Ziel dieses Projekts ist es, die Forschung im Bereich der wechselseitigen Beziehung zwischen biologischer Evolution und Landschaftsevolution maßgeblich voranzutreiben. Arbeitsgebiete sind aride bis hyperaride Systeme, in denen sowohl biologische Aktivität als auch Erdoberflächenprozesse vorwiegend und sehr stark durch die Verfügbarkeit von Wasser limitiert sind. In diesem Projekt sollen die Schlüsselmerkmale biologischer Aktivität in extrem wasserlimitierten Habitaten der Erde identifiziert und Erdoberflächenprozesse, die unter nahezu wasserfreien Bedingungen ablaufen, charakterisiert werden. Die Bestimmung kritischer Schwellenwerte der Umweltbedingungen, die eine biologische Kolonisation und/oder Landschaftstransformationen erlauben, stellt ein wesentliches Ziel dar. Das zeitliche und räumliche Muster biologischer Kolonisation und Isolation wird zusammen mit der Chronologie der Landschaftsentwicklung in Bezug zur auschlaggebenden gemeinsamen Triebkraft, dem (Paleo-) Klima, untersucht. Diese Ziele sollen durch: (i) paleoklimatische Rekonstruktion und Observation des gegenwärtigen Klimas, zur Entwicklung geeigneter Klimamodelle, (ii) Erfassung der biogeographischen Migrationsgeschichte, Phylogenie (Pflanzen, Insekten, Protisten und Bakterien) und deren molekularer Datierung und (iii) räumliche Erfassung, Prozesscharakterisierung und Datierung von (fossilen) Landschaftselementen (Entwässerungssysteme, Hänge, fluviale und aeolische Sedimente, Böden), angegangen werden. Die Datierung geologischer Archive (i & iii) erfordert eine innovative (Weiter-) Entwicklung isotopengeologischer Methoden, welche entsprechend durchgeführt werden sollen.Es werden u.a. wesentliche Beiträge zu den sich entwickelnden Konzepten des evolutionären Timelags (Guerreo et al. 2013, PNAS 110, 11469-11474), des Einflusses geographischer Barrieren auf klimabedingte Speziesmigration (Burrows et al. 2014, Nature 507, 492-495), der Biogeomorphologie (Corenbilt et al. 2011, Earth Sci. Rev. 106, 307-331), sowie der Entwicklung neuer Methoden zur Datierung und Prozesscharakterisierung von Erdoberflächenprozessen und biologischer Evolution erwartet.
Als Grundlage für hochaufgelöste Klimarekonstruktionen der letzten Jahrtausende dienen jahrgenau datierbare natürliche Klimaproxies wie Jahresringe von Bäumen. Bisher konzentrierten sich dendroklimatologische Untersuchungen in Europa auf Temperaturrekonstruktionen borealer und alpiner Waldgrenzstandorte. In weitaus geringerem Umfang liegen dagegen hydroklimatische Rekonstruktionen basierend auf niederschlagssensitiven Baumarten der Tieflagen (kleiner als 1000 m NN) vor, obgleich hydroklimatische Schwankungen in der Abschätzung zukünftiger und historischer Klimaveränderungen eine wichtige Rolle spielen. Die Steuerungsfaktoren, das Ausmaß und die zeitliche Abfolge dekadischer bis mehrhundertjähriger Schwankungen im Baumwachstum, welche für die Rekonstruktion des gesamten Spektrums hydroklimatischer Variabilität von entscheidender Bedeutung sind, wurden bisher kaum untersucht und verstanden. In dem geplanten Projekt sollen nun zum ersten Mal langfristige Wachstumstrends auf verschiedenen raum-zeitlichen Skalen von acht europäischen Baumarten über die letzten 1.000 Jahre gegenübergestellt werden. Die hauptsächlich aus archäologischen und historischen Holzfunden generierten Jahrringdaten von Eiche, Buche, Erle, Esche, Ulme, Tanne, Kiefer und Fichte, in Verbindung mit Daten lebender Bäume, decken die letzten 1.000 Jahre lückenlos mit hoher Belegung ab. Dieser einmalige Datenbestand mit rund 60.000 Jahrringserien ökologisch und ökonomisch wichtiger heimischer Baumarten wird von europäischen Jahrringforschern bereitgestellt. Das Ziel des geplanten Projektes ist ein besseres Verständnis der raum-zeitlichen Variabilität von niederfrequenten Wachstumstrends und die Identifizierung gemeinsamer Faktoren, die das längerfristige Baumwachstum in Europa maßgeblich steuern (z.B. Klima und/oder Vulkanemissionen, Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre oder Veränderungen der Sonnenaktivität). Die angewandten Methoden umfassen neue Standardisierungsverfahren, Trend- und Spektralanalysen sowie Filterungsverfahren, um niederfrequente Schwankungen der Jahrringchronologien zu detektieren und extrahieren. Faktoren, die das langfristige Baumwachstum maßgeblich steuern, werden unter Einbeziehung verschiedener Klimaparameter (Temperatur, Niederschlag, Abflussmengen von Flüssen, Grundwasserstände) sowie Zeitreihen externer und interner Einflüsse auf das Klimasystem identifiziert. Darüber hinaus werden die langfristigen Wachstumstrends mit Zeitreihen anderer Paläoarchive verglichen. Die in dem geplanten Projekt gewonnenen neuen Erkenntnisse über klimabedingter, langfristiger Wachstumsschwankungen und deren Ursachen werden eine deutlich bessere Grundlage für zukünftige valide Klimarekonstruktionen, globale Klimamodelle und für die Quantifizierung von Langzeitveränderungen des globalen Kohlenstoffkreislaufs schaffen.
Um die Bereitstellung verschiedener Ökosystemdienstleistungen aufrechtzuerhalten, müssen Wälder an mögliche zukünftige Umweltbedingungen angepasst werden. Eine Anpassungsstrategie ist die Förderung nicht heimischer Baumarten, die vermutlich besser an die neuen klimatischen Bedingungen adaptiert sind. Der Anbau nichtheimischer Baumarten wird jedoch kritisch gesehen und kontrovers diskutiert, da sich die Dynamik von Waldökosystemen durch eine nichtheimische Art verändern kann. Eine Baumart, die aufgrund ihrer guten Wuchsleistung in vielen Teilen der Welt eingeführt wurde, ist die in Nordamerika beheimatete Douglasie (Pseudotsuga menziesii). Auch wenn sie oft in Reinbeständen angebaut wird, gibt es sowohl in Mitteleuropa (mit Fagus sylvatica) als auch in Südamerika (mit Nothofagus spec.) Erfahrungen mit dem Anbau von Douglasie in Mischung mit einheimischen Baumarten. Die ähnlichen Voraussetzungen in Mitteleuropa und Chile ermöglichen die Untersuchung allgemeiner Hypothesen zu Mischungseffekten zwischen einheimischen und nichtheimischen Baumarten. Darüber hinaus bietet ein solcher kontinentübergreifender Ansatz die Möglichkeit, die wichtigsten Invasionsmuster in unterschiedlichen Umweltbedingungen zu untersuchen - ein wichtiges Thema im Hinblick auf die Etablierung nichtheimischer Baumarten. Die drei Hauptziele dieses Projekts sind (1) die Analyse und Gegenüberstellung des invasiven Potenzials der Douglasie in Chile und Mitteleuropa, um die treibenden Kräfte und Hindernisse für die Etablierung dieser Art zu ermitteln, (2) die Gegenüberstellung und der Vergleich der Pflanzenartenvielfalt und ihrer Eigenschaften in Misch- und Reinbeständen aus einheimischen Laubbäumen und Douglasie in verschiedenen Ländern, um allgemeingültige Muster oder lokale Abhängigkeiten zu erkennen, und (3) eine Untersuchung der Mischungseffekte von Douglasie mit einheimischen Laubbaumarten auf die komplexe Beziehung zwischen Waldstruktur, Baum- und Bestandswachstum. Wir haben bereits ein Netz von Untersuchungsstandorten in Mitteleuropa (8 Standorte in Deutschland und 8 Standorte in der Schweiz) und Chile (9 Standorte) in Regionen mit Douglasien und einheimischen Laubbaumarten eingerichtet. Wir beantragen ein Projekt, das aus zwei Teilprojekten besteht, in denen die Auswirkungen der Douglasie in Rein- und Mischbeständen auf Bestands- und Landschaftsebene untersucht werden, wobei der Schwerpunkt auf der Invasivität (Teilprojekt 1), den Bestandsstrukturen (Teilprojekt 2) und den Auswirkungen der Douglasie auf die biologische Vielfalt und die Merkmalszusammensetzung (Teilprojekt 1) liegt. Die Teilprojekte sind eng miteinander verknüpft, indem kontinentübergreifend der Einfluss der Waldstruktur in Rein- und Mischbeständen auf die biologische Vielfalt untersucht wird. Durch ein besseres Verständnis der Mischungseffekte zwischen nichtheimischen und heimischen Arten auf verschiedene Waldfunktionen wird dieses Projekt zur Entwicklung eines anpassungsfähigen Waldmanagements beitragen.
In vielen tropischen Gebieten werden Regenwälder gerodet, um Holz und andere Waldprodukte zu gewinnen und Nahrungs-, Futter-, Faser- und Energiepflanzen anzubauen. Häufig wird angenommen, dass beim Roden natürlicher Wälder alle Funktionen und Leistungen des Waldes verloren gehen. Allerdings ist eine vollständige Konservierung in vielen Situationen nicht realistisch und aus ökologischer Sicht möglicherweise auch nicht erforderlich. Überraschenderweise wurden die Determinanten der Abholzung tropischer Regenwälder und die Rolle der daraus entstehenden agrarischen Nutzungssysteme für den Erhalt von Biodiversität und anderen ökologischen und sozioökonomischen Funktionen im Detail bisher nur wenig wissenschaftlich erforscht. Der Sonderforschungsbereich 990 (SFB 990 / EFForTS) verfolgt das Ziel, wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse darüber bereitzustellen, wie auf der Landschaftsskala die ökologischen Funktionen tropischer Regenwälder und landwirtschaftlicher Nutzungssysteme erhalten und verbessert werden können, bei gleichzeitiger Steigerung der menschlichen Wohlfahrt. Ebenso verfolgt der SFB die Frage, wie landwirtschaftliche Nutzung und Naturschutz besser integriert werden können. Die Forschung wird in einer der größten Tieflandregenwaldregionen Südostasiens durchgeführt, der Provinz Jambi in Sumatra, Indonesien. Gummi- und Ölpalmenplantagen gehören zu den wichtigsten landwirtschaftlichen Nutzungssystemen in Jambi. Innerhalb der Provinz wurden zwei Landschaften und 36 Kernflächen für umfassende Analysen ausgewählt, die unterschiedliche Nutzungssysteme und Regenwaldreferenzflächen umfassen. In einer der Landschaften wurden zum Vergleich Flussufer- und nicht-Flussuferbereiche identifiziert. Zudem werden in zwei Experimenten in Ölpalmplantagen der Einfluss von Anreicherungskulturen sowie von unterschiedlichen Dünger- und Pestizidintensitäten erforscht. Bei den Analysen wird eine Vielzahl relevanter Aspekte untersucht und verglichen, z.B. ober- und unterirdische Biodiversität, Bodenfruchtbarkeit, Wasser- und Nährstoffflüsse, Treibhausgasemissionen, sowie wirtschaftliche, soziale, kulturelle und politische Dimensionen der Landnutzungsänderung. Besonderes Augenmerk liegt auf der Analyse von Synergien und Konflikten zwischen den unterschiedlichen ökologischen und sozioökonomischen Funktionen, deren detaillierte Kenntnis eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung und Umsetzung nachhaltiger Agrarsysteme ist. Der SFB wird in enger Kooperation zwischen der Universität Göttingen und verschiedenen Partnerinstitutionen in Indonesien durchgeführt. Dieses Programm zur Erforschung von Transformationsprozessen in tropischen Tieflandregenwäldern ist mit Blick auf die sehr breite interdisziplinäre Ausrichtung und die Landschaftsperspektive international einzigartig.
Im Rahmen von Kili-SES befasst sich SP6 mit Landnutzung, Management und Naturschutz als Triebkräfte der biologischen Vielfalt. In Kili-SES-1 erwiesen sich Landnutzungsveränderungen durch Bevölkerungswachstum als Schlüsselfaktoren an den unteren Hängen des Kilimandscharo. Es bleibt die Frage, ob die jüngsten Wald- und Buschbrände in den oberen Regionen auf veränderte klimatische Bedingungen hinweisen. Wir wollen den Ursprung und die Folgen dieser Brände als potenziell schädliche NCP auf Landschaftsebene untersuchen. Dabei konzentrieren wir uns auf die biologische Vielfalt und die Wasserbilanz im Nationalpark (zusammen mit SP1) und prüfen, ob solche Brände in den letzten Jahrzehnten zugenommen haben. Da die NCPs stark von der biologischen Vielfalt und dem Funktionieren der Ökosysteme abhängen, untersuchen wir, wie der Mensch die biologische Vielfalt, das Funktionieren der Ökosysteme und folglich das menschliche Wohlbefinden verbessern kann. Konkret wollen wir (zusammen mit SP1 und 2) das ökologische Potenzial für eine Transformierung durch Anpflanzung einheimischer Bäume prüfen, ergänzend zu den Studien von SP3-5. Der Fokus soll auf Auwäldern als wichtige Biodiversitätskorridore und traditionellen Agroforstsystemen als nachhaltige Landnutzungsformen liegen. Während in Kili-SES-1 der Kilimandscharo als isoliertes System betrachtet wurde, planen wir nun eine Erweiterung unserer Perspektive unter Einbeziehung des umliegenden Landschaftskontextes. Der Kilimandscharo war einst mit anderen Bergen durch Waldkorridore verbunden, die als Wanderwege dienten und die biologische Vielfalt beeinflussten, entscheidend für die Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltveränderungen. Ziel ist die Analyse der ökologischen Konnektivität und Telekopplung im Hinblick auf Naturschutzpolitik. Hierzu wollen wir mit umfangreichen Daten zu Pflanzen, Arthropoden und Kleinsäugern die frühere biologische Vielfalt ohne menschlichen Einfluss modellieren, um die ungleiche Verteilung endemischer Arten zu untersuchen, eine kontroverse biogeographische Frage in Ostafrika. Der Kilimandscharo und die umliegenden Berge sind unterschiedlich geschützt (Nationalparks, Natur- und Waldreservate), mit zunehmend fragmentierten Schutzgebieten. Durch Hochskalierung und Modellierung der Biodiversität unter Verwendung von Hyperspektralbildern (zusammen mit SP7) planen wir die sich daraus ergebenden Biodiversitätsniveaus und Bedrohungen zu vergleichen, einschließlich der Auswirkungen der Einbeziehung der Waldgürtel des Kilimandscharo und Meru in Nationalparks im Jahr 2006, die möglicherweise illegale Aktivitäten in die umliegenden Berge verlagert haben. Zusätzlich zu diesen Themen wollen wir weiterhin langfristige Klima- und Dendrometriedaten erheben und umfassendes Monitoring von Gefäßpflanzen, Flechten und Moosen durch (ergänzt durch Pilze) durchführen. So hoffen wir ein Niveau und eine Qualität ökologischer Daten zu erreichen, die für Kili-SES wichtig und für ein tropisches Gebirge einzigartig sind.
Der Koordinationsantrag für das SPP 2089 Raum-zeitliche Organisation der Rhizosphäre - der Schlüssel zum Verständnis von Rhizosphärenfunktionen - Phase 2 bietet eine kurze Einführung in das Konzept und die Hypothesen des SPP (Abschnitt 1.1), gibt einen kurzen Überblick über die experimentellen Plattformen und die gemeinsamen Probenahmestrategien (Abschnitt 1.2) und umfasst die Zusammenfassung der Forschungsergebnisse aus Phase 1 (Abschnitt 1.3.1 - 1.3.6). Diese Zusammenfassung enthält auch die von der Koordination durchgeführten feldbezogenen Messungen, die nicht an anderer Stelle dargestellt werden können. Die Datenintegration und die Initiierung gemeinsamer Manuskripte wurden adressiert (Abschnitt 1.3.7) und die Ziele des SPP in Phase 2 werden abgeleitet (Abschnitt 1.4), einschließlich der Forschungsfragen und der damit verbundenen gemeinsamen Experimente für Phase 2. Eine besondere Herausforderung ist die Integration von Daten aus verschiedenen Skalen und Disziplinen (Abschnitt 1.5). Dies führt zu den spezifischen Aufgaben der Koordination (Kommunikation, PP-Datenbank BExIS, Soil-Plot-Experiment, Organisation von Treffen/Workshops, Röntgencomputertomographie-Service, Öffentlichkeitsarbeit), die alle darauf abzielen, eine Datensynthese zu ermöglichen (Abschnitt 1.6). Erste Beispiele für integrierte Arbeiten sind in der Bibliographie aufgeführt (Abschnitt 1.7). In Anbetracht des begrenzten Platzes ist die Beschreibung der Forschungsergebnisse sehr kurz und zielt darauf ab, die Ergebnisse in einer integrierten Weise zu präsentieren. Gleiches gilt für die Beschreibung neuer gemeinsamer Experimente, auch hier finden sich die Details in den jeweiligen Einzelanträgen.
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.
Die Humusauflage (FF) ist die Schnittstelle zwischen den ober- und unterirdischen Teilen von Waldökosystemen. Sie bietet Lebensraum für eine Vielzahl von Organismen, dient als Saatbett und Wurzelraum für die Vegetation und fungiert als Drehscheibe des Ökosystems, an dem organische Substanz, Nährstoffe, Wasser und Klimagase gespeichert, absorbiert und umgewandelt werden. Die Eigenschaften von FF spiegeln daher komplexe Wechselwirkungen zwischen biotischen und abiotischen Ökosystemkomponenten wider, insbesondere solche, die mit dem Mikroklima und der Nährstoffversorgung zusammenhängen. Eine Auswirkung der Klimaerwärmung auf die FF und die damit verbundenen Ökosystemleistungen ist vor allem in den gemäßigten Regionen wahrscheinlich, wo kleine Änderungen der Kontrollvariablen eine Verschiebung von Wäldern, in denen die organische Schicht dominiert, zu Wäldern, in denen der Mineralboden dominiert, bewirken können. Unsere Forschungsgruppe (FOR) konzentriert sich auf die Analyse der kausalen Zusammenhänge zwischen Kontrollvariablen, Eigenschaften und Ökosystemleistungen von FFs. Diese Zusammenhänge ermöglichen (i) die Erfüllung bestimmter Funktionen durch den FF im Vergleich zum mineralischen Oberboden, (ii) eine Bewertung der Anfälligkeit von FF unter der Klimaerwärmung und (iii) die Verwendung von FF-Eigenschaften als Indikatoren für die Bereitstellung von Ökosystemleistungen unter gegebenen klimatischen Bedingungen und Eigenschaften des Mineralbodens. Diese Ziele orientieren sich an der Gesamthypothese der FOR: Die Waldbodeneigenschaften europäischer Buchenwälder werden durch Anpassungen der Organismen an den Nährstoffstatus der Böden geprägt. Der Einfluss der Klimaerwärmung auf die FF-basierten Ökosystemleistungen hängt von den Wechselwirkungen mit diesen Anpassungen ab. Dieser konzeptionelle Rahmen wird durch spezifische Hypothesen von 11 Einzelprojekten in enger Zusammenarbeit umgesetzt, wobei der Schwerpunkt auf kombinierten Phosphor- (P) und Temperatureinflüssen in europäischen Buchenwäldern (Fagus sylvatica) in Mischung mit Fichte (Picea abies) und Bergahorn (Acer pseudoplatanus) liegt. Zwölf Untersuchungsstandorte ermöglichen die Untersuchung der interaktiven Wirkungen von Lufttemperatur und P-Gehalt der Böden. An diesen Standorten werden wir 13C-, 15N- und 2H-Experimente zur Markierung von Streu durchführen, um Prozesse zu verfolgen und zu quantifizieren, und wir werden diese in den Kontext der Nährstoff-, Kohlenstoff- und Wasserdynamik stellen. Ergänzt werden unsere Forschungsarbeiten durch Baumsaatexperimente und Analysen der mikrobiellen Gemeinschaften, Nahrungsnetze der Bodenfauna sowie wurzel- und mykorrhizabedingten Prozessen. Zeitreihenanalysen vorhandener Daten und ökologische Modellierung werden das Prozessverständnis, das up-scaling und die Abschätzung von Szenarien unterstützen.
Das Absterben der Bäume in verschiedenen Ökosystemen erfordert umfangreichere Forschungen zu verursachenden Krankheitserregern und auslösenden interagierenden Prozessen als bisher. Innerhalb des Ursachenkomplexes nehmen Pflanzenviren eine besondere Stellung ein, wobei zu Pflanzenviren wenig bekannt ist. Erst in den letzten Jahren ließen Fortschritte in der methodischen Vorgehensweise, insbesondere die Hochdurchsatzsequenzierung, die Entdeckung einer Reihe neuer Viren zu. Die genaue Charakterisierung der bekannten Viren in Bäumen wurde dadurch intensiviert. Dieses Projekt wird umfangreiche Informationen über die Auswirkungen eines natürlichen Viroms bei Laubbäumen unter sich verändernden klimatischen Bedingungen liefern. Im Fokus steht hier eine simulierte Erhöhung der Lufttemperatur sowie ein Trockenstress. Mit unseren langjährigen Studien bestätigen wir, dass Viren in Stadt- und Waldbäumen stärker verbreitet sind, als vermutet. Inwieweit die Viren mit anderen Stressoren interagieren, ist bisher in Bäumen nicht untersucht. Um die komplexen Prozesse der Virus- und Pflanzeninteraktion zu untersuchen, werden transkriptomische und proteomische (Stress-) Reaktionen untersucht. Wir verfolgen die Hypothese, dass bestimmte virale Kombinationen in Betula sp. das Pflanzenproteom derart verändern können und dies mit degenerativen Prozessen und frühzeitigem Altern des Baumes korreliert. Insbesondere der Einfluss des Klimawandels, d.h. Erwärmung und Trockenstress, auf das Pathosystem der Virus infizierten Pflanzen wird in diesem Projekt mit einem umfassenden Ansatz erstmalig untersucht. Eine Empfindlichkeit der Bäume gegenüber Erwärmung und Trockenheit - abhängig von der viralen Kombination in der Koinfektion - wird zudem hypothetisiert. tdecktes Das kürzlich entdeckte Virom der Birke dient hierbei als Modellsystem. Die Untersuchung eines bisher unbekannten Baumviroms und dessen Einflüsse auf das Baumtranskriptom und -proteom in Samenplantagen im Zusammenspiel mit sich ändernden klimatischen Eigenschaften ist neu. Da Samenplantagen lebende Sammlungen der fittesten Klone sind, die uns zur zukünftigen Kultivierung von Stadt -und Waldbäumen zur Verfügung stehen, ist der Status von Virusinfektionen in diesen und deren Interaktion im System Virus/Pflanze unter Klimawandelbedingungen von essenziellem Interesse für die zukünftige Wiederaufforstung. Vor diesem Hintergrund wollen wir verschiedene akademische Denkansätze miteinander verbinden - Pflanzenvirologie und Pflanzenphysiologie. Die fachliche Kompetenz auf beiden Gebieten und ein Systemdenken soll in diesem interdisziplinären Team gestärkt werden.
Die Humusauflage im Wald (HA) bildet die Grenze zwischen Mineralboden und Atmosphäre. Die Eigenschaften der HA bestimmen die Nährstoffkonzentration und -qualität sowie die Verfügbarkeit von Sauerstoff und Wasser. Die Nährstoffumsetzung durch Mikroorganismen in der HA wird durch die Nährstoffstöchiometrie und der Operonstruktur Prozess-beteiligter Gene bestimmt. Nährstoffverfügbarkeit und Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften sind eng miteinander verknüpft. Veränderungen in der Temperatur wirken sich auf die Nährstoffverfügbarkeit und Struktur der HA aus, also auch auf die taxonomische und funktionelle Zusammensetzung von mikrobiellen Gemeinschaften. Ziel unseres Projektes ist es, die Wechselwirkung zwischen abiotischen HA-Eigenschaften und der Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften unter verschiedenen P- und Temperaturregimen zu verstehen. Wir stellen die Hypothesen auf, dass die Qualität und Quantität der organischen Bodensubstanz, der Wurzelexsudate und die Nährstoffstöchiometrie (C, N, P, Kationen) das mikrobielle Potenzial zur Umwandlung von Stickstoff und Phosphor beeinflussen sowie die Interaktion mit anderen Biota (Pilze, Fauna und Bäume). Eine räumliche Korrelation zwischen Bakterien und Nährstoffen ist wahrscheinlich. Um diese Hypothesen zu prüfen, werden wir verschiedene experimentelle und analytische Ansätze kombinieren. Zuerst werden wir die wichtigsten Akteure und Prozesse des mikrobiellen N- und P-Umsatzes identifizieren. Dazu werden wir Proben der HA und des Mineralbodens von 12 Buchen-dominierten Standorten, entlang eines P und T-Gradienten vergleichen. Zusätzlich untersuchen wir die Rhizosphäre von Buche, Ahorn und Fichte an drei Standorten mit unterschiedlicher P-Verfügbarkeit. Zur Identifikation der Langzeitanpassungen werden wir einen metagenomischen Ansatz verwenden. Anschließend werden qPCR-basierte Analysen durchgeführt, um die dominanten Schlüsselakteure unter verschiedenen Bedingungen zu quantifizieren. Darüber hinaus werden wir die Besiedlung der Wurzeln durch Bakterien, die am P-Umsatz in der HA und Mineralböden beteiligt sind, mit Hilfe von CARD-FISH untersuchen. Mit Hilfe experimenteller Ansätze verwenden wir die Bedeutung verschiedener Faktoren testen: (i) Bedeutung der Bodenmineralien für die mikrobiellen P-Akquirierungsstrategien im Rahmen eines Streu/OF-Beutel-Experiments, bei dem zusätzliche primäre und sekundäre Mineralien zur Streu oder OF-Material hinzugefügt werden. (ii) Die Interaktion von Fauna und Mikroorganismen in der HA wird im Rahmen eines Fauna-Ausschluss-Experiments untersucht. Um die Operonstrukturen von P-Genen zu rekonstruieren werden wir zusätzlich Bakterien isolieren, die an der Solubilisierung von mineralisch gebundenem P im Streu/OF-Beutel-Experiment beteiligt sind. Basierend auf den verschiedenen Ansätzen, werden wir in der Lage sein, die Hauptfaktoren für den mikrobiellen Abbau der organischen Substanz in der HA unter sich ändernden Umweltbedingungen zu identifizieren.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 163 |
| Europa | 1 |
| Global | 1 |
| Land | 8 |
| Wissenschaft | 125 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 161 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 163 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 153 |
| Englisch | 126 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 1 |
| Keine | 32 |
| Webseite | 130 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 123 |
| Lebewesen und Lebensräume | 161 |
| Luft | 107 |
| Mensch und Umwelt | 162 |
| Wasser | 77 |
| Weitere | 163 |