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Verwundungsaktivierter Abbau des Sesquiterpens Caulerpenin: Mechanismus und ökologische Bedeutung

Ziel des Vorhabens ist es, Erkenntnisse über die molekularen Grundlagen der Isoprenoid-Biosynthese in marinen Makroalgen zu erlangen. Dabei soll die Wehrchemie der invasiven Grünalge Caulerpa taxifolia als Modellsystem vertiefend untersucht werden. Die chemische Verteidigung der Alge basiert nahezu exklusiv auf einem einzelnen dominanten Sesquiterpen, dem Caulerpenin. Der Gesamtkomplex von den frühen Stufen der CaulerpeninBiosynthese über beteiligte Intermediate bis hin zur durch Fraß oder mechanische Beschädigung hervorgerufenen Aktivierung des Caulerpeninabbaus soll durch chemisch-analytische und proteinbiochemische Methoden untersucht werden. Um ein Bild über die beeindruckend effiziente Wehrchemie des Caulerpenins und seiner Folgeprodukte zu erhalten, sollen in Freilandversuchen die im Labor erhaltenen Erkenntnisse an mechanisch und durch Fraß geschädigten Algen und deren Fraßfeinden überprüft werden. Ergebnisse aus dem Forschungsvorhaben sollen die bisherige Wissenslücke über die Isoprenoidbiosynthese in marinen Makroalgen füllen und die Voraussetzung zur vertiefenden mechanistischen Betrachtung der sehr weit verbreiteten auf Isoprenoiden basierenden Wehrchemie anderer mariner Algen schaffen.

Forschergruppe (FOR) 402: Funktionalität in einem tropischen Bergregenwald Südecuadors: Diversität, dynamische Prozesse und Nutzungspotenziale unter ökosystemaren Gesichtspunkten, Funktionalität in einem tropischen Regenwald; Diversität; dynamische Prozesse und Nutzungspotentiale unter ökosystemaren Gesichtspunkten (FOR 402)

Die Bergwälder der Ostanden gehören zu den artenreichsten terrestrischen Ökosystemen der Erde, zugleich stehen sie unter immensem Nutzungsdruck (Abholzung, Umwandlung in Weideland). In einem multidiszilinären Ansatz aus Bio-, Geo-, Forst- und Agrarwissenschaften - von der Ebene des Organismus ausgehend bis hin zur Landschaftsebene - wollen wir an einem ausgewählten, für Forschungen zugänglichen ostandinen Bergwald in Südecuador ein solches Ökosystem, sowie seine gebietstypischen, durch menschliches Wirtschaften entstandenen Ersatzformationen beispielhaft analysieren. Dabei gilt es im ersten Schritt wichtige geowissenschaftliche und biologische Eigenschaften des Systems (Klima, Boden, Verfügbarkeit von Wasser und Nährelementen, Struktur und Artenzusammensetzung der Vegetation sowie Vorkommen und Vielfalt tierischer und pilzlicher Schlüsselorganismen: Pollinatoren, Samenverbreiter, Herbivore und Destruenten) zu erfassen. Im zweiten Schritt wird die Funktionsweise wichtiger Teilsystem erschlossen (Stoffflüsse zwischen wichtigen Kompartimenten, Dynamik und Regenrationspotentiale der Vegetation in Wechselwirkung mit der Fauna und den abiotischen Randbedingungen). Darauf aufbauend wollen wir drittens Optionen entwickeln bzw. überprüfen für eine nachhaltige Nutzung, Erhaltung und - soweit möglich - Rehabilitation des Waldes. Diese Erkenntnisse werden über das Untersuchungsgebiet hinaus für das ökosystemare Verständnis und Management tropischer Bergwälder von genereller Bedeutung.

Winterliche Wachstumsbedingungen und Nahrungsökologie des Zooplanktons der eisbedeckten Ostsee

Weite Teile der nördlichen Ostsee sind im Winter für mehrere Monate von Meereis bedeckt. Wie in Arktis und Antarktis stellt das solegefüllte Kanalsystem im Eis den Lebensraum für eine diverse Flora und Fauna dar. Bereits im Februar beginnen die Eisalgen zu wachsen und hohe Biomassen im Eis aufzubauen. In den Polargebieten wird diese saisonal früh vorhandene und lokal hoch konzentrierte Nahrungsquelle von herbivoren, pelagischen Zooplanktern genutzt, die somit eine trophische Verbindung zwischen den beiden Lebensräumen Meereis und Pelagial herstellen. Auch in der Ostsee kommen v.a. Copepoden unter dem Meereis vor. Die Art Acartia biflosa reproduziert sogar während der Wintermonate, obwohl Temperatur und Algenbiomasse während der eisbedeckten Zeit in der Wassersäule sehr niedrig sind. Hieraus ergeben sich folgende Fragestellungen: 1. Welche biotischen und abiotischen Wachstumsbedingungen charakterisieren das baltische Untereis-Habitat? 2. Was sind die Energiequellen für die Entwicklung im Winter dominanter Arten? 3. Gibt es in der eisbedeckten Ostsee vergleichbare Prozesse wie in Arktis und Antarktis? Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erfassung der ökologischen Bedeutung des Meereises für die saisonalen Lebenszyklen und Überwinterungsstrategien des Zooplanktons der nördlichen Ostsee.

Biodiversität und nachhaltiges Management von Borstgrasrasen im Südschwarzwald in Zeiten des globalen Wandels

Zielsetzung: Borstgrasrasen sind Hotspots der Pflanzen-, Insekten- und Vogeldiversität und durch die Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie auf EU-Ebene prioritär geschützt. Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts sind Borstgrasrasen von massiven Umweltveränderungen betroffen. Hierzu zählen dramatische Flächenverluste und in den verbliebenen Lebensräumen darüber hinaus ein meist ungeeignetes Management, negative Auswirkungen des Klimawandels und die Eutrophierung durch Luftstickstoffeinträge. In Deutschland ist der Erhaltungszustand des Lebensraumtyps unzureichend bis schlecht und verschlechtert sich weiter. Großflächige Bestände von Borstgrasrasen sind heute nahezu nur noch im Südschwarzwald und der Rhön vorhanden. Im Gegensatz zu den traditionell gemähten Borstgrasrasen der Rhön, war die Beweidung mit Rindern die treibende Kraft für die Erhaltung der Bestände im Südschwarzwald. Bislang fehlen Konzepte zum nachhaltigen und biodiversitätsfördernden Management traditionell beweideter Borstgrasrasen in Zeiten des rasanten globalen Wandels, das nicht nur Pflanzen als Primärproduzenten, sondern auch phytophage Konsumenten, insektivore Konsumenten und Destruenten umfasst. Durch das hier beantragte Projekt und einen multitrophischen Ansatz sollen dieses Defizit behoben werden und die Grundlagen für eine Trendumkehr des Erhaltungszustands geschaffen werden. Das Projekt soll im Biosphärengebiet Schwarzwald durchgeführt werden. Das Projektgebiet ist nicht nur der bundesweite Verbreitungsschwerpunkt beweideter Borstgrasrasen, sondern auch Bestandteil des nationalen Biodiversitäts-Hotspots 'Hochschwarzwald mit Alb-Wutach-Gebiet'. Die betrachteten trophischen Ebenen umfassen Primärproduzenten (Gefäßpflanzen, Moose), zwei Konsumentengruppen (Heuschrecken und Brutvögel) und Destruenten (Dungkäfer). Basierend auf den Erkenntnissen der multitrophischen Studien sollen evidenz-basierte Handlungsempfehlungen zum nachhaltigen, biodiversitätsfördernden Management von Borstgrasrasen im Speziellen und Magerrasen im Allgemeinen in Zeiten des rasanten globalen Wandels formuliert werden.

Kontrollzäune in Bannwäldern zur Beurteilung des Wildeinflusses auf die Waldgeneration

In 22 ausgewählten Bannwäldern Baden-Württembergs wurden 1995/96 Kontrollzäune mit Vergleichsflächen (Verfahren nach Merkblatt FVA) angelegt, um den Einfluss der pflanzenfressenden Wildtiere auf Verjüngung und Bodenvegetation der Bannwälder zu untersuchen. Im Abstand von wenigen Jahren sind Vegetations- und Jungwuchsaufnahmen zu wiederholen.

Insekten in antarktischen Oekosystemen

Bei niedriger Temperatur wird die Verdauung von Pflanzenmaterial erschwert. Die als Pflanzenfresser beschriebenen Insekten der antarktischen Inseln sind auf ihre Kaelte-Auffassung (bzw. Auffassung ihrer Verdauungsenzyme) zu untersuchen.

Nutzung von weiden- und pappelreichen Waldmantelgesellschaften durch phytophage Insekten und deren Beeinflussung durch forstwirtschaftliches Handeln

Die sogenannten Weichhoelzer, hier vor allem Weide und Zitterpappel, bilden an Waldinnen- und -aussenraendern als Buesche und Baeume zweiter Ordnung wichtige Lebensraeume fuer eine Vielzahl von Insektenarten, besonders fuer Lepidopteren. Im Rahmen des forstwirtschaftlichen Vorgehens wurden vor allem in der Vergangenheit diese Weichhoelzer bewusst verdraengt; dies fuehrte bei einer Anzahl von Insektenarten zu einer Gefaehrdung ihres Fortbestandes. Durch neue Waldbaukonzepte in den Bundeslaendern ist diese Entwicklung gebremst, es besteht jedoch ein hoher Informationsbedarf ueber die Wertigkeit von vorhandenem oder mittels Sukzession neu zu schaffender Waldmaentel. Durch die kleinstandoertlich und punktgenaue Untersuchung von verschiedenartig exponierten Mantelgesellschaften und den daran befindlichen Insekten sollen die Habitatstrukturen der verschiedenen Arten untersucht werden. Hierdurch sollen besonders guenstige Standorte, d h von hoher Artendiversitaet oder von besonderer Bedeutung fuer gefaehrdete Arten, erkannt werden. Diese Ergebnisse sollen als Hinweise fuer ein moegliches Vorgehen in der Praxis dienen.

Ökologie des Kronenraumes eines Leipziger Auenwaldes, Teilprojekt: Räumliche und zeitliche Muster von Blattfraß im Kronenraum

In Anlehnung an ein Projekt des UFZ, wird die, für das Ökosystem Wald immens wichtige Tier-Pflanzen-Interaktion 'Herbivorie' untersucht. Neben dem Versuch der Quantifizierung des Blattfraßes auf Bestandsebene, wird speziell die räumliche und zeitliche sowie die artspezifische Differenzierung des Blattfraßes untersucht.

Einfluss der Durchmischungstiefe auf Zooplankton-Phytoplankton Interaktionen im Pelagial

Der Großteil der Primärproduktion in Seen erfolgt in der durchmischten Oberflächenschicht, deren Tiefe saisonal und geographisch stark variiert. Eine Verringerung der Tiefe dieser Schicht (=Durchmischungstiefe) erhöht die durchschnittliche Lichtversorgung des Phytoplanktons, und somit meist auch die spezifische Primärproduktion. Laborarbeiten zeigen, dass derart erhöhte Primärproduktion nicht immer in der Nahrungskette nach oben weitergegeben wird. Verbesserte Lichtversorgung verschiebt oft die elementare Zusammensetzung der Algenbiomasse in Richtung hoher C:P-Quoten, was die Futterqualität der Algen für das herbivore Zooplankton herabsetzt. Unter Laborbedingungen kann eine Erhöhung der Lichtversorgung sogar die paradoxal anmutende Verringerung der Zooplanktonproduktion bewirken. Unter welchen Umständen dieses Phänomen im Freiland auftreten kann ist gänzlich unerforscht. Wir beabsichtigen, die Einflüsse der Durchmischungstiefe auf die Dynamik von Zooplankton, Phytoplankton, Nährstoffen und Licht in kontrollierten Freilandexperimenten zu untersuchen. Besonders berücksichtigt werden dabei die modulierenden Einflüsse des Nährstoffgehaltes des Wassers. und von tagesperiodischen Wanderungen des Zooplanktons zwischen Oberflächen- und Tiefenwasser. Die Experimente orientieren sich an Voraussagen eines dynamischen Modells, welches im Laufe des Projektes weiterentwickelt werden soll. Da die Durchmischungstiefe klimatisch beeinflusst ist, können die gewonnenen Erkenntnisse zur Abschätzung der Folgen globaler Klimaveränderungen für den Stoff- und Energiehaushalt von Seen beitragen.

Chemosensorische Sinnesleistungen und ökologische Nischen nicht-menschlicher Primaten

Sinnesleistungen spiegeln häufig Anpassungen an die ökologische Nische einer Spezies wider. Während es im visuellen und im auditorischen System zahlreiche Beispiele für solche evolutiven Adaptationen gibt, sind Nachweise über entsprechende Spezialisierungen der chemischen Sinne, zumindest bei Vertebraten, bislang rar. Daher ist es Ziel des geplanten Projektes, auf Verhaltensebene zu untersuchen, ob es auch beim Geruchs- und Geschmackssinn einen Zusammenhang zwischen dem sensorischen Leistungsspektrum einer Spezies und ihrer Lebensweise gibt. Angesichts der engen funktionellen Verknüpfung von Chemoperzeption und Ernährung sind solche Anpassungen gerade in diesem Kontext zu erwarten und sollen daher einen Schwerpunkt der Untersuchungen bilden. Nicht-menschliche Primaten sind - trotz ihres Nimbus als 'typische Augentiere' - für diese Fragestellung eine besonders gut geeignete Tiergruppe, da sie neben Nahrungsgeneralisten eine große Vielfalt von Nahrungsspezialisten umfassen. Durch einen vergleichenden Ansatz, der neben verschiedenen Primatenarten auch Kaninchen - als Prototyp eines herbivoren Säugetiers - einschließt, soll zudem geprüft werden, ob die ökologische Nische einer Spezies oder ob die Nähe ihrer stammesgeschichtlichen Verwandtschaft zu anderen Arten entscheidend für Parallelen bzw. Unterschiede in olfaktorischen und gustatorischen Sinnesleistungen ist.

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