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Sonderforschungsbereich (SFB) 1253: Catchments as Reactors: Schadstoffumsatz auf der Landschaftsskala (CAMPOS); Catchments as Reactors: Metabolism of Pollutants on the Landscape Scale (CAMPOS), Teilprojekt P05: Schadstofftransformationen an der Grenzfläche zwischen Grundwasser und der Gesteinsmatrix in Kluftgrundwasserleitern

Die Verweilzeit von Grundwasser in ausgedehnten Grundwasserleitern liegt oft im Bereich von Dekaden, so dass auch langsame mikrobielle Stoffumsätze (z.B. von Nitrat, Atrazin und dessen Abbauprodukten) die Stofffracht in solchen Systemen erheblich beeinflussen können. In diesem Projekt werden mittels geologischer und geochemischer Analysen die reaktiven Zonen und die zugehörigen Verweil- und Kontaktzeiten des Wassers eines Kluftgrundwasserleiters bestimmt. Omics und molekularbiologische Methoden werden genutzt, um Abbaupotential und Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaften zu untersuchen. In begleitenden Laborexperimenten werden effektive Diffusions-konstanten und metabolische Raten, deren limitierende Faktoren und die beteiligten Mikroorganismen quantifiziert.

Seawater carbonate chemistry and physiology of Baltic blue mussels (Mytilus edulis)

Increased maintenance costs at cellular, and consequently organism level, are thought to be involved in shaping the sensitivity of marine calcifiers to ocean acidification (OA). Yet, knowledge of the capacity of marine calcifiers to undergo metabolic adaptation is sparse. In Kiel Fjord, blue mussels thrive despite periodically high seawater PCO2, making this population interesting for studying metabolic adaptation under OA. Consequently, we conducted a multi-generation experiment and compared physiological responses of F1 mussels from 'tolerant' and 'sensitive' families exposed to OA for 1 year. Family classifications were based on larval survival; tolerant families settled at all PCO2 levels (700, 1120, 2400 µatm) while sensitive families did not settle at the highest PCO2 (>=99.8% mortality). We found similar filtration rates between family types at the control and intermediate PCO2 level. However, at 2400 µatm, filtration and metabolic scope of gill tissue decreased in tolerant families, indicating functional limitations at the tissue level. Routine metabolic rates (RMR) and summed tissue respiration (gill and outer mantle tissue) of tolerant families were increased at intermediate PCO2, indicating elevated cellular homeostatic costs in various tissues. By contrast, OA did not affect tissue and routine metabolism of sensitive families. However, tolerant mussels were characterised by lower RMR at control PCO2 than sensitive families, which had variable RMR. This might provide the energetic scope to cover increased energetic demands under OA, highlighting the importance of analysing intra-population variability. The mechanisms shaping such difference in RMR and scope, and thus species' adaptation potential, remain to be identified.

Beitraege zur Selbsterhitzung von Torf

Untersuchung der Veraenderung der Mikroflora vor, waehrend und nach der Selbsterhitzung von Torf. Simulierung der Selbsterhitzung im Laborversuch unter kontrollierten Bedingungen. Untersuchung des Stoffwechsels von thermophilen Torforganismen, Isolierung und Charakterisierung von pflanzenwirksamen Stoffen, die bei der Selbsterhitzung von Torf entstehen.

Einfluss einer chronischen Blei-Intoxikation auf enzymatische Vorgaenge in der Niere der Ratte

Fragestellung/Ziel der Untersuchungen: Bei chronischer Pb-Intoxikation scheinen aktive Vorgaenge der tubulaeren Rueckresorption gestoert zu sein. Moeglicherweise ist eine Beeintraechtigung des Energiestoffwechsels der proximalen Tubuluszellen die Ursache der gestoerten Nierenfunktion. Es soll untersucht werden, ob die Intensitaet energieliefernder Stoffwechselprozesse in der Niere unter dem Einfluss einer langdauernden Pb-Aufnahme veraendert ist. Besondere Beruecksichtigung finden einige Schritte des Citratzyklus, des Pentophosphatweges und der Glykolyse. Ein groesseres Teilprojekt betrifft die Dosis- und Zeitabhaengigkeit der enzymatischen Laesionen in der Reaktionskette des Zitratzyklus.

Lagerung von Obst und Gemuese in kontrollierter Atmosphaere

Durch erhoehten Kohlendioxid- und verminderten Sauerstoffgehalt der Atmosphaere wird die Stoffwechselaktivitaet lebender Pflanzenteile reduziert: die Zellsubstanz und damit auch die natuerliche Widerstandsfaehigkeit des Pflanzenmaterials gegen Faeulniserreger werden dadurch besser erhalten; der prophylaktische Einsatz von fungiziden Chemikalien kann dadurch eingeschraenkt werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 527: Bereich Infrastruktur - International Ocean Discovery Program, Teilprojekt: Erforschung von mikrobieller Sulfatreduktion unter hoher Temperatur und Druck

Selbst in tiefen Sedimentschichten unter z.T. mehreren Kilometern mächtiger Sedimentbedeckung finden sich noch aktive Mikroorganismen. Mit zunehmender Tiefe steigt die Temperatur im Untergrund an und überschreitet irgendwann die Grenze bis zu welcher Leben möglich ist. Die bisher festgestellte Temperaturobergrenze von Leben auf der Erde wurden an Mikroorganismen von hydrothermalen Systemen, sogenannten Schwarzen Rauchern gemessen und liegt bei ca. 120 Grad C. In Sedimenten hingegen liegt die Grenze deutlich niedriger. Messdaten aus Ölfeldern deuten auf eine Grenze von ca. 80 Grad C hin. Diese Diskrepanz zwischen hydrothermalen und sedimentären Systemen wurde dadurch erklärt, dass die Mikroorganismen in Sedimenten nicht genügend Energie gewinnen können um die bei hohen Temperaturen verstärkt notwendigen Reparaturen ihrer Zellbestandteile wie DNA und Proteinen durchzuführen. Interessanterweise lässt sich metabolische Aktivität bei extrem hohen Temperaturen nur dann nachweisen, wenn die Experimente unter hohem Druck stattfinden. IODP Expedition 370 wurde spezifisch zur Klärung der Frage nach dem Temperaturlimit von Leben in sedimentären Systemen durchgeführt. Im Nankai Graben vor der Küste Japans herrscht ein recht hoher geothermischer Gradient von ca. 100 Grad C/km, d.h. das gesamte Temperaturspektrum in dem Leben möglich ist erstreckt sich über ein Tiefeninterval von etwas mehr als einem Kilometer. Durch modernste Bohr- und Labortechniken war es möglich, Proben von höchster Qualität zu gewinnen, welche garantiert frei von Kontamination sind. Die Expedition hat einen stark interdisziplinären Charakter, so dass eine Vielzahl von biologischen und chemischen Parameter gemessen wurde, welche eine detaillierte Charakterisierung des Sediments erlauben. Das beantragte Projekt ist ein wichtiger Teil der Expedition, da Sulfatreduktion der quantitativ wichtigste anaerobe Prozess für den Abbau von organischem Material im Meeresboden ist. Im Rahmen einer MSc Arbeit wurden bereits erste Messungen durchgeführt. Diese konnten zeigen das Sulfatreduktion über die gesamte Kernlänge messbar ist, wenn auch z.T. mit extrem geringen Raten. Im Rahmen des beantragten Projekts sollen weitere Messungen durchgeführt werden, unter anderem auch unter hohem Druck. Dazu soll ein Hochdruck Temperatur-Gradientenblock gebaut und betrieben werden. Neben Sedimenten von IODP Exp. 370 sollen weitere Experimente mit hydrothermal beeinflusstem Sediment aus dem Guaymas Becken durchgeführt werden. Ein Vergleich zwischen diesen beiden Sedimenten soll weitere Einblicke in einen der wichtigsten biologischen Prozesse im Meeresboden liefern und ein besseres Verständnis über die Grenzen von Leben im allgemeinen.

Metalle in der Umwelt: Verteilung, Analytik und biologische Relevanz

Mit 57 Co-Autoren werden vorkommen, Eigenschaften, Analytik, Gewinnung, Verwendung, Entsorgung, Verteilung, Resorption, Stoffwechsel und Wirkungen auf Pflanzen, Tiere und Menschen von Metallverbindungen erfasst und allgemeine Zusammenhaenge zur Risikoanalyse und zum aufstellen von Grenzwerten erarbeitet, insbesondere wurden Umweltchemie und globale Kreislaeufe von Chrom-, Nickel-, Cobalt-, Beryllium-, Arsen-, Cadmium und Selenverbindungen studiert. Uebersichtsberichte ueber Metalltagungen siehe z.B. chemische Rundschau 35, Nr. 16, 9-13 (15. April 1982), Chemosphere 12 (4/5) N 28 - N 36 (1983), 12 (7/8), N 20 - N 27 (1983), 13 (3), N 4 - N 17 (1984) und 13 (7), N 5 - N 30 (1984). Weitere Berichte im Druck.

Chlorierte Dioxine und verwandte Verbindungen in der Umwelt

Es werden u.a. wissenschaftliche Workshops durchgefuehrt: 22./24. Oktober 1980: Istituto Superiore di Sanita, Roma 25./29. Oktober 1981: Arlington, Virginia (USA) 12./14. Oktober 1982: Kongresszentrum, Salzburg 16./18. Oktober l984: Environment Canada, Ottawa 16./19. September 1985: Universitaet D-8580 Bayreuth untersucht werden Quellen (Unfaelle, Verbrennungsprozesse, Verunreinigungen von Agrochemikalien, usw.), Transport und Umwandlung in der Umwelt, Exposition fuer Pflanzen, Tiere und Menschen, Wirkungen, epidemiologische Studien und die jeweils notwendige hochspezifisch entwickelte Analytik.

Antifungale Naturstoffe

Dass weltweit ca. ein Drittel des Ertrages an pflanzlichen Nahrungsmitteln durch Pilzbefall verloren geht, ist wohlbekannt. Der vermehrte Einsatz von Fungiciden kann hier zweifelsohne rasche Abhilfe schaffen. Es ist ihm aber selbst bei Verwendung der modernsten Produkte wegen der immer noch ungenuegenden Selektivitaet und Abbaubarkeit (die meisten dieser Pesticide sind ja von abiotischer Struktur) eine Stoerung des biologischen Gleichgewichtes im Applikationsgebiet inhaerent. Verwendung von nur fuer pilzliche Organismen toxischen Naturstoffen wuerde diese Gefahr erheblich reduzieren. Im Rahmen des hier durchgefuehrten Forschungsprojektes wurden Stoffwechselwege (Synthese von Chitin, Mannit und andern pilzlichen Kohlenhydraten) aufgezeigt, welche fuer die Zielorganismen charakteristisch und entwicklungsphysiologisch relevant sind - und somit auch hervorragende Angriffspunkte fuer nur auf Organismen dieses Typs wirkende Substanzen darstellen. Die im Laufe der Ausfuehrung dieses Projektes gewonnenen Erkenntnisse sind auch fuer die Entwicklung selektiv wirkender Antimykotika von Relevanz.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1127: Chemische Mediatoren in komplexen Biosystemen, Teilprojekt B09: Enzymatische Modifikation Chemischer Mediatoren

Viele komplexe mikrobielle Merkmale entstehen erst durch multispezies Interaktionen. Wir konnten zeigen, dass Paenibacillus- und Pseudomonas-Stämme gegen amöbielle Fressfinde kooperieren. Diese Strategie beruht darauf, dass der Pseudomonas-Stamm ein für den Räuber ungefährliches Lipopeptid sezerniert. Dieses wird durch den Paenibacillus-Stamm peptidolytisch modifiziert, wodurch ein stark amöbizides Lipopeptid entsteht. Wir werden die strukturellen Grundlagen der Lipopeptid-Prozessierung und den Einfluss des Lipopeptids auf Membranen untersuchen. Dies ermöglich die Identifizierung neuer bioaktiver Verbindungen und liefert Werkzeuge für die Strukturaufklärung komplexer nichtribosomaler Peptide.

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