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Carcinus maenas in the Sylt Rømø bight in 2022

Due to changing temperature regimes in the North- and the Wadden Sea, a fish survey in the Sylt Rømø bight (SRB) was established in 2007 for at least ten years. The aim is to investigate the Wadden Sea fish fauna with special interest in changes of migration behavior, species composition and feeding habits. Since 2021 an assessment of the epibenthic species in the net hauls was included. Seven stations are sampled monthly inside the SRB. Two additional stations, one outside the bight, one close to the Danish border are sampled as references four times a year. For sampling a mini bottom trawl, total length 17 m, trawl opening 7 m, height 3 m with a mesh size of 36 mm in the wings, 16 mm in the mid part and 6 mm in the cod end is used. At every station one haul in the water column and another at the bottom are sampled, for 15 minutes at a speed of approximately 2 knots. The data will help to give a more detailed picture of food chains and energy flows inside the Wadden Sea.

Schwermetalle und andere anorganische Substanzen in der Nahrung. Analytik der Schadstoffe

Hauptaufgabe ist die Bestimmung der Resorptionsgroesse fuer die Schwermetalle durch die Pflanze aus dem Boden und die Verteilung im pflanzlichen, tierischen und menschlichen Gewebe. Auswertung von Nahrungsmitteln aus Immissionsgebieten.

Visualisierung mikrobieller Gemeinschaften auf marinem Mikroplastik: Identifikation, Interaktionen und Auswirkungen

Marines Mikroplastik (MMP) ist eine zunehmende anthropogene Verschmutzung in den Meeren. Der Einfluss auf marine Tiere, durch Verfangen und verschlucken von Plastikmüll, ist bekannt. Aber der Einfluss von MMP auf Mikroorganismen, wie Bakterien, Archaeen und Protisten, die die Basis der Nahrungsnetze bilden, ist kaum verstanden. Auf Grund der besonderen Eigenschaften von MMP, kann es als neues Habitat und als Transportmittel für bestimmte u.a. auch gesundheitsgefährdende Mikroorganismen dienen, die über lange Distanzen bis in entlegene Regionen transportiert werden können. Darüber hinaus kann MMP das Zusammenleben von Mikroorganismen in enger Nachbarschaft ermöglichen und die Stoffwechselwege vieler verschiedener Verbindungen beeinflussen. Um den Einfluss von MMP und ihrer assoziierten Mikroorgansimen auf marine Ökosysteme zu verstehen, müssen wir die Zusammensetzung und Interaktionen von mikrobiellen Gemeinschaften auf MMP identifizieren und ihre globale Ausbreitung untersuchen. Ich möchte die Diversität und die räumliche Verteilung von mikrobiellen Gemeinschaften auf MMP charakterisieren. Proben von MMP wurde bereits von meinem Gastinstitut in verschiedenen Meeresregionen (Atlantik, Pazifik, Indischer Ozean) gesammelt. Mein Ziel ist es: 1) zu identifizieren, welche Mikroorganismen auf MMP vorkommen; 2) die lokale Verteilung und Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft auf MMP und in Experimenten auf Bioplastikpartikeln zu untersuchen; 3) zu verstehen, welche Mikroorganismen am stärksten mit der Polymer Oberfläche assoziiert sind; 4) herauszufinden, ob es charakteristische Mikrobiome auf MMP in verschiedenen Meeresregionen gibt und 5) zu untersuchen, welche Mikroorganismen MMP abbauen können. Die Chancen für die erfolgreiche Durchführung des vorgeschlagenen Projekts ist hoch, da präperierte Proben bereits in meinem Gastlabor vorhanden sind, an denen die innovative Mikroskopiertechnik namens CLASIFISH (Combinatorial Labelling and Spectral Imaging Fluorescence In Situ Hybridization) angewandt werden kann. Diese Methode ermöglicht es viele verschiedene Mikroorganismen und ihre räumliche Verteilung auf einem Plastikpartikel schnell und präzise zu identifizieren. Ich möchte diese Methode an Proben aus dem Atlantik und Pazifik anwenden, sowie Mikroben identifizieren, die im offenen Ozean Plastik abbauen. Zusätzlich möchte ich Inkubationsexperimente mit Bakterienkulturen, die bereits auf Plastik identifiziert wurden und in meinem Gastinstitut zur Verfügung stehen, auf Bioplastikpartikeln durchführen. Mit diesen Experimenten möchte ich herausfinden, wie sich mikrobielle Gemeinschaften auf Bioplastik über die Zeit entwickeln und ob bzw. wie diese Mikroben Plastik abbauen. Für diese Inkubationsexperimente möchte ich FISH, CLASIFISH, scanning electron microscopy sowie metagenomische und metatranscriptomische Ansätze verwenden.

Haushalt und Flüsse des wurzelbürtigen Kohlenstoffs in Nahrungsketten

Rhizodeposition der Pflanzen ist eine wichtige primäre Kohlenstoff- (C) und Energiequelle für Bodenorganismen. Die Ziele dieses Projektes sind die Abschätzung des C-Eintrages durch Mais in den Boden, die Verfolgung des wurzelbürtigen C in der ganzen Nahrungskette im Boden und die Aufstellung von C-Bilanzen. Mais wird in der 13CO2- und 14CO2-Atmosphäre markiert, um zwischen den wurzelbürtigen und bodenbürtigen C zu unterscheiden und den Haushalt des wurzelbürtigen C zu bestimmen. Der Einbau von wurzelbürtigem C in Mikroorganismen, Nematoden, Collembolen und Predatormakrofauna wird quantifiziert. 14C-Phosphor-Imaging der Wurzel ermöglicht es Hotspots der Rhizodeposition und der Exsudation zu lokalisieren. 13C-Pulsmarkierung wird die Empfindlichkeit der Koppelung des 13C mit Biomarker der Bakterien und Pilze (PLFA, Ergosterol) und Collembolen (neutrale Lipide) wesentlich erhöhen. Die Verzögerung zwischen der Photoassimillation der Pflanze, Wurzelexsudation in die Rhizosphäre und Einbau vom wurzelbürtigen C in die einzelnen Organismen wird bestimmt. Dies wird die Aufstellung und Modellierung des C-Flusses durch die Nahrungsketten im Boden ermöglichen. Durch mehrfache 13C-Pulsmarkierung von Mais wird eine hohe 13C-Anreicherung der Mikroorganismen erreicht, um anschließend die aktivsten Spezies in der Rhizosphäre mit Hilfe von Stable Isotope Probing (SIP) zu bestimmen.

Meer-Süßwasserunterschiede in der Strukturierung des mikrobiellen Nahrungsnetzes durch Räuber-Beute-Beziehungen - Teilprojekt 2 von 6 Anträgen im Rahmen eines Antragspakets 'Vergleich von Kontrollmechanismen in marinen und limnischen Nahrungsnetzen')

Es soll durch Mesokosmosexperimente und ergänzende Laborversuche mit Modellsystemen untersucht werden, welche Auswirkungen die unterschiedliche Zusammensetzung des Mesozooplanktons im Meer (überwiegend Copepoden) und im Süßwasser (überwiegend Cladoceren) auf die Struktur des mikrobiellen Nahrungsnetzes hat und inwieweit sich Prädationseffekte des Zooplanktons über die Protozoen bis zur Bakterienebene fortsetzen. Für diesen Vergleich stehen folgende Fragestellungen im Vordergrund: 1) Welchen Prädationseifluß haben limnische und marine Vertreter von cladoceren- und copepoden-dominiertem Zooplankton auf die verschiedenen funktionellen Gruppen heterotropher und mixotropher Protozoen? 2) Gibt es vom Mesozooplankton ausgehende direkte und indirekte (über die Protozoen) Wirkungen auf die Diversität, phänotypische Ausprägung und die Aktivitätsmuster des Bakterienplanktons? 3) Gibt es Unterschiede in den phänotypischen Anpassungen (z.B. Morphologie, Oberflächeneigenschaften, Exopolymere) planktischer Bakterien an Protozoenfraßdruck im limnischen und marinen Bereich?.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Kombinierte Effekte von Temperatur und Ressourcenverfügbarkeit auf den Abbau von organischem Material durch Antarktisches Bakterioplankton

Die globale Erwärmung führt zu neuen Bedrohungen in den Ozeanen, da die steigende Temperatur Kaskadeneffekte in biogeochemischen Kreisläufen und Nahrungsnetzen auslösen kann. Das Scientific Committee on Antarctic Research (SCAR) hat ein besseres Verständnis von potentiellen Effekten des Klimawandels auf die physikalische und biologische CO2-Aufnahme des Südozeans als dringende Fragestellung der Antarktisforschung identifiziert. Bakterien sind die Hauptproduzenten von CO2 und wirken so der biologischen Zehrung von CO2 durch die Primärproduktion entgegen. In Antarktischen marinen Systemen sind die niedrige Temperatur und die geringe Verfügbarkeit von labilem organischem Material Hauptfaktoren, die Wachstum und Aktivität von Bakterien begrenzen. Temperatur und Ressourcen-Verfügbarkeit für Bakterien werden sich durch den Klimawandel in Verbindung mit Eisschmelze und Folgen für die Primärproduktion jedoch erheblich verändern. Laborexperimente mit Batch-Kulturen haben gezeigt, dass Temperatureffekte auf bakterielles Wachstum nahe der minimalen Wachstumstemperatur ein hohes Potential haben mit der Konzentration von organischen Substraten zu interagieren. Durch diese Interaktionen waren Temperatureffekte auf bakterielles Wachstum überproportional stark, wenn Substrate verfügbar wurden. Die Relevanz dieses synergistischen Effektes für die bakterielle Produktion und die damit verbundene Freisetzung von CO2 in natürlichen Gemeinschaften ist jedoch unklar. Dieses Projekt beabsichtigt einzelne und kombinierte Effekte von Temperatur und Verfügbarkeit organischen Materials auf Antarktisches Bakterioplankton zu testen. Zu diesem Zweck werden Aktivierungsenergien von extrazellulären Enzymen, Substrataufnahme und Produktion in bakteriellen Gemeinschaften des Weddell Meeres bestimmt. Die Ratenmessungen im Weddell Meer werden mit der Analyse von organischem Material kombiniert, um Temperatureffekte auf Flüsse von labilem und semilabilem organischen Kohlenstoff abzuschätzen. Mit Hilfe der Ergebnisse werden der natürliche Bereich der Temperatursensitivität und die Modulation durch abiotische und biotische Faktoren bestimmt. In Experimenten an Bord werden kombinierte Effekte von Erwärmung und Substratzugabe auf die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft, auf Muster der Genexpression und auf den Umsatz des organischen Materials getestet, um Veränderungen in der Gemeinschaft in Bezug zu Veränderungen ihrer Funktionen zu setzen. Es werden zudem Chemostat-Experimente mit Isolaten aus dem Südozean durchgeführt, um Temperatureffekte auf Wachstumseffizienzen und die chemische Zusammensetzung bakterieller Biomasse zu quantifizieren. Eine bessere Bestimmung von bakterieller Remineralisierung und ihrer Abhängigkeit von Temperatur und Substratkonzentration ist notwendig um biogeochemische Modelle besser zu parametrisieren, die den zukünftigen marinen Kohlenstoffkreislauf und den Austausch von CO2 zwischen Ozean und Atmosphäre in einem sich veränderndem Klima projizieren.

Nahrungsketten und Naehrstoffumsatz

Die Rolle der Fische beim Energie- und Naehrstoffumsatz soll einerseits im Hallwilersee (z.B. Grazing-Effekt) und andererseits in der Glatt (Forschungs-Schwerpunkt 'Fliessgewaesser') untersucht und quantitativ erfasst werden. Dabei geht es in erster Linie um die Frage, welchen Einfluss die Fische auf Zusammensetzung und Abundanz der jeweiligen Futterorganismen wie Zooplankton oder Benthos ausueben und welchen Beitrag sie an die Remobilisation von Naehrstoffen leisten. Die Arbeiten sollen in enger Zusammenarbeit mit der Fachabteilung Hydrobiologie/Limnologie durchgefuehrt werden.

Zoarces viviparus in the Sylt Rømø bight in 2022

Due to changing temperature regimes in the North- and the Wadden Sea, a fish survey in the Sylt Rømø bight (SRB) was established in 2007 for at least ten years. The aim is to investigate the Wadden Sea fish fauna with special interest in changes of migration behavior, species composition and feeding habits. Since 2021 an assessment of the epibenthic species in the net hauls was included. Seven stations are sampled monthly inside the SRB. Two additional stations, one outside the bight, one close to the Danish border are sampled as references four times a year. For sampling a mini bottom trawl, total length 17 m, trawl opening 7 m, height 3 m with a mesh size of 36 mm in the wings, 16 mm in the mid part and 6 mm in the cod end is used. At every station one haul in the water column and another at the bottom are sampled, for 15 minutes at a speed of approximately 2 knots. The data will help to give a more detailed picture of food chains and energy flows inside the Wadden Sea.

Clupeidae larvae in the Sylt Rømø bight in 2022

Due to changing temperature regimes in the North- and the Wadden Sea, a fish survey in the Sylt Rømø bight (SRB) was established in 2007 for at least ten years. The aim is to investigate the Wadden Sea fish fauna with special interest in changes of migration behavior, species composition and feeding habits. Since 2021 an assessment of the epibenthic species in the net hauls was included. Seven stations are sampled monthly inside the SRB. Two additional stations, one outside the bight, one close to the Danish border are sampled as references four times a year. For sampling a mini bottom trawl, total length 17 m, trawl opening 7 m, height 3 m with a mesh size of 36 mm in the wings, 16 mm in the mid part and 6 mm in the cod end is used. At every station one haul in the water column and another at the bottom are sampled, for 15 minutes at a speed of approximately 2 knots. The data will help to give a more detailed picture of food chains and energy flows inside the Wadden Sea.

Liparis liparis in the Sylt Rømø bight in 2022

Due to changing temperature regimes in the North- and the Wadden Sea, a fish survey in the Sylt Rømø bight (SRB) was established in 2007 for at least ten years. The aim is to investigate the Wadden Sea fish fauna with special interest in changes of migration behavior, species composition and feeding habits. Since 2021 an assessment of the epibenthic species in the net hauls was included. Seven stations are sampled monthly inside the SRB. Two additional stations, one outside the bight, one close to the Danish border are sampled as references four times a year. For sampling a mini bottom trawl, total length 17 m, trawl opening 7 m, height 3 m with a mesh size of 36 mm in the wings, 16 mm in the mid part and 6 mm in the cod end is used. At every station one haul in the water column and another at the bottom are sampled, for 15 minutes at a speed of approximately 2 knots. The data will help to give a more detailed picture of food chains and energy flows inside the Wadden Sea.

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