Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Das vorliegende Teilprojekt zu Pseudomonas 2.0 beschäftigt sich mit der Analyse der Populationsdynamik von Pseudomonas putida Produktionsstämmen in Gegenwart von Stressbedingungen. Ziel ist die quantitative Beschreibung und Analyse der zugrunde liegenden Mechanismen in Form von segregierten Populationsmodellen. Diese Information wird von Projektpartnern einerseits für eine verbesserte Stellung eines Produktionssystems und andererseits für die Bewertung eines möglichen Produktionsprozesses heran gezogen. Das vorliegende Teilprojekt interagiert sehr eng mit Partner 1, Partner 3, Partner 5, Partner 6 sowie den Firmenpartnern DSM und Evonik. Von Partner 1 und 6 werden im Laufe des Projektes Produktionsstämme erhalten, die experimentellen Fermentationstests am Institut für Bioverfahrenstechnik unterzogen werden. Diese beinhalten nicht nur die phänomenologische Charakterisierung der Stämme, sondern auch deren Verhalten unter Stressbedingungen wie beispielsweise Sauerstofflimitierung oder die Gegenwart von organischen Lösungsmitteln. Die zelluläre Antwort wird mittels vor Ort durchgeführten Stoffflussanalysen, Genexpressionsanalysen und metabolischer Studien dokumentiert. Darüber hinaus wird zusammen mit Partner 3 eine Flow-Zytometrie basierte Pouplationsanalyse anhand der überexprimierten Monooxygenase bzw. ausgewählter Stressgene durchgeführt. Die resultierenden Datensätze sind Gegenstand für die Identifizierung segregierter Populationsmodelle.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Modellierung zukünftiger Verschiebungen von Krill und Salpen Populationen im westatlantischen Sektor des Südpolarmeeres" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Waldwachstum und Forstliche Informatik, Professur für Forstliche Biometrie und Forstliche Systemanalyse durchgeführt. Die übergeordneten Ziele in PEKRIS sind a) die Temperaturtoleranz von Krill und Salpen auf physiologischer und Transkriptom-Ebene zu charakterisieren (TP 1) und b), basierend auf historischen Daten zur Leistungsfähigkeit, Verbreitung und Abundanz beider Arten, deren Populationsveränderungen aufgrund unterschiedlicher Klimaszenarien zu prognostizieren (TP 2). Im (TP2) werden individuenbasierte Populationsmodelle für Salpen und Krill entwickelt, die den kompletten Lebenszyklus, Energiebilanzen, abiotische und biotische Treiber und die Anpassungsfähigkeit der Individuen, z.B. an raum-zeitliche Änderungen des Meereises, berücksichtigen sollen. Im Anschluss an die Parameterisierung, den Test, und die Analyse der beiden Populationsmodelle werden diese gekoppelt, um die inter-spezifische Konkurrenz in einer sich verändernden Umwelt im Südpolarmeer explizit untersuchen zu können. Die Modellierung wird eng mit dem Teilprojekt 1 kooperieren, welches physiologisch und genetisch untersucht, ob und wie Krill und Salpen sich den Folgen des Klimawandels anpassen können. Folgende Schwerpunkte werden bearbeitet: 1) Sichtung der Daten und des Expertenwissens und Identifizierung von Wissenslücken. 2) Planung zur Schließung der Lücken, evtl. durch musterorientierte Modellierung. 3) Simulation des Effekts von Änderungen der raum-zeitlichen Meereisbedeckung und Fischerei auf Populationsdynamik von Krill und Salpen. 4) Untersuchung der Konkurrenz zwischen Krill und Salpen. Dabei soll beantwortet werden, unter welchen Umweltbedingungen Salpen die Artengemeinschaft dominieren könnten. Die Modellentwicklung beginnt mit einem auf Expertenwissen basierenden, konzeptionellen Modell. Im Anschluss werden nicht-räumliche einfache Populationsmodelle entwickelt und getestet. Die Hauptphase besteht in der Entwicklung der beiden individuenbasierten Modelle, die wissenschaftlich fundierte physiologische Module enthalten, parametrisiert, intensiv getestet, analysiert und abschließend gekoppelt werden.
Das Projekt "Dynamische Areallimitierung und Reaktion auf Klimaänderung: Metapopulationsprozesse in Vorpostenarealen der Schwarzen Binse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Potsdam, Institut für Biochemie und Biologie durchgeführt. Als Folge prognostizierter Veränderungen des Klimas werden Arealveränderungen von Pflanzen erwartet, die sich in der Neuetablierung oder dem Aussterben von Populationen am Arealrand manifestieren. Ziel des Vorhabens ist die Erlangung eines kausalen Verständnisses der raum-zeitlichen Populationsdynamik einer Art an ihrem Arealrand. Speziell interessieren die Reaktionen und Überlebenschancen bei künftigen Änderungen der klimatischen und landschaftlökologischen Bedingungen. Als Modellorganismus wurde Juncus atratus gewählt, die in Deutschland ihren nordwestlichen Arealrand erreicht. Sie ist eine mehrjährige Pinoierart, die schnell auf Veränderungen reagiert. Mit populationsökologischen Experimenten werden Mechanismen untersucht, die (i) die aktuelle räumliche Begrenzung der Populationen bedingen, die (ii) das lokale Überleben der Teilpopulationen am jeweiligen Standort bestimmen und die (iii) die Besiedlung neuer Standorte gestatten. Populationsgenetische Beiträge sind die Untersuchung (i) der räumlichen Populationsstruktur und daraus abgeleiteter Migrationsraten; (ii) der genetischen Diversität neutraler und quantitativ-genetischer Merkmale und ihrer Bedeutung für die Ausbildung des Arealrandes. Die populationsökologischen und -genetischen Ergebnisse werden in einem Populationsmodell integriert. Dieses untersucht, (i) inwieweit es sich bei Juncus atratus am Arealrand um eine Metapopulation handelt, (ii) welche Schlüsselparameter hier für das Überleben entscheidend sind, (iii) wie sich veränderte klimatische und landschaftsökologische Rahmenbedingungen auf die Populationsdynamik auswirken würden, und (iv) inwieweit die Ergebnisse verallgemeinerbar und auf andere Arten übertragbar sind.
Das Projekt "Kausalanalyse und Prognose des Verhaltens fremdstoffbelasteter Lebensgemeinschaften in experimentellen Labor- und Freilandsystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Fachgruppe Biologie, Lehrstuhl für Biologie V (Ökologie, Ökotoxikologie, Ökochemie) durchgeführt. Es wurde untersucht, wie sich fremdstoffbedingte Beeintraechtigungen individueller Lebensparameter auf Population und Lebensgemeinschaft auswirken. Hierzu wurden Lebensdaten aquatischer Planktonorganismen in Abhaengigkeit wichtiger Einflussfaktoren (insbesondere der Fremstoffkonzentration) in Laborversuchen quantifiziert. Die erhalteten Abhaengigkeiten bildeten die Basis fuer Simulationsmodelle nach dem Individuenansatz, mit deren Hilfe die Dynamik von Populationen und Lebensgemeinschaften zunaechst reduzierter Komplexitaet vorhergesagt wurde. Zur Validierung der Modelle wurden entsprechende Experimente mit Populationen und Lebensgemeinschaften teils im Labor, teils unter Freilandbedingungen (Microkosmen) durchgefuehrt. Die Untersuchungen und Modellierungen wurden fuer die Substanz 3,4-Dichloranilin (DCA) zunaechst an einer einfachen Suesswasser-Planktongemeinschaft aus Scenedesmus subspicatus, Daphnia magna, Ceriodaphnia quadrangula und Keratella quadrata durchgefuehrt. Es gelang, die Dynamik schadstoffbelasteter und unbelasteter Populationen und Zweiarten-Systeme mit Hilfe der Individuenansatzmodellierung quantitativ abzuleiten. Hierbei ergab sich ausserdem, dass Lebensstrategieaenderungen bei Daphnien auftreten durch chemische/mechanische Wechselwirkungen mit Artgenossen und mit dem Raeuber Chaoborus. Auch die Quantifizierung dieser Effekte muss bei einer detailgetreuen Populationsmodellierung beruecksichtigt werden. Die beobachteten direkten und indirekten Effekte des DCA liessen sich auf allen biologischen Integrationsebenen eindeutig interpretieren. Ein direkte Hemmung der Reproduktion, die bei Ceriodaphnien deutlich staerker war als bei Daphnien, fuehrte zu Verschiebungen der Altersstruktur in den Ein- und Mehrartensystemen in Labor und Freiland. Unter limitierten Nahrungsbedingungen waren die Ceriodaphnien stets konkurrenzunterlegen und starben aus, wobei die Anwesenheit des DCA beschleunigend wirkte. Die Entwicklung eines Modells fuer die Freilandmesokosmen wird derzeit ausserhalb des Projekts noch bearbeitet.
Das Projekt "Dynamik/Mortalität Forellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesamt für Umwelt, Abteilung Ökonomie und Umweltbeobachtung durchgeführt. Die Forellenbestände in Fliessgewässern reagieren auf die Umweltbelastungen (monotone Morphologie, Mikroverunreinigungen, usw.) insbesondere mit reduzierter Dichte und verändertem Altersaufbau. Bei der Interpretation der Altersstruktur werden die Resultate der Felderhebungen mit Modellpopulationen verglichen. Diese basieren auf Annahmen für Mortalität, die auf älteren Untersuchungen basieren. Die Erfahrungen des Projekts Fischnetz zeigten, dass diese Mortalitäten auf den früheren, günstigeren Randbedingungen basieren (ohne Krankheit PKD, wenig Vogelprädation in Fliessgewässern, usw.). In einem ersten Schritt sollen deshalb vorhandene Bestandserhebungen (aus Schweiz, RHP von Frankreich, EFI der EU) ausgewertet und dazu passende Populationsmodelle vorgeschlagen werden. Die Modellparameter sind gemäss den verschiedenen Schweizer Ökoregionen zu stratifizieren (Kalkgewässer des Jura, kristalline Gewässer, Bäche mit guter/schlechter Morphologie, usw.). In einem zweiten Schritt sind aufgrund von eigenen Felderhebungen noch offene Fragen zu klären und Verfeinerungen der Modellparameter vorzunehmen. Dabei soll die Stellenwahl in Abstimmung mit dem im Rahmen von NUS geplanten Forellenmonitoring erfolgen.