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Struktur und Abundanz oligotropher Bakterien in Nord- und Südpolarmeer

Der Antarktische Ozean ist mit Chlorophyllgehalten von weniger als 0,3 my g per Liter und Primärproduktionsraten von weniger als 50 mg C pro m2 pro Tag extrem nährstoffarm oder ultraoligotroph. In den Wintermonaten mit kaum messbarer Photosynthese werden die biologischen Umsetzungen im Pelagial im wesentlichen von den Bakterien dominiert. So konnten obligat und fakultativ oligotrophe Bakterien als die dominante Population über den Gunnerus- und Astrid-Rücken im Antarktischen Ozean nachgewiesen werden. Sie machten hier mit etwa 10 Prozent der gesamten Bakterienzahlen einen beträchtlichen Anteil der kultivierbaren Bakterien aus. Der Arktische Ozean ist dagegen starken terrestrischen Einflüssen durch die Einträge größerer Wasserfrachten von sibirischen Flüßen ausgesetzt. Maximale Produktionsraten von 1320 mg pro m2 pro Tag wurden im Sommer in der Frobisher Bay, Kanada, gemessen. Die Chlorophyllkonzentrationen im Meerwasser schwankten in Abhängigkeit der Wassertiefe zwischen 0,22 und 1,4 my g pro Liter im nördlichen Foxe Basin, im östlichen Teil der kanadischen Arktis. Von 9 Stationen in der Framstraße und der westlichen Grönlandsee konnten obligat oligotrophe Bakterien nur an einer Station nachgewiesen werden. Die Abundanz und Struktur oligotropher Bakteriengemeinschaften in Nord- und Südpolarmeer soll nun mit klassischen und molekularbiologischen Methoden eingehender untersucht werden. Es wird erwartet, dass nach Anreicherung der oligotrophen Bakterien in der Dialysekammer durch den Einsatz der Laserpinzette und Einzelzellkultivierungen der Anteil und die Diversität der oligotrophen Isolate erheblich vergrößert werden können.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Fernerkundung des Gesundheitszustandes und des Jagderfolgs von Kaiserpinguinkolonien

Die Bewältigung der Auswirkungen anthropogener Veränderungen auf die Biodiversität ist eine der drängendsten wissenschaftlichen Herausforderungen, mit denen wir heute konfrontiert sind. Die Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels auf die marinen Ökosysteme ist jedoch trotz seiner wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Bedeutung stark unterfinanziert. Während bestimmte physikalische Parameter (Salzgehalt, Temperatur, etc.) relativ einfach und kontinuierlich per Fernerkundung gemessen werden können, ist die Überwachung durch ozeanographische Kampagnen logistisch ungleich aufwändiger. Vor allem das empfindliche Ökosystem der Antarktis ist besonders gefährdet und gleichzeitig nur schwer zu untersuchen. Daher besteht die Notwendigkeit, bessere Methoden zur Überwachung des Zustands von marinen Ökosystemen, insbesondere der Produktivität höherer trophischer Ebenen, in und um die Antarktis zu entwickeln. Ein effektiver Ansatz zur Untersuchung der Auswirkungen des Klimawandels auf marine Ökosysteme ist die Überwachung von Raubtier-Populationen. Raubtiere sind hochsensible Bioindikatoren, da sie von einer Kaskade von Einflussfaktoren betroffen sind, die sich entlang des Nahrungsnetzes aufsummieren. Kaiserpinguine regieren auf die Klimaerwärmung besonders empfindlich, da sie zur Nahrungssuche Tausende von Kilometern zurücklegen und dabei große Teile des Ozeans beproben. Zudem kehren sie immer wieder zur selben Kolonie zurück, wo sie relativ einfach untersucht werden können. Daher sind diese Tiere besonders geeignete Bioindikatoren.Wir haben kürzlich gezeigt, dass das "huddling" Verhalten von Kaiserpinguinen als Phasenübergang von einem flüssigen in einen festen Zustand beschrieben werden kann. Dieser Phasenübergang hängt von der gefühlten Temperatur ab, die neben der Umgebungstemperatur auch von der Windgeschwindigkeit, der Sonneneinstrahlung und der relativer Luftfeuchtigkeit beeinflusst wird. Kaiserpinguine ändern ihr Huddlingverhalten als Reaktion auf diese gefühlte Temperatur und durchlaufen bei einer bestimmten Übergangstemperatur einen Phasenübergang. Diese Phasen-Übergangstemperatur hängt in erster Linie von der Fettisolierung der Tiere ab. In diesem Projekt werden wir die Hypothese testen, dass wir durch die Beobachtung der Phasen-Übergangstemperatur die durchschnittlichen Energiereserven (Fettisolation) einer ganzen Pinguinkolonie abschätzen und zeitlich verfolgen können. Außerdem wollen wir nachweisen, dass sich aus der Phasen-Übergangstemperatur zu Beginn der Brutsaison (wenn die Tiere über die größten Fettreserven verfügen) sowohl der Jagderfolg als auch die Nahrungsversorgung eines großen Teils des Südozeans abschätzen lässt, da sich der Jagdradius der Kaiserpinguine über 300-500 km um die Kolonie erstreckt. Falls sich unsere Hypothese bestätigt, wäre dies ein wichtiger Meilenstein für eine nicht-invasive Fernerkundung des Zustands von Kaiserpinguinkolonien und damit des marinen Ökosystems großer Teile des Südozeans.

Surveillance de l'etat des lacs au moyen des communautes de vers (FRA)

Utilisation des communautes d'oligachetes comme indicateurs de l'etat des lacs. Mise au point d'indices biologiques d'eutrophisation. Suivi ecologique a long terme du Leman, des lacs de Neuchatel, Morat, Joux, des Brenets, de Bret, Chavannes et Lioson. (FRA)

Aerobic mikrobielle Aktivität in der Tiefsee abyssal Ton

Meeressedimente enthalten schätzungsweise größer als 10^29 mikrobielle Zellen, welche bis zu 2.500 Meter unter dem Meeresboden vorkommen. Mikrobielle Zellen katabolisieren unter diesen sehr stabilen und geologisch alten Bedingungen bis zu einer Million mal langsamer als Modellorganismen in nährstoffreichen Kulturen und wachsen in Zeiträumen von Jahrtausenden, anstelle von Stunden bis Tagen. Aufgrund der extrem niedrigen Aktivitätsraten, ist es eine Herausforderung die metabolische Aktivität von Mikroorganismen unterhalb des Meeresbodens zu untersuchen. Die Transkriptionsaktivität von diesen mikroben kann seit Kurzem metatranskriptomisch untersucht werden, z.B. durch den Einsatz von Hochdurchsatzsequenzierung von aktiv transkribierter Boten-RNA (mRNA), die aus Sedimentproben extrahiert wird. Tiefseetone zeigen ein Eindringen von Sauerstoff bis zum Grundgebirge, welches auf eine geringe Sedimentationsrate im ultra-oligotrophen Ozean zurückzuführen ist. Der Sauerstoffverbrauch wird durch langsam respirierende mikrobielle Gemeinschaften geprägt, deren Zellzahlen und Atmungsraten sehr niedrig gehalten werden durch die äußerst geringe Menge organischer Substanz, die aus dem darüber liegendem extrem oligotrophen Ozean abgelagert wird. Die zellulären Mechanismen dieser aeroben mikroben bleiben unbekannt. Im Jahr 2014 hat eine Expedition erfolgreich Sedimentkerne von sauerstoffangereichertem Tiefseeton genommen. Vorläufige metatranskriptomische Analysen dieser Proben zeigen, dass der metatranskriptomische Ansatz erfolgreich auf die aeroben mikrobiellen Gemeinschaften in diesen Tiefseetonen angewendet werden kann. Wir schlagen daher vor diese Methode mit einem hohen Maß an Replikation, in 300 Proben von vier Standorten, anzuwenden. Dieser Einsatz wird es uns ermöglichen, Hypothesen in Bezug auf zelluläre Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens, mit einer beispiellosen statistischen Unterstützung, zu testen.Wir warden den aeroben Stoffwechsel, welcher die langfristige Existenz von Organismen in Tiefseetonen unterstützt, bestimmen, Subsistenzstrategien identifizieren in aeroben und anaeroben Gemeinden unterhalb des Meeresbodens, und extrazelluläre Enzyme und ihr Potenzial für den organischen Substanzabbau charakterisieren. Die folgenden Fragen werden damit beantwortet: Wie das Leben im Untergrund über geologische Zeiträume unter aeroben Bedingungen überlebt? Was die allgegenwärtigen und einzigartigen Mechanismen sind, die langfristiges Überleben in Zellen unter aeroben und anaeroben Bedingungen fördert? Was die Auswirkungen von Sedimenttiefe und Verfügbarkeit von organischer Substanz auf die mikrobielle Produktion von extrazellulären Hydrolasen unter aeroben und anaeroben Bedingungen sind? Dies wird sowohl ein besseres Verständnis dafür liefern, wie mikrobielle Aktivitäten unterhalb des Meeresbodens verteilt sind und was ihre Rolle in biogeochemischen Zyklen ist, als auch wie das Leben über geologische Zeiträume unter extremer Energiebegrenzung überlebt.

Cyanobakterielle Lebensgemeinschaften im Litoral und Pelagial des Bodensees

Das Projekt soll unsere Kenntnis zur Biologie der Suesswassercyanobakterien des Bodensees erweitern. Cyanobakterien (=Blaualgen) erbringen als Bestandteil des autotrophen Picoplanktons einen wesentlichen Beitrag zur Primaerproduktion (Biomasse) und sind Teil des 'microbial loop' bzw. des Nahrungsnetzes. Erfasst werden sollen Bedingungen der Vermehrung und Ausbreitung einzelner Arten und Populationen im Litoral und Pelagial. Dabei sollen folgende Themen bearbeitet werden: 1. Trophische Abhaengigkeiten von Cyanobakterien und Purpurbakterien. Induktionsbedingungen fuer organische Ausscheidungsprodukte (Stress durch Starklicht und/oder Mineralsalzmangel). Exsudate von cyanobakteriellen Vertretern des Picoplanktons sollen charakterisiert und in ihrer Wirkung auf die N2-Bindung bzw. Nitrogenaseaktivitaet von Picoplanktonvertretern untersucht werden. 2. Isolation cyanobakterieller (einzelliger) Formen aus dem Bodensee und vergleichend Charakterisierung mit genetischen Sonden. Studien zur Populationsdynamik, Sukzession von Picoplanktonpopulationen im Litoral und Pelagial.

Biofilme, Makromoleküle und organische Restsubstanzen als Matrizen bei der Bildung von Organo- und Biomineralen - Geobiologische Faktoren bei der Evolution der Biomineralisation

Durch vergleichende Analyse von Organo- und Biomineralen aus evolutionsbiologisch zunehmend komplexeren Systemen - von Organofilmen (Ooide) über Biofilme zu Poriferen - sollen systemspezifische Wechselwirkungen zwischen Makromolekülen und Mineralphasen sowie Steuerungsmechanismen der Mineralbildung aufgezeigt werden. Dazu werden aus verschiedenen Habitaten (Hartwasserseen, Salzseen, Sodaseen, Meerwasser) makromolekulare Überzüge (Organofilme), polysaccharidreiche phototrophe und heterotrophe Biofilme sowie proteinreiche heterotrophe BiofilmMetazoen-Gemeinschaften (Riffhöhlen) untersucht. Ausgehend von der hydrochemischen Charakterisierung der Habitate, wird eine biochemische Charakterisierung der primären organischen Substanzen und Matrix sowie der Restsubstanzen in den assoziierten Mineralisaten durchgeführt. Eine strukturelle und mikrobiologische Analyse der beteiligten Organo- und Biofilme folgt (histochemische Färbungen, Applikation von Oligonukleotidsonden zur in situ Identifikation nicht-phototropher Bakterien - FISH). In kontrollierten Experimenten wird mittels kultivierter Mikroorganismen, Labor-Biofilme und extrahierter organischer Substanzen eine Fällung induziert. Die aus den Fallbeispielen abgeleiteten Steuerungsmechanismen der Mineralisation werden unter dem Mikroskop u.a. mit Ionen- und pH-sensitive Fluorochromen zur qualitativen Messung von chemischen Mikrogradienten und durch elektronenoptische Charakterisierung der Fällungsprodukte verifiziert. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Produktion und dem Abbau Ca2+-adsorbierender extrazellulärer polymerer Substanzen (EPS), die in Organo- und Biofilmen bezüglich Nukleation, Fällung und Gefügebildung von entscheidender Bedeutung sind und Voraussetzungen für eine enzymatisch gesteuerte Biomineralisation darstellen.

Planktondynamik im oligotrophen Ozean: Verbindungen zwischen dem mikrobiellen Nahrungsgewebe und höheren trophischen Ebenen im ultraoligotrophen Golf von Aqaba

Nährstoffarme Bereiche bilden die große Mehrheit des Ozeans, aber das Schicksal der dominierenden kleinen Autotrophen in diesen Bereichen ist wenig erforscht und noch weniger verstanden. Formen kleiner als 5 mym machen die große Mehrheit der Autotrophen in nährstoffarmen Systemen aus, und Protisten sind vermutlich die Haupträuber dieser Fraktion, aber besonders im Meer ist diese Verbindung wenig erforscht. Offene, grundlegende Fragen sind: Wie viel, und mit welcher Effizienz fließt Primärproduktion der kleinen Autotrophen in höhere trophische Ebenen? Sind kleine Ciliaten im Meer genauso wichtige Konsumenten kleiner Autotropher wie im Süßwasser oder sind heterotrophe Nanoflagellaten (HNF) die Haupträuber? Sind Synechococcus und Prochlorococcus, die beiden wichtigsten Vertreter der kleinen Autotrophen, in gleichem Masse frassempfindlich? Wie wichtig ist Nährstoff-Recycling durch Protisten, um Primärproduktion zu erhalten? Das vorgeschlagene Projekt wird im Golf von Aqaba stattfinden, einem oligroptrophen Tiefseesystem nicht weit vom Labor entfernt und deshalb logistisch für experimentelle Arbeit optimal geeignet. Das Projekt ist als Zusammenarbeit mit Prof. Anton Post, Eilat, Israel geplant. Experimente werden in Jahreszeiten durchgeführt, in denen unterschiedliche Autotrophe dominieren. Dabei werden Interaktionen zwischen gesamten trophischen Ebenen innerhalb der Planktongemeinschaft aber auch zwischen Arbeiten berücksichtigt, um allgemeine Vorhersagen für oligotrophe Systeme zu machen.

Chorologie und Oekologie der Macrophyten der Schweizer Seen im Zusammenhang von Hoehenlage und Trophiegrad

Cette etude de fond vise e etablir un bilan des connaissances sur la flore et la vegetation aquatiques des lacs suisses; combler en partie les importantes lacunes dans la connaissance des plantes aquatiques des lacs suisses; mettre en evidence la distribution des especes dans les lacs et leurs aires de repartition en Suisse; mettre en evidence le degre de diversite floristique de chaque lac; mettre en evidence les especes rares ou menacees de disparition; etablir la distribution altitudinale des especes; mettre en evidence la nature et l'importance des modifications de la flore et des peuplements macrophytiques consecutives e l'eutrophisation acceleree des eaux; informations qualitatives et quantitatives; mettre en evidence les causes et les consequences de ces modifications (expansion, regression ou disparition d'especes ou de groupes d'especes); preciser la valeur bio-indicatrice des especes et groupements en relation aver les conditions trophiques des lacs.

Bewirtschaftung und Biomasseverwertung von nassen Niedermooren in Brandenburg

In Brandenburg kommen ausgedehnte Niedermoorflächen mit einer großen standörtlichen Vielfalt vor, die jedoch nahezu flächendeckend entwässert sind und fortschreitender Degradierung unterliegen. Es gibt Vorarbeiten zur Wiedervernässung in mehreren moorreichen Regionen des Landes, langjährige Forschungsaktivitäten zur stofflichen und energetischen Biomasseverwertung und Interesse von verarbeitenden Unternehmen. Das Vorhaben WetNetBB soll als Katalysator für eine großflächige Transformation zu einer nachhaltigen Moornutzung fungieren, indem es diese Entwicklungen aufnimmt und zusammenführt, auf typischen Standorten moorerhaltende Wasserstände realisiert, Verfahren für die Flächenbewirtschaftung und Biomassenutzung exemplarisch umsetzt und demonstriert und damit über die Projektflächen und -gebiete hinaus ausstrahlt. Gesamtziel des Vorhabens ist die Schaffung eines Verbundes von Modell- und Demonstrationsvorhaben für die Nutzung nasser Niedermoore mit repräsentativen Moorflächen, Biomasseverwertungspfaden und relevanten Akteuren in Brandenburg. Die Gebietskulisse bildet standörtliche Bedingungen wie hydrogenetische Moortypen, Trophiestufen, Wasserregimetypen und Vegetation sowie betriebliche Voraussetzungen für die Biomasseverwertung in repräsentativer Weise ab und umfasst die moorreichen Regionen Rhinluch/Havelland, Mittlere Havel, Uckertal/Randowbruch und Spreewald. Im Ergebnis des Vorhabens WetNetBB sollen die einzigartigen möglichen Synergien von Mooren für Klima-, Boden-, Wasser- und Biodiversitätsschutz und regionale Wertschöpfung exemplarisch demonstriert und damit Akzeptanz und Interesse für eine nachhaltige Moornutzung in den ausgewählten Regionen und darüber hinaus aufgebaut sein.

Bewirtschaftung und Biomasseverwertung von nassen Niedermooren in Brandenburg, Teilvorhaben 5: Wissenschaftliche Begleitung: THG-Messungen mittels Eddy-Kovarianz-Methode

Das Verbundvorhaben WetNetBB soll als Katalysator für eine großflächige Transformation zu einer nachhaltigen Moornutzung fungieren, indem es auf typischen Standorten moorerhaltende Wasserstände realisiert, Verfahren für die Flächenbewirtschaftung und Biomassenutzung exemplarisch umsetzt und demonstriert und damit über die Projektflächen und -gebiete hinaus ausstrahlt. Gesamtziel des Vorhabens ist die Schaffung eines Verbundes von Modell- und Demonstrationsvorhaben für die Nutzung nasser Niedermoore mit repräsentativen Moorflächen, Biomasseverwertungspfaden und relevanten Akteuren in Brandenburg. WetBetBB gliedert sich in die Module (1) Flächenmanagement, (2) Biomasseverwertung, (3) Transfer und Öffentlichkeitsarbeit und (4) Wissenschaftliche Begleitung. Die Gebietskulisse bildet standörtliche Bedingungen wie hydrogenetische Moortypen, Trophiestufen, Wasserregimetypen und Vegetation sowie betriebliche Voraussetzungen für die Biomasseverwertung in repräsentativer Weise ab und umfasst die moorreichen Regionen Rhinluch/Havelland, Mittlere Havel, Uckertal/Randowbruch und Spreewald. Das Teilvorhaben 'THG-Messungen mittels Eddy-Kovarianz-Methode' im Modul 'Wissenschaftliche Begleitung' etabliert ein kontinuierliches Monitoring der CO2- und CH4-Flüsse mittels Eddy-Kovarianz und quantifiziert die kurz-, mittel- und langfristigen Auswirkungen der umgesetzten Maßnahmen auf die Treibhausgasbilanzen. Es untersucht darüber hinaus die Einflussfaktoren auf die Emissionen der einzelnen Gase, leitet Optimierungspotenziale ab und stellt vollständig qualitätskontrollierte und lückengefüllte Datensätze zur Verfügung.

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