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Impakt von Pollutantien auf die P.S. (Programmierte Synthese: DNA-, RNA- und Proteinsynthese)

Veraenderungen im physiologisch-chemischen Bereich, die durch Anwesenheit von Pollutantien, insbesondere chemischen, verursacht werden, soweit sie DNA-, RNA und/oder Proteinsynthese betreffen. In der Gruppe stehen alle Enzyme und viele hoehere Komplexe zur Verfuegung. Bisher wird an wenigen biologischen Modellen gearbeitet, wie Klaerschlamm, Spongien, Echinodermata, Moos. Ziel ist es, Induktionsvorgaenge und die daraus folgenden Regulationsfolgen, wie sie unter Umwelt-relevanten Bedingungen hervorgerufen werden, zu verstehen.

Polycyclische cancerogene Kohlenwasserstoffe in vom Menschen genutzten Pflanzen

Arbeiten ueber die Ursachen des Vorhandenseins von krebserregenden Verbindungen in Nutzpflanzen, d. h. Klaerung, ob diese Substanzen von der Pflanze selbst produziert werden oder aus der Umgebung (Luft, Boden, Wasser) in die Pflanze eindringen. Forschungsarbeiten ueber den Transport dieser Substanzen in der Pflanze sowie etwaige Einbeziehung in den Stoffwechsel. Es kommen sowohl chemisch-analytische Verfahren wie auch Verfahren unter Verwendung markierter Substanzen in Frage.

Satellite Color Images, Vegetation Indices, and Metabolism Indices from Fall, Germany from 1984 – 2023

The "Germany Mosaic" is a time series of Landsat satellite images and vectorized segments covering the entirety of Germany from 1984 to 2023. The image data are divided into TK100 sheet sections (see further details: Blattschnitt der Topographischen Karte 1:100 000). The dataset provides optimized 6-band imagery for each year, representing summer (May to July) and autumn (August to October) seasons, along with vegetation indices such as NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) and NirV (Near-Infrared Reflectance of Vegetation) for the same periods. Additionally, vectorized "zones" of approximately homogeneous pixels are available for each year. The spectral properties of the image data and the morphological characteristics of these zones are included as vector attributes (see Documentation: "Mosaic (1984–2023) - Data Description"). An overview of the coverage and quality of all sheet sections is provided as a vector layer titled D-Mosaik_Sheet-Sections within this document. The Germany Mosaic can also be considered a spatial-temporal Data Cube, enabling advanced analysis and integration into workflows requiring multi-dimensional data. This structure allows users to perform operations such as querying data across specific time periods, analyzing trends over decades, or aggregating spatial information to generate tailored insights for a wide range of research applications. In mid-latitudes, seasonal variations in vegetation—and consequently in the image data—are typically more pronounced than changes occurring over several years. The temporal segmentation of the dataset has been designed to encompass the entire vegetation period (May to October), with the division into summer and autumn periods capturing seasonal metabolic shifts in natural biotopes. This segmentation also records most agricultural changes, including sowing and harvesting activities. Depending on weather conditions, the individual image data represent either the median, mean value, or the best available image for the specified time period (see Documentation: "Mosaic (1984–2023) - Data Description). Remote sensing has become an indispensable tool for environmental research, particularly in landscape analysis. Beyond conventional applications, the Germany Mosaic supports the development of digital twins in environmental system research. By providing detailed spatial and temporal data, this dataset enables the modeling of virtual ecosystems, facilitating simulations, scenario testing, and predictive analyses for sustainable management. Moreover, the spatial and temporal trends captured by remotely sensed parameters complement traditional approaches in biological, ecological, geographical, and epidemiological research.

Satellite Color Images, Vegetation Indices, and Metabolism Indices from Stendal, Germany from 1985 – 2023

The "Germany Mosaic" is a time series of Landsat satellite images and vectorized segments covering the entirety of Germany from 1984 to 2023. The image data are divided into TK100 sheet sections (see further details: Blattschnitt der Topographischen Karte 1:100 000). The dataset provides optimized 6-band imagery for each year, representing summer (May to July) and autumn (August to October) seasons, along with vegetation indices such as NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) and NirV (Near-Infrared Reflectance of Vegetation) for the same periods. Additionally, vectorized "zones" of approximately homogeneous pixels are available for each year. The spectral properties of the image data and the morphological characteristics of these zones are included as vector attributes (see Documentation: "Mosaic (1984–2023) - Data Description"). An overview of the coverage and quality of all sheet sections is provided as a vector layer titled D-Mosaik_Sheet-Sections within this document. The Germany Mosaic can also be considered a spatial-temporal Data Cube, enabling advanced analysis and integration into workflows requiring multi-dimensional data. This structure allows users to perform operations such as querying data across specific time periods, analyzing trends over decades, or aggregating spatial information to generate tailored insights for a wide range of research applications. In mid-latitudes, seasonal variations in vegetation—and consequently in the image data—are typically more pronounced than changes occurring over several years. The temporal segmentation of the dataset has been designed to encompass the entire vegetation period (May to October), with the division into summer and autumn periods capturing seasonal metabolic shifts in natural biotopes. This segmentation also records most agricultural changes, including sowing and harvesting activities. Depending on weather conditions, the individual image data represent either the median, mean value, or the best available image for the specified time period (see Documentation: "Mosaic (1984–2023) - Data Description). Remote sensing has become an indispensable tool for environmental research, particularly in landscape analysis. Beyond conventional applications, the Germany Mosaic supports the development of digital twins in environmental system research. By providing detailed spatial and temporal data, this dataset enables the modeling of virtual ecosystems, facilitating simulations, scenario testing, and predictive analyses for sustainable management. Moreover, the spatial and temporal trends captured by remotely sensed parameters complement traditional approaches in biological, ecological, geographical, and epidemiological research.

Abrupte Veränderungen von Süßwasserökosystemen unter Einwirkung von multiplen Stressoren wie steigenden Temperaturen, Nährstoffen und Pestiziden

Flache Süßwasser-Lebensräume bieten wichtige Ökosystem-Funktionen, sind aber von multiplen Stressoren bedroht. Während die Reaktion auf den globalen Klimawandel wahrscheinlich eher graduell ist, sind abrupte Veränderungen möglich, wenn kritische Schwellenwerte durch zusätzliche Effekte lokaler Stressoren überschritten werden. Die Analyse dieser Effekte ist komplex, da Stressoren additiv, synergistisch oder antagonistisch wirken können. CLIMSHIFT zielt auf ein mechanistisches Verständnis von Stressor-Interaktionen, die auf flache aquatische Ökosysteme wirken. Diese sind aufgrund ihrer hohen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisse, der großen Ufer-Grenzfläche und der Grundwasser-Konnektivität besonders anfällig für Klimaerwärmung und Stoffeinträge aus landwirtschaftlichen Einzugsgebieten. Die komplexen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Primärproduzenten sowie assoziierten Konsumenten führen zum Auftreten stabiler Regime, und multiple Stressoren können nichtlineare Übergänge zwischen diesen Regimen auslösen, mit weitreichenden Folgen für entscheidende Ökosystemprozesse und -funktionen. Unsere Haupthypothese ist, dass erhöhte Temperaturen die negativen Auswirkungen der landwirtschaftlichen Stoffeinträge, die Nitrat, organische Pestizide und Kupfer enthalten, verstärken. Submerse Makrophyten, Periphyton und Phytoplankton als Primärproduzenten werden kombiniert mit Schnecken, die Periphyton und Pflanzen fressen, sowie benthischen und pelagischen Phytoplankton-Filtriern, Dreissena und Daphnien. Wir testen unterschiedliche Expositionsszenarien auf zwei räumlichen Skalen, Mikrokosmen im Labor und Mesokosmen im Freiland, um Effekte auf individueller, gemeinschaftlicher und ökosystemarer Ebene zu verstehen. Während des gesamten Projekts werden die Experimente durch Modellierungen ergänzt, um kritische Schwellwerte zu simulieren und Stress-Interaktionen vorherzusagen. Die Modellentwicklung wird in Zusammenarbeit mit allen Arbeitspaketen durchgeführt, um empirische Ergebnisse zu integrieren, unterschiedliche räumliche und zeitliche Skalen zu verknüpfen und Ergebnisse zu extrapolieren. Wir erwarten, dass kombinierte Stressoren zu plötzlichen Verschiebungen der Gemeinschaftsstruktur führen. Submerse Makrophyten werden voraussichtlich durch Phytoplankton oder benthische Algen ersetzt, mit Konsequenzen für wichtige Ökosystemfunktionen. Die Stärke unseres Antrages liegt darin, dass ökotoxikologische Stressindikatoren der Organismen wie Wachstum und Biomarker mit funktionalen Gemeinschafts-/Ökosystemansätzen kombiniert werden, die den Metabolismus und die Dynamik des Ökosystems betrachten. Das kombinierte Know-how von 5 Laboren mit komplementärem Fachwissen und allen notwendigen Einrichtungen wird die spezifische Projektfähigkeit sicherstellen. Unsere Ergebnisse sollen dazu beitragen, safe operating spaces/sichere Handlungsräume für eine nachhaltige Landwirtschaft und das Management von flachen aquatischen Ökosystemen in einer sich verändernden Welt zu definieren.

Der Einfluß von Wasserinhaltsstoffen auf die strahlungsbedingte Wärmeübertragung in Ozean und Küstengewässern

Die Wechselwirkungen von solaren Strahlungsflüssen und biologischen Prozessen haben fundamentale Auswirkungen auf physikalische Prozesse, Verfügbarkeit von Nährstoffen und Primärproduktion in den oberen Ozeanschichten, sowie den Austausch von Gasen mit der atmosphärischen Grenzschicht. Durch die Absorption solarer Strahlung tragen optisch aktive Wasserinhaltsstoffe zur Erwärmung der oberflächennahen Ozeanschichten bei und beeinflussen so über die Temperaturabhängigkeit der Stoffwechselraten von marinem Phytoplankton Primärproduktion und Export von Biomasse. Aufgrund der im Vergleich mit dem offenen Ozean stärker variablen Konzentrationen von anorganischen Schwebstoffen und CDOM (coloured dissolved organic matter, im Folgenden als Gelbstoff bezeichnet) ist die Zusammensetzung der Wasserinhaltsstoffe in Küstengewässern und Schelfmeeren oftmals durch eine hohe Heterogenität gekennzeichnet. Die Bildung von Gelbstoff und Änderungen in dessen Zusammensetzung aufgrund nicht-konservativer Prozesse hängen dabei in hohem Maße von der Lichtverfügbarkeit, weiterer Umweltbedingungen sowie der Zusammensetzung des Phytoplanktons ab. Darüber hinaus haben heterogene Verteilungen von Phytoplanktonpigmenten und anderen Wasserinhaltsstoffen Auswirkungen auf sub-mesoskalige vertikale Mischungsprozesse und advektive Flüsse, und damit auch auf Wassertemperatur und dichte, sowie das oberflächennahe Nährstoffangebot. Ein gutes Verständnis der Energieflüsse an der Ozeanoberfläche und in den oberen Ozeanschichten sowie deren Auswirkungen auf den Wärmehaushalt in Küstengewässern und Schelfmeeren ist von großer Bedeutung für die Modellierung des regionalen ozeanischen Klimas. Das vorgeschlagene Projekt hat zum Ziel, den Beitrag von optisch aktiven Wasserinhaltsstoffen (einschließlich Phytoplankton, Gelbstoff und anorganischen Schwebstoffen) zu den Energieflüssen in den oberen Ozeanschichten und durch die Ozeanoberfläche hindurch zu quantifizieren. Es soll untersucht werden, inwieweit die heterogene Verteilung von Wasserinhaltsstoffen die sub-mesoskaligen vertikalen turbulenten Austauschvorgänge und advektiven Flüsse beeinflusst, und inwieweit die Lichtattenuation durch Gelbstoff Auswirkungen auf die Zusammensetzung des Phytoplanktons hat. Zu diesem Zweck soll ein gekoppeltes Atmosphäre Ozean Zirkulationsmodell mit integriertem bio-optischem Modul synchron mit einem Atmosphäre Ozean Strahlungstransportmodell betrieben werden, so dass Erwärmungsraten aufgrund hochvariabler Konzentrationen von optisch aktiven Inhaltsstoffen mit hoher Genauigkeit berechnet, und so deren Auswirkungen auf die biophysikalischen Prozesse im Ozean analysiert werden können.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Die Funktion von Cytokinin bei der Regulation des Blühzeitpunktes

Die fördernde Wirkung von Cytokinin auf die Blühinduktion wurde bereits kurz nach der Entdeckung dieses Pflanzenhormons vor mehr als 50 Jahren beschrieben. Allerdings blieben die molekularen Wirkmechanismen dieser Aktivität weitestgehend unbekannt, obwohl große Fortschritte im Verständnis des Metabolismus und der Signalübertragung des Hormons erreicht wurde. Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, das Ausmaß und die Wirkmechanismen der Regulation des Blühzeitpunktes durch Cytokinin zu untersuchen. Die meisten Arbeiten werden mit Arabidopsis thaliana durchgeführt, aber die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Raps (Brassica napus L.), in dem das Blühverhalten ein wichtiges Züchtungsziel ist, wird ebenfalls studiert. In einem ersten Projektabschnitt wird das Blühverhalten von Mutanten der meisten der ca.60 Cytokininmetabolismus- und -signalgene analysiert, um die funktionell relevanten Gene zu identifizieren. In Vorarbeiten konnten wir die Cytokininrezeptoren AHK2 und AHK3 sowie die Transkriptionsfaktoren ARR10 und ARR12 als zentral für die Cytokininwirkung ermitteln. Diese Analyse wird ergänzt durch die Untersuchung von Pflanzen mit einem gewebespezifisch veränderten Cytokininstatus, wobei das apikale Sproßmeristem, Blätter, Phloem und die Wurzel im Mittelpunkt stehen. Die Transkriptlevel bekannter Blühgene werden bei verschiedenen Tageslängen und nach einem Shift der Tageslänge zu induzierenden Bedingungen miteinander verglichen. Der Einfluß von Umweltparametern (Licht, Ernährung) auf die Wirkung von Cytokinin wird getestet, um zu verstehen, unter welchen Bedingungen sein Einfluß besonders relevant ist. Die Analyse von Transkriptomdaten hat zu Hypothesen über eine Rolle von Cytokinin als Modulator verschiedener Signalwege geführt, einschließlich der Regulation des Repressorgens ATC, miR156, miR172 und Interaktionen mit den Gibberellin- und Trehalose-6-Phosphatsignalwegen. Diese Hypothesen werden mit Hilfe genetischer und molekularer Ansätze weiter untersucht. Diese Analysen und die Identifizierung von Zielgenen von ARR10 und ARR12 soll die Aktivität von Cytokinin mit bekannten Komponenten der Blühregulation verbinden. Desweiteren wird ein genetischer Ansatz verfolgt, um Zugang zu den Wirkmechanismen von Cytokinin zu erhalten. Die fehlende Blühinduktion cytokinindefizienter Pflanzen kann durch dominante Suppressormutationen revertiert werden. Zusätzliche Mutanten, die spezifisch die Blühinduktion betreffen, sollen identifiziert und die mutierten Gene durch markergestützte Genkartierung kloniert werden. Zudem wird die Rolle von Cytokinin bei der Regulation des Blühzeitpunktes von Rapspflanzen mit einem gentechnisch veränderten Cytokininstatus untersucht. Diese Analyse sollte Aufschluß darüber geben, ob cytokininabhängige Mechanismen der Blühregulation in dieser wichtigen Kulturpflanze konserviert sind und sich als Züchtungsziel zur Modulation des Blühverhaltens eignen.

Schadstoffmonitoring Ostseekueste

Zur Ueberwachung des Nord- und Ostseewassers auf Belastungen mit persistenten organischen Halogenkohlenwasserstoffen wurden Muscheln erfolgreich als Bioindikatoren eingesetzt. Als nachteilig erwiesen sich lediglich saisonale Schwankungen in der Akkumulationsfaehigkeit der Muschel und eine - allerdings nur geringfuegige - metabolische Aktivitaet. Zur Eliminierung dieser Stoerfaktoren werden von uns zur Zeit Analysen auf Organochlorverbindungen an Sediment, Muschel und Wasser verschiedener Orte der Ostsee durchgefuehrt. Geprueft wird, ob die Anreicherung der Organochlorverbindungen des Wassers im Sediment als Indikator geeignet ist. Besonders beruecksichtigt werden bei diesen Untersuchungen die PCB-Kongenere.

Ökophysiologie polarer Algen: Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Eisdiatomeen insbesondere beim Oxidationsschutz

Bei zahlreichen Stoffwechselvorgängen in Organismen kommt es zur Bildung von reduzierten Sauerstoffformen wie Wasserstoffperoxid, Superoxidanionen oder des Hydroxylradikals. Marine Eisdiatomeen bilden zusammen mit anderen Mikroorganismen im Packeis in den Salzlaugenkanälchen eine eigenständige Meereisgesellschaft. Diese Kanälchen zeichnen sich durch extreme Umweltbedingungen aus (Licht, Salinität, Temperatur, hohe Zelldichten), die eine vermehrte Bildung von aktivierten Sauerstoff Spezies begünstigen. Bei Untersuchungen zum Oxidationsschutz der Eisdiatomee Enteromoneis kufferathii MANGUIN wurde festgestellt, dass diese in Gesellschaft mit epiphytisch lebenden Bakterien vorkommen. Die Ergebnisse ergaben, dass die Bakterien maßgeblich an der Entgiftung der Oxidantien beteiligt sein können, so dass die Vermutung einer symbiotischen oder kommensalistischen Beziehung naheliegt. Es soll die Art der Bakterien/Algen-Wechselwirkung näher untersucht und der jeweilige Anteil an Oxidationsschutzsystemen (enzymatisch oder durch Schutzsubstanzen) überprüft werden, um die These vom gegenseitigen Schutz vor Sauerstoffradikalen zu überlegen. Die Bakterien werden charakterisiert und ihr Einfluss auf das Wachstum von E. Kufferathii und anderen Algen der Eislaugengesellschaft wird untersucht. Elektonenmikroskopische Aufnahmen (TEM/REM/LSM) sollen Aufschluss über die Art des Kontaktes zwischen Algen und Bakterien geben.

Bilanz der Verteilung und Umwandlung von Umweltchemikalien in Modell-Oekosystemen Boden-Pflanzen und aquatischen Systemen

Fortsetzung der Freilandversuche mit Pentachlornitrobenzol-C-14 und Pentachlorphenol-C-14 (erneute Behandlung). Untersuchung der Aufnahme, der Verteilung und des Metabolismus von Hexachlorbenzol-C-14 nach Saatgutbehandlung an Weizen unter Freilandbedingungen. Untersuchung des Schicksals von Buturon-C-14 (Seitenketten-markiert) in Weizen und Boden unter Freilandbedingungen. Untersuchung von Chloralkylen-9-C-14 in Karotten und Boden unter Freilandbedingungen.

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