Das Projekt "SO 254 - PORIBACNEWZ: Funktionelle Biodiversität von Bakteriengemeinschaften und ihrem Metabolom in der Wassersäule, dem Sediment und in Schwämmen des Süd-West Pazifiks um Neuseeland" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Institut für Chemie und Biologie des Meeres durchgeführt. Das Ziel der geplanten Untersuchungen ist eine umfassende und detaillierte Analyse der strukturellen und funktionellen Biodiversität und der biogeochemischen Rolle der Roseobacter Gruppe in Bakteriengemeinschaften der Wassersäule, des Sediments und in Schwämmen. Zudem soll die strukturelle und funktionelle Biodiversität, sowie die chemische Ökologie der schwamm-assoziierten Bakterien im Allgemeinen und der Tiefwasser-Schwämme selbst untersucht werden. Der Arbeitsplan beinhaltet verschiedene Methoden um die Diversität, Abundanz und den Metabolismus der Roseobacter Gruppe mittels in situ Wasserproben, die mit einem Wasserkranzschöpfer (CTD) gesammelt werden, zu untersuchen. Die Bakteriengemeinschaften sollen nach aufwendiger Abfiltration an Bord schließlich am Heimatinstitut mit verschiedenen molekularbiologischen Methoden untersucht werden. In situ Wasserproben werden mit Festphasen Extraktion aufgearbeitet, um mit Hilfe von FT-ICR-MS die Zusammensetzung des DOM zu analysieren. Für die Analysen der Neodym-Isotope werden ebenfalls Wasserproben an Bord konzentriert. Sedimentkerne werden entweder mit dem Multicorer (MUC) oder dem ROV gewonnen. Aus dem Sediment werden Bakterien isoliert und deren Biodiversität mit molekularbiologischen Methoden untersucht. Schwämme werden entlang vertikaler Tiefengradienten mit dem ROV gesammelt. Die Schwammproben werden mit unterschiedlichsten chemischen und mikrobiologischen Methoden an Bord aufgearbeitet, um eine detaillierte Untersuchung der Biodiversität und Abundanzen der Roseobacter- und schwamm-assoziierten Bakterien zu ermöglichen. Schwammproben werden zusätzlich zur Isolierung von assoziierten Bakterien genutzt und mit verschiedenen Protokollen aufgearbeitet, um spätere molekulare, metagenomische und phylogenetische Analysen zu ermöglichen. Physiologische in situ Experimente mit Unterwasser Inkubationskammern sollen Einblicke in die Physiologie der Schwämme und ihrer assoziierten bakteriellen Gemeinschaft geben.
Das Projekt "Wirkstoffe aus marinen Pilzen: Chemische Ökologie und Naturstoffphysiologie mariner Pilze und pilzähnlicher Protisten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung e.V. (AWI) durchgeführt. Chemische Ökologie und Naturstoffphysiologie mariner Pilze und pilzähnliche Protisten terrestrischer Pilze haben in der Vergangenheit eine Vielzahl biologisch und pharmakologisch bedeutender Naturstoffe geliefert. Sie sind inzwischen weitgehend erforscht, so dass sich die marinen Pilze als neue, bisher kaum untersuchte Naturstoffquelle anbieten. Im Rahmen des Verbundvorhabens 'Wirkstoffe aus marinen Pilzen' konzentriert sich das vorliegende Projekt zunächst auf die systematische Erfassung der Biodiversität und Synökologie mariner Pilze und pilzähnlicher Protisten in-situ. Dabei sollen insbesondere die chemischen Interaktionen der Pilze untereinander, wie auch den anderen Organismen ihrer Lebensgemeinschaften gegenüber analysiert werden. Darüber hinaus sollen die vorkommenden Pilze möglichst zahlreich isoliert, kultiviert und für das chemisch-biologische Naturstoffscreening der Verbundpartner zur Verfügung gestellt werden. Zwecks Erhöhung der Trefferquote (Hits) wird eine neue Screeningstrategie angewendet. Insgesamt werden die Ergebnisse neue Erkenntnisse zur chemischen Ökologie, Chemotaxonomie und Naturstoffphysiologie der marinen Pilze liefern, zur Entdeckung neuer Natur- und Wirkstoffe beitragen und eine Abschätzung des Innovationspotentials matiner Pilze für die Naturstoffforschung und Entwicklung neuer Industrieprodukte in Deutschland ermöglichen.
Das Projekt "Teilprojekt B 01: Die Zusammensetzung baumbürtiger organischer Substanz und ihre Wirkung auf mikrobielle Prozesse im Untergrund: Rückkopplung auf Pflanzen und Nährstoffkreisläufe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Jena, Institut für Ökologie, Professur Ökologie durchgeführt. Ziel dieser Studie ist es zu verstehen, wie sich Unterschiede im chemischen Aufbau baumbürtiger DOM (treeDOM; Kronendurchlass, Stammabfluss, Streulösungen, Wurzelexsudate) auf die Bodenvegetation und mikrobiell-ökologische Prozesse in Boden und Untergrund auswirken. Neben der Erfassung von Baumarten- und Landnutzungseffekten auf DOM und Nährstoffe vom Kronenraum bis in die Wurzelzone, werden DOM und Wurzelexsudate aus dem Freiland analysiert und ihre Wirkung auf bodenmikrobiologische Prozesse ermittelt. Mesokosmenversuche testen die Interaktionen zwischen DOM, Pflanzenwachstum und Prozessen der bodenmikrobiellen Gemeinschaft. Die Kombination dieser sich ergänzenden experimentellen Ansätze erlaubt neue Einblicke in die Beziehung zwischen treeDOM und ökologischen Prozessen am Waldboden.
Das Projekt "Teilprojekt: EXClAvE - Landnutzungseffekte auf Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften in einem experimentellen 'common garden' Ansatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Marburg, Fachbereich 17: Biologie, Arbeitsgruppe Evolutionäre Ökologie der Pflanzen durchgeführt. In der nächsten Phase der Biodiversitäts Exploratorien sollen Experimente dabei helfen die Effekte verschiedener Landnutzungskomponenten auf Ökosysteme zu ermitteln. 'Common garden' Experimente werden genutzt, um die Umweltheterogenität zu minimieren, die ansonsten interessante Effekte verschleiert. Wir planen Grasnarben, die von n = 42 Plots der Biodiversitäts Exploratorien entnommen werden, in einem 'common garden' auszubringen wo die Intensität der Mahd und der Düngung manipuliert werden soll. In den nächsten drei bis 15 Jahren werden die Veränderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften auf den Grasnarben verfolgt. Hierfür wird die Zusammensetzung und Diversität der Pflanzen und Bakterien (next-generation 16S rRNA gene amplicon sequencing) ermittelt. Zusätzlich werden noch 3D-Modelle der Pflanzengemeinschaften, die durch multispektrale Information ergänzt werden, erstellt (PlantEye F500, Phenospex, Heerlen, The Netherlands). Diese Modelle erlauben die Errechnung von Parametern, die ganze Pflanzengemeinschaften charakterisieren. Änderungen in den Pflanzen- und Bakteriengemeinschaften werden mit der Landnutzung der Plots in den vergangenen Jahren ins Verhältnis gesetzt. Wir erwarten, dass Gemeinschaften, die aus verschiedenen Plots stammen, aber die gleiche Landnutzung erfahren in Ihrer Zusammensetzung und Diversität konvergieren; Gemeinschaften aus den gleichen Plots, die aber unterschiedliche Landnutzung erfahren, sollten divergieren. Das Projekt nutzt das Vorwissen zu den einzelnen Plots in Bezug auf Landnutzung und Artenzusammensetzung, liefert neuartige Daten für die Biodiversitäts Exploratorien, und stellt einen unabhängigen und neuartigen Beitrag zu der Frage, wie Landnutzug Ökosysteme beeinflusst, dar.
Das Projekt "Orientierung des Feldmaikäfers Melolontha melolontha L. anhand chemischer Stimuli" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin, Institut für Zoologie, Arbeitsgruppe Angewandte Zoologie,Ökologie der Tiere durchgeführt. Der Feldmaikäfer Melolontha melolontha (Coleoptera, Scarabaeidae) zeigt seit einigen Jahren wieder ähnlich große Massenvermehrungen wie vor ca. 50 Jahren. Zur chemischen Ökologie des Feldmaikäfers ist außer den Ergebnissen, die im Rahmen des hier durchgeführten Projektes erzielt wurden, bisher kaum etwas bekannt gewesen. In der ersten Projektphase haben wir nachweisen können, dass Sexualpheromone und fraßinduzierte Blattdüfte bei der Partnerfindung von M. melolontha eine Rolle spielen. Die Pheromone und Blattdüfte wurden chemisch identifiziert. Für die hier beantragte Projektphase stehen folgende weiterführende Untersuchungen zur chemischen Ökologie des Feldmaikäfers im Zentrum: (a) Felduntersuchungen zur Attraktivität der Sexualpheromonkomponente Toluchinon in Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Schwärmfluges, (b) Freilandexperimente zur Diskriminierungsfähigkeit von M. melolontha Männchen zwischen konspezifischen Weibchen und Weibchen der nahe verwandten Art M. hippocastani sowie vergleichende chemische Headspace-Analysen der Weibchen im verpaarten und unverpaarten Zustand, (c) morphologische und histologische Untersuchungen zur Lokalisation der Pheromonproduktionsorte in den Webchen (exokrine Drüsen?), (e) weitere Felduntersuchungen zur chemischen Orientierung legebereiter Weibchen beim Eiablageflug und (d) fortführende Laborexperimente zur chemischen Orientierung der Engerlinge.
Das Projekt "Untersuchung neuer, polarer Lipidsingale in Plankton Interaktionen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Etwa die Hälfte der weltweiten Primärproduktion erfolgt durch Phytoplankton und dessen Jäger-Beute-Interaktionen mit Zooplankton bilden die Grundlage der gesamten ozeanischen Nahrungskette. Die chemischen Signale, die diese Interaktionen vermitteln, sind bisher größtenteils unbekannt. Vor kurzem konnte die Arbeitsgruppe von Erik Selander erstmals eine Gruppe solcher chemischer Signale identifizieren, die Copepodamide. Copepodamide spielen eine entscheidende Rolle in der Interaktion von Ruderfußkebsen (Copepoda) als marine, zooplanktonische Räuber mit verschiedenen Phytoplanktonspezies, wie der Gattung Alexandrium, welche an der Entstehung der schädlichen Algenblüte beteiligt ist. Die vollständige Funktion von Copepodamiden und deren Wahrnehmung durch Phytoplankton ist jedoch noch weitestgehend unbekannt. Das geplante Forschungsprojekt konzentriert sich auf zwei Hauptziele. Das erste Ziel ist die Identifizierung weiterer, neuer Copepodamide und die Untersuchung spezifischer Copepodamidmuster in verschieden Copepodspezies. Für diesen Zweck ist die Anwendung eines breiten Spektrums chemischer Separations- und Detektionstechniken geplant. Das gastgebende Institut besitzt dazu eine einmalige Kombination aus Ausrüstung, Ausstattung und Wissen um dieses Projekt zu unterstützen und ermöglicht ein tiefgreifendes Training in chemischer Ökologie und NMR-Techniken. Das zweite Ziel ist die Identifikation von Copepodamid-Rezeptorproteinen in den Phytoplanktonspezies Alexandrium tamarense und Skeletonema marioni. Dazu soll zum einen in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Julia Kubanek (Georgia Tech, Atlanta, USA) eine Kombination aus zell-basierten Assays und Elektrophysiologie angewendet werden. Um diese Methoden zu erlernen, ist ein Besuch der Arbeitsgruppe von Julia Kubanek vorgesehen. Des Weiteren sollen Phagen-Display und Protein-Affinitäts-Chromatografie angewendet werden, um die Copepodamid-Rezeptorproteine sowie deren genomische Sequenz zu identifizieren.Die Jäger-Beute-Interaktionen zwischen Zooplankton und Phytoplankton sind von entscheidender Bedeutung für das ökologische Gleichgewicht der Ozeane. Vornehmlich werden diese Interaktionen durch chemische Signale reguliert. Die Identifizierung dieser Signale sowie der entsprechenden Rezeptoren liefert einen entscheidenden Beitrag zum Verständnis planktonischer Interaktionen. Zudem hat das geplante Forschungsprojekt das Potential als ein Meilenstein bei der Entschlüsselung der einflussreichen, bisher jedoch unbekannter, chemischer Sprache der Ozeane zu dienen.
Das Projekt "Teilprojekt: Erforschung der adaptiven Prozessen bei der Algenblüten Bildung und zwischen den Blüten von heterogenen Populationen des giftigen Dinoflagellates Alexandrium ostenfeldii anhand von Feld- und Laborstudien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Merkmale, die zwischenartliche Interaktionen beeinflussen, sind von großer Bedeutung für die Stabilität von Populationen und die Koexistenz von Arten innerhalb von Gemeinschaften. Variabilität in diesen Merkmalen beeinflusst die Fitness der Art nicht nur direkt, sondern auch indirekt über die Fitness der gekoppelten, interagierenden Partner. Im Falle von antagonistischen Interaktionen wie z.B. Prädation und Konkurrenz ist daher anzunehmen, dass Variation in diesen Merkmalen selektiv aufrechterhalten wird. Daher sollte jeder Versuch Diversitäts-Stabilitäts-Zusammenhänge zu verstehen, funktionelle Variation dieser Merkmale in ökologischen Schlüsselarten als mechanistische Basis beinhalten. Mit diesem Projekt schlagen wir nun vor, die selektive Aufrecherhaltung der Diversität von allelochemischer Aktivität, einem weitverbreiteten Merkmal in Blüten von Alexandrium ostenfeldii zur Reduktion von Prädation und Konkurrenz, im Zusammenhang mit abiotischen (Nährstofflimitierung und Temperatur) und biotischen (Konkurrenz und Prädation) Stressoren zu untersuchen. Durch die Kombination von Feldbeobachtungen und Mikrokosmos- und Chemostaten-Experimenten mit der Charakterisierung der Zystenbank und experimenteller Evolution verbinden wir die Populationsdynamik innerhalb von Blüten mit der Populationsdynamik zwischen Blüten. Unsere Hypothesen sagen voraus, dass die wechselnde Selektionsdrücke und mutualistische Interaktionen zwischen allelochemisch aktiven und nicht-aktiven Linien die Populations- und Merkmalsdynamiken während der Blüte bestimmen und deren Diversität aufrechterhalten. Zwischen den Blüten ist die hohe Anzahl an kompatiblen und inkompatiblen Linien mit allelochemischer Altivität ein effizienter Mechanismus, um die Diversität und Stabilität mutulistischer Interaktionen aufrecht zu erhalten. Die Verbindung von Merkmalsvielfalt mit Populationsdynamiken in entscheidenden Phasen des Lebenszyklus erlaubt es uns daher, das Verständnis von Biodiversität und Ökosystemstabilität zu vertiefen.
Das Projekt "Die Evolution von Parasitismus in phytoplanktoninfizierenden Flagellatenpilzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Uppsala University, Department of Organismal Biology durchgeführt. Flagellatenpilze (Chytridiomycota) sind eine Gruppe evolutiv früh abzweigender, zoosporischer Pilze, die in verschiedensten aquatischen und terrestrischen Lebensräumen vorkommen. Sie leben entweder als Saprophyten, Parasiten oder als intermediäre Formen. Bei allen Formen haften sich freischwimmende Zoosporen an Detritus oder einen Wirt und extrahieren Nährstoffe unter Bildung eines Sporangiums, welches neue Zoosporen hervorbringt. Aufgrund ihrer geringen Größe und unscheinbaren morphologischen Merkmalen blieben die Zoosporen in Untersuchungen mariner und limnischer Planktongemeinschaften für viele Jahrzehnte nahezu unentdeckt. Molekularbasierende Methoden jüngster Zeiten haben jedoch eine hohe Abundanz sowie Diversität der Flagellatenpilze in aquatischen Lebensräumen aufgedeckt. Einige Arten infizieren Phytoplankton, wie z.B. Blaualgen, Kieselalgen und Dinoflagellaten, so dass ihnen eine wichtige Rolle in der Kontrolle von Algenblüten zugeschrieben wird. Überraschenderweise ist der trophische Lebensstil nur für wenige kultivierte Arten beschrieben und die genomischen Innovationen, welche sich auf Infektionsstrategien der Phytoplanktonparasiten zurückführen lassen, sind völlig unbekannt, so dass eine Beurteilung der Ernährungsweise der Flagellatenpilze anhand (meta)genomische eDNA-untersuchende Umweltstudien nahezu unmöglich ist. Die phylogenetischen Beziehungen innerhalb der Flagellatenpilze, welche Informationen zu den Ursprüngen und der Verbreitung von Parasitismus innerhalb ökologisch verschiedener Entwicklungslinien liefern könnten, sind weitestgehend ungeklärt. In diesem Projekt möchte ich die molekularen Voraussetzungen für einen parasitischen Lebensstil in phytoplanktoninfizierenden Flagellatenpilzen aufdecken. Vergleichende Genomanalysen von vier phytoplanktoninfizierenden Flagellatenpilzarten mit nahe verwandten saprophytischen Arten sollen neue Erkenntnisse über die parasitismus-typischen genetischen 'Werkzeuge' erbringen (z.B. über parasitenspezifische Virulenzgene). Darüber hinaus plane ich einen stabilen phylogenetischen Baum für circa 40 Flagellatenpilzarten zu rekonstruieren, für welche der trophische Lebensstil bekannt ist. Phylogenomische Analysen unter Verwendung von fast 400 proteinkodierenden Genen, gewonnen aus öffentlich verfügbaren sowie in diesem Projekt neu angefertigten Genomen/Transkriptomen, werden es erlauben die frühen Diversifikationen der Flagellatenpilze zu entwirren. Die neu generierten Sequenzdaten werden außerdem nach den im ersten Teil des Projektes identifizierten Virulenzgenen abgesucht. Die phylogenetische Einordnung von Lebensstilen der Flagellatenpilze soll es ermöglichen den ursprünglichen Zustand diverser Gruppen zu charakterisieren und unser Verständnis über die Evolution von Parasitismus in phytoplanktoninfizierenden Flagellatenpilzen verbessern.
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