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Langzeituntersuchungen zum Einfluss der ungestörten Sukzession und des Mulchens auf den Pflanzenbestand und Bodeneigenschaften einer feuchten Glatthaferwiese

Wiesen auf zeitweise vernässten, sommertrockenen Böden sind meist ein Produkt jahrzehntelanger landwirtschaftlicher Nutzung. Nur selten handelt es sich bei solchen Flächen um oligotrophe Biotope, die zu den am schützenswertesten mitteleuropäischen Landschaften gehören. Dennoch können solche Wiesen auch bei mittlerem und höherem Nährstoffstatus recht artenreich sein. Ziel dieses Projektes ist es, die mittel- und langfristigen Folgen der Nutzungsaufgabe auf solchen Grünlandstandorten aufzuzeigen. In welchen Zeiträumen ist mit einschneidenden Veränderungen der botanischen Zusammensetzung und der bodenchemischen Eigenschaften zu rechnen und welche Unterschiede bestehen zwischen der ungestörten Sukzession und einmaligem Mulchen pro Jahr? Der Freilandversuch wurde im Jahr 1979 in langjährig bewirtschaftetem Grünland etabliert, das pflanzensoziologisch als Arrhenatherion elatioris feuchter Ausprägung einzuordnen ist. Der Ausgangsbestand war dominiert von Leguminosen und anderen Kräutern. Der Versuch mit vier Wiederholungen beinhaltet drei Behandlungen, die über 25 Jahre unverändert geblieben sind: ungestörte Sukzession, einmaliges Mulchen pro Jahr im Juli und extensive Wiesennutzung (= moderate mineralische Düngung, ein bis zwei Schnitte pro Jahr, Erstnutzung in der Regel in der ersten Juni-Hälfte).

Zur Rolle der Bodenfauna beim Abbau der Laubstreu in einem Buchenwald

Die Bodenfauna ist in vielfaeltiger Weise an den bodenbiologischen Prozessen beteiligt, die letztlich in den Abbau der von den gruenen Pflanzen aufgebauten organischen Substanz muenden. Schematisch laesst sich die Rolle der Bodenfauna zwei Abbaustufen zuordnen, derjenigen der Saprophagen, deren Nahrungsnetz von Pilzen und primaerzersetzenden Tieren ausgeht und ueber Sekundaerzersetzer bis zu Aasfressern und Raeubern reicht, und der Stufe der Mineralisierung, die von Bakterien geleistet wird, die wiederum von Bodentieren, vor allem Protozoen und Nematoden kontrolliert werden, die ihrerseits in ein Nahrungsnetz von Tieren hoeherer Trophiestufen eingebunden sind. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, zur Aufklaerung der Rolle der einzelnen Gruppen und Arten der Bodenfauna und ihrer Beziehungen beizutragen.

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.

Vergleichsstudie von Sedimenten von Seen verschiedener Trophiegrade

Die Arbeit ist eine Vergleichsstudie, die auf verschiedenen wigenen Seenuntersuchungen basiert, die zum Teil noch nicht vollstaendig fertiggestellt sind. Es werden die Sedimente von oligotrophen, mesotrophen und eutrophen Seen untersucht. Waehrend oliogotrophe Seen den Naturzustand repraesentieren, laesst sich eine enge Beziehung zwischen zunehmender Eutrophierung, Industriealisierung und Bevoelkerungsdichte herstellen. Sedimente signalisieren naemlich den momentanen Zustand eines Gewaessers. Vergleiche mit tieferliegenden Sedimenten im gleichen See lassen die Veraenderungen deutlich werden.

Die Bedeutung von Omnivorie und Mixotrophie für die Nahrungskettenlänge und die Nahrungsnetzstruktur im limnischen Pelagial

Die Begrenzung der Länge von Nahrungsketten ist eine der klassischen, aber immer noch unbeantworteten Fragen der Ökologie von Lebensgemeinschaften. In diesem Projekt und in einem parallelen Projekt limnologischer Ausrichtung (Antragsteller: Dr. H. Stibor, LMU München) soll versucht werden, zwei zentrale Hypothesen zu überprüfen: Die Omnivorie-Hypothese und die Hypothese der energetischen Begrenzung. Omnivore sind Organismen, die ihre Nahrung mindestens zwei tropischen Ebenen entnehmen. Dadurch werden sie gleichzeitig zu Nahrungskonkurrenten ihrer Beuteorganismen auf der unmittelbar unter den Omnivoren angesiedelten tropischen Ebene. Diese können dem doppelten Druck (Konkurrenz, Fraß) nicht widerstehen und werden aus dem System verdrängt, wodurch es zu einer Verkürzung der Nahrungskette kommt. Hypothese der energetischen Begrenzung. Wegen der Energieverluste, die bei jedem Transferschritt in der Nahrungskette auftreten, begrenzt die Höhe der Primärproduktion die Länge von Nahrungsketten, da bei zu langen Ketten die Energiezufuhr zu niedrig wäre, um die tropische Ebene der terminalen Räuber zu unterhalten. Überprüfung der Omnivorie-Hypothese. In künstlich zusammengestellte Modell-Nahrungsnetze im Labor (Mikrokosmen) werden an der Basis (mixotrophe Algen) und in der Mitte (omnivore Zooplankter) Omnivore eingefügt und die Struktur der Nahrungsnetze mit Kontroll-Nahrungsnetzen ohne Omnivore verglichen. Überprüfung der Hypothese der energetischen Begrenzung. Die Entwicklung der omnivorenhaltigen und omnivorenfreien Modell-Nahrungsnetze wird bei unterschiedlicher Trophie und damit Primärproduktion verfolgt.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Algivore Cercozoa prägen die Zusammensetzung der Gemeinschaft von Bodenkrusten, der dominanten Vegetation in Polarregionen

Räuber-Beute-Beziehungen zwischen Bakterien und ihren eukaryotischen Räubern werden seit langem in der terrestrischen Ökologie untersucht, jedoch werden die Interkationen zwischen Mikroeukaryoten oft vernachlässigt. Mikroalgen nehmen eine Schlüsselposition als phototrophe Organismen in den marinen und Süßwasserökosystemen der Antarktis und Arktis ein; die meiste Energie und die meisten Nährstoffe werden durch diese zu höheren trophischen Ebenen kanalisiert. In diesem Kontext fehlen Studien in den terrestrischen Ökosystemen der Antarktis. Die terrestrische Vegetation der Antarktis wird dominiert durch kryptogamen Bewuchs mit einer Vielzahl und hoher Abundanz von Mikroalgen. Bis zu 55% des eisfreien Bodens der antarktischen Halbinsel und bis zu 70% im arktischen Spitzbergen werden von biologischen Bodenkrusten (Biokrusten) bedeckt. Diese Zahlen werden zukünftig auf Grund des Klimawandels und der daraus folgenden Erwärmung der Polarregionen steigen (“Arctic Greening”). Man kann daher annehmen, dass ein großer Anteil der Primärproduktion in den Polarregionen durch Mikroalgen in Biokrusten realisiert wird. Dennoch fehlt die Verbindung zu höheren trophischen Ebenen; insbesondere, wenn man bedenkt, dass in der Antarktis algenfressende Metazoen selten und artenarm sind. Cercozoa sind eine der häufigsten algenkonsumierenden einzelligen Eukaryoten (Protisten) in terrestrischen Systemen; vorläufige Ergebnisse zeigen: algenkonsumierende Cercozoa dominieren die mikrobielle Gemeinschaft in den Biokrusten der Polarregionen. Wir werden zum ersten Mal die Räuber-Beute-Beziehung in Biokrusten zwischen den Algen als Primärproduzenten und den wichtigsten Algenkonsumenten erforschen, um so ein vollständigeres Bild des terrestrischen Nahrungsnetzes in den beiden Polarregionen zu erhalten. Um das zu erreichen, kombinieren wir einen Barcode-basierten Hochdurchsatz-Illumina Ansatz mit klassischen Kulturexperimenten, welche Aufschluss über ökologische Funktionen der einzelnen Organismen liefern. Damit erhalten wir erstmalig ein umfassendes Bild der Räuber-Beute-Beziehung zwischen Mikroalgen und ihren Räubern, den Cercozoa, für das terrestrische Ökosystem in Arktis und Antarktis. Diese Daten werden zur Beantwortung der folgenden Fragen beitragen: Wie wichtig ist das terrestrische Nahrungsnetz in den Polarregionen? Und hat die Klimaerwärmung das Potential diese Interaktionen zu verändern?

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.

Isotopenuntersuchung an gelöstem Phosphat

Phosphor spielt als limitierendes Element für die Produktivität von Ökosystemen allgemein und speziell für den trophischen Status von Gewässern eine zentrale Rolle. Durch die Adsorption von Phosphat an Tonmineralen in Böden und Gewässern ist die Aussagefähigkeit von Konzentrationsmessungen in diesem Bereich jedoch eng begrenzt. Der Einsatz von kurzlebigen radioaktiven Phosphorisotopen, wie er bei der Untersuchung von Böden genutzt wird, verbietet sich in natürlichen aquatischen Systemen. Das beantragte Projekt soll als Alternativmethode die Machbarkeit der Messung von d18OP04 an niedrigkonzentrierten natürlichen Phosphatlösungen (Flußwässer) klären und ggfs. erste Untersuchungen an natürlichen Fließsystemen sowie an Bodenlösung durchführen. Es soll versucht werden, auf diese Weise erste Aufschlüsse über Herkunft und Umsatz geogenen und anthropogenen Phosphats in Böden und Fließgewässern zu erlangen.

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)

Oligotrophische Adaptationen methanotropher Bakterien: Messung von relevanten Wachstumsparametern verschiedener Stämme und Nachweis der dominanten Methanotrophen in methanlimitierten Systemen

Methanoxidierende Bakterien existieren vor allem in den (mikro)oxischen Grenzflächen anoxischer methanogener Standorte. Sie sind aber auch in nicht gefluteten Böden gegenwärtig, welche nur selten als methanogene Quelle fungieren. Solche Böden wirken oft als mikrobielle Senke für atmosphärisches Methan (Konzentration ca. 1.7 ppmv). Bisher ist nicht bekannt, wie sich methanotrophe Bakterien an solche substratarmen Bedingungen anpassen bzw. diese überdauern. Wir beabsichtigen daher zu untersuchen, welche methanotrophen Bakterien unter oligotrophen Bedingungen fähig sind zu überleben oder gar zu wachsen. Ausgangspunkt dieser Analysen wird eine Sammlung von über 100 Stämmen sein, welche von Mitarbeitern des Instituts aufgebaut worden ist. Es soll die spezifische Affinität zum Methan, die Minimalkonzentration an Methan notwendig zum Wachstum und die Fähigkeit dieser Stämme die Nichtverfügbarkeit von Methan zu überdauern bestimmt werden. Ferner wird untersucht, ob zwischen den physiologischen Eigenschaften und der Phylogenie der untersuchten Stämme eine Korrelation besteht. Im zweiten Forschungsschwerpunkt soll die Übertragbarkeit der im Labormaßstab erzielten Ergebnisse auf die Freilandsituation überprüft werden. Dabei soll unter Anwendung molekularökologischer Techniken der Frage nachgegangen werden, ob in solchen Böden, welche eine Senke für atmosphärisches Methan darstellen, nur definierte Species bzw. phylogenetisch koherente Gruppen an methanoxidierenden Bakterien nachweisbar sind. Gensonden und PCR-gestützte Nachweissysteme für methanotrophe Gruppen werden in definierten Mischungen methanotropher Bakterien gewachsen unter methanlimitierten Bedingungen die dominanten Methanotrophen zu identifizieren.

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