichtum erklären und ist besonders problematisch, wenn es gilt, die häufige Sympatrie nächstverwandter Insektenarten zu erklären. Die Theorie der sympatrischen Speziation schlägt vor, dass Wirtswechsel bei phytophagen Insekten mit einem Wechsel des Paarungsortes einhergehen und es so zur reproduktiven Isolation von Populationen kommen kann. Das bekannteste und am besten untersuchte Modellsystem hierfür ist die Artengruppe um die amerikanische Apfelfruchtfliege. Wir wollen anhand der Wirtsrassen der Kirschfruchtfliege auf Kirschen und Heckenkirschen (Lonicera xylosteum) sowie der postglazialen Nord- beziehungsweise Südrasse dieser Art überprüfen, ob bei dieser Fliege sympatrische Speziation oder Wirtskreiserweiterung vorliegt. Darüber hinaus wollen wir überprüfen, ob parallel zu den Fliegen auch bei deren Parasitoiden Speziationsereignisse stattfinden. Zunächst beginnen wir mit einem Vergleich sympatrischer Fliegenpopulationen, die von unserem Kooperationspartner Dr. Boller in der Schweiz bzw. von uns in Deutschland besammelt werden. Eine Isoenzymanalyse, bei der wir in Anlehnung an die Arbeiten unseres Kooperationspartners Prof. McPheron sämtliche Allozyme berücksichtigen, die bei der Apfelfruchtliege von diagnostischem Wert sind (und einige zusätzliche), soll Aufschluss über die lokale Populationsdifferenzierung durch Wirtsrassenbildung erbringen. Ein Vergleich mit der geografischen Isolation von Populationen gibt uns Auskunft über den Isolationseffekt der Wirtsrassenbildung.
Biologische Bodenkrusten (Biokrusten) sind Hotspots an mikrobieller Diversität und Aktivität, die als 'Ökosystemingenieure' biogeochemische Kreisläufe (N, P) kontrollieren und die Bodenoberfläche stabilisieren. Biokrusten sind ein komplexes Netzwerk vielfältiger, interagierender Mikroorganismen mit verschiedensten Lebensweisen. In den gemäßigten Breiten ist wenig über die Einflussfaktoren auf Struktur und Funktion der Biokrusten bekannt. Daher wollen wir die Diversität der Mikroorganismen in Biokrusten (Bakterien, Protisten, Pilze und Algen) und ihre biogeochemische Funktion in den Waldflächen der Biodiversitätsexploratorien (BE) entlang von Landnutzungsgradienten untersuchen, um deren Beeinflussung durch Landnutzung und Umweltfaktoren zu verstehen.Das zentral organisierte, neue Störexperiment in den Waldflächen ist eine hervorragende Möglichkeit, um die Entwicklung einer Biokruste unter natürlichen Bedingungen nach einer starken Störung zu verfolgen. Eine Teilfläche simuliert Kahlschlag (die Stämme werden entfernt), die andere Teilfläche einen zukünftig häufiger auftretenden Orkan (Stämme verbleiben auf der Fläche). Wir werden die Entwicklung der Bodenkrusten von einem jungen zu einem reifen Stadium visuell (Flächenbedeckung) und durch Probenahme (Biomasse, Nährstoffe, Bodenorganik, Mikrobiota) mittels Feld-, analytischen und molekularen Methoden regelmäßig über zwei Jahre verfolgen. Außerdem werden wir an der zentralen Bodenbeprobungskampagne in allen 150 Waldflächen teilnehmen und parallel Biokrusten sammeln. Wir werden die mikrobielle Biomasse in der Biokruste quantifizieren, ihre Gemeinschaftsstruktur mittels Hochdurchsatzsequenzierung beschreiben und dies mit dem Umsatz von Stickstoff- und Phosphorverbindungen verschneiden. Um Schlüsselorganismen dieser Prozesse zu identifizieren und in hoher räumlicher Auflösung zu visualisieren, wird zusätzlich ein Laborexperiment unter Anwendung von stable isotope probing und NanoSims durchgeführt. Die Daten zur Biodiversität und funktionellen Genomik werden mit den Nährstoffstatus der Biokrusten (Konzentration und chemische Speziierung von C, N und P) verknüpft. Das Laborexperiment mit stabilen Isotopen wird unser Verständnis von Biokrusten Schlüsselorganismen im N- und P-Nährstoffkreislauf und den Einfluss der räumlichen Heterogenität fundamental verbessern. Diese Daten erlauben zum ersten Mal die quantitative und qualitative Rekonstruktion der wichtigsten Stoffkreisläufe und mikrobiellen Interaktionsmuster in Biokrusten als Reaktion auf Landnutzung und Störung. Abschließend werden die ermittelten Daten in das gemeinsame bodenkundliche Netzwerk der BE integriert und dienen dann als Keimzelle für ein Synthese-Vorschlag mit dem Ziel, die Leistung der Biokruste quantitativ und qualitativ mit anderen Hotspots in Böden, wie Detritus- oder Rhizosphäre, zu vergleichen.
Untersuchung des Einflusses der Landnutzung auf die Gehalte an Naehrstoffen und deren Bindungsformen (insbes. Phosphor) in Boeden und Bewertung im Hinblick auf Nachlieferung (Pflanzenernaehrung), Verlagerungen in Boeden (Grundwasserschutz) und Verteilungen in der Landschaft (Landschaftsschutz).
Der menschliche Einfluss durch Landnutzung hat global zu starken Veränderungen in der Bodenentwicklung geführt und verursachte Verluste von Kohlenstoff aus terrestrischen Ökosystemen. Trotz relativ langsamer netto-Änderungen ist organische Bodensubstanz eine der wichtigsten Speichergrößen für Kohlenstoff. Der heutige Stand der Forschung zeigt dass die Größe der Quellen- oder Senkenfunktion von Böden für atmosphärisches Kohlenstoffdioxid von Bodeneigenschaften abhängt, die wiederum das Ergebnis pedogenetischer Prozesse sind. Bisher wurden allerdings Landnutzung und Kohlenstoffspeicherung kaum hinsichtlich ihrer Verbindung mit pedogenetischen Prozessen erforscht. Ein Grund ist sicherlich dass es kaum Referenzflächen gibt, die sicher als natürlich bezeichnet werden können aber trotzdem vergleichbare Bedingungen zu genutzten Flächen aufweisen. In der Region Cusco in den peruanischen Anden haben wir solche natürlichen Flächen identifizieren können. Sie liegen an abgelegenen Berghängen und sind nur mit Bergsteigerausrüstung zu erreichen, sind aber direkt mit Flächen benachbart die seit Jahrtausenden durch extensive Weidewirtschaft gekennzeichnet sind. Unsere Hypothesen lauten (a) Landnutzung und assoziierte Veränderungen in der Vegetation beeinflussten die Bodenentwicklung so stark dass sich in natürlichen und genutzten Böden unterschiedliche Klassifikationseinheiten entwickelten und (b) Landnutzung und veränderte Bodenentwicklung haben die relative Bedeutung von Mechanismen der Stabilisierung organischer Bodensubstanz verschoben. Um diese Hypothesen zu untersuchen werden Bodenklassifizierung und Indikatoren der Profilentwicklung genutzt und mit der Verteilung der organischen Bodensubstanz in Fraktionen unterschiedlicher Stabilisierungsmechanismen in Verbindung gebracht. Die Verbindung von Aspekten der Bodengenese mit der Stabilisierung der organischen Bodensubstanz wird das Verständnis des menschlichen Einfluss auf Kohlenstofffestlegung im Boden verbessern und kann somit helfen Strategien zu entwickeln die den Landnutzungsinduzierten Verlust von Kohlenstoff in die Atmosphäre verringern.
In Amazonien dominieren nährstoffarme Oxisole und Ultisole, die nur schwer nachhaltig nutzbar sind. Innerhalb dieser Bodenlandschaft kommen allerdings aufgrund langandauernder anthropogener Nutzung durch präkolumbische Indianer tiefhumose, nachhaltig bewirtschaftbare Böden vor. Unsere bisherigen Untersuchungen belegen, dass die hohen und stabilen Humusvorräte dieser Böden maßgeblich auf pyrogenen Kohlenstoff zurückzuführen sind. Ungeklärt ist bisher die Herkunft ihrer hohen Nährstoffgehalte (bes. N, P, Ca, Mg). Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist es deshalb, durch die kleinräumige Analyse von Biomarkern und ihrer Stabilisotopenverhältnisse sowie von P-Bindungsformen Hinweise auf die Terra Preta-Genese zu bekommen. Insbesondere soll zwischen dem Eintrag menschlicher und tierischer Exkremente sowie zwischen aquatischer und terrestrischer Biomasse unterschieden werden. Von den Ergebnissen der Untersuchungen erwarte ich gezielte Aussagen über die Anreicherung der Terra Preta-Böden mit Nährstoffen sowie die Heterogenität der Eintragspfade.
Wissenschaftliche Aufklaerung des kurz- und langfristigen Verhaltens von Schadstoffen bei der offenen Verwendung von Reststoffen mit dem Ziel, das Nutzungspotential zu quantifizieren. Dazu werden organische und anorganische Schadstoffe in Muellverbrennungsschlacken charakterisiert und spezifiziert, anhand geochemischer Modellrechnungen die thermodynamischen Existenzbereiche von Schwermetallspecies in Waessern ermittelt, die wesentlichen Mobilisierungsmechanismen untersucht und diese mit kapazitiven Groessen wie Saeure- und Redoxpufferkapazitaet gekoppelt. Bisher konnte an drei MVA-Schlacken durch TG- und DTA-Untersuchungen eine Speziation des Kohlenstoffs in organisch gebundenen, karbonatischen und graphitaehnlichen (black carbon) Kohlenstoff erreicht werden. Die Identifikation organischer Bestandteile gelang nach Soxhlet-Extraktion mit einer Reihe an Loesemitteln sinkender Polaritaet und dem Einsatz von GC-MS und HPLC-Technik. Damit konnten erstmals Alkane, Fettsaeuren, Phenole und Phthalate im mg/kg-Bereich in MVA-Schlacken nachgewiesen werden. Die Ionenchromatographie eignet sich nach Elimination von SO4 hoch 2minus, Cl minus fuer die Identifikation pelarer, org. Saeuren. Am Beispiel des Kupfers konnte fuer ein Schwermetall eine Speziation durchgefuehrt werden. Dabei wurden sechs Kupferphasen (Cu(O), Cu(l)-Oxid, Cu(II)-Oxid, Cu-Legierungen und basische Kupferkarbonate) identifiziert.
Kenntnisse über S-Bindungsformen und deren Flüsse in terrestrischen Ackerböden können nicht auf Sumpfreisböden übertragen werden, da nach deren Überflutung anaerobe Verhältnisse vorherrschen. Ergebnisse über die Bedeutung der einzelnen S-Fraktionen für die S-Nachlieferung in Sumpfreisböden und somit der S-Versorgung von Reis liegen kaum vor bzw. sind aufgrund des Trocknens der Bodenproben vor der Analyse nicht aussagefähig. Weiterhin wurde seither nicht berücksichtigt, dass in unmittelbarer Wurzelnähe von Reispflanzen im Gegensatz zum Restboden aerobe Verhältnisse vorherrschen. Aus diesem Grund soll in zwei typischen chinesischen Sumpfreisböden nach Dotierung mit 35S der Einbau des zugeführten Schwefels in definierte S-Fraktionen (SO42- in der Bodenlösung, adsorbiertes SO42-, FeS, FeS2, Sulfatester, Kohlenstoff gebundener S, Biomasse S) erfasst und in einer Zeitreihenuntersuchung Flüsse zwischen ihnen abgebildet werden. Dabei gilt es, zwischen der oberflächennahen aeroben Zone und der darunter liegenden anaeroben Zone bzw. dem wurzelnahen und wurzelfernen Boden zu differenzieren. Da Reisstroh häufig nach der Ernte in den Boden eingearbeitet wird, soll dessen Mineralisierungsverhalten mittels Einsatz von 35S markiertem Reisstroh untersucht werden. Des weiteren soll in speziellen Versuchsgefäßen, die das Gewinnen von Bodenproben in definierten Abständen von der Wurzeloberfläche erlauben, die Dynamik anorganischer und organischer S-Fraktionen in der Rhizosphäre erfasst werden.
Phosphor wird auf verschiedensten Skalen rezykliert: Diese reichen von der Ökosystemebene über Kreisläufe innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft bis hin zu Kreisläufen innerhalb von Einzelorganismen. Ziel des Projektes ist es, mikrobielle P-Umsatzmodelle auf der Organismenebene und auf der Ebene mikrobieller Gemeinschaften zu unterscheiden. Es wird davon ausgegangen, dass P-Kreisläufe auf der Organismenebene überwiegend zur Aufrechterhaltung (Maintenance) der eigenen Zellfunktionen erfolgen. Dagegen umfassen P-Kreisläufe auf der Ebene mikrobieller Gemeinschaften i) die P-Freisetzung durch Absterben und Zelllyse mit anschließendem ii) mikrobiellem Wachstum und P-Aufnahme. Unserem Vorhaben liegen folgende Hypothesen zugrunde: 1) Erfogen P-Umsätze überwiegend aufgrund von Zelltod und Wachstum, so sind diese wesentlich schneller als Kreisläufe zur Aufrechterhaltung der Zellfunktion. 2) In P-reichen Böden (akquirierenden Ökosystemen) erfolgt mikrobieller P-Umsatz schneller und vor allem durch Zelltod und Wachstum, während in P-armen Böden (rezyklierenden Ökosystemen) P-Umsatz überwiegend zur Aufrechterhaltung und langsamer erfolgt, da die eingeschränkte P-Verfügbarkeit eine effizientere Ressourcennutzung fordert. 3) Eine hohe C- und N-Verfügbarkeit stimuliert P-Umsatz vor allem in Folge von Zelltod und Wachstum, 4) was in bakteriellen Gemeinschaften schneller als in pilzlichen erfolgt.Fünf unabhängige Ansätze ermöglichen die Untersuchung und Unterscheidung von P-Umsätzen auf Organismen- und Gemeinschaftsebene: 1) Unterschiedlicher Einbau von 33P, 14C und 13C in Phospholipide , 2) Unterschiedlicher Einbau von 33P und 14C in DNA, 3) ATP-Gehalt und Adenylat-Energie-Ladung, 4) Modifikation der CO2-Freisetzung durch P-Applikation und 5) Wärmeabgabe (Kalorimetrie) des Bodens. Zudem wird ein neuer präperativer Ansatz entwickelt, um den 33P-, 14C- und 13C-Einbau in Phospholipide individueller Mikrobengruppen zu analysieren. Die Hypothesen werden an Böden getestet, die sich hinsichtlich ihres P-Gehaltes (Luess vs. Bad Brückenau) und ihrer P-Speziierung (Mittelfels vs. Achenpass) unterscheiden. Hierfür werden Mikrokosmen- und Feldexperimente durchgeführt. Aus der Dynamik von Einbau und Freisetzung von 33P und 14C in spezifische Mikrobengruppen lassen sich P-Umsätze infolge von Zelllyse und Wachstum von solchen zur Aufrechterhaltung in akquirierenden und rezyklierenden Ökosystemen unterscheiden und abschätzen. In Kooperation werden Mikrokosmen- und Feldexperimente durchgeführt um den Einfluss der C-Freisetzung in die Rhizosphäre bei variabler P-Verteilung auf die P-Rezyklierung zu untersuchen. Der Effekt von P- und N-Addition auf mikrobielle P-Kreisläufe wird in einem faktoriellen NxP-Düngungsversuch unter Freilandbedingungen analysiert.Diese Untersuchungen werden neue Wege zur Unterscheidung der P- und Nährstoffkreisläufe zwischen Gemeinschafts- und Organismusebene weisen und den Beitrag von Tod/Wachstum vs. Aufrechterhaltung in Ökosystemen bestimmen.
Formation and stability of soil micro-aggregates depend on the forces which are acting between the individual building blocks and in consequence on type, size and properties of the respective adjacent surfaces. While the interaction forces are the result of the superposition of short-range chemical forces and long-range van-der-Waals, electrostatic, magnetic dipole and capillary forces, the total contact surface is a function of the size, primary shape, roughness and larger-scale irregularities. By employ-ing atomic force microscopy (AFM), we will explore the role of topography, adhesion, elasticity and hardness for the formation of soil micro-aggregates and their stability against external stress. Special consideration will be put on the role of extracellular polymeric substances as glue between mineral particles and as a substance causing significant surface alteration. The objectives are to (i) identify and quantify the surface properties which control the stability of aggregates, (ii) to explain their for-mation and stability by the analysis of the interaction forces and contacting surface topography, and (iii) to link these results to the chemical information obtained by the bundle partners. Due to the spatial resolution available by AFM, we will provide information on the nano- to the (sub-)micron scale on tip-surface interactions as well as 'chemical' forces employing functionalized tips. Our mapping strategy is based on a hierarchic image acquisition approach which comprises the analysis of regions-of-interest of progressively smaller scales. Using classical and spatial statistics, the surface properties will be evaluated and the spatial patterns will be achieved. Spatial correlation will be used to match the AFM data with the chemical data obtained by the consortium. Upscaling is intended based on mathe-matical coarse graining approaches.
Im geschützten Anbau ist mit einem verstärkten Auftreten von pilzlichen Schaderregern, insbesondere Wurzelpathogenen zu rechnen. Im geschützten Anbau am Standort Bangkok ist an der vorgesehenen Hauptkultur Tomate mit einem erhöhten Befall mit Pythium zu rechnen. In diesem Teilprojekt soll am Standort Bangkok durch einen Gewächshausversuch versucht werden, die Wirkung der Ca- und Si-Versorgung in Wechselwirkung mit der Stickstoffversorgung der Pflanzen auf die Infektion, den Infektionsverlauf von Pythium zu charakterisieren und die Wirkung auf den Ertrag der Kulturen zu quantifizieren. Parallel zu den Vegetationsversuchen soll unter kontrollierten Bedingungen in Hannover schwerpunktmäßig der Einfluß von Si und Ca auf das Pathosystem Tomate/Pythium detaillierter untersucht werden. Hierbei stehen im Mittelpunkt (i) die Quantifizierung im Wurzelapoplasten der Ca-, Si-Gehalte und -Bindungsformen und von für den Pilzbefall und die pflanzliche Reaktion auf den Pilzbefall charakteristischen Enzymaktivitäten und Metaboliten in Beziehung zu Infektion und Infektionsverlauf, (ii) die Charakterisierung des Infektionsverlaufes innerhalb des Wurzelsystems unter besonderer Berücksichtigung von Wurzelalter, lokalen Infektionsquellen und lokalem Si, und Ca-Angebot und (iii) die Charakterisierung des Leistungs- und Kompensationsvermögens des Wurzelsystems in Abhängigkeit von Intensität und Verlauf des Krankheitsbefalls. Ziel des Teilprojektes ist es, den möglichen Beitrag der Ca- und Silizium-Versorgung der Pflanzen zur Optimierung der Pflanzengesundheit am Beispiel des Pathosystems Tomate/Pythium zu erarbeiten und unter praktischen Anbaubedingungen zu überprüfen.
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| Bund | 563 |
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| Förderprogramm | 563 |
| License | Count |
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| Keine | 331 |
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| Boden | 435 |
| Lebewesen und Lebensräume | 444 |
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