Forschungsprojekte

Der dritte Ringversuch benthische Diatomeen wird vom Herbst 2022 bis Herbst 2023 durchgeführt. Er richtet sich an Labore und Einrichtungen, welche Aufträge zur Wasserqualitätsanalyse mittels benthischer Diatomeen bearbeiten und an alle, die taxonomisch mit Diatomeen arbeiten. 
Die Teilnehmenden bearbeiten zwei angefertigte Dauerpräparate; eins aus einem See des norddeutschen Tieflandes und eins aus einem Fließgewässer aus einer deutschen Mittelgebirgsregion. Die Arten sind gemäß der in Schaumburg et al. (2011 & 2012) genannten Literatur taxonomisch zu bestimmen und zählen. Die Ergebnisse werden über eine vorgegebene Exceltabelle abgegeben und fließen in einen Abschlussbericht ein. Die Bearbeitung durch die Teilnehmenden erfolgt von November 2022 bis Ende März 2023. Teilnehmende erhalten ein Zertifikat. Es findet kein Workshop statt. 
Als Referenzzähler:innen konnten Dr. Krisztina Buczko (Naturhistorisches Museum Ungarn, Budapest), Prof. Dr. Bart Van De Vijver (Botanischer Garten Meise, Belgien) and Dr. Carlos Wetzel (Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) gewonnen werden. 
Weitere Informationen folgen in Kürze. 
Die Forschungsgruppe Diatomeen der ZE Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin Freie Universität Berlin: Dr. Nélida Abarca, Wolf-Henning Kusber und Dr. Jonas Zimmermann 
In Kooperation mit Dr. Mirko Dreßler (Universität Rostock) und Dr. Petra Werner (Berlin, Übersetzung) 

Literatur:

Zweiter deutscher Ringversuch benthische Diatomeen 2014/2015. Abschlussbericht, November 2019 2019_schwarz_et_al_ringtest_diatomeen_2014-2015_endbericht.pdf (6,5 MB)

Erster deutscher Ringversuch benthische Diatomeen 2011/2012. Abschlussbericht, September 2014 2014_dressler_et_al_ringtest_endbericht_diatomeen_2011-2012.pdf  (4,3 MB)

Forschungsprojekt im Schwerpunktprogramm SPP 1158 „Antarktisforschung“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG gemeinsam mit der Universität Rostock (Prof. Dr. Ulf Karsten)

 

Ressortforschungsplan (REFOPLAN) des Umweltbundesamtes (UBA) gemeinsam mit Universität Duisburg-Essen (UDE), AG Aquatische Ökosystemforschung (Prof. Dr. Florian Leese und Prof. Dr. Daniel Hering)

 

The ultimate aim of FRESHBAR is to establish DNA-barcoding techniques in operative national monitoring and improve assessment of biodiversity human-induced stress on freshwater ecosystems. The specific tasks are providing new reference sequences for diatoms and invertebrates that are important for monitoring, guaranteeing the taxonomical correctness of new sequence identifications by molecular and morphological taxonomical curation, contribute to the development of metabarcoding using long marker sequences (diatoms) and testing shorter barcodes (invertebrates) comparing morphological and DNA-based identifications across environmental gradients, and depositing results and samples in quality-assured public databases and collections.

 

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 wurde von dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert.

 

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 gemeinsames Projekt der Forschungsgruppe Diatomeen und der Forschungsgruppe Biodiversitätsinformatik wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert und konnte nach erfolgreichem Projektabschluss am BGBM institutionalisert werden. Es steht unter www.phycobank.org für Wissenschaft und Forschung zur Verfügung.

 

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.

 

Assessing the diatom diversity for water quality evaluation in the Euphrates-Tigris-Catchment area using eDNA Metabarcoding and classical microscopical analysis 
Das Forschungsziel ist das Einführen fortschrittlicher molekularer Methoden mittels DNA-Barcoding sowie eDNA-Metabarcoding (Hochdurchsatzsequenzierung von Umweltproben) zur Artenbestimmung bei Diatomeen. Dies dient dem Ziel, die Diatomeendiversität zu erfassen und somit eine Grundlage für zukünftige Screening-/Monitoring-Programme der Euphrat-Tigris-Region zu bilden, um die Gewässergüteabschätzung und der damit verbundenen kritischen Ökosystemdienstleistungen des Gewässersystems zu gewährleisten. Die drei Hauptfragen der Arbeit sind: 
1. Wie groß ist die Artenvielfalt der Diatomeen in der Euphrat-Tigris-Region? 
2. Welche Arten kommen unter welchen spezifischen ökologischen Bedingungen vor und können dementsprechend als Bioindikator-Arten für Aussagen zur Wasserqualität genutzt werden? 
3. Kann eDNA-Metabarcoding als neue alternative Methode für die Gewässergüteeinschätzung erfolgreich angewendet werden?

 

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.  

 

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.     

 

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.

 

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.