Anthropogene CO2 Emissionen werden zum Teil von den Ozeanen absorbiert und führen zu erniedrigten marinen pH und Karbonatwerten, dieser Prozess wird Ozeanversauerung genannt. Ozeanversauerung geht mit Ozeanerwärmung einher, zusammen bedrohen beide Umweltveränderungen das Leben im Meer. Fische wurden bisher als recht unempfindlich gegenüber diesen Veränderungen im Meerwasser eingeschätzt, da sie über hoch entwickelte Säure-Base- und Ionenregulation verfügen. Daher haben nur wenige physiologische Studien den Einfluss von Hyperkapnie auf die Physiologie und das Verhalten von Fischen untersucht, und häufig wurden dabei auch CO2 Partialdrücke eingesetzt, die weit jenseits der vom IPCC prognostizierten Werte für die nahe Zukunft liegen. Weiterhin wurden bisher nur wenige Lebensstadien untersucht, obwohl es immer mehr Anhaltspunkte dafür gibt, dass besonders die frühen Lebensstadien, die noch nicht über voll ausgeprägte homeostatische Kapazitäten und Verhaltenrepertoire verfügen, besonders empfindliche gegenüber OAW reagieren. Weiterhin lassen viele aktuelle Studien eine integrative Analyse von physiologischen Antworten auf zellulärer, Gewebe- und Ganztierebene vermissen, außerdem fehlt uns ein generelles Verständnis des evolutionären (generationenübergreifenden) Anpassungspotentials von Fischen an den Klimawandel. FITNESS versucht kritische Wissenslücken zu schließen, indem die synergistischen Auswirkungen von OAW auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene an verschiedenen Lebensstadien (Embryonen, Larven, Jungfische und Adulte) an warm-temperaten Wolfsbarschen (Dicentrarchus labrax) untersucht werden. Dabei untersucht FITNESS die physiologischen Reaktionen zwischen F0 und F1 Generationen von Fischen, von denen bereits die Elterntiere verschiedenen OAW-Szenarien ausgesetzt waren; weiterhin werden auch Wildpopulationen untersucht. Damit bereitet FITNESS den Weg für eine ganzheitlichere Analyse der Populationsakklimatisation und -adaptation, indem phänotypische Veränderungen mit Darwin'schen Fitnessfaktoren verknüpft und die Vererbbarkeit physiologischer Schlüsselparameter untersucht werden. Um weiterhin unser Ursache-Wirkungs-Verständnis von OAW voran zu treiben, werden konzeptionelle Modelle eingesetzt, die die Antworten auf Zell-, Gewebe- und Ganztierebene parametrisieren und in physiologisch-bioenergetische Modelle einfließen lassen, um mögliche Anpassungskapazitäten und Abstriche in Wachstum, Reproduktion und Mortalitätsrisiko abzuschätzen. FITNESS profitiert dabei von den großzügigen Aquakulturkapazitäten in Frankreich, in denen eine große Anzahl von Fischen (größer als 1000) über zwei Generationen hinweg sowohl unter Labor- als auch unter Feldbedingungen verfolgt werden kann. Weiterhin kommen FITNESS die enge Zusammenarbeit mit aktuellen Ozeanversauerungsprojekten in Deutschland (BIOACID) und Portugal zugute, die sich mit Kalt- bzw. Warmwasserfischen beschäftigen und somit Vergleiche über einen weiten Bereich von Temperaturfenstern erlauben.
Die Kenntnis der physiologischen Toleranzgrenzen rezenter Arten ist eine Grundvoraussetzung für die Interpretation der Reaktion fossiler Organismen auf temperaturbedingte Stressfaktoren. Umgekehrt kann die Vorhersage der biologischen Konsequenzen des aktuellen Klimawandels von der Kenntnis fossiler Muster der Erdgeschichte profitieren. Eingebettet in die Forschergruppe TERSANE schlagen wir ein Projekt vor, das explizit neontologische und paläontologische Ansätze kombiniert und die Konsequenzen von Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffarmut auf marines Leben zu beurteilen. Unser Projekt fokussiert auf die Kompilation und Analyse von großen Datensätzen und hat drei wesentliche Komponenten: (1) Eine Meta-Analyse von (a) heutigen Organismen wird experimentelle und Beobachtungsdaten zur Reaktionen und Toleranzgrenzen von marinen Organismen auswerten und die Empfindlichkeit höherer, fossil überlieferter Taxa in Bezug auf Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffknappheit in ihrer Synergie zu quantifizieren, während (b) eine Meta-Analyse fossiler Daten auf die Beurteilung des Liliput-Effekts abzielt, der plakativ die Verkleinerung von Körpergrößen im Gefolge von Massenaussterben umschreibt und manchmal auf temperaturbedingte Stressfaktoren zurückgeführt wird. (2) Die Analyse von Primärdaten aus dem Fossilbericht dient der Evaluation der physiologischen und biogeographischen Selektivität der end-Permischen und unterjurassischen Aussterbeereignisse um zu testen, ob die physiologischen Prinzipien, die aus heutigen Beobachtungen abgeleitet wurden, skalenunabhängig auch auf Aussterberisiken bei extremem Klimawandel angewandt werden können. (3) Die Beurteilung fossiler Raten von Umweltveränderungen ist wichtig, um zu testen, ob die damaligen Raten tatsächlich viel geringer waren als zum Beispiel in den letzten 50 Jahren gemessen wurde. Alternativ sind die geringeren Raten aus der geologischen Überlieferung nur eine statistisches Artefakt aus den verschiedenen Beobachtungszeitskalen. Eine skalenbereinigte Ratenanalyse wird helfen, die Daten aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit besser für die heutige Ökologie des globalen Wandels verwertbar zu machen. Diese drei Komponenten werden schließlich integriert um die Gemeinsamkeit der Muster und öko-physiologischen Selektivität von Artensterben zu beurteilen, wie sie sich heute und im Fossilbericht abzeichnen.
Das Aufgabengebiet der Forstgenetik umfasst die Charakterisierung, Erhaltung und Nutzung von forstlichen Genressourcen. Das Ziel der forstlichen Generhaltung ist die weitgehende Erhaltung und nachhaltige Förderung der genetischen Vielfalt forstlicher Gehölze als wesentliche Voraussetzung für die Anpassungsfähigkeit von Arten und Populationen an sich ständig verändernde Randbedingungen.
Die weitgehende Erhaltung genetischer Ressourcen und deren nachhaltige Förderung ist eine wesentliche Voraussetzung für die Anpassungsfähigkeit von Arten und Populationen an sich ständig verändernde Umweltbedingungen. Die Aufgaben umfassen unter anderen die Erfassung von Populationen und Individuen der zu bearbeitenden Baum- und Straucharten, die Auswahl, Identifikation und Dokumentation der zu erhaltenden Objekte sowie die Durchführung von art- und populationsbezogenen Erhaltungs- und Fördermaßnahmen.
Die Nutzung genetischer Ressourcen nach forstlichen Wertvorstellungen ist eine wesentliche Voraussetzung für die Begründung und das Wachstum stabiler und leistungsfähiger Wälder. Die Nutzung umfasst unter anderem die Auswahl und Zulassung von geeigneten Beständen für die Erzeugung von Forstsaatgut sowie die Auslese von Einzelbäumen für die Anlage von zulassungsfähigen Samenplantagen oder für die vegetative Vermehrung nach mehrjähriger Vergleichsprüfung.
Zur Erhaltung, Charakterisierung und Nutzung von forstgenetischen Ressourcen unterhält das Kompetenzzentrum Wald und Forstwirtschaft eine Vielzahl von Flächen (Versuchsflächen, Samenplantagen, Generhaltungsflächen), die über ganz Sachsen verteilt sind. Versuchsflächen dienen zur Erfassung von morphologischen, phänologischen, quantitativen und qualitativen sowie ökophysiologischen Merkmalen aller ökonomisch und ökologisch wichtigen Baumarten, deren Herkünfte, Nachkommenschaften oder Klone. Samenplantagen werden zum einen mit einer bestimmten Anzahl nach bestimmten Kriterien ausgelesenen Einzelbäumen, zum anderen mit seltenen, isolierten oder an ihrem Standort gefährdeten Einzelbäumen mit dem Ziel der Saatgutproduktion und der Erhaltung der genetischen Ressourcen angelegt. Generhaltungsflächen sind ehemalige Versuchsflächen, die auf Grund der Einzigartigkeit oder Seltenheit des genetischen Materials eine große Bedeutung für die Erhaltung forstgenetischer Ressourcen haben. Die Flächen werden in einer Flächenliste geführt. Diese enthält u. a. folgende Angaben: Name der Baumart, Lage der Fläche, Anlagejahr der Fläche, Größe der Fläche, Art der Fläche, Besitzart.
Im Rahmen der forstlichen Generhaltung erfasst der Staatsbetrieb Sachsenfort Bestände, Gruppen und Einzelbäume (Generhaltungsobjekte) von ca. 40 Baumarten und Baumartengruppen flächendeckend und waldbesitzartenübergreifend in Sachsen und weist dies als Wald mit besonderer Generhaltungsfunktion aus. Für Baumarten, die an ihrem natürlichen Standort gefährdet sind, werden Maßnahmen für ihre Evakuierung in weniger gefährdete Gebiet durch die Anlage von Erhaltungsbeständen, Erhaltungssamenplantagen und Klonsammlungen ergriffen.
Alle erfassten Generhaltungsobjekte und Erhaltungsanlagen werden unabhängig von ihrer Ausweisung als Wald mit besonderer Generhaltungsfunktion in einer Generhaltungsdatenbank geführt.
Die Saatgutbeschichtung ist ein Verfahren, welches in der Landwirtschaft bei über 50 Pflanzenarten angewandt wird und zur Verbesserung der Lagerung, Lebensfähigkeit und Keimung von Saatgut dient, was zu einem beschleunigten Pflanzenwachstum und höheren Erträgen führt. Bei herkömmlichen Saatgutbeschichtungen werden nicht abbaubare synthetische Polymere wie Polyether oder Polyurethane verwendet. Diese bieten nicht nur ein schlechtes Verhältnis zwischen Wirkstoff und Polymer, sondern tragen auch zur Verschmutzung durch Mikroplastik bei. Zukünftige EU-Verordnungen werden solche Materialien verbieten. Um diese Einschränkungen zu überwinden, schlagen wir die Entwicklung einer neuen Technologie vor, welche für die langfristige Konservierung und verbesserte Keimung von Saatgut in verschiedenen Klimazonen erforderlich ist. Wir schlagen eine adaptive Technologie zur Beschichtung von lebendem Saatgut vor, bei der ein Zusammenspiel zwischen biobasierten Hydrogelen und Nutzbakterien genutzt wird. Polysaccharide wie Dextran und Pektin, werden chemisch modifiziert, um funktionelle Gruppen zu integrieren, die für die Bildung kovalenter Vernetzungen in Hydrogelen verwendet werden können. Bifunktionelle Adhäsionspeptide werden zur Dekoration der Oberfläche von Bakterien verwendet, um eine nicht-kovalente Bindung der Bakterien an die Polysaccharidketten des Hydrogels zu gewährleisten. Anschließend werden reaktive Polysaccharide, Vernetzer oder Enzyme mit peptiddekorierten Rhizobakterien und Trehalose kombiniert und mit Hilfe einer Trommelbeschichtungstechnik auf verschiedene Samen aufgebracht. Wir werden die Beschichtungen auf molekularer, zellulärer und makroskopischer Ebene untersuchen und dabei die Dynamik der Vernetzungen, die Wechselwirkungen zwischen Peptiden und Bakterien, das Verhalten der Bakterien in den Hydrogelschichten sowie die Keimung der beschichteten Samen untersuchen. Folgende Ziele sollen erreicht werden: 1) Verbesserung der Trockentoleranz durch die Entwicklung programmierbarer Hydrogele, die nützliche Bakterien, Sporen und Samen als Reaktion auf Umwelteinflüsse rehydrieren. Dadurch wird die Anpassungsfähigkeit verbessert und das Wachstum in verschiedenen Klimazonen gefördert. 2) Entwicklung von Biohydrogel-Vernetzungen für die kontrollierte Keimung von Sporen und Mobilitätserhaltung von Bakterien. 3) Erforschung der Integration verschiedener Bakterienpopulationen für interaktive Kommunikation und langfristige Anpassungsfähigkeit in komplexen Ökosystemen. 4) Entwicklung umweltfreundlicher Saatgutbeschichtungen mit kontrolliertem Abbau, um Mikroplastik zu bekämpfen und so eine nachhaltige Landwirtschaft zu fördern. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Biohybridtechnologie durch systematisches Design und Synthese von adaptiven lebenden Materialien voranzutreiben und Anwendungen für die Saatgutbeschichtung zu erforschen. In der zweiten Phase sollen diese Saatgutbeschichtungen in verschiedene Umgebungen untersucht werden.