Forschung

Kliniken/Institute:
Institut für Tierökologie

Projektdetails:
Forschung und Zielsetzung

Die deutsche Nordseeküste als Teil des "UNESCO Weltnaturerbe Wattenmeer" ist ein weltweit einmaliger mariner Lebensraum mit einer bisher weitgehend unbekannten Biodiversität. Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften (z.B. hinsichtlich Gezeiten und klimatischen Bedingungen) stellt dieser Lebensraum eine besondere Herausforderung für eine Vielzahl von Organismen dar und die besonderen und diversen ökologischen Nischen im Bereich der deutschen Nordseeküste versprechen das Vorkommen von endemischen Arten und vielen bisher noch unbeschriebenen Organismengruppen. Dieser einmalige Lebensraum ist jedoch permanent durch anthropogene Einflüsse bedroht, und speziell die Auswirkungen der globalen Erderwärmung und der zunehmenden Versauerung der Meere stellen eine existenzielle Bedrohung für viele marine Organismen dar.
Dies ist weltweit das erste Mal, dass ein bedeutender Lebensraum über 25 Jahre in Folge kontinuierlich, umfassend und vergleichend quantitativ in seiner Biodiversitätsdynamik beschrieben wird und zwar in Bezug auf ein Vierteljahrhundert globaler Veränderungen.
Wir schaffen Daten statt Spekulationen.

Arbeitsmethoden
Field work, Envrironmental Genomics, Metagenomics, Bioinformatics

Kooperationspartner:

Dr Helen Spence-Jones (she/her)

Postdoctoral Researcher

Coastal Ecology/Ökologie der Küsten

Alfred-Wegener-Institut

Helmholtz Centre for Polar and Marine Research

Wadden Sea Station

25992 List auf Sylt, Deutschland

Dr. Michael Tessler

AMNH New York

Drittmittelprojekt: Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO), 60.000 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Tierökologie

Projektdetails:
Die hochenergetische kosmische Strahlung hat entscheidenden Einfluss auf alle bemannten Weltraummissionen. Die Wirkung dieser Strahlung auf den Modellorganismus Trichoplax adhaerens (Placozoa) soll in diesem Projekt untersucht werden. Placozoen sind die am einfachsten organisierten vielzelligen Tiere und können uns entscheidende Hinweise auf die Auswirkung komischer Strahlung beim Menschen geben.

Kooperationspartner:

Patrick Humbert, La Trobe University, Australia

Jens Hauslage, DLR, Köln

Kliniken/Institute:
Institut für Tierökologie

Projektdetails:
In dieser 5-jährigen Monitoringstudie werden Dichte, Diversität und Gemeinschaftsstruktur von Collembola und Mesostigmata dreier unterschiedlicher Biotoptypen (Eichen-Hainbuchen-Mischwald, Entwässerungsgraben (Rand), Feuchtwiese) im Naturschutzgebiet Riddagshausen untersucht, einem Flora-Fauna-Habitat (FFH-Gebiet), das durch ein kleinräumiges Mosaik verschiedener Lebensraumtypen wie Teiche, Wiesen, Ackerland und Mischwälder gekennzeichnet ist. In jedem Biotoptyp wurden 10 Probenahmestellen im Abstand von mindestens 20 m nach dem Zufallsprinzip ausgewählt. Um eine räumliche Autokorrelation zu vermeiden, wurden große Abstände gewählt. Daher wurde davon ausgegangen, dass die Proben unabhängig sind. Ab März 2021 wurden an jedem Biotoptyp zehn Bodenkerne (Durchmesser 5 cm) entnommen (ein Bodenkern pro Probenahmestelle). Die Kerne wurden in zwei Horizonte unterteilt (Streuschicht, 5 cm Mineralboden). Die Bodenkerne wurden verwendet, um Collembola, Gamasida und Bodenmakrofauna mithilfe einer modifizierten Hochgradienten-Kanistermethode zu extrahieren (Macfadyen, 1961; Schauermann, 1982). Collembola und Mesostigmata wurden auf Artniveau bestimmt. Darüber hinaus wurden Collembola-Arten entsprechend ihrer vertikalen Verbreitung in drei verschiedene funktionelle Gruppen eingeteilt (epedaphisch, hemiedaphisch und euedaphisch). Diese Gruppen unterscheiden sich in ihrer Ausbreitungsfähigkeit und anderen Merkmalen wie Fortpflanzung, Mobilität, Stoffwechselaktivität und Fressverhalten. Dieses Probenahme- und Identifizierungsmuster wird jedes Jahr (2021-2025) im zeitigen Frühjahr (März/April) wiederholt. Wir erwarten Veränderungen in den Bodenfaunagemeinschaften der untersuchten Biotoptypen aufgrund starker Unterschiede in der Niederschlagsmenge zwischen den Jahren.

Kooperationspartner:

1) Prof. Stefan Scheu, J.F. Blumenbach Institute of Zoology and Anthropology, University of Goettingen

2) Dr. Bernhard Klarner

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Institut für Tierökologie

Projektdetails:
Die Vermittlung und die Erhaltung der Zellpolarität sind wichtig zur ordnungsgemäßen Funktion der Zelle und ihrem umgebenden Gewebe. Ein wichtiger Signalgeber hierbei ist die Gravitation. Kommt es zum Verlust der Polarität, beispielsweise durch Defekte in polaritätsvermittelnden Genen, kommt es in der Regel zu Tumoren. Aufgrund ihres komplexen anatomischen und genetischen Aufbaus sind die dafür relevanten genregulatorischen Zusammenhänge bislang nicht hinreichend charakterisiert.
In diesem Projekt werden Veränderungen in der Genaktivität in dem einfach aufgebauten Meerestier, Trichoplax adhaerens, unter simulierter Schwerelosigkeit untersucht.
Das Projekt wird in Kooperation mit dem Gravitationsbiologen Dr. Jens Hauslage vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) in Köln und Patrick Humbert, Professor für Krebsbiologie von der La Trobe University in Melbourne durchgeführt.

Kooperationspartner:

Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR);

La Trobe University in Melbourne

Drittmittelprojekt: Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK), 30.000 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Tierökologie

Projektdetails:
Der erste Schritt der "Entartung" von Zellen, d.h. der Krebsentstehung, ist der Verlust der Polarität einer Zelle. Ohne polare Orientierung wuchern die Zellen ungeordnet in alle Richtungen und formen damit einen Tumor. Krebsforscher in aller Welt bemühen sich seit Jahren, die verantwortlichen Gene zu identifizieren. Bisher ohne Erfolg; die zugrunde liegende Genetik ist unbekannt und an genetisch hoch komplexen menschlichen Zellen schwer entschlüsselbar. Wir möchten das einfachste tierische Modellsystem, das Placozoon Trichoplax, nutzen, um die verantwortlichen Gene zu identifizieren. Diese "Plattentiere" besitzen keinerlei Organe oder Symmetrie, sie besitzen lediglich eine klare Polarität zwischen oben unten. Der Signalgeber für die Polarität ist die Schwerkraft. Diese können wir auf natürliche Art und Weise im Weltraum (Raketenflüge) bzw. im Labor künstlich ausschalten (mittels Klinostaten), um die Auswirkungen auf die Genexpression von Polaritätsgenen zu studieren. Mit den Plattentieren als Untersuchungsobjekt und genetischen Studien in der Schwerelosigkeit können wir jetzt einen neuen Weg der interdisziplinären experimentellen Krebsforschung beschreiten. Wir haben ein internationales Konsortium aus Krebsmedizinern, Weltraumforschern, Bioinformatikern, Genetikern und Evolutionsbiologen zusammengestellt, um diesen neuen Forschungsansatz auf den Weg zu bringen.

Kooperationspartner:

1) Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) Köln

2) LaTrobe University, Medical School, Melbourne, Australia

3) Yale University, Yale Genomics Center, New Haven, USA

4) Prof. Robert DeSalle; Sackler Institute for Comparative Genomics, AMNH, New York)

Drittmittelprojekt: Alexander-von-Humboldt-Stiftung, 70.000 EUR

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Institut für Tierökologie

Projektdetails:
Medical research on diseases mediated by microbial organisms has been severely hindered by reliable strain identification. The main reason simply is: More than 90% of all microorganisms have not been identified yet and traditional identification methods have routinely been grouping genetically diverse strains into the same category. Can one understand the differences in action between arsenic enriched water and normal tap water (which look the same) if you think they are the same? The answer is no, it would be better to have a reliable unambiguous identification system for all clear liquids, no matter how small the difference. Such a system has been developed in a multi-million research network run by scientists at the AMNH, New York. This system is known as CAOS barcoding and has been successfully tested for example on insect species delimitation, insect vectors, mammals, symbiontic bacteria, rumen microflora, virus strains and others. The barcodes can be identified centrally in our lab at TiHo Hannover (and in collaboration with the AMNH, NY). The barcodes are given to the authors and the community in a web-based, easy to use data platform.

Kooperationspartner:

Prof. Robert DeSalle; Sackler Institute for Comparative Genomics, AMNH, New York)

Drittmittelprojekt: Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK), 50.000 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Tierökologie

Projektdetails:
Ein Schlüsselereignis für die Evolution des Lebens ist die Entstehung unterschiedlicher Zelltypen für die Arbeitsteilung in einem Organismus. Diese "Vielzelligkeit" hat zu einem einzigartigen Bauplan- und Artenreichtum bei den Tieren geführt. Eine normale Bauplanentwicklung hängt jedoch von der korrekten genetischen Regulation der Polarität einer jeden Zelle und eines jeden Gewebes ab. Fehlfunktionen in der Regulation der Polarität auf Zellebene führen zu Missbildungen, wie z.B. Krebsgeschwüren.
Dank neuester genetischer Techniken sind wir prinzipiell in der Lage, solche Fehlentwicklungen, die zu Krebs führen, auf genetischer Ebene zu studieren und die verantwortlichen Gene bzw. Geninteraktionen zu entschlüsseln. Die Krebsforschung an Säugetieren, insbesondere dem Menschen, scheitert bisher jedoch an der enormen zellulären und genetischen Komplexität der höheren Tiere.
Wir haben das einfachste aller Vielzelligen Tiere, das Placozoon Trichoplax, zu einem vielversprechenden Modellsystem entwickelt, um die Genetik der Polaritätskontrolle auf allen Ebenen und in vollem Umfang zu studieren. Unter anderem sind wir in der Lage, den Signalgeber für die Polarität, nämlich die Schwerkraft der Erde, zu manipulieren, etwa durch Weltraumflüge. Hierfür haben wir das GRAVIPLAX-Projekt gegründet, das auf einer engen Partnerschaft mit dem Deutschen Luft und Raumfahrtzentrum (DLR), Krebsforschern aus Australien sowie Genetikern aus Spanien und den USA fusst.
Die ersten Daten aus diesen Experimenten zeigen deutlich, dass die Integration von Zoologie, Genetik, Medizin und Physik mehr ist als die Summe ihrer Komponenten. Völlig neuartige Möglichkeiten für die Krebsfrühdiagnose bis hin zur Impfung gegen Krebs sind in Reichweite gekommen.

Kooperationspartner:

1) Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR);

2) LaTrobe University, Medical School, Melbourne, Australia

3) Yale University, Yale Genomics Center, New Haven, USA

4) Centre for Genomic Regulation, Barcelona, Spain

5) Université de Lyon, Centre de recherche en cancérologie, France

Kliniken/Institute:
Institut für Tierökologie

Projektdetails:
The base of the project is the identification of a specific need in high-quality research training in marine sciences including the study of a broad variety of marine organisms at the European level. In spite of being evolutionary distant from Humans, marine species can bring fundamental knowledge that can be transferable to understand molecular and cellular processes governing several aspects of human biology. In addition, marine organisms constitute an important source of biomolecules with putative industrial and therapeutic applications making the development of marine resource a key area in the field of blue economy and blue growth. Considering the above-described contect, the present strategic partnership will develop a thourough research training focused on the use of marine organisms in several life science disciplines such as neurobiology, cell morphogenesis/cell biology, tissue regeneration, evolution/life cycle and marine biotechnology.

Kooperationspartner:

Prof. Dr Agnes Boutet (Sorbonne, Frankreich),

Prof. Dr. Stefano Piraino, Neapel

Drittmittelprojekt: Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur, 40.000 EUR

Kliniken/Institute:
Institut für Tierökologie

Projektdetails:
Eine Gemeinsamkeit aller Krebszellen ist ihr erster Schritt der Entartung, d. h. der Verlust der Zellpolarität, welcher sich in veränderten ("anormalen") Genexpressionsmustern manifestiert. Ein detailliertes Verständnis dieser genetischen Grundlagen ist notwendig, um entartete Zellen frühzeitig detektieren und ggf. wieder ins rechte Lot rücken zu können. In menschlichen Zelllinien sind die genetischen Interaktionen mit anderen regulatorischen Prozessen auf Zellebene zu kompliziert, um die notwendigen Details der "Entartung" (Polaritätsverlust) in akzeptabler Zeit entschlüsseln zu können. Das einfachste aller tierischen Modellsysteme jedoch, das Plattentier Trichoplax, hat vergleichsweise nur wenige Zellen und Zelltypen und eine übersichtliche genetische Komplexität mit sehr geringem Hintergrundrauschen. Kürzlich haben wir bewiesen, dass der polare Trichoplax faszinierenderweise Homologe aller relevanten und prinzipiellen Zellpolaritätsgene des Menschen besitzt, und somit völlig neue Möglichkeiten für eine Entschlüsselung der genetischen Regulationsmechanismen der Zellpolarität schafft.
im Mai 2021 startet die erste Forschungsrakete ("sounding rocket") vom DLR mit unserem Plattentier Trichoplax an Bord ins Weltall, wo dem Tierchen die Schwerkraft und somit das Signal für die Polaritätsorientierung seiner Zellen genommen wird.

Kooperationspartner:

1) Université de Lyon, Centre de recherche en cancérologie, France

2) Charles University, First Faculty of Medicine, Czech Republic

3) Vilua Health GmbH Braunschweig (Industriepartner)

4) Deutsches Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) Köln

5) LaTrobe University, Medical School, Melbourne, Australia

6) Yale University, Yale Genomics Center, New Haven, USA

Kliniken/Institute:
Institut für Tierökologie

Projektdetails:
Unser langjähriges Forschungsinteresse im Bereich "kasuale Biodiversitätsforschung" gilt der Untersuchung der frühen Evolution der Biodiversität in diploblastischen Tieren (Placozoen, Schwämme und Hohltiere). Wir studieren auf verschiedenen Ebenen die Entstehung von Formenreichtümern mit dem Fernziel, die reale Artendiversität und ihre systematische Einbettung zuverlässig zu erfassen, schützenswerte Einheiten zu definieren, und das ökologische Wechselspiel zwischen Diversitätsdynamiken und Umweltfaktoren zu modellieren. Hierbei bedienen wir uns der experimentellen Feldforschung ebenso wie der Entwicklung und Anwendung neuer molekulargenetischer Arbeitstechniken. Auch die mathematische Entwicklung eines neuen DNA-Barcoding-Algorithmus sowie die Genomsequenzierung (aktuell für das Placozoon Trichoplax adhaerens; www.jgi.doe.gov/sequencing/why/CSP2005/trichoplax.html) gehören zu unseren Arbeitstechniken, um den Anforderungen der Zukunft zu genügen.

Kooperationspartner:

Dr. Peter Holland, Department of Zoology, Univ. of Oxford.

Dr. Rob DeSalle, American Museum of Natural History, New York City.

Dr. Stephen Dellaporta, Dept. Molecular Cellular & Developmental Biology, Yale University.

Dr. Vicki Pearce, Inst. of Marine Sciences, Univ. of California

Dr. Ferdinando Boero, University of Lecce Italy