Zu verstehen, wie anthropogene Faktoren Einfluss auf die Ernährungsökologie bedrohter Tierarten nimmt, stellt einen zentralen Ansatz dar, um Reaktionen auf Umweltveränderungen vorherzusagen und gefährdete Arten schützen zu können. Besonders für Bestäubungsinsekten wie Hummeln ist dieses Verständnis bedeutsam, da bei vielen dieser Arten große Rückgänge in ihren Beständen zu verzeichnen sind. Diese Entwicklung lässt sich womöglich zum Teil auf Mangel- und Fehlernährung zurückführen. Mithilfe dieser Forschungsarbeit möchten wir verstehen, wie die Ernährungsökologie von Bombus terrestris von Landnutzung und Infektionskrankheiten beeinflusst wird - Krankheiten sind ein zunehmendes Problem, da kommerzielle Imkerei die Verbreitung von Erregern begünstigt. Um dieses Verständnis zu erreichen, haben wir unsere Untersuchungen in drei Phasen eingeteilt. In der ersten Phase untersuchen wir die Interaktion von Aminosäuren und deren Einfluss auf B. terrestris’ Fitness und Nährstoffhaushalt. Dazu wenden wir eine hochmoderne Technik in der Ernährungsökologie an, das sogenannte ‘exome matching’. In diesem Verfahren lassen sich anhand von Sequenzdaten der individuelle Bedarf der Aminosäurezusammensetzung ableiten. Diese Erkenntnisse stellen eine Grundlage für unser Verständnis und die weitere Erforschung der Ernährungsökologie von Hummeln dar. Zudem wird in diesem Zuge das exome matching -Verfahren auf Hummeln optimiert. In Phase 2 werden wir uns der Frage widmen, in wie weit Aminosäuren mit den anderen beiden zentralen Nahrungskomponenten (Kohlenhydrate und Fette) interagieren und diese Interaktion Einfluss auf B. terrestris‘ Fitness und Immunität nimmt. Wir untersuchen die bevorzugte Nahrungszusammensetzung in gesunden Individuen und Hummeln, bei denen eine Immunantwort provoziert wurde. Dies wird uns durch die aussagekräftige Methode des ‚dietary mapping‘ ermöglicht, dem ‚Geometric Framework of Nutrition‘. Die Ergebnisse werden zeigen, wie sich die Aufnahme bestimmter Makronährstoffe auf die Fitness von Hummeln auswirkt und sich die Ansprüche an die Zusammensetzung der Nahrung durch eine Immunantwort verändern. In Phase 3 untersuchen wir, wie sich die unterschiedliche Zusammensetzung von Pollen in diversen landwirtschaftlichen Umgebungen auf das reale Nahrungssammelverhalten von Hummeln auswirkt. Dies gibt Aufschluss über den Einfluss von Landwirtschaft auf die Ernährung von Hummeln. Indem wir Daten aus dem Feld und Labor vereinen, können wir Schlüsse darüber ziehen, ob exome matching und Geometric Framework of Nutrition fundierte Vorhersagen über das Nahrungssammelverhalten von Hummeln in der Natur treffen können. Es soll gezeigt werden, wie Umweltveränderungen die Ernährungsökologie von Arten beeinflussen und so zu einer Beeinträchtigung von Ökosystemdienstleistungen wie der Bestäubung führen können. Das durch dieses Projekt generierte Wissen kann somit eingesetzt werden, um Bestäuberverluste zu reduzieren.
Das Chew Bahir Drilling Projekt (CBDP) erbrachte tropische Sedimente aus den letzten 650000 Jahren. DNA-Metabarcoding an diesen Proben erschließt ein einzigartiges paläolimnologisches Archiv bezüglich Zeitspanne und zeitlicher Auflösung. In einer Pilotstudie konnten wir mittels Hybridization-Capture-basiertem Metabarcoding eukaryotische DNA aus den ca. 280 m langen Chew Bahir-Kernen in Sedimenten bis 70m Tiefe (ca. 150000 Jahren) analysieren. Dabei werden Sedimentproben einer Taxon- und Gen-spezifischen DNA-Anreicherung mit spezifischen Sonden ('baits') unterzogen und mittels Next-Generation-Sequencing analysiert. Wir wollen das Potenzial des DNA-Metabarcodings in den langen CBDP-Kernen weiter untersuchen. Unsere grundlegenden wissenschaftlichen Fragen sind: (1) Wie reagiert das Ökosystem auf kurze, aber signifikante Störungen, z.B. Dürren oder erhöhte Feuchtigkeit? Wir testen die Hypothese, dass einzelne Störungen das Ökosystem dauerhaft verändern, indem wichtige Komponenten des Ökosystems ausgetauscht werden. Da wir die Gesamtheit der Eukaryoten erfassen, können wir die Effekte für die Biodiversität quantifizieren und Folgen für Ökosystemfunktionen ableiten. (2) Was sind die Folgen globaler und lokaler Klimaveränderung, z.B. an Kipppunkten (tipping points)? Hier untersuchen wir, ob und wie ein Ökosystem infolge einer Störung von einem stabilen Zustand in einen anderen übergeht. Ein spezieller Fokus ist, ob ökologische Nischen nach einer Störung von den gleichen Taxa wiederbesiedelt werden oder ob sie durch andere Taxa ersetzt werden, wodurch sich Eigenschaften des Ökosystems verändern können. (3) Welche Langzeit-Trends finden sich in den Lebensgemeinschaften in Chew Bahir und anderen afrikanischen Sedimentkernen? Wir werden zeitliche Trends unserer Ziel-Eukaryotentaxa ermitteln, sowohl bezüglich der Artzugehörigkeit als auch bezüglich kryptischer genetischer Variation und (halbquantitativ) relativer Abundanz. Dies umfasst als Proxies etablierte Planktonorganismen (Ostracoda, Cladocera, Rotatoria, Diatomeen), aber auch wichtige terrestrische Arten (Insekten, Nagetiere, Huftiere, höhere Pflanzen). (4) Wie lange zurück in der Zeit können DNA-Reste im Chew Bahir und anderen HSPDP-Kernen extrahiert und analysiert werden? Hier werden wir Möglichkeiten DNA-basierter Detektion von Organismen in tieferen Schichten der Kerne (unter 70m) evaluieren. Weiterhin werden wir unsere Analyseprotokolle optimieren, um die DNA-Ausbeute unserer Zieltaxa zu maximieren und methodische Verzerrungen zu minimieren. Darüberhinaus werden wir Möglichkeiten und Grenzen halbquantitativer Abundanzschätzungen mittels NGS und qPCR zwischen Kernschichten und Taxa evaluieren. Wir analysieren gezielt Sedimente vor, während und nach drastischen Umweltveränderungen (vor allem Transitionen zwischen Dürren und Feuchtperioden), die in lithologischen Untersuchungen unserer Kooperationspartner identifiziert werden.
Die Ausrottung invasiver Säugetiere ist ein Managementansatz, mit dem die negativen Auswirkungen invasiver Säugetierarten auf Inselökosysteme reduziert werden sollen. Die Veränderungen im Ökosystem und der Einsatz von Antikoagulanzien aus der Luft, die bei der Ausrottung eingesetzt werden, können jedoch unerwartete Auswirkungen haben, wie z. B. kaskadenartige Auswirkungen auf das Ökosystem und die Persistenz von Antikoagulanzien auf allen trophischen Ebenen, die noch nicht genau bekannt sind. Eine für 2023 geplante Ausrottungskampagne auf der Insel Floreana auf den Galapagos-Inseln und die Wiederansiedlung von 13 einheimischen Arten auf dieser Insel bieten die Gelegenheit, die Auswirkungen der Ausrottung von Arten und der Anwendung des Antikoagulans Brodifacoum auf das Ökosystem der Insel zu untersuchen. Mit Hilfe eines BACI-Design-Ansatzes sollen die möglichen negativen Auswirkungen einer subletalen Exposition dieses Giftstoffs auf eine bisher wenig untersuchte Gruppe, die Reptilien, untersucht werden. Lavaeidechsen sind in den Nahrungsnetzen der Galapagos-Inseln gut vernetzt und erfüllen mit der Verbreitung von Samen eine wichtige Funktion für das Ökosystem. Daher werden sie als Indikatorart verwendet, um die möglichen Auswirkungen auf die Reptilienpopulationen und die Auswirkungen auf das Ökosystem nach einer Ausrottung mit Brodifacoum zu untersuchen. Diese Forschung wird Erkenntnisse über die Auswirkungen dieses Giftstoffs auf Reptilienpopulationen und ihre jeweiligen Nahrungsnetze liefern. Die Forschungsarbeiten werden auch wertvolle Daten für die erfolgreiche Wiederansiedlung einiger einheimischer Arten nach der Ausrottung auf der Insel Floreana sowie für Ausrottungspläne und Wiederansiedlungen auf dem gesamten Archipel und weltweit liefern. Dies wird es uns ermöglichen, die Techniken zum Schutz der Inseln und unser Verständnis der Folgen von Ausrottungen für das Verständnis von Inselökosystemen zu verfeinern.
Das Projekt untersucht die Struktur und Funktion von Zersetzer-Nahrungsnetzen in tropischen Tiefland-Regenwäldern in der Provinz Jambi (Sumatra, Indonesien). Das Projekt fokussiert auf die Analyse der räumlichen und zeitlichen Variation der Reaktion von Boden-Nahrungsnetzen auf die Umwandlung von Regenwäldern, einschließlich von Flächen unterschiedlicher Priorität für Schutzmaßnahmen, z.B. Flächen mit erhöhtem Grundwasserstand. Kombiniert mit Ergebnissen ähnlicher Studien in anderen Regionen der Welt wird das Projekt allgemeine Muster zur Struktur, zu Steuergrößen und zur Funktion von Bodentiergemeinschaften von Wäldern weltweit aufdecken.
Trophische Interaktionen spielen eine entscheidende Rolle als Steuergröße für Bodenprozesse und Biodiversität. Fortschritte im Verständnis von Nahrungsnetzen im Boden in den letzten Jahren basierten vor allem auf der genaueren Untersuchung von trophischen Beziehungen und der Kanalisierung von Kohlenstoff aus basalen Ressourcen in höhere trophische Ebenen. Steuergrößen für diese Prozesse sind jedoch wenig untersucht. Boden ist ein extrem heterogener Lebensraum, der das Zusammentreffen von Konsumenten und Nahrungsressourcen beschränkt. Erstaunlicherweise existieren jedoch nur sehr wenige quantitative Untersuchungen über die Bedeutung von Bodenstruktur als Steuergröße von trophischen Interaktionen. Ziel des beantragten Projekts ist es, die Bedeutung der Struktur des Habitats Boden für trophische Interaktionen und den Fluss von Kohlenstoff zu untersuchen, wobei insbesondere Protisten, Nematoden und Mikroarthropoden als mikrobielle Konsumenten betrachtet werden. Zudem werden Rückkopplungseffekte trophischer Interaktionen auf die Struktur von mikrobiellen Gemeinschaften auf der Ebene von Bodenporen und mikrobiellen ‚Hotspots‘ im Boden untersucht. Das interdisziplinäre Projekt verknüpft Bodenphysik, Nahrungsnetz-Ökologie und mikrobielle Ökologie und gliedert sich in drei Arbeitspakete (APs). (I) Ziel von AP1 ist es, die Bedeutung der Größen-basierten Trennung von Konsumenten und Beute im Porenraum des Bodens zu untersuchen und zu quantifizieren, wie sich diese Trennung auf die Konsumption von Ressourcen, mikrobielle Gemeinschaften und den Fluss von Kohlenstoff auswirken. Hierzu werden Mikrokosmos-Experimente aufgebaut, in denen 13C markiertes Substrat in Bodenporen unterschiedlicher Größe positioniert werden und deren Inkorporation in das Nahrungsnetz des Bodens über Komponenten-spezifische Fettsäureanalyse verfolgt wird. (II) Ziel von AP2 ist es, die Bedeutung der Verbindung von Poren und von Wasserfilmen für Bottom-up und Top-down Prozesse in Bodennahrungsnetzen zu untersuchen. Hierzu werden Mikrokosmen mit Boden unterschiedlicher Konnektivität von Poren und Wasserfilmen verwendet. Die Bedeutung der Habitat-Konnektivität für trophische Interaktionen wird dabei über die Quantifizierung von Nahrungsnetz-Charakteristika (Abundanz von Vertretern unterschiedlicher trophischer Gruppen, Fettsäuremarker) untersucht. (III) Ziel von AP3 ist es, die Bedeutung von trophischen Interaktion als Determinante für die Struktur und Funktion von mikrobiellen ‚Hotspots‘ im Boden zu untersuchen. Zwei mikrobielle ‚Hotspots‘, Detritusphäre und Rhizosphäre, werden untersucht. Die Intensität und räumliche Ausdehnung der ‚Hotspots‘ wird in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und Komplexität des Nahrungsnetzes über Zymographie und µCT Scans analysiert. Insgesamt soll das beantragte Projekt die Grundlage für ein mechanistisches Verständnis der Bedeutung von Habitatstruktur im Boden für bodenökologische Prozesse schaffen.
Die Steigerung ökologischer und sozio-ökonomischer Funktionen in tropischen Kulturlandschaften ist eine große Herausforderung. In diesem Projekt untersuchen wir oberirdische Biodiversitätsmuster und assoziierte ökologische Funktionen auf lokaler und Landschafts-Skala, wobei wir Tieflandregenwald, Kautschukplantagen und Palmölplantagen mit und ohne angrenzende Gewässer vergleichen. In Palmölplantagen untersuchen wir Insekten, Fledermäuse und Vögel sowie Herbivorie, Prädation, Parasitierung, Samenausbreitung und Bestäubung in Abhängigkeit von Management, Aufforstungen mit indigenen Baumarten sowie ISPO und RSPO Zertifizierung. Somit ist unser Projekt mit den ökologischen wie auch sozio-ökonomischen Projekten des SFB eng vernetzt.
Der Kohlenstoffkreislauf erhält das Leben auf der Erde. Boden beinhaltet nicht nur den größten Pool an terrestrischem Kohlenstoff, sondern auch den größten Pool an terrestrischer Biodiversität. Trotzdem basieren die meisten aktuellen Modelle des Kohlenstoffkreislaufs auf Informationen zum Klima und der Vegetation, und berücksichtigen nicht die komplexen biotischen Interaktionen im Boden zwischen Mikroorganismen, Protisten und einer Vielzahl von wirbellosen Tieren. Es ist zwar evident, dass die Biodiversität im Boden den Kohlenstoffkreislauf aktiv prägt, was sich an den stark unterschiedlichen Kohlenstoffvorräten in Ökosystemen zeigt, die von Bäumen dominiert werden, die Ektomykorrhiza- (EMF) oder arbuskuläre Mykorrhiza- (AMF) Pilzsymbionten im Boden besitzen. In diesem Projekt möchte ich einen wichtigen Schritt weiter gehen und die Rolle der gesamten Bodengemeinschaften im Kohlenstoffkreislauf von Waldökosystemen quantifizieren. Während die Rolle von Mikroorganismen für den Umsatz von Kohlenstoff relativ gut verstanden ist, lassen sich die komplexen Interaktionen zwischen Bodentieren und Mikroorganismen und deren Bedeutung für die Umwandlung organischer Substanz im Boden nur schwer quantifizieren. Bodentiere beeinflussen Stoffumsatzprozesse in Ökosystemen über zwei Hauptmechanismen - selektiven Fraß an bestimmten Mikroorganismen, und Zerkleinerung, Umwandlung und vertikale Verlagerung von organischem Material. Meine Hypothese ist, dass diese beiden Mechanismen unterschiedliche Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf in EMF- und AMF-dominierten Waldökosystemen haben. Bis heute existiert kein systematischer Vergleich der Zusammensetzung und trophischen Organisation von Bodengemeinschaften in EMF- und AMF-dominierten Waldökosystemen. Um diese Frage zu untersuchen, habe ich einen neuen Ansatz zur Rekonstruktion des Bodennahrungsnetzes entwickelt, der mehrere Aspekte der trophischen Interaktionen im Boden berücksichtigt und zur Erfassung der "trophischen Multifunktionalität" in Ökosystemen verwendet werden kann. Um EMF- und AMF-dominierte Waldökosysteme zu vergleichen, kombiniere ich (1) Feldexperimente mit neuartigen Isotopenmethoden in Wäldern der gemäßigten Zone, (2) eine Meta-Analyse von Daten aus experimentellen Plattformen und natürlichen Wäldern in gemäßigten, subtropischen und tropischen Ökosystemen, und (3) ein kontrolliertes Ecotron-basiertes Experiment, das die kontextabhängige Auswirkung von Bodennahrungsnetzen auf die Funktion von Ökosystemen untersucht. Die erwarteten Ergebnisse des Projekts werden es mir ermöglichen, die Rolle von Bodentieren im Kohlenstoffkreislauf in EMF- und AMF-Waldökosystemen zu beurteilen. Das Projekt wird ein umfassendes Portfolio funktioneller Indikatoren für Bodennahrungsnetze liefern, die genutzt werden können, um Behörden wissenschaftliche Erkenntnisse zu vermitteln und die Biodiversität des Bodens mit der Funktionsweise von Waldökosystemen zu verknüpfen, von der lokalen bis zur globalen Skala.
Bis heute ist die Wirkung von Waldstrukturen auf eine breite Biodiversität im Wald kaum verstanden. Seit MacArthur & MacArthur in den 1960er Jahren gezeigt haben, dass die Vogel-Diversität mit steigender vertikaler Heterogenität des Waldes ansteigt, wurden kaum konzeptionelle Fortschritte gemacht. Bis heute ist für viele Taxa noch nicht einmal geklärt, ob eher die Struktur eines Waldes oder die Artenzusammensetzung der Vegetation entscheidender ist. Da aber Waldmanagement fundamental die Struktur von Wäldern verändert, ist das Wissen um die Rolle der Waldstruktur als Treiber der Artenvielfalt essentiell, insbesondere wenn bei der Forstnutzung Biodiversität gefördert werden soll. Fortschritte in der Fernerkundung und die Entwicklung von Eigenschaftsdatenbanken und Stammbäumen auch für artenreiche Gruppen wie Insekten und Pilze in den letzten Jahren, eröffnen heute, bei geeignetem Design, neue Möglichkeiten. Die Biodiversitäts-Exploratorien stellen hier eine ideale und global einmalige Forschungsplattform dar, um die Rolle von Waldstruktur, geformt von der Landnutzung in temperaten Wäldern, zu erforschen. Unser Konsortium beabsichtigt die wichtigsten Treiber für Biodiversität in temperaten Wäldern zu identifizieren, die Mechanismen hinter der Veränderung in der Artenzusammensetzung zu verstehen, und ein generelles Framework für die Beziehung der 3-D Struktur und der Biodiversität zu erstellen. Unsere Ziele sind, i) existierende Daten zu 8 taxonomischen Gruppen in den Exploratorien zusammenzustellen; ii) funktionale und phylogenetische Distanzen für diese Taxa zu entwickeln bzw. bestehende zu erweitern; iii) eine Reihe von Waldstrukturen entlang der wichtigsten Achsen der Waldstruktur-Heterogenität auf Basis von LiDAR Daten zu berechnen; iv) mit Hilfe von RADAR Daten wichtige Heterogenitäts-Metriken auf die Regionale Landschaftsebene zu skalieren; v) den Einflusses von lokalen und regionalen Landschaftsstrukturen auf die Artenvielfalt zu ermitteln; und vi) diese Untersuchungen auf zwei weitere Waldgebiete mit einmaligen Landnutzungsgradienten in collinen Buchenwäldern und montanen bis hochmontanen Bergwäldern in Mitteleuropa auszudehnen.
Das Verständnis der biogeochemischen Einflüsse auf moderne, aktiv wachsende Mikrobialitablagerungen ist essentiell, um vergangene Umweltbedingungen zu entschlüsseln, bestehende gefährdete Lebensräume zu erhalten und Wissen für zukünftige Bestrebungen z.B. im Bereich der nachhaltigen Entwicklung zu generieren. Die südafrikanischen Mikrobialit-Habitate sind weltweit die am besten entwickelten und biogeographisch am weitesten verbreiteten wachsenden Mikrobialitformationen in der supratidalen Zone, die sich am Land-Meer Übergang unter dem Einfluss von Grund- und Meerwasser bilden. Daher sind die südafrikanischen Standorte sehr dafür geeignet, ein generelles Verständnis darüber zu entwickeln, wie sich die Hydrochemie des Grundwassers als Funktion der lokalen Geologie entlang der Küste verändert und welche Auswirkungen dies auf die dort vorkommenden Organismen und deren Beitrag zur Mikrobialitbildung hat. Ein solches Wissen ist für die Interpretation ähnlicher Lebensräume, sowohl lokal in Südafrika als auch weltweit, essentiell. Darüber hinaus ist es für den Erhalt dieser gefährdeten Ökosysteme mit Blick auf die küstennahe Urbanisierung und zunehmende Grundwasserentnahmen wichtig zu verstehen, welche Rolle das speisende Grundwasser bei der Bildung dieser Habite spielt. In diesem Projekt werden wir (1) eine Multitracerstudie zur Herkunft des die Mikrobialitbecken speisenden Grundwassers durchführen, die den Weg des Niederschlag als Süßwasserquelle über das Grundwasser bis zu den Mikrobialitbecken verfolgt; (2) den anthropogenen Einfluss bzw. die Gefährdung der Habitate mit Hilfe organischer Spurenstoffe unterschiedlichster Herkunft untersuchen; und (3) genetische Ähnlichkeiten auf Populations- und Gemeinschaftsebene geeigneter Taxa bekannter Mikrobialitstandorte mit traditionellen und genetischen Techniken vergleichen, um Aufschluss über die räumliche Trennung bzw. Verbindung zwischen verschiedenen Standorten zu gewinnen. Wir streben in dem Projekt erstmalig eine umfassende geochemische und biologische Betrachtung der Konnektivitätsdynamiken supratidaler, grundwassergespeister Mikrobialit-Habitate an.
In diesem Projekt werden (1) die Wirbellosen und Mikroorganismen in zwei unterschiedlichen Management Typen (2 Düngungslevel, 2 Typen des Jätens) in Palmölplantatgen untersucht, sowie (2) der Einfluss von Baumpflanzungen in Palmölplantagen auf ober- und unterirdische Tiergemeinschaften und Mikroorganismen. Die Wirbellosen werden mit allen verfügbaren Bestimmungsschlüsseln untersucht; mittels der Methode der Stabilen Isotope (15N/13C) und der Neutralfette (NLFAs) wird deren Nahrungsbiologie untersucht; und die Mikroorganismen werden mittels Analyse ihrer Phospholipide und ihrer Gesamtrespiration untersucht.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 127 |
| Europa | 6 |
| Wissenschaft | 70 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 127 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 127 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 122 |
| Englisch | 107 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 23 |
| Webseite | 104 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 83 |
| Lebewesen und Lebensräume | 125 |
| Luft | 45 |
| Mensch und Umwelt | 123 |
| Wasser | 45 |
| Weitere | 127 |