Tagfalter gehören zu den Insekten, deren Lebensweise am besten verstanden ist. Dennoch gibt es erhebliche Wissensdefizite, vor allem im Hinblick auf aut- und populationsökologische Kenngrößen vieler Arten. Diese Defizite sind ein großes Hindernis für wissenschaftlich fundierte Naturschutzmaßnahmen ebenso wie für vergleichende Grundlagenforschung in der Verhaltensökologie und Evolutionsbiologie. Wir erarbeiten in kombinierten Feld- und Laborstudien grundlegende Daten zur Lebensweise ausgewählter Tagschmetterlinge, wobei der Schwerpunkt auf dem Reproduktionsverhalten und den Ressourcenansprüchen der verschiedenen Lebenszyklusstadien liegt. Von besonderem Interesse sind bei diesen Studien bestandsgefährdete Arten sowie Zwillingsartenpaare, bei denen die Frage der ökologischen Differenzierung meist noch ungeklärt ist.
Feuchtgebiete sind eine wichtige natürliche Quelle für Methan, das zweithäufigste Treibhausgas in der Atmosphäre. Die Methangasflüsse aus Feuchtgebieten sind variabel und bestimmt durch die Aktivität methanotropher (Methan verbrauchender) und methanogener (Methan produzierender) Mikroorganismen. Deren Aktivität wird durch verschiedene Umweltfaktoren gesteuert, was jedoch noch nicht sehr gut verstanden ist, da z.B. die Bedeutung der anaeroben Methanotrophen in Feuchtgebieten noch weitgehend unklar ist. Ziel des Projekts ist es, die räumlich-zeitliche Variation der Nettomethanflüsse zu untersuchen und sie durch Verteilungsmuster und Aktivitäten der Methankreislauf-assoziierten Mikroorganismen in Abhängigkeit von verschiedenen Umweltfaktoren zu erklären. Im Projekt werden Sölle untersucht, da diese eine hohe Dynamik in den Methanemissionen über kleine räumliche Skalen aufweisen. Sie kommen häufig in postglazialen Landschaften vor und sind meist von landwirtschaftlich genutzten Flächen umgeben. Sie werden als Methanquelle betrachtet, aber die Mechanismen, die ihre dynamischen Methanemissionen antreiben, sind nicht gut verstanden. Bodenprofile, Bodenchemie, Wasserstand, Redox-Bedingungen, Nährstoffeintrag und Vegetation werden als wichtige Umweltfaktoren antizipiert, die die Häufigkeit, Aktivität und die Biodiversität der mit dem Methankreislauf assoziierten Mikroorganismen beeinflussen. Um die regulatorische Bedeutung dieser Faktoren zu verstehen, wird MeDKet Feldstudien mit Laborexperimenten kombinieren, in denen verschiedene abiotische Faktoren unter kontrollierten Bedingungen moduliert werden. Die räumliche Variation der Methanbildung und -oxidation und die Verteilung der mit dem Methankreislauf assoziierten Mikroorganismen wird in acht Söllen untersucht, während die Auswirkungen der wichtigsten Umweltfaktoren für ein ausgewähltes Soll im Detail analysiert werden. Hochauflösende Gasmessungen werden kombiniert mit Methoden der mikrobiellen Ökologie wie quantitativer PCR, Amplikonsequenzierung, mRNA-Analyse, stabilen Isotopenuntersuchungen und einer Metagenom-Analyse, um Identität, Abundanz, Verteilung und physiologische Eigenschaften der am Methankreislauf beteiligten Mikroorganismen zu bestimmen. Da wir ein ganzheitliches Verständnis über den Beitrag Methan-assoziierter Mikroorganismen in Feuchtgebieten zu Methanflüssen anstreben, weiten wir unsere Analysen auf oberirdische Pflanzenteile aus, ein bisher vernachlässigter Lebensraum für Methanotrophe. Mit einer neu entwickelten Methodik werden wir vertikale Methanprofile in der Atmosphäre oberhalb eines Solls messen und das Vorkommen von Methanotrophen auf oberirdischen Pflanzenteilen untersuchen. Damit werden die Ergebnisse von MeDKet als Grundlage dienen, um (a) die Regulation von Methanotrophie und Methanogenese und damit die hohe Variabilität der Nettomethanflüsse (b) die Bedeutung der anaeroben Methanoxidation und (c) der oberirdischen Methanoxidation in Söllen zu verstehen.
Das Verhalten anthropogener Schadstoffe im Landschaftsmaßstab stellt eine der größten Herausforderungen heutiger Umweltwissenschaften dar. Forschungsergebnisse der letzten zehn Jahre haben wiederholt gezeigt, dass Umsatzraten von Schadstoffen, die im Labor ermittelt wurden, im Widerspruch zu Feldbeobachtungen stehen. Dies weist darauf hin, dass wir die relevanten Prozesse, die den Schadstoffumsatz in der Natur bestimmen, nur unvollständig verstehen. Entsprechend sind wir nicht in der Lage, zukünftige Entwicklungen der Wasser- und Bodenqualität in Folge des Klima- und Landnutzungswandels zuverlässig vorherzusagen. Der SFB CAMPOS beruht auf der Hypothese, dass auf der Feldskala Prozesse maßgeblich sind, die in Laborexperimenten nur schwer zu erfassen sind. Viele Schadstoffe, die unter Laborbedingungen vergleichsweise schnell abgebaut werden, zeigen eine unerwartete Langlebigkeit im Feld; sie werden in Böden und Grundwasserleitern über lange Zeiträume gespeichert und können noch Jahre, nachdem der anthropogene Eintrag aufgehört hat, nachgewiesen werden. Während wichtige, aber langsame Prozesse in Laborstudien möglicherweise übersehen werden, erschwert die ausgeprägte hydrologische und biogeochemische Dynamik die Interpretation konventioneller Beobachtungskampagnen im Feld. CAMPOS zielt darauf ab, reaktive Landschaftselemente zu identifizieren und ihre Prozessdynamik mit ausführlichen Feldstudien zu biogeochemischen Umsätzen von Schadstoffen in einer beispiellosen Auflösung zu quantifizieren. Derartige Studien sind erst durch den enormen Fortschritt in der Analytik und Messtechnik der letzten Jahre (z.B. substanzspezifische Isotopen- und Enantiomeranalytik, 'non-target screening', Bioanalytik, insitu Sensoren, molekularbiologische Techniken inklusive omics) ermöglicht worden, die bislang noch nicht in gezielten Felduntersuchungen kombiniert wurden. Jedes im SFB vorgesehene Projekt vereinigt Expertise aus unterschiedlichen Disziplinen, die notwendig sind, um den Verbleib von Schadstoffen in der Natur zu verstehen. Die untersuchten Landschaftselemente umfassen Fließgewässer, den Übergang zwischen Gerinnen und dem Untergrund, Transekten im Grundwasser sowie verschiedene Bodenkompartimente. Ein neuer stochastischer Modellieransatz ermöglicht es, den reaktiven Stofftransport im Landschaftsmaßstab prozessbasiert zu modellieren und die damit verbundene Unsicherheit zu quantifizieren. Unser neuartiger multidisziplinärer Ansatz quantifiziert das langfristige Verhalten anthropogener Schadstoffe in der Umwelt, indem Einzugsgebiete als biogeochemische Reaktoren betrachtet werde. CAMPOS trägt somit zum Fortschritt der Umweltwissenschaften bei und schafft die Grundlage für realistischere Projektionen der zukünftigen Boden- und Wasserqualität unter den Bedingungen des Klima- und Landnutzungswandels.
Die landschaftsweite Modellierung des reaktiven Stofftransports beinhaltet eine nichteindeutige Auswahl von Teilmodellen (konzeptionelle Unsicherheit). Die vorliegende Komplexität der Landschaft macht den Einsatz komplexer Modelle erforderlich, wobei eine zu große Komplexität problematisch ist: solche Modelle lassen sich an eine Vielzahl von Datensätzen anpassen, besitzen aber nur begrenzte Vorhersagekraft. Das Projekt wird die konzeptionelle Unsicherheit des genutzten Modells untersuchen und quantifizieren, und prüfen, ob das Modell zulässig im Sinne der verfügbaren Daten ist. Das Modell wird dann genutzt, um Monitoringstrategien und die damit verbundene Modellierungs- und Feldaktivitäten des gesamten Konsortiums zu optimieren.
Der größte Teil unserer Landschaften entwässert direkt in Gewässer erster und zweiter Ordnung. Im Mittelpunkt des Projekts stehen Untersuchungen zum Stoffrückhalt und zu Transformationsprozessen in der Übergangszone zwischen Grundwasser und den Gewässern niederer Ordnung. Dazu wird ein räumlich und zeitlich hoch auflösendes Monitoring von Wasser- und Stoffflüssen mit innovativer online-Sondentechnik, komponenten- und enantiomerspezifischer Isotopenanalytik und molekularbiologischen Werkzeugen kombiniert. Ergänzt werden die Felduntersuchungen durch prozessbasierte reaktive Transportmodelle. Durch diese Kombination modernster Methoden soll ein umfassendes Verständnis der räumlich-zeitlichen Muster von Reaktivität und Umsätzen in Abhängigkeit von Landnutzung und hydraulischen Randbedingungen erreicht werden.
Methan ist ein höchst potentes Treibhausgas, dennoch ist das globale Methanbudget durch die vielen unbekannten CH4-Quellen und -senken sehr unsicher. Die Höhe der CH4-Anreicherung in der Wassersäule hängt von komplexen Interaktionen zwischen methanogenen Archaeen und methanotrophen Bakterien ab. Das bekannte Methan Paradoxon, das die CH4-Übersättigung im oxischen Oberflächenwasserkörper von Seen und Meeren darstellt, weckt Zweifel, dass die mikrobielle CH4-Bildung nur im anoxischen Milieu stattfindet. Im oligotrophen Stechlinsee haben wir eine wiederkehrende Methanübersättigung im Epilimnion gefunden. Unsere Studien zeigen, dass das CH4 aktiv in der oxischen Wassersäule produziert wird. Die Produktion scheint dabei an die autotrophe Produktion von Grünalgen und Cyanobakterien gekoppelt zu sein. Zur gleichen Zeit sind keine methanotrophen Bakterien im Epilimnion vorhanden, so dass das CH4 nicht oxidiert wird. Unsere Haupthypothese ist, dass pelagische Methanogene hydrogenotroph sind, wobei sie den Wasserstoff aus der Photosynthese und/oder Nitrogenaseaktivität nutzen. Unsere Untersuchungshypothesen sind:1) Die CH4-Produktion ist mit der Photosynthese und/oder N-Fixierung gekoppelt, wobei hydrogenotrophe methanogene Archaeen mit den Primärproduzenten assoziiert sind. Die Methanogenen können angereichert und kultiviert werden, um Mechanismen der epilimnischen CH4-Produktion detailliert zu untersuchen.2) Die CH4-Oxidation ist durch die Abwesenheit der Methanotrophen und/oder der Photoinhibition in den oberen Wasserschichten reduziert.3) Die CH4-Produktion innerhalb mikro-anoxischer Zonen, z. B. Zooplankton und lake snow, ist nicht ausreichend für die epilimnische CH4-Produktion.Die saisonale Entwicklung des epilimnischen CH4-Peaks soll in Verbindung mit den Photoautotrophen und der Seenschichtung im Stechlinsee untersucht werden. Dabei soll eine neu-installierte Mesokosmosanlage (www.seelabor.de) genutzt werden, um CH4-Profile bei unterschiedlichen autotrophen Gemeinschaften und Seenschichtungen zu studieren. Die Verknüpfung zwischen methanogenen Archaeen und den Photoautotrophen soll in Inkubationsexperimenten mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung und qPCR für funktionelle Gene untersucht werden. Methanotrophe werden quantifiziert und die Photoinhibition der CH4-Oxidation durch Inkubationsexperimente gemessen. In Laborexperimenten sollen die methanogenen Archaeen angereichert und kultiviert werden mittels dilution-to-extinction und axenischen Cyanobakterien und Grünalgen. Physiologische Studien an Anreicherungs- oder Reinkulturen sollen die zu Grunde liegenden molekularen Mechanismen ermitteln. Feld- und Laborexperimente sollen helfen, das Methan Paradoxon zu entschlüsseln, um die bisherige und potentiell wichtige CH4-Quelle zu charakterisieren und zu quantifizieren. Die Studien sollen helfen, unser Verständnis des globalen CH4-Kreislaufes zu verbessern, damit zukünftige Prognosen realistischer werden.
Seit Jahrhunderten werden Stauanlagen zur Energieerzeugung, zur Schiffbarmachung von Flüssen, zur Verbesserung des Schutzes vor Hochwasser und zum Zweck der Speicherung von Trink- und Betriebswasser errichtet. Dies führte im Zusammenspiel mit der Zerstörung von Laichgewässern sowie Überfischung und Wasserverschmutzung zu einem dramatischen Rückgang der Fischbestände. Bei der Errichtung der meisten Stauanlagen an den Bundeswasserstraßen Main, Neckar und Mosel wurden Fischtreppen angelegt, um eine Wanderung flussaufwärts zu ermöglichen. Diese waren jedoch oftmals zu steil, zu klein oder zu weit von natürlichen Wanderrouten entfernt und wurden zudem nicht ausreichend gewartet, um einen bestandserhaltenden Fischaufstieg zu gewährleisten. Die Entwicklungen des internationalen und nationalen Umweltrechts, die einem breiten gesellschaftlichen Bewusstseinswandel Rechnung trugen, führten ab den 1970er-Jahren sukzessive zu einer Verbesserung der Wasserqualität. Ein umweltpolitischer Meilenstein war die Verabschiedung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) durch das Europäische Parlament im Jahr 2000. Diese fordert die EU-Mitgliedstaaten auf, Maßnahmen zur Verbesserung der ökologischen Bedingungen in heimischen Fließgewässern zu ergreifen. Ziel ist es, einen 'guten ökologischen Zustand' oder bei erheblich veränderten Gewässern ein sogenanntes 'gutes ökologisches Potenzial' zu erreichen. Um die Ziele der WRRL in Bezug auf die ökologische Durchgängigkeit zu erfüllen, muss die Durchgängigkeit an den Bundeswasserstraßen an ca. 250 Stauanlagen sichergestellt werden. Dies erfordert in den meisten Fällen den Bau einer neuen Fischaufstiegsanlage. Deren Funktionsfähigkeit und Effizienz soll für mehr als 60 heimische Fischarten gewährleistet werden, obwohl sich Eigenschaften wie Leistungsfähigkeit, Migrationsverhalten und Schwarmverhalten von Art zu Art stark unterscheiden können. Feldstudien zur Gewinnung der notwendigen Daten werden durch die natürliche Variabilität der Fischbestände und weiterer variabler Einflussgrößen erschwert. Laboruntersuchungen sind in ihren Dimensionen begrenzt und werden durch die künstliche Umgebung beeinflusst. Eine alternative Möglichkeit für die Bewertung der Effizienz von Fischtreppen sind numerische Simulationsmethoden für die Hydraulik und das Verhalten von Fischen. Sie zielen auf eine quantitative Bewertung von baulichen Alternativen ab, wie sie in der Planungspraxis häufig benötigt wird. 2015 wurde in der BAW in enger Kooperation mit der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) ein Forschungsprojekt begonnen, um einen neuen Ansatz auf der Basis individuenbasierter Modellierung zu entwickeln.
Die Struktur und Zusammensetzung des Thermosphäre-Ionosphäre Systems (T-I) wird stark durch die solare EUV-Strahlung beeinflusst. Die andere wichtige externe Quelle von Variabilität in dieser Atmosphärenregion ist das geomagnetische Feld, das geladene Teilchen in die Atmosphäre leitet wo sie insbesondere um die Pole herum ihre Energie abgeben. Wie neue Daten zeigen, können auch interne Antriebsprozesse sowohl auf kurzen (Tage) als auch langen (Jahre) Zeitskalen die T-I Variabilität dominieren. Eine wesentliche Rolle wird dabei dem langsamen aber kontinuierlichen Anstieg von CO2 in der Mesosphäre und unteren Thermosphäre (MLT) zugeschrieben, der zu verstärkter Strahlungskühlung und damit einhergehender Kontraktion der Atmosphäre führt. Auch andere Treibhausgase können auf kürzeren Zeitskalen die T-I Variabilität stark modulieren, u.a. O3 und NO. Das Hauptziel dieses Projektes ist zu untersuchen, wie die räumliche Verteilung von Langzeittrends in MLT Treibhausgasen mit der T-I Langzeit Variabilität gekoppelt ist. Dabei sollen sowohl bodengebundene als auch Satellitendaten von CO2, O3, NO, H2O sowie Elektronendichten herangezogen werden. Durch Kombination von Daten der Satelliten CHAMP, GRACE, SWARM, COSMIC, GOMOS, ACE-FTS, MLS, SABER, MIPAS, HALOE und AIM soll eine nahezu globale Abdeckung über einen Zeitraum von 2 Sonnenzyklen erreicht werden. Aus diesen Daten soll eine globale Klimatologie erstellt werden als Grundlage für die Ableitung von Langzeittrends und ihrer Korrelation in Zeit, Raum und T-I Parametern, einschließlich der Untersuchung von möglichen zeitlichen Verzögerungen in der Variabilität. Ferner sollen chemische und dynamische Wirkmechanismen der T-I Reaktion auf diese Variabilität identifiziert sowie zum ersten Mal echte Abkühlungs- und Aufheizraten aus der globalen Klimatologie und ihre Korrelationen in der T-I Region berechnet werden. Diese können direkt in allgemeinen Zirkulationsmodellen anstatt der aus Volumenemissionsraten gewonnenen Abkühlraten verwendet werden.
Angesichts der Klimakrise untersucht dieses Forschungsprojekt die Treibhausgasemissionen aus anthropogen beeinflussten kolmatierten Flüssen bezüglich physikalisch-chemischer und mikrobiologischer Ursachen für die Umsetzung kohlenstoffeffizienter Flussrenaturierungen. Die gegenwärtige wasserbauliche Praxis betrachtet mikrobielle Aktivitäten in Flussökosystemen bestenfalls als Input-Output-System und übersieht dabei kritische biodynamische Prozesse, die den Kohlenstoffkreislauf und Kohlenstoffemissionen fluvialer Umgebungen beeinflussen. Ziel dieses Projektes ist es, mikrobielle Mechanismen in stark degradierten, kolmatierten Flussökosystemen zu untersuchen, um Kohlenstoffemissionen nicht nur quantitativ zu erfassen, sondern auch deren Ursachen zu verstehen und gezielt zu adressieren. Dazu sollen durch die Kombination von wasserbaulichem und mikrobiologischem Fachwissen kolmatierte Flusssysteme mittels Feldmessungen, numerischen Simulationen und Laborexperimenten analysiert werden. Kolmation bezeichnet die Verstopfung der Porenräume grobkörniger Sedimentmatrizen durch Feinsediment, was den vertikalen hydrologischen Austausch in ökologisch sensiblen alpinen und mittelländischen Flüssen unterbricht. Kolmation ist die Folge erhöhter Feinsedimentzufuhr, die durch menschliche Aktivitäten wie Grobsedimentrückhalt hinter Staudämmen oder verstärkte Feinsedimentproduktion durch erosive Landnutzung erheblich verstärkt wird. Diese Störung des vertikalen Austauschs beeinflusst direkt den Sauerstoffgehalt des Flussbetts, was wiederum die Zusammensetzung und Aktivität mikrobieller Gemeinschaften verändert. Sauerstoff ist entscheidend für mikrobielle Prozesse, die zur Reduktion von Treibhausgasen beitragen können, insbesondere für methanreduzierende mikrobielle Gemeinschaften, deren Aktivität durch eingeschränkten Sauerstoffeintrag aufgrund von Kolmation gehemmt wird. Das Projekt untersucht die Wirksamkeit wasserbaulicher Renaturierungsmaßnahmen zur Beseitigung von Kolmation, insbesondere in Bezug auf die Etablierung von Nischen für methanreduzierende Mikroorganismen. Die interdisziplinären Feldstudien, numerischen Simulationen und Laborexperimente sollen dabei komplexe Wechselwirkungen zwischen dekolmatierenden Renaturierungsmaßnahmen und mikrobiellen Prozessen systematisch analysieren und aufschlüsseln. Erwartet werden neue wegweisende Erkenntnisse über die Wirksamkeit von Renaturierungsmaßnahmen, die nicht nur aus fischökologischer Sicht, sondern auch im Hinblick auf das Klima von Bedeutung sind.
Der Abbau von Totholz stellt einen wichtigen Prozess im globalen Kohlenstoffkreislauf der Wälder dar. Die biotischen Hauptagenten des Holzabbaus sind Mikroorganismen und Insekten, aber während Insekten in den Tropen den Holzabbau beschleunigen, wirken sie in der gemäßigten und borealen Zone neutral oder sogar negativ auf den Holzabbau. Insekten interagieren eng mit holzzersetzenden Mikroorganismen, einschließlich symbiotischer Assoziationen, Facilitation und Konkurrenz. Es ist jedoch unklar, wie sich die Auswirkungen von Insekten auf mikrobielle Gemeinschaften entlang globaler Klimagradienten verändern. Während lokale Feldstudien und Laborexperimente gezeigt haben, dass Insekten-Mikroorganismen-Interaktionen den Holzabbau sowohl beschleunigen als auch verlangsamen können, wurde bisher nicht untersucht, ob dieser Mechanismus erklärt, warum sich die Auswirkungen von Insekten auf den Abbau so stark von tropischen zu borealen Wäldern ändern. In dem vorgeschlagenen Projekt werden wir die erste globale Studie zu Insekten-Pilz-Interaktionen in Totholz durchführen, indem wir Holzproben aus einem globalen Experiment verwenden, das Behandlungen umfasste, die entweder Insekten Zugang gewährten oder Insekten ausschlossen (Seibold et al. 2021, Nature). Die Holzproben wurden bereits gesammelt und nun sollen die Pilz- und Bakteriengemeinschaften durch DNA-Sequenzierung bestimmt werden, um die Effekte der Insekten zu untersuchen. Dieser Ansatz ermöglicht es zu untersuchen, wie globale Klimagradienten die Interaktionen zwischen Insekten und holzzersetzende Pilzen und Bakterien beeinflussen. Dies wird zu einem besseren Verständnis darüber beitragen, wie Insekten die mikrobielle Biodiversität beeinflussen und wie sich diese Effekte auf den Holzabbau übertragen. Wir werden fünf Hypothesen testen bezüglich der Effekte von Insekten auf Mikroorganismengemeinschaften in Relation zu globalen Klimagradienten. Dabei werden wir Diversität auf verschiedenen Ebenen (alpha- und beta-Diversität), sowie Maße für Spezialisierung basierend auf Netzwerkanalysen und phylogenetische Diversität betrachten.Angesichts des globalen Klimawandels und des anhaltenden Verlusts an Biodiversität, einschließlich unter den Waldinsekten, ist ein besseres Verständnis der Effekte des Klimas auf die komplexen Beziehungen zwischen holzbewohnenden Insekten und Mikroorganismen erforderlich, um die Zukunft der globalen Kohlenstoffsenke im Wald vorherzusagen. Wir sind zuversichtlich, dass das vorgeschlagene Projekt ein wichtiger Schritt ist, um diese Wissenslücke zu schließen und damit nicht nur für die Wissenschaft, sondern auch für die Umwelt- und CO2-Politik von großer Bedeutung sein wird.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 1404 |
| Europa | 12 |
| Kommune | 14 |
| Land | 84 |
| Weitere | 1 |
| Wirtschaft | 21 |
| Wissenschaft | 753 |
| Zivilgesellschaft | 19 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 1389 |
| Text | 13 |
| unbekannt | 9 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 20 |
| Offen | 1391 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 1303 |
| Englisch | 299 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 3 |
| Dokument | 31 |
| Keine | 746 |
| Webseite | 648 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 1017 |
| Lebewesen und Lebensräume | 1225 |
| Luft | 919 |
| Mensch und Umwelt | 1411 |
| Wasser | 861 |
| Weitere | 1401 |