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Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Dient sie zum Schutz gegen Fressfeinde und Pathogene?

Coccolithophoriden sind eine Gruppe von ca. 200-300 marinen Phytoplanktonarten, die in allen Weltmeeren vorkommt. Sie besitzen die besondere Fähigkeit eine Kalkschale (Coccosphäre) zu bauen, die sie aus vielen kleinen Kalkplättchen (Coccolithen) zusammensetzen. Aufgrund ihrer Fähigkeit zu kalzifizieren sind sie ein wichtiger Bestandteil im Klimasystem, denn die Produktion von Kalk nahe der Meeresoberfläche führt zu einem vertikalen Gradienten der Seewasseralkalinität, beschleunigt den Kohlenstoffexport in die Tiefsee und erhöht die Rückstrahlung von einfallender Sonnenenergie von der Erdoberfläche ins Weltall. Trotz intensiver Forschung an der Physiologie der Kalzifizierung und dessen biogeochemischer Relevanz konnten wir eine der entscheidenden Fragen immer noch nicht beantworten: Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Die Beantwortung dieser Frage ist von außerordentlicher Bedeutung, denn solange wir nicht wissen wozu die Kalkschale dient können wir auch nicht vorraussagen in welchem Maße sich die durch die Ozeanversauerung zu erwartende Abnhame in der Kalzifizierung negativ auf die Fitness dieser Lebewesen in ihrem natürlichen Lebensraum auswirkt. In dem hier vorgestellten Projekt möchten wir die Frage nach der Bedeutung der Kalzifizierung erforschen, indem wir untersuchen ob die Coccosphäre einen Schutz gegen planktonische Räuber, Bakterien und Viren darstellt. Dazu haben wir eigens einen experimentellen Ansatz entwickelt wobei kalzifizierte und dekalzifizierte Coccolithophoridentzellen zusammen mit deren Fressfeinden und Pathogenen kultiviert werden. Dieser Ansatz erlaubt es uns folgende Fragestellungen zu untersuchen: 1) Sind kalzifizierte Zellen besser in der Lage sich gegen Fraß und Infektion zu schützen als Zellen ohne Coccosphäre? 2) Bevorzugen Fressfeinde und Pathogene solche Zellen, bei denen die Coccosphäre entfernt wurde, wenn ihnen beides angeboten wird? 3) Sind Wachstum und Reproduktion von Fressfeinden und Pathogenen verlangsamt, wenn sie kalzifizierte Zellen fressen oder infizieren?

BS2, Bioflotation von Sulfiden in Meerwasser

Mathematische Modelle zur Haemopoese

Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung quantitativer Modelle, welche die Regulation der Blutbildung fuer die Stammzellen und die Entwicklungsreihen der roten und weissen Blutzellen sowie der Blutplaettchen beschreiben. Speziell wird die Frage der Wirkung von chemischen Noxen (Benzol, BaP, Blei) untersucht.

Aufklärung von Biotransformationswegen und von Mechanismen gentoxischer Wirkungen

Die Erkennung gesundheitlicher Risiken durch gentoxische Stoffe, die als Lebensmittelinhaltstoffe oder als Umweltkontaminanten Bedeutung haben, ist die Voraussetzung für Risikobewertung und Prävention. Bei Umweltkontaminanten gilt unser Interesse polycyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen mit einer sogenannten Fjordregion, die besonders potente Kanzerogene darstellen. Außerdem interessieren uns Fullerene, die im Ruß vorkommen und deren biologische Wirkung bisher nur wenig untersucht ist. Das aus beruflicher Belastung durch bestimmte Nitrosamine potentiell gesundheitliche Risiko wird im Modellversuch untersucht. Schließlich beschäftigen wir uns mit der Toxikologie bestimmter a,b-ungesättigter Alkenale, die als Lebensmittelinhalts- und -Zusatzstoffe in z.T. beachtlichen Konzentrationen (bis 30 mg/kg) in Lebensmitteln vorkommen. Metabolische Veränderungen, die fremde Stoffe im Körper erfahren, beeinflussen ganz wesentlich deren Wirkung. Zur Aufklärung einzelner aktivierender oder entgiftender Stoffwechselwege werden transgene Säugerzellen eingesetzt, die bestimmte Enzyme (CYP) stabil exprimieren. Zusätzlich wird der Leberstoffwechsel mit Hepatozyten und Zellfraktionen (Mitochondrien, Mikrosomen) simuliert. Metabolite werden über GC/MS identifiziert und quantifiziert. Die gentoxische/mutagene Potenz von Ausgangsverbindungen und Metaboliten wird in-vitro an Säuger-Zellinien (z.B. humane Colonzellen) oder an primären Zellen (z.B. aus Gastrointestinaltrakt von Ratte/ Mensch) sowie in-vivo an der Ratte und ex-vivo an humanen Blutzellen geprüft. Gemessen werden: Gentoxizität in transfizierten Bakterien (Induktion von SOS-Repair), Mutagenität in Säugerzellen (HPRT-Test), Induktion von DNA-Schäden mittels Mikrogelelektrophorese und die Entstehung vonDNA-Addukten mittels 32P-Postlabelling-Verfahren. Zusätzlich werden zytotoxische Effekte (einschließlich Membranschäden und Apoptose-Induktion) in Zellkulturen erfasst.

Untersuchung zur in vivo-Wirkung von Zearalenon auf funktionelle Parameter ovarieller, Eileiter- und endometrialer Zellen beim Schwein

Mykotoxine sind Metaboliten des Sekundärstoffwechsels mikroskopisch kleiner Pilze, vor allem der Gattung Aspergillus, Penicillium und Fusarium. In bestimmten Konzentrationen wirken sie toxisch für Mensch, Tier und Pflanze. Die als Feldpilze bekannten Fusarien bilden Mykotoxine (Trichothezen und Zearalenon) zum Teil schon während der Wachstums- und Reifungsphase des heimischen Futtergetreides und beim Mais. Trichothezen (Deoxynivalenol, DNO) übt eine zytotoxische Wirkung aus, indem es die Protein- und DNA-Synthese hemmt. Aufgrund seiner hohen Zytotxizität greift die Substanz an verschiedenen Systemen des Körpers ein, so dass infolge einer Abwehrschwäche Fruchtbarkeitsstörungen (Unfruchtbarkeit, Umrauschen), Aborte, Totgeburten und mimifizierte Früchtte sowie Uterusatrophie bei Sauen insbesondere bei Jungsauen aufgetreten sind. Im Gegensatz dazu sind die Zearalenone nicht toxisch. Ihre Aktivität im Tier besteht in einer östrogenen Wirkung, die zu Veränderungen an den Fortpflanzungsorganen und zu Fruchtbarkeitsstörungen beim Schwein führen. Ein Einfluss von Mykotoxin auf die Fruchtbarkeit wurde bisher weitgehend nach Fütterung von mykotoxin-haltigen Futtermitteln beobachtet. Grundlagenerkenntnisse über direkte negative Einflüsse von Mykotoxinen auf die Fruchtbarkeit können mit Hilfe von Untersuchungen mittels In-vitro-Kultivierung von Eizellen und Embryonen, ovariellen und uterinen Zellen gewonnen werden. Die physiologische Aktivität der genannten Zelltypen des weiblichen Reproduktionstraktes kann über funktionelle Tests gemessen werden, die ihrerseits darüber Auskunft geben, in welchem Maße die Leistungen dieser Zellen bzw. Embryonen störanfällig gegenüber Zearalenon und Trichothezen sind.

Jahrringstrukturanalysen an Buchen (Fagus sylvatica) und Fichten (Picea abies) von den Standorten der Bodenzustandserfassung in Baden-Württemberg

m Rahmen des Kooperationsprojekts zwischen dem Institut für Waldwachstum und der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg (FVA) Freiburg werden Bohrkerne von Fichten und Buchen zellstrukturanalytisch untersucht und im Hinblick auf Trockenstressreaktionen in den Jahren 1976 und 2003 ausgewertet. Die Untersuchungsbäume wurden an den Standorten der Bodenzustandserfassung (BZE) in Baden-Württemberg ausgewählt. Die Auswertungen stellen eine wesentliche empirische Grundlage für die Validierung von Geländewassermodellen dar, die im Zusammenhang eines fachübergreifenden Forschungsprojektes zur Klimafolgenforschung an der FVA stehen und zur Quantifizierung von Trockenstress-Intensitäten dienen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1803: EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota, Diversität und funktionelle Merkmale mikrobieller Gemeinschaften im unterirdischen terrestrischen Lebensraum entlang eines klimatischen Gradienten: von der Oberfläche zur Verwitterungsfront in der Tiefe

In dem Projekt werden Diversität und funktionelle Eigenschaften von mikrobiellen Gemeinschaften erfassten, die im unterirdischen Teil der 'Critical Zone (CZ)' terrestrischer Lebensräumen leben, entlang eines Gradienten von Aridität, d.h. dem EarthShape Transekt in der küstennahen Cordillera in Chile. Es wird überprüft, ob (1) der terrestrische unterirdische Lebensraum verbunden mit der oberirdischen CZ und damit von klimatischen Bedingungen beeinflusst ist. Die CZ ist eine dünne lebende Schicht der Erde, die Atmosphäre und Geosphäre verbindet. Sie wird zunehmend von menschlichen Aktivitäten beeinflusst. Der unterirdische Teil der CZ mit der Verwitterungszone ist ein aktiver Teil der tiefen Biosphäre, die aus Lebensräumen unterhalb der Erdoberfläche besteht und zu den am wenigsten verstandenen Lebensräumen der Erde zählt. Verwitterungsprozesse transformieren hartes und biologisch inertes Muttergestein zu brüchigem verwitterten Gestein, das eine hervorragende Grundlage für Organismen darstellt und aus dem sich Boden entwickelt. Daher ist die Verwitterung von Gestein ganz entscheidend für die Aufrechterhaltung des Lebens, da sie Nährstoffe für die Organismen bereitstellt. Mit Gestein verbundene Lebensformen haben vermutlich Schlüsselrollen, um die Erde so zu gestalten, dass Leben möglich ist. Außerdem wird das Projekt untersuchen, (2) ob die Artenvielfalt und die damit verbundene Abundanz der mikrobiellen Verwitterungsprozesse an der Verwitterungsfront in der Tiefe zunehmen. Die mikrobiellen Gemeinschaften in der Übergangszone von Muttergestein zu Saprolit könnten einen gemeinsam phylogenetischen Ursprung mit nicht-photoautotrophen Organismen von Felsoberflächen haben. Dagegen könnten Gemeinschaften, die zu Verwitterungsprozessen im Saprolit in Bezug stehen, einen phylogenetischen Ursprung mit den mikrobiellen Gemeinschaften aus Böden teilen. (3) Pro- und eukaryotische Mikroorganismen bilden ein Netzwerk, das die Auflösung von Mineralien hauptsächlich an der Verwitterungsfront und in tiefen Saproliten-Profilen steuert. Tiefe taxonomisch Einblicke auf Artniveau werden durch DNA-Sequenzierung (pair-end reads), die auf Amplikon-basiertem Metabarcoding beruht, möglich. Gensequenzen funktioneller Gene werden verwendet, um Abundanzen und phylogenetische Diversität von Aktivitäten der Biomassebildung und Mineralienverwitterung zu bestimmen. Ein neuartiges aufwändiges Protokoll zur Extraktion von DNA wird verwendet, das intrazelluläre DNA lebender Zellen von dem extrazellulären DNA Pool und Dauerstadien (bakteriellen Endosporen) abzutrennen erlaubt. Das ist wichtig, um die Hypothese, ein Fortschreiten der Verwitterungsfront sei ein rezentes Merkmal, das auch heute noch evolviert, entlang des EarthShape-Transekts zu evaluieren. Das Projekt nutzt die Bohrkampagne wie von der DeepEarthshape-Gruppe vorgeschlagen, d.h. eine Bohrung durch Boden und Saprolit bis zum unverwitterten Mutterboden an den vier Untersuchungsgebieten entlang des Ariditätsgradienten.

Innovative Agro-Photovoltaik

Umweltstaatssekretär Jochen Flasbarth übergibt Förderbescheid an das Unternehmen Steinicke in Niedersachsen. Das Bundesumweltministerium fördert mit mehr als 400.000 Euro eine innovative Agro-Photovoltaikanlage des Unternehmens Steinicke im niedersächsischen Lüchow. Mit dem Pilotprojekt sollen Agrarflächen sowohl zur Lebensmittelerzeugung als auch darüberliegend zur Stromgewinnung durch Photovoltaik genutzt werden. Jährlich sollen durch die Anlage 756.000 Kilowattstunden Strom erzeugt werden, mehr als zehn Prozent oberhalb einer konventionellen Photovoltaikanlage gleicher Leistung. Jochen Flasbarth, Staatssekretär im Bundesumweltministerium, übergibt heute den Förderbescheid aus dem BMU-Umweltinnovationsprogramm bei seinem Besuch des Unternehmens Steinicke - Haus der Hochlandgewürze GmbH in Lüchow. Umweltstaatssekretär Jochen Flasbarth: 'Auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045 benötigen wir deutlich mehr Erneuerbare Energien. Beim Ausbau der Erneuerbaren Energien brauchen wir viel mehr Kreativität, wie wir Nutzungskonflikte bei den verfügbaren Flächen auflösen können. Deshalb ist die Erprobung von Mehrfachnutzungen von landwirtschaftlicher Produktion und darüberliegender Photovoltaik eine innovative Lösung mit viel Zukunftspotenzial. Bei dem Vorhaben der Steinicke GmbH wird die Agro-Photovoltaik erstmals in großtechnischem Maßstab umgesetzt. Das ist eine Win-Win-Situation für das Klima, für eine zukunftsfähige Landwirtschaft und die Lebensmittelerzeugung.' Konventionelle Freiflächen-Photovoltaikanlagen werden bodennah errichtet. Die bebaute Fläche ist dann für eine andere Verwendung, wie z.B. die landwirtschaftliche Nutzung, nicht mehr geeignet. Um diesen Flächenkonflikt aufzulösen, plant das Unternehmen die erstmalige Errichtung einer Agro-Photovoltaikanlage (APV) in großtechnischem Maßstab. Eine höhere Aufständerung und größere Reihenabstände zwischen den einzelnen Modulen ermöglichen es, die Fläche zusätzlich für die landwirtschaftliche Bestellung auch mit landwirtschaftlichen Maschinen zu nutzen. Hierzu sollen auch neue Anbauverfahren zum Einsatz kommen. Außerdem verfügt die Agro-Photovoltaikanlage über zweiseitige Zellen, die das einfallende Licht nicht nur über die Vorder-, sondern auch über die Rückseite nutzen, und erzeugt so im Vergleich zu konventionellen Photovoltaikanlagen einen höheren Stromertrag. Der Strom soll für den Eigenbedarf, wie z.B. den Trocknungsprozess, eingesetzt werden. Darüber hinaus wird der Boden unter den Modulen von diesen beschattet, was weitere positive Effekte mit sich bringt, zum Beispiel den Erhalt der Bodenfeuchtigkeit und die Verringerung der Erosion und des Wasserverbrauchs. Unterhalb der PV-Anlage entsteht so eine Bodenstruktur mit günstigem Mikroklima, was einen Beitrag für eine umwelt- und klimafreundliche und damit zukunftsfähige Landwirtschaft darstellt.

The role of turgor in rain-cracking of sweet cherry fruit

Rain-cracking limits the production of many soft and fleshy fruit including sweet cherries world wide. Cracking is thought to result from increased water uptake through surface and pedicel. Water uptake increases fruit volume, and hence, turgor of cells (Pcell) and the pressure inside the fruit (Pfruit) and subjects the skin to tangential stress and hence, strain. When the strain exceeds the limits of extensibility the fruit cracks. This hypothesis is referred to as the Pfruit driven strain cracking. Based on this hypothesis cracking is related to two independent groups of factors: (1) water transport characteristics and (2) the intrinsic cracking susceptibility of the fruit defined as the amount of cracking per unit water uptake. The intrinsic cracking susceptibility thus reflects the mechanical constitution of the fruit. Most studies focussed on water transport through the fruit surface (factors 1), but only little information is available on the mechanical constitution (i.e., Pfruit and Pcell, tensile properties such as fracture strain, fracture pressure and modulus of elasticity of the exocarp; factors 2). The few published estimates of Pfruit in sweet cherry are all obtained indirectly (calculated from fruit water potential and osmotic potentials of juice extracts) and unrealistically high. They exceed those measured by pressure probe techniques in mature grape berry by several orders of magnitude. The objective of the proposed project is to test the hypothesis of the Pfruit driven strain cracking. Initially we will focus on establishing systems of widely differing intrinsic cracking susceptibility by varying species (sweet and sour cherry, Ribes and Vaccinium berries, plum, tomato), genotype (within sweet cherry), stage of development and temperature. These systems will then be used for testing the hypothesis of Pfruit driven strain cracking. We will quantify Pfruit und Pcell by pressure probe techniques and compression tests and the mechanical properties of the exocarp using biaxial tensile tests. When the presence of high Pfruit and Pcell is confirmed by direct measurements, subsequent studies will focus on the mode of failure of the exocarp (fracture along vs. across cell walls) and the relationship between failure thresholds and morphometric characteristics of the exocarp. However, when Pfruit und Pcell are low, the hypothesis of Pfruit driven strain cracking must be rejected and the mechanistic basis for low pressures (presence of apoplastic solutes) clarified on a temporal (in the course of development) and a spatial scale (exocarp vs. mesocarp). We focus on sweet cherry, because detailed information on this species and experience in extending the short harvest period is available. Where appropriate, other cracking susceptible species (sour cherry, plum, Vaccinium, Ribes, tomato) will be included to further extend the experimental period and to maximize the range in intrinsic cracking susceptibility.

Der Sauerstoffverbrauch von Gefluegelembryonen als Indikator fuer Fitness, Reproduktionsleistung und Verhalten

Sauerstoffverbrauch und mitochondriale Atmungsaktivitaet verschiedener Gewebe koennen als Kenngroessen des konstitutionellen Leistungsniveaus von Tieren dienen.Das Forschungsvorhaben soll Zusammenhaenge zwischen dem embryonalen Energiemetabolismus und dem Leistungsvermoegen im adulten Stadium aufzeigen. Das Interesse gilt insbesondere den Zusammenhaengen mitVitalitaet, Lege- und Mastleistung von Huehnern und Fasanen, aber auch den Beziehungen zu genetisch fixierten Verhaltensmerkmalen bei Japanischen Wachteln. Schliesslich dienen die Studien der Etablierung eines Systems zur Evaluierung der Einwirkung externer, chemischer und physikalischer Noxen toxikologischer und produktionstechnischer Natur auf den Gefluegelembryo. Die Untersuchungen werden an Bruteiern von Huehnern, Fasanen und Japanischen Wachteln durchgefuehrt. Die Erfassung des embryonalen Sauerstoffverbrauchserfolgt mit Hilfe einer eigens hierfuer entwickelten Variante der polarographischen Sauerstoffmessung mittels Clark- Zellen. Die Ergebnisse zeigen signifikante Zusammenhaenge zwischen embryonalem Sauerstoffverbrauch und den Schlupfraten, sowie den zu erwartenden Legeleistungen der adulten Tiere. Auch ein Zusammenhang mit genetisch determinierten Verhaltensmerkmalen bei Japanischen Wachteln konnte nachgewiesen werden. Moegliche Anwendungsbereiche der Methodik liegen in einer vorgezogenen und verkuerzten Leistungspruefung fuer Legehennen. Diese Moeglichkeit wird derzeit ueberprueft. Darueber hinaus laesst das System Moeglichkeiten zur Beurteilung chemisch- physikalischer Noxen und zur Optimierung von Produktionstechniken erwarten.

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