Forschungsprojekte




Aktuelle Forschungsprojekte

German Barcode of Life Projekt Phase 2 (GBOL2) – Umwelt-DNA im Kontext der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (WRRL): Diatomeen [https://www.bolgermany.de/]
Um den ökologischen Status eines Gewässers zu bewerten, werden in der WRRL verschiedene Organismengruppen als Bioindikatoren genannt; u.a. Diatomeen. In diesem Projekt soll die Massensequenzierung von Umweltproben als zukünftige Technik für die Identifikation von Diatomeen erprobt und weiterentwickelt werden.
Dafür wird eine umfangreiche taxonomisch-kuratierte Referenzbibliothek für die im Gebiet vorkommenden Diatomeenarten durch uni-algale Kulturen und ihrer morphologischen Identifikation mittels Mikroskopie (LM & SEM) sowie ihres spezifischen molekularen Markers erstellt. Parallel dazu werden aus den vier zu untersuchenden Gewässern (unterschiedlicher Güte) die Umwelt-DNA von Diatomeen isoliert und per Hochdurchsatzsequenzierung Sequenzen gewonnen, die mit den Referenzdaten abgeglichen werden. Dadurch werden für die jeweiligen Gewässer spezifische Artenlisten zur Bioindikation erzeugt. Die von uns entwickelte Methode wird mit der aktuellen der WRRL verglichen.
Das Projekt wird von dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert.
 
Algen-Registrierung: Aufbau einer globalen Registration und eines Indexes für Wissenschaftliche Namen und Typen von Algen
Wissenschaftliche Namen sind der Schlüssel zu Biodiversitätsinformation, da Beobachtungen und experimentelle und Daten mit ihnen verknüpft sind. Ein schneller und einfacher Zugang zu korrekten Namen ist ein wesentlicher Informationsbedarf der Forschung und stimmt mit den Forderungen des Internationalen Nomenklatur-Codes für Algen, Pilze und Pflanzen überein. Während für die Namensregistrierung von Bakterien, Tieren, Pilzen und höheren Pflanzen Lösungen existieren, wurde bisher nichts Entsprechendes für Algen etabliert. In diesem Projekt soll ein online Registrierungssystem für neue Algennamen und ihre nomenklatorischen Typen modelliert und implementiert werden. Ein Web-basiertes Dateneingabetool soll autorisierten Personen Datenprüfung und Standardisierungsprüfung erlauben, während eine Maschinenschnittstelle die Möglichkeit der automatischen Registrierung für elektronische wissenschaftliche Zeitschriften ermöglichen wird. Des Weiteren ist die Erstellung eines Index-Prototyps für alle publizierten Algennamen mit einer möglichst breiten Abdeckung verfügbarer nomenklatorischen Daten geplant. Alle Projektergebnisse werden dokumentiert und frei (open-access) verfügbar gemacht.
Dieses Projekt ist ein gemeinsames Projekt der Forschungsgruppe Diatomeen und der Forschungsgruppe Biodiversitätsinformatik und wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. 
 
Diversitätseinschätzung und Taxonomie von Süßwasser-Diatomeen im subtropischen Mexiko
Die Diatomeenvielfalt in den Tropen, wo Diatomeen nicht nur in Gewässern, sondern auch an feuchten Standorten wie Boden, Blätter, Rinde, Moose und Phytothelmata vorkommen, ist allgemein sehr wenig bekannt. Das gilt im Besonderen für Mittelamerika und der Karibik. Nur mit modernen Methoden (REM, molekulare Analysen) und modernen taxonomischen Konzepten können die verschiedenen Arten sicher nachgewiesen werden. Aufgrund der zahlreichen unterschiedlichen Biotope in günstigen Klimazonen, des geologischen Alters der verschiedenen Inseln, der Struktur und der Verteilung von Oberflächenrelief-Mustern , der hydrologischen und hydrochemischen Regimes und der aquatischen Vegetation ist eine hohe Diatomeenvielfalt zu erwarten. Mexiko gilt als Zentrum hoher biologischer Vielfalt, und Teile seines Territoriums wurden als Hotspots, d.h. Zentren von großem Reichtum und hoher ökologischer Verwundbarkeit mit außergewöhnlich hohen Anteilen an endemischen Pflanzen- und Tierarten identifiziert. Als Folge der Physiogeographie sind die tropischen Teile Mexikos mit einem sehr komplexen Mosaik von Vegetationstypen bedeckt. Nicht nur die Topographie, sondern auch die geographische Breite, das Klima und die Böden spielen eine wichtige Rolle und erzeugen ein vielfältiges Spektrum von Umweltbedingungen. Da das tropische Mexiko noch nicht so hoch industrialisiert ist, wird erwartet, dass die typischen "Kulturfolger" (Kieselalgen-Unkräuter, kosmopolitische europäische Arten) noch nicht alle Gewässer übernommen haben. Besonders in oligotrophen und elektrolytarmen Lebensräumen wie in den Wäldern und in den Quellen wird davon ausgegangen, dass endemische Diatomeen noch heimisch sind. Für Mittelamerika und die Karibik ist ein hoher Endemismus für Höhere Pflanzen bekannt; ob dies auch für Kieselalgen gilt, soll geprüft werden.
 
DNAqua-Net – Developing new genetic tools for bioassessment of aquatic ecosystems in Europe (EU COST Action CA15219) [http://dnaqua.net/]
DNAqua-Net ist eine COST Action (Co-Operation in Science & Technology program of the European Commission), deren gemeinsame Absichtserklärung es ist “Die Anwendung von DNA-basierten Anwendungen für Biodiversitätsgutachten zu verbessern und einen Fahrplan zu deren Einbindung in standardisierte ökologische Gutachten von Gewässern in ganz Europa und weltweit zu erstellen.“ Das Projekt dient als Plattform zur Vernetzung von ForscherInnen aus ganz Europa und EU Near Neighbour Countries (NNC) sowie EU International Partner Countries (IPC) mit dem Ziel eine interdisziplinäre Gruppe aufzubauen, die Goldstandards für genomische Methoden und neue genomische Indizes für die Anwendung in ökologischen Gewässergutachten (z.B. EU Wasserrahmenrichtlinie, US Clean Water Act) entwickeln sollen.      
 
Implementierung von eDNA Metabarcoding für Gewässergütegutachten in Kooperation mit der Firma AquaPlus (Schweiz)
Im Fokus steht die Evaluation und die mögliche Implementierung von eDNA Metabarcoding zur Gewässergütebestimmung im Rahmen des Schweizer Diatomenn Index (DI-CH). Hierfür werden die klassische mikroskopische Diagnostik und eDNA Metabarcoding parallel analysiert und die Ergebnisse der beiden Methoden verglichen. Es soll getestet werden, ob eine Anpassung der Kalibrierung des DI-CH notwendig wird.  
 
Technische Reporte “For the routine sampling of benthic diatoms from rivers and lakes adapted for metabarcoding analyses” und “DNA barcoding libraries” (CEN)
Diatomeen (Kieselalgen) sind einzellige Mikroalgen die in allen Gewässertypen vorkommen. Sie sind eine Hauptkomponente in Wasserökosystemen und werden daher europaweit für Gewässergutachten im Rahmen der EU Wasserrahmenrichtlinie (2000/60/EC) und der Abwasseraufbereitungsrichtlinie (91/217/EEC) zusätzlich zu anderen EU Direktiven und internationalen Abkommen eingesetzt. Zu diesem Zweck einigte sich das technische Komitee CEN/TC 230 – Arbeitsgruppe 23 „Wasseranalyse“ auf spezifisch, standardisierte Ansprüche für die routinemäßige Probenahme von benthischen Diatomeen aus Seen und Flüssen im Rahmen von Metabarcoding sowie für die Entwicklung von  DNA Barcoding Refernzdatenbanken für das eDNA Metabarcoding. Diese technischen Reporte wurden bei der CEN (Europäisches Komitee für Normung) einegereicht und bereits angenommen.     
 
Rote Listen und Gesamtartenlisten der Algen für Berlin und Deutschland
Checklisten geben Auskunft über das Arteninventar einer bestimmten Organismengruppe mit besonderer Berücksichtigung ihres Gefährdungsgrades. Dadurch sind Rote Listen ein wertvolles Instrument für den Naturschutz. In der Forschungsgruppe Diatomeen werden Listen auf Bundesebene (Zieralgen Deutschlands) und Landesebene (Rotalgen, Braunalgen und Armleuchteralgen Berlins) erstellt.
 
Die Diatomeenflora der Ökosysteme im Hauptstadt-Distrikt und im karibisch-tropischen Trockenwald als Grundlage für die Entwicklung eines aquatischen Biomonitoringsystems für Kolumbien.
Um die Grundlage für ein Zeit- und Kosten-effizientes Identifikationssystem zu schaffen, das auf dem DNA-Barcodierung von Süßwasser-Diatomeen basiert, fokussiert sich das vorgeschlagene Projekt auf die Etablierung der ersten DNA-Referenzbibliothek für Kieselalgen in Kolumbien. Um dies zu erreichen, werden folgende Ziele formuliert: (1) Charakterisierung der Zusammensetzung und Vielfalt der Diatomeengemeinschaften in den Regionen Hauptstadt-Distrikt und Caribbean Tropical Dry Forest mit morphologischen (floristischen) und molekularen Methoden (eDNA-Metabarcoding) (2) Etablierung einer Diatomeen-Kulturensammlung als Referenz und Quelle für molekulare Untersuchungen, (3) Etablierung einer Datenbasis für das Auftreten von Diatomeen in beiden Regionen (Flussbecken), (4) Schaffung einer Grundlage für ein Diatomeen-basiertes Biomonitoring-Instrument, das die Arten und Gemeinschaften definiert, die als biologische Indikatoren für die Wasserqualität des Hauptstadt-Distrikts und des karibischen Tropenwaldes für die zukünftige Überwachung der Wasserqualität der kolumbischen Flüsse verwendet werden kann, (5) Empfehlung zur Anwendung von Kieselalgen in der Wasserqualitätsüberwachung für die Umweltschutzbehörde von Kolumbien.

 

 

Weitergeführte Aufgaben

AlgaTerra - Ein Informationssystem für Mikroalgen-Biodiversität (http://www.algaterra.org)
Ursprünglich ein dreijähriges BMBF-gefördertes Forschungs- und Entwicklungsprojekt zum Aufbau eines Datenbanksystems am BGBM (2001 bis 2004). Das Informationssystem bietet Forschungsdaten zu Namen, Konzepten, Bildern, Typen und Belegen, molekularen Befunden, Morpologie und Umwelt. Die Daten wurden im Rahmen von GBIF-D in das Common Data Model der EDIT Platform for Cybertaxonomy überführt. AlgaTerra wird im Rahmen verschiedener Projekte als eine Hauptaktivität der Diatomeen-Forschungsgruppe weitergeführt.

GBIF-D Algen & Protisten – (http://www.gbif.de/botanik/datenabfrage/algen_protisten)
GBIF-D Algae & Protists ist Teil des Botanischen Knotens von GBIF-Deutschland und unterstützt die phykologische und protozoologische Community in ihren Bestrebungen, Biodiversitätsdaten für Datennetzwerke zu mobilisieren und mithilfe der BioCASe Providersoftware an das GBIF-Netzwerk anzuschließen. Am BGBM wird das Special-Interest-Datenportal GBIF-D Algae & Protozoa für die Nutzung in Forschung, Praxis und Lehre bereitgestellt [http://protists.gbif.de]. Projektmittel dafür kamen vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).