Forschungs- und Entwicklungsprogramm 2005-2009
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| Focus 3 Adaptation, Plastizität und Dynamik von Lebensgemeinschaften | |
| Focus 2 Prozesse an Grenzflächen |
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Focus 1: Umweltbeeinflusste biologische SignalübertragungGesamtkoordination: Werner Kloas Die besonders hochentwickelte Sensitivität von Organismen durch Rezeptoren äußere chemische Reize wahrzunehmen, macht sie gleichzeitig auch anfällig dafür, dass natürliche Substanzen oder anthropogene Chemikalien diese spezifischen Signaltransduktionswege beeinflussen oder mit den entsprechenden Rezeptoren interagieren. Der Focus des Programms liegt bei den Reizen, die durch ausgewählte Sekundärmetaboliten von Cyanobakterien, Biogeochemikalien und natürlichen sowie anthropogenen Stoffen (endocrine disruptors) hervorgerufen werden, und bei ihren Wirkungen auf molekularer, organismischer und ökosystemarer Ebene. Verschiedene Aspekte der Signalübertragung sowie der Biotransformationsprozesse werden einbezogen: die Signaltransduktion über reaktive Sauerstoffspezies, Rezeptor vermittelte Signalwege und Änderungen der Genexpression. Hierbei werden exemplarisch aquatische Organismen von den Cyanobakterien bis hin zu aquatischen Wirbeltieren betrachtet, die alle Kompartimente eines limnischen Ökosystems widerspiegeln. Untersucht werden die Art und Weise, wie aquatische Organismen sowohl endogene wie exogene chemische Signale aufnehmen und durch Änderungen ihres zellulären Stoffwechsels wie Energieallokation, Wachstum, Entwicklung, Fortpflanzung und Verhalten beantworten. Da viele dieser Effekte bisher nur phänomenologisch beschrieben sind, ist der Schwerpunkt unserer Forschung auf die Entdeckung der zugrundeliegenden Wirkmechanismen ausgerichtet. Thema 1.1 Naturstoffe als Auslöser für oxidativen Stress Koordination: Stephan Pflugmacher Thema 1.2 Natürliche und anthropogene endokrin wirksame Substanzen (endocrine disruptors) Koordination: Werner Kloas Focus 2 Prozesse an GrenzflächenGesamtkoordination: Gunnar Nützmann, Norbert Walz In der glazial geformten Landschaft Nordostdeutschlands werden Nährstoffe und Energie über verschiedene Grenzflächen zwischen Grundwasser und Sediment und zwischen Sediment und Freiwasser in wechselnden Richtungen transportiert und umgesetzt. Dabei stellt sich die Frage, in welchem Umfang und mit welchen Geschwindigkeiten diese Stoffumsetzungen physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen unterliegen. Das gemeinsame Forschungsziel in diesem Focus ist die Quantifizierung der Austauschprozesse bis hin zur Ermittlung der Mechanismen an den jeweiligen Grenzflächen und deren Modellierung. Die vier Forschungsthemen zielen allerdings auf verschiedene Grenzflächen ab, so das Forschungsthema 2.2 auf den wechselseitigen Wasseraustausch zwischen Grundwasser und Oberflächenwasser durch das Sediment. Thema 2.3 ist dem biogeochemischen Stoffaustausch zwischen Sediment und Freiwasser, insbesondere dessen Beeinflussung durch biologische Faktoren gewidmet, während im Thema 2.4 die biologisch gesteuerten Austauschprozesse zwischen benthischen Strukturen und dem Freiwasser thematisiert werden, die in hohem Maße für den ökologischen Zustand von Flachgewässern verantwortlich sind. Thema 2.1 befasst sich mit turbulenten Strömungen in Flüssen und Seen, die alle Prozesse an Grenzflächen zwischen Freiwasser und den Biota beeinflussen. Thema 2.1 Hydrodynamische Einflüsse auf biotische und abiotische Prozesse Koordination: Christof Engelhardt Thema 2.2 Austauschprozesse zwischen Grund- und Oberflächenwasser Koordination: Gunnar Nützmann Thema 2.3 Biogeochemische Prozesse in Mikrozonen Koordination: Michael Hupfer Thema 2.4 Benthisch-pelagische Kopplung und Bistabilität in Flachgewässern Koordination Jan Köhler, Norber Walz Focus 3 Adaptation, Plastizität und Dynamik von LebensgemeinschaftenGesamtkoordination: Rainer Koschel Focus 3 basiert auf langjährigen Untersuchungen von Flachlandökosystemen wie dem Müggelsee, Stechlinsee, Breiter Luzin und den Flüssen Spree und Oder. Im Focus 3 sollen ökologische und evolutionäre, biologisch begründete Optimierungsstrategien der Artbildung und der Biodiversität, speziell der Adaptation, Plastizität und Dynamik von Lebensgemeinschaften der Mikrobiota, sowie des Planktons und der Fische untersucht werden. Die Ergebnisse sollen zu einer theoretisch fundierten Strategie des nachhaltigen Managements aquatischer Ökosysteme und der in ihnen lebenden Organismen beitragen. Forschungsthema 3.1 wird Struktur und Funktion von Lebensgemeinschaften der Bakterien, methanogenen Archaea, Cyanobakterien und Algen und Thema 3.2 von Fischgemeinschaften untersuchen; Thema 3.3 zielt auf die sympatrische Artbildung von Fischen hin, während Thema 3.4 auf klimainduzierte Langzeitänderungen der Phänologie des Planktons und daraus resultierender Komplikationen in den Interaktionen zwischen den Arten gerichtet ist. Der frühere Forschungsschwerpunkt „Top-Down-Regulation von planktischen Gemeinschaften“ wurde modifiziert und in den Schwerpunkt „Nachhaltiges Management“ eingegliedert, weil er besonders die Interessen der Verantwortlichen für die Gewässerbewirtschaftung berührt. Das ehemalige Forschungsthema „Benthisch-pelagische Kopplung“ wird in den Fokus 2 überführt, in dem es zusammen mit den hydrodynamischen Studien zum besseren ökologischen Verständnis bistabiler Gewässersysteme dient Thema 3.1 Biodiversität und Interaktionen von Mikrobiota Koordination: Hans-Peter Grossart, Lothar Krienitz Thema 3.2 Regulation der Diversität von Fischgemeinschaften in Fließgewässern Koordination: Frank Kirschbaum Thema 3.3 Ökologische Faktoren bei der Artbildung von Fischen Koordination: Thomas Mehner Thema 3.4 Klimafolgeforschung Koordination: Rita Adrian Focus 4 Nachhaltiges GewässermanagementGesamtkoordination: Christian Wolter Dieser Focus wurde im Jahr 2000 begründet, um wissenschaftliche Grundlagen für ein dauerhaft umweltgerechtes und adaptives Gewässermanagement zu erarbeiten, das auf der Kenntnis der das Ökosystem prägenden Strukturen und Prozesse aufbaut. Primär stehen das ökologisch nachhaltige Management sowie das tiefere Verständnis der Struktur und Funktion von Binnengewässersystemen im Focus der Forschungsthemen. Beides entspricht dem Gründungsauftrag des IGB, Ergebnisse der Grundlagenforschung im Rahmen anwendungsorientierter und Vorsorgeforschung bereitzustellen. Erste Ergebnisse umfassen die Entwicklung von seeinternen Restaurierungsverfahren, Bewertungsverfahren für die biologische Klassifizierung von Seen und Fließgewässern sowie eine erste grundlegende Charakterisierung von Freizeitfischern als die Hauptnutzergruppe fischereilicher Ressourcen. Die laufenden Themen werden fortgesetzt, da 1) sie innovativ, zukunftsträchtig und international beachtet sind, 2) ihre Ergebnisse im Rahmen der Umsetzung der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) nachgefragt werden und Anwendung finden, und 3) der Erfolg von Revitalisierungsmaßnahmen nur mit Langzeituntersuchungen eingeschätzt werden kann. Forschungsdefizite bestehen bei der kausalen Analyse und Bewertung von integrativen Managementverfahren, wie dem Fließgewässermanagement (Thema 4.1), der Reduktion externer Nährstoffeinträge in Kombination mit Ökotechnologien in Standgewässern (Thema 4.2) und einem nachhaltigen Artenschutz- und Binnenfischereimanagement (Thema 4.3). In diesem Zusammengang zielt Nachhaltigkeit auf maximalen Nutzen für alle Interessengruppen bei minimaler Umwelt-Beeinträchtigung ab. Um diese Ziele wissenschaftlich voranzutreiben, werden Restaurierungs- und Revitalisierungsmaßnahmen als großräumige wissenschaftliche Experimente genutzt. Mit diesem Verfahren wird das Antwortverhalten der Ökosysteme hinsichtlich der Stoff- und Energieflüsse sowie der Struktur von Nahrungsnetzen und Biozönosen untersucht, um damit wesentliche Grundlagen für ein tieferes theoretisches Verständnis gestörter und ungestörter Gewässerökosysteme zu entwickeln. Multiple Beeinträchtigungen aquatischer Lebensgemeinschaften in urbanen Gewässern werden untersucht, um das ökologische Potential erheblich degradierter Gewässer abzuleiten. Über das Jahr 2007 hinaus ist geplant, auch die sogenannten menschlichen Dimensionen im Focus zu berück Thema 4.1: Flussgebietsmanagement Koordination: Martin Pusch Thema 4.2: Ökotechnologie und Ökosystementwicklung Koordination: Peter Kasprzak, Rainer Koschel Thema 4.3: Binnenfischerei Koordination: Bernhard Renner, Robert Arlinghaus © IGB |
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