TY  - GEN
A1  - Winkler, Eckart
A1  - Heinken, Thilo
T1  - Spread of an ant-dispersed annual herb : an individual-based simulation study on population development of Melampyrum pratense L.
N2  - The paper presents a simulation and parameter-estimation approach for evaluating stochastic patterns of population growth and spread of an annual forest herb, Melampyrum pratense (Orobanchaceae). The survival of a species during large-scale changes in land use and climate will depend, to a considerable extent, on its dispersal and colonisation abilities. Predictions on species migration need a combination of field studies and modelling efforts. Our study on the ability of M. pratense to disperse into so far unoccupied areas was based on experiments in secondary woodland in NE Germany. Experiments started in 1997 at three sites where the species was not yet present, with 300 seeds sown within one square meter. Population development was then recorded until 2001 by mapping of individuals with a resolution of 5 cm. Additional observations considered density dependence of seed production. We designed a spatially explicit individual-based computer simulation model to explain the spatial patterns of population development and to predict future population spread. Besides primary drop of seeds (barochory) it assumed secondary seed transport by ants (myrmecochory) with an exponentially decreasing dispersal tail. An important feature of populationpattern explanation was the simultaneous estimation of both population-growth and dispersal parameters from consistent spatio-temporal data sets. As the simulation model produced stochastic time series and random spatially discrete distributions of individuals we estimated parameters by minimising the expectation of weighted sums of squares. These sums-ofsquares criteria considered population sizes, radial population distributions around the area of origin and distributions of individuals within squares of 25*25 cm, the range of density action. Optimal parameter values, together with the precision of the estimates, were obtained from calculating sums of squares in regular grids of parameter values. Our modelling results showed that transport of fractions of seeds by ants over distances of 1…2 m was indispensable for explaining the observed population spread that led to distances of at most 8 m from population origin within 3 years. Projections of population development over 4 additional years gave a diffusion-like increase of population area without any “outposts”. This prediction generated by the simulation model gave a hypothesis which should be revised by additional field observations. Some structural deviations between observations and model output already indicated that for full understanding of population spread the set of dispersal mechanisms assumed in the model may have to be extended by additional features of plant-animal mutualism.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 152 
KW  - Pattern-oriented parameter estimation
KW  - spatially explicit modelling
KW  - individual-based model
KW  - Melampyrum pratense
KW  - seed dispersal
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-46491
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wasiolka, Bernd
T1  - The impact of overgrazing on reptile diversity and population dynamics of Pedioplanis l. lineoocellata in the southern Kalahari
T1  - Der Einfluss von Überweidung auf Reptiliendiversität und die Poplationsdynamik von Pedioplanis l. lineoocellata in der südlichen Kalahari
N2  - Die Vegetationskomposition und –struktur, beispielsweise die unterschiedliche Architektur von Bäumen, Sträuchern, Gräsern und Kräutern, bietet ein großes Spektrum an Habitaten und Nischen, die wiederum eine hohe Tierdiversität in den Savannensystemen des südlichen Afrikas ermöglichen. Dieses Ökosystem wurde jedoch über Jahrzehnte weltweit durch intensive anthropogene Landnutzung (z.B. Viehwirtschaft) nachhaltig verändert. Dabei wurden die Zusammensetzung, Diversität und Struktur der Vegetation stark verändert. Überweidung in Savannensystemen führt zu einer Degradation des Habitates einhergehend mit dem Verlust von perennierenden Gräsern und krautiger Vegetation. Dies führt zu einem Anstieg an vegetationsfreien Bodenflächen. Beides, sowohl der Verlust an perennierenden Gräsern und krautiger Vegetation sowie der Anstieg an vegetationsfreien Flächen führt zu verbesserten Etablierungsbedingungen für Sträucher (z.B. Rhigozum trichotomum, Acacia mellifera) und auf lange Sicht zu stark verbuschten Flächen. Die Tierdiversität in Savannen ist hiervon entscheidend beeinflusst. Mit sinkender struktureller Diversität verringert sich auch die Tierdiversität. Während der Einfluss von Überweidung auf die Vegetation relativ gut untersucht ist sind Informationen über den Einfluss von Überweidung auf die Tierdiversität, speziell für Reptilien, eher spärlich vorhanden. Zusätzlich ist sehr wenig bekannt zum Einfluss auf die Populationsdynamik (z.B. Verhaltensanpassungen, Raumnutzung, Überlebensrate, Sterberate) einzelner Reptilienarten. Ziel meiner Doktorarbeit ist es den Einfluss von Überweidung durch kommerzielle Farmnutzung auf die Reptiliengemeinschaft und auf verschiedene Aspekte der Populationsdynamik der Echse Pedioplanis lineoocellata lineoocellata zu untersuchen. Hinsichtlich bestimmter Naturschutzmaßnahmen ist es einerseits wichtig zu verstehen welchen Auswirkungen Überweidung auf die gesamte Reptiliengemeinschaft hat. Und zum anderen wie entscheidende Faktoren der Populationsdynamik beeinflusst werden. Beides führt zu einem besseren Verständnis der Reaktion von Reptilien auf Habitatdegradation zu erlangen. Die Ergebnisse meiner Doktorarbeit zeigen eindeutig einen negativen Einfluss der Überweidung und der daraus resultierende Habitatdegradation auf (1) die gesamte Reptiliengemeinschaft und (2) auf einzelne Aspekte der Populationsdynamik von P. lineoocellata. Im Teil 1 wird die signifikante Reduzierung der Reptiliendiversität und Abundanz in degradierten Habitaten beschrieben. Im zweiten Teil wird gezeigt, dass P. lineoocellata das Verhalten an die verschlechterten Lebensbedingungen anpassen kann. Die Art bewegt sich sowohl häufiger als auch über einen längeren Zeitraum und legt dabei größere Distanzen zurück. Zusätzlich vergrößerte die Art ihr Revier (home range) (Teil 3). Im abschließenden Teil wird der negative Einfluss von Überweidung auf die Populationsdynamik von P. lineoocellata beschrieben: In degradierten Habitaten nimmt die Populationsgröße von adulten und juvenilen Echsen ab, die Überlebens- und Geburtenrate sinken, währen zusätzlich das Prädationsrisiko ansteigt. Verantwortlich hierfür ist zum einen die ebenfalls reduzierte Nahrungsverfügbarkeit (Arthropoden) auf degradierten Flächen. Dies hat zur Folge, dass die Populationsgröße abnimmt und die Fitness der Individuen verringert wird, welches sich durch eine Reduzierung der Überlebens- und Geburtenrate bemerkbar macht. Und zum anderen ist es die Reduzierung der Vegetationsbedeckung und der Rückgang an perennierenden Gräsern welche sich negativ auswirken. Als Konsequenz hiervon gehen Nischen und Mikrohabitate verloren und die Möglichkeiten der Reptilien zur Thermoregulation sind verringert. Des Weiteren hat dieser Verlust an perennierender Grasbedeckung auch ein erhöhtes Prädationsrisikos zur Folge. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nicht nur Bäume und Sträucher, wie in anderen Studien gezeigt, eine bedeutende Rolle für die Diversität spielen, sondern auch das perennierende Gras eine wichtige Rolle für die Faunendiversität spielt. Weiterhin zeigte sich, dass Habitatdegradation nicht nur die Population als gesamtes beeinflusst, sondern auch das Verhalten und Populationsparameter einzelner Arten. Des Weiteren ist es Reptilien möglich durch Verhaltensflexibilität auf verschlechterte Umweltbedingen zu reagieren.
N2  - In semi-arid savannah ecosystems, the vegetation structure and composition, i.e. the architecture of trees, shrubs, grass tussocks and herbaceous plants, offer a great variety of habitats and niches to sustain animal diversity. In the last decades intensive human land use practises like livestock farming have altered the vegetation in savannah ecosystems worldwide. Extensive grazing leads to a reduction of the perennial and herbaceous vegetation cover, which results in an increased availability of bare soil. Both, the missing competition with perennial grasses and the increase of bare soils favour shrub on open ground and lead to area-wide shrub encroachment. As a consequence of the altered vegetation structure and composition, the structural diversity declines. It has been shown that with decreasing structural diversity animal diversity decline across a variety of taxa. Knowledge on the effects of overgrazing on reptiles, which are an important part of the ecosystem, are missing. Furthermore, the impact of habitat degradation on factors of a species population dynamic and life history, e.g., birth rate, survival rate, predation risk, space requirements or behavioural adaptations are poorly known. Therefore, I investigated the impact of overgrazing on the reptile community in the southern Kalahari. Secondly I analysed population dynamics and the behaviour of the Spotted Sand Lizard, Pedioplanis l. lineoocellata. All four chapters clearly demonstrate that habitat degradation caused by overgrazing had a severe negative impact upon (i) the reptile community as a whole and (ii) on population parameters of Pedioplanis l. lineoocellata. Chapter one showed a significant decline of regional reptile diversity and abundance in degraded habitats. In chapter two I demonstrated that P. lineoocellata moves more frequently, spends more time moving and covers larger distances in degraded than in non-degraded habitats. In addition, home range size of the lizard species increases in degraded habitats as shown by chapter three. Finally, chapter four showed the negative impacts of overgrazing on several population parameters of P. lineoocellata. Absolute population size of adult and juvenile lizards, survival rate and birth rate are significantly lower in degraded habitats. Furthermore, the predation risk was greatly increased in degraded habitats. A combination of a variety of aspects can explain the negative impact of habitat degradation on reptiles. First, reduced prey availability negatively affects survival rate, the birth rate and overall abundance. Second, the loss of perennial plant cover leads to a loss of niches and to a reduction of opportunities to thermoregulate. Furthermore, a loss of cover and is associated with increased predation risk. A major finding of my thesis is that the lizard P. lineoocellata can alter its foraging strategy. Species that are able to adapt and change behaviour, such as P. lineoocellata can effectively buffer against changes in their environment. Furthermore, perennial grass cover can be seen as a crucial ecological component of the vegetation in the semi-arid savannah system of the southern Kalahari. If perennial grass cover is reduced to a certain degree reptile diversity will decline and most other aspects of reptile life history will be negatively influenced. Savannah systems are characterised by a mixture of trees, shrubs and perennial grasses. These three vegetation components determine the composition and structure of the vegetation and accordingly influence the faunal diversity. Trees are viewed as keystone structures and focal points of animal activity for a variety of species. Trees supply animals with shelter, shade and food and act as safe sites, nesting sites, observation posts and foraging sites. Recent research demonstrates a positive influence of shrub patches on animal diversity. Moreover, it would seem that intermediate shrub cover can also sustain viable populations in savannah landscapes as has been demonstrated for small carnivores and rodent species. The influence of perennial grasses on faunal diversity did not receive the same attention as the influence of trees and shrubs. In my thesis I didn’t explicitly measure the direct effects of perennial grasses but my results strongly imply that it has an important role. If the perennial grass cover is significantly depleted my results suggest it will negatively influence reptile diversity and abundance and on several populations parameters of P. lineoocellata. Perennial grass cover is associated with the highest prey abundance, reptile diversity and reptile abundance. It provides reptiles both a refuge from predators and opportunities to optimise thermoregulation. The relevance of each of the three vegetation structural elements is different for each taxa and species. In conclusion, I can all three major vegetation structures in the savannah system are important for faunal diversity.
KW  - Shrub encroachment
KW  - overgrazing
KW  - biodiversity
KW  - reptiles
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16611
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Wacker, Alexander
A1  - von Elert, Eric
T1  - Polyunsaturated fatty acids : evidence for non-substitutable biochemical resources in Daphnia galeata
N2  - The factors that determine the efficiency of energy transfer in aquatic food webs have been investigated for many decades. The plant-animal interface is the most variable and least predictable of all levels in the food web. In order to study determinants of food quality in a large lake and to test the recently proposed central importance of the long-chained eicosapentaenoic acid (EPA) at the pelagic producer-grazer interface, we tested the importance of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) at the pelagic producerconsumer interface by correlating sestonic food parameters with somatic growth rates of a clone of Daphnia galeata. Daphnia growth rates were obtained from standardized laboratory experiments spanning one season with Daphnia feeding on natural seston from Lake Constance, a large pre-alpine lake. Somatic growth rates were fitted to sestonic parameters by using a saturation function. A moderate amount of variation was explained when the model included the elemental parameters carbon (r2 = 0.6) and nitrogen (r2 = 0.71). A tighter fit was obtained when sestonic phosphorus was incorporated (r2 = 0.86). The nonlinear regression with EPA was relatively weak (r2 = 0.77), whereas the highest degree of variance was explained by three C18-PUFAs. The best (r2 = 0.95), and only significant, correlation of Daphnia's growth was found with the C18-PUFA α-linolenic acid (α-LA; C18:3n-3). This correlation was weakest in late August when C:P values increased to 300, suggesting that mineral and PUFA-limitation of Daphnia's growth changed seasonally. Sestonic phosphorus and some PUFAs showed not only tight correlations with growth, but also with sestonic α-LA content. We computed Monte Carlo simulations to test whether the observed effects of α-LA on growth could be accounted for by EPA, phosphorus, or one of the two C18-PUFAs, stearidonic acid (C18:4n-3) and linoleic acid (C18:2n-6). With >99 % probability, the correlation of growth with α-LA could not be explained by any of these parameters. In order to test for EPA limitation of Daphnia's growth, in parallel with experiments on pure seston, growth was determined on seston supplemented with chemostat-grown, P-limited Stephanodiscus hantzschii, which is rich in EPA. Although supplementation increased the EPA content 80-800x, no significant changes in the nonlinear regression of the growth rates with α-LA were found, indicating that growth of Daphnia on pure seston was not EPA limited. This indicates that the two fatty acids, EPA and α-LA, were not mutually substitutable biochemical resources and points to different physiological functions of these two PUFAs. These results support the PUFA-limitation hypothesis for sestonic C:P < 300 but are contrary to the hypothesis of a general importance of EPA, since no evidence for EPA limitation was found. It is suggested that the resource ratios of EPA and α-LA rather than the absolute concentrations determine which of the two resources is limiting growth.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 063 
KW  - alga
KW  - consumer
KW  - Daphnia
KW  - fatty acid
KW  - food quality
KW  - grazer
KW  - herbivore
KW  - Lake Constance
KW  - European Alps
KW  - PUFA
KW  - seston
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17587
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Wacker, Alexander
A1  - von Elert, Eric
T1  - Strong influences of larval diet history on subsequent post-settlement growth in the freshwater mollusc Dreissena polymorpha
N2  - Significant seasonal variation in size at settlement has been observed in newly settled larvae of Dreissena polymorpha in Lake Constance. Diet quality, which varies temporally and spatially in freshwater habitats, has been suggested as a significant factor influencing life history and development of freshwater invertebrates. Accordingly, experiments were conducted with field-collected larvae to test the hypothesis that diet quality can determine planktonic larval growth rates, size at settlement and subsequent post-metamorphic growth rates. Larvae were fed one of two diets or starved. One diet was composed of cyanobacterial cells which are deficient in polyunsaturated fatty acids (PUFAs), and the other was a mixed diet rich in PUFAs. Freshly metamorphosed animals from the starvation treatment had a carbon content per individual 70% lower than that of larvae fed the mixed diet. This apparent exhaustion of larval internal reserves resulted in a 50% reduction of the postmetamorphic growth rates. Growth was also reduced in animals previously fed the cyanobacterial diet. Hence, low food quantity or low food quality during the larval stage of D. polymorpha lead to irreversible effects for postmetamorphic animals, and is related to inferior competitive abilities.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 064 
KW  - Dreissena polymorpha
KW  - food quality
KW  - fatty acid
KW  - life history
KW  - metamorphosis
KW  - PUFA
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17627
ER  - 
TY  - THES
A1  - Trost, Gerda
T1  - Poly(A) Polymerase 1 (PAPS1) influences organ size and pathogen response in Arabidopsis thaliana
T1  - Poly(A) Polymerase 1 (PAPS1) beeinflusst die Organgröße und Pathogenantwort in Arabidopsis thaliana
N2  - Polyadenylation of pre-mRNAs is critical for efficient nuclear export, stability, and translation of the mature mRNAs, and thus for gene expression. The bulk of pre-mRNAs are processed by canonical nuclear poly(A) polymerase (PAPS). Both vertebrate and higher-plant genomes encode more than one isoform of this enzyme, and these are coexpressed in different tissues. However, in neither case is it known whether the isoforms fulfill different functions or polyadenylate distinct subsets of pre-mRNAs. This thesis shows that the three canonical nuclear PAPS isoforms in Arabidopsis are functionally specialized owing to their evolutionarily divergent C-terminal domains. A moderate loss-of-function mutant in PAPS1 leads to increase in floral organ size, whereas leaf size is reduced. A strong loss-of-function mutation causes a male gametophytic defect, whereas a weak allele leads to reduced leaf growth. By contrast, plants lacking both PAPS2 and PAPS4 function are viable with wild-type leaf growth. Polyadenylation of SMALL AUXIN UP RNA (SAUR) mRNAs depends specifically on PAPS1 function. The resulting reduction in SAUR activity in paps1 mutants contributes to their reduced leaf growth, providing a causal link between polyadenylation of specific pre-mRNAs by a particular PAPS isoform and plant growth. Additionally, opposite effects of PAPS1 on leaf and flower growth reflect the different identities of these organs. The overgrowth of paps1 mutant petals is due to increased recruitment of founder cells into early organ primordia whereas the reduced leaf size is due to an ectopic pathogen response. This constitutive immune response leads to increased resistance to the biotrophic oomycete Hyaloperonospora arabidopsidis and reflects activation of the salicylic acid-independent signalling pathway downstream of ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1 (EDS1)/PHYTOALEXIN DEFICIENT4 (PAD4). Immune responses are accompanied by intracellular redox changes. Consistent with this, the redox-status of the chloroplast is altered in paps1-1 mutants. The molecular effects of the paps1-1 mutation were analysed using an RNA sequencing approach that distinguishes between long- and short tailed mRNA. The results shown here suggest the existence of an additional layer of regulation in plants and possibly vertebrate gene expression, whereby the relative activities of canonical nuclear PAPS isoforms control de novo synthesized poly(A) tail length and hence expression of specific subsets of mRNAs.
N2  - Polyadenylierung von prä-mRNAs ist entscheidend für den Export aus dem Zellkern, die Stabilität und die Translation der reifen mRNAs und dadurch für die Genexpression. Der Großteil der mRNAs wird durch sogenannte canonische Poly(A) Polymerasen (cPAPS) prozessiert. Die Genome von sowohl Wirbeltieren als auch Pflanzen kodieren mehr als eine Isoform dieser Enzyme, welche gleichzeitig in verschiedenen Geweben exprimiert werden. Es ist jedoch kein Beispiel bekannt, das zeigt, ob die verschiedenen Isoformen unterschiedliche Funktionen einnehmen bzw. verschiedene Untergruppen von mRNAs polyadenylieren. Diese Arbeit zeigt, dass drei canonische PAPS Isoformen in Arabidopsis thaliana aufgrund ihrer evolutionär unterschiedlichen C-terminalen Domänen spezialisierte Funktionen haben. Eine schwache Verlust-Mutation im PAPS1 Gen bewirkt eine Vergrößerung der Blütenorgane, während die Blattgröße vermindert ist. Eine starke Verlust-Mutation bewirkt zusätzlich einen Defekt der männlichen Keimzellen. Im Gegenzug dazu sind Mutanten des PAPS2 oder PAPS4 Gens gesund und zeigen ein normales Wachstum. Polyadenylierung von SMALL AUXIN UP RNA (SAUR) mRNAs hängt spezifisch von der Funktion von PAPS1 ab. Die daraus entstehende Reduzierung der SAUR Aktivität in den paps1 Mutanten trägt zur Verringerung der Blattgröße bei und stellt eine kausale Verbindung zwischen Polyadenylierung spezifischer mRNAs durch bestimmte PAPS Isoformen und Pflanzenwachstum dar. Zusätzlich spiegeln die unterschiedlichen Effekte von PAPS1 auf Blüten und Blätter die Identitäten dieser Organe wieder. Das übermäßige Wachstum der mutanten Petalen beruht auf einer erhöhten Anzahl an Gründer-Zellen im frühen Primordium, wohingegen die verminderte Blattgröße auf eine ektopische Pathogen Antwort zurückzuführen ist. Diese konstitutive Immunantwort bewirkt eine erhöhte Resistenz der Mutanten gegenüber dem biotrophen Oomyceten Hyaloperonospora arabidopsidis und reflektiert die Aktivierung des Salizylsäure unabhängigen Signalweges von ENHANCED DISEASE SUSCEPTIBILITY1 (EDS1)/PHYTOALEXIN DEFICIENT4 (PAD4). Immunantworten sind von Veränderungen des intrazellulären Redoxpotenzials gekennzeichnet. Damit übereinstimmend zeigen die Chloroplasten der paps1-1 Mutanten ein verändertes Redoxpotenzial. Zur genaueren Aufklärung der molekularen Effekte der paps1 1 mutation wurde eine RNA-Sequenzierungsmethode verwendet, die zwischen mRNAs mit langem oder kurzem Poly(A) Schwanz unterscheidet. Die Aktivitäten der verschiedenen canonischen PAPS Isoformen kontrollieren die Länge des neu synthetisierten poly(A) Schwanzes und damit die Expression spezifischer Untergruppen von mRNAs. Dadurch lassen die hier gezeigten Ergebnisse eine weitere Ebene der Genregulierung in Pflanzen, und möglicherweise auch in anderen Eukaryoten, vermuten.
KW  - Polyadenylierung
KW  - Pathogenantwort
KW  - Organgröße
KW  - polyadenylation
KW  - pathogen response
KW  - organ size
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72345
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tenenboim, Yehezkel
T1  - Characterization of a Chlamydomonas protein involved in cell division and autophagy
T1  - Charakterisierung eines an Zellteilung und Autophagie beteiligten Chlamydomonas-Proteins
N2  - The contractile vacuole (CV) is an osmoregulatory organelle found exclusively in algae and protists. In addition to expelling excessive water out of the cell, it also expels ions and other metabolites and thereby contributes to the cell's metabolic homeostasis. The interest in the CV reaches beyond its immediate cellular roles. The CV's function is tightly related to basic cellular processes such as membrane dynamics and vesicle budding and fusion; several physiological processes in animals, such as synaptic neurotransmission and blood filtration in the kidney, are related to the CV's function; and several pathogens, such as the causative agents of sleeping sickness, possess CVs, which may serve as pharmacological targets. The green alga Chlamydomonas reinhardtii has two CVs. They are the smallest known CVs in nature, and they remain relatively untouched in the CV-related literature. Many genes that have been shown to be related to the CV in other organisms have close homologues in C. reinhardtii. We attempted to silence some of these genes and observe the effect on the CV. One of our genes, VMP1, caused striking, severe phenotypes when silenced. Cells exhibited defective cytokinesis and aberrant morphologies. The CV, incidentally, remained unscathed. In addition, mutant cells showed some evidence of disrupted autophagy. Several important regulators of the cell cycle as well as autophagy were found to be underexpressed in the mutant. Lipidomic analysis revealed many meaningful changes between wild-type and mutant cells, reinforcing the compromised-autophagy observation. VMP1 is a singular protein, with homologues in numerous eukaryotic organisms (aside from fungi), but usually with no relatives in each particular genome. Since its first characterization in 2002 it has been associated with several cellular processes and functions, namely autophagy, programmed cell-death, secretion, cell adhesion, and organelle biogenesis. It has been implicated in several human diseases: pancreatitis, diabetes, and several types of cancer. Our results reiterate some of the observations in VMP1's six reported homologues, but, importantly, show for the first time an involvement of this protein in cell division. The mechanisms underlying this involvement in Chlamydomonas, as well as other key aspects, such as VMP1's subcellular localization and interaction partners, still await elucidation.
N2  - Die kontraktile Vakuole ist ein osmoregulatorisches Organell, das ausschließlich in Algen und Protisten vorkommt. Zusätzlich zu ihrer Rolle als Ausstoßer überflüßigen Wassers aus der Zelle heraus, stößt sie auch Ionen und andere Metaboliten aus, und trägt dabei zur metabolischen Homöostase der Zelle bei. Das Interesse an der kontraktilen Vakuole erstreckt sich über seine unmittelbare zelluläre Rolle hinaus. Die Funktion der kontraktilen Vakuole ist mit einigen grundsätzlichen zellulären Verfahren, wie Membrandynamik und Vesikelknospung und -fusion, verwandt; einige physiologische Verfahren in Tieren, zum Beispiel synaptische Neurotransmission und das Filtrieren des Blutes in den Nieren, sind mit der Funktion der Vakuole eng verwandt; und einige Pathogene—der Ursacher der Schlafkrankheit als Beispiel—besitzen kontraktile Vakuolen, die als Ziele von Medikamenten dienen könnten. Die grüne Alge Chlamydomonas reinhardtii verfügt über zwei Vakuolen. Sie sind die kleinsten bekannten in der Natur, und bleiben bisher verhältnismäßig unerforscht. Viele Gene, die in anderen Organismen als kontraktile-Vakuole-bezogen erwiesen wurden, haben Homologe in C. reinhardtii. Wir versuchten, diese Gene auszuschalten und den Einfluss auf die Vakuole zu beobachten. Die Ausschaltung eines unserer Gene, VMP1, verursachte starke, beachtliche Phänotype. Die Zellen zeigten gestörte Zytokinese und aberrante Zellformen. Die kontraktile Vakuole blieb jedoch verschont. Des Weiteren zeigten Mutantzellen einige Hinweise auf gestörte Autophagie. Einige wichtige Gene des Zellzyklus und der Autophagie waren unterexprimiert in Mutantzellen. Lipidomische Analyse zeigte mehrere bedeutsame Unterschiede zwischen Wildtyp und Mutant, die die Beobachtungen der gestörten Autophagie verstärkten. VMP1 ist ein singularisches Protein, mit Homologen in zähligen eukaryotischen Organismen (jedoch nicht in Pilzen), aber üblicherweise ohne Verwandte in den jeweiligen Genomen. Seit seiner Erstcharakterisierung 2002 wurde es mit etlichen zellulären Verfahren, wie Autophagie, programmiertem Zelltod, Sekretion, Zelladhäsion, und Biogenese der Organellen, assoziiert. Es wurde auch mit einigen menschlichen Krankheiten wie Diabetes, Pankreatitis, und einigen Arten von Krebs in Verbindung gebracht. Unsere Ergebnisse wiederholen einige Beobachtungen in anderen Organismen, zeigen dennoch zum ersten Mal eine Beteiligung von VMP1 an der Zellteilung. Die unterliegenden Mechanismen dieser Beteiligung in Chlamydomonas, sowie andere wichtige Aspekte, etwa die subzelluläre Lokalisierung von VMP1 und dessen Interaktionspartner, warten noch auf Aufklärung.
KW  - VMP1
KW  - autophagy
KW  - cytokinesis
KW  - chlamydomonas
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70650
ER  - 
TY  - THES
A1  - Serrano, Paloma
T1  - Methanogens from Siberian permafrost as models for life on Mars : response to simulated martian conditions and biosignature characterization
T1  - Methanogene Archaeen aus sibirischen Permafrost als Modelle für Leben auf dem Mars
N2  - Mars is one of the best candidates among planetary bodies for supporting life. The presence of water in the form of ice and atmospheric vapour together with the availability of biogenic elements and energy are indicators of the possibility of hosting life as we know it. The occurrence of permanently frozen ground – permafrost, is a common phenomenon on Mars and it shows multiple morphological analogies with terrestrial permafrost. Despite the extreme inhospitable conditions, highly diverse microbial communities inhabit terrestrial permafrost in large numbers. Among these are methanogenic archaea, which are anaerobic chemotrophic microorganisms that meet many of the metabolic and physiological requirements for survival on the martian subsurface. Moreover, methanogens from Siberian permafrost are extremely resistant against different types of physiological stresses as well as simulated martian thermo-physical and subsurface conditions, making them promising model organisms for potential life on Mars. The main aims of this investigation are to assess the survival of methanogenic archaea under Mars conditions, focusing on methanogens from Siberian permafrost, and to characterize their biosignatures by means of Raman spectroscopy, a powerful technology for microbial identification that will be used in the ExoMars mission. For this purpose, methanogens from Siberian permafrost and non-permafrost habitats were subjected to simulated martian desiccation by exposure to an ultra-low subfreezing temperature (-80ºC) and to Mars regolith (S-MRS and P-MRS) and atmospheric analogues. They were also exposed to different concentrations of perchlorate, a strong oxidant found in martian soils. Moreover, the biosignatures of methanogens were characterized at the single-cell level using confocal Raman microspectroscopy (CRM). The results showed survival and methane production in all methanogenic strains under simulated martian desiccation. After exposure to subfreezing temperatures, Siberian permafrost strains had a faster metabolic recovery, whereas the membranes of non-permafrost methanogens remained intact to a greater extent. The strain Methanosarcina soligelidi SMA-21 from Siberian permafrost showed significantly higher methane production rates than all other strains after the exposure to martian soil and atmospheric analogues, and all strains survived the presence of perchlorate at the concentration on Mars. Furthermore, CRM analyses revealed remarkable differences in the overall chemical composition of permafrost and non-permafrost strains of methanogens, regardless of their phylogenetic relationship. The convergence of the chemical composition in non-sister permafrost strains may be the consequence of adaptations to the environment, and could explain their greater resistance compared to the non-permafrost strains. As part of this study, Raman spectroscopy was evaluated as an analytical technique for remote detection of methanogens embedded in a mineral matrix. This thesis contributes to the understanding of the survival limits of methanogenic archaea under simulated martian conditions to further assess the hypothetical existence of life similar to methanogens on the martian subsurface. In addition, the overall chemical composition of methanogens was characterized for the first time by means of confocal Raman microspectroscopy, with potential implications for astrobiological research.
N2  - Der Mars ist unter allen Planeten derjenige, der aufgrund verschiedener Faktoren am wahrscheinlichsten Leben ermöglichen kann. Das Vorhandensein von Wasser in Form von Eis und atmosphärischem Dampf zusammen mit der Verfügbarkeit biogener Elemente sowie Energie sind Indikatoren für die Möglichkeit, Leben, wie wir es kennen, zu beherbergen. Das Auftreten von dauerhaft gefrorenen Böden, oder auch Permafrost, ist ein verbreitetes Phänomen auf dem Mars. Dabei zeigen sich vielfältige morphologische Analogien zum terrestrischen Permafrost. Permafrostgebiete auf der Erde, welche trotz extremer, Bedingungen durch eine große Zahl und Vielfalt mikrobieller Gemeinschaften besiedelt sind, sind hinsichtlich möglicher Habitate auf dem Mars die vielversprechendste Analogie. Die meisten methanogenen Archaeen sind anaerobe, chemolithotrophe Mikroorganismen, die auf der Marsoberfläche viele der metabolischen und physiologischen Erfordernisse zum Überleben vorfinden. Methanogene Archaeen aus dem sibirischen Permafrost sind zudem extrem resistent gegenüber unterschiedlichen Formen von physiologischem Stress sowie simulierten thermo-physikalischen Marsbedingungen. Die Hauptziele dieser Untersuchung bestehen darin, das Überleben der methanogenen Archaeen unter Marsbedingungen zu beurteilen, wobei der Fokus auf methanogenen Archaeen aus dem sibirischen Permafrost liegt, sowie deren Biosignaturen mit Hilfe der Raman-Spektroskopie zu charakterisieren, einer starken Technologie zur mikrobiellen Identifikation, welche bei der ExoMars-Mission zum Einsatz kommen wird. Zu diesem Zweck wurden methanogene Archaeen aus dem sibirischen Permafrost sowie aus Nicht-Permafrost-Habitaten in Simulationen Marsbedingungen ausgesetzt, wie Austrocknung durch Langzeitversuche bei ultraniedrigen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt (-80ºC), Mars-analogen Mineralien (S-MRS und P-MRS) sowie einer Marsatmosphäre. Weiterhin wurden die Kulturen verschiedenen Konzentrationen von Magnesiumperchlorat, einem starken Oxidant, der im Marsboden nachgewiesenen wurde, ausgesetzt. Ferner wurden die Biosignaturen einzelner Zellen der methanogenen Archaeen mit Hilfe der konfokalen Raman-Mikrospektroskopie (CRM) charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten für alle untersuchten methanogenen Stämme Überleben und Methanbildung, nachdem diese simulierten Austrocknungsbedingungen ausgesetzt worden waren. Nach Versuchen mit Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zeigten die Stämme aus dem sibirischen Permafrost eine schnellere Wiederaufnahme der Stoffwechseltätigkeit, wohingegen bei den Referenzorganismen aus Nicht-Permafrost-Habitaten die Zell¬membranen im größeren Ausmaß intakt blieben. Der Stamm Methanosarcina soligelidi SMA-21 aus dem sibirischen Permafrost zeigte nach dem Belastungstest mit Marsboden und Mars-analoger Atmosphäre signifikant höhere Methanbildungsraten. Zudem überlebten alle untersuchten Stämme die Zugabe von Magnesiumperchlorat in der entsprechenden Konzentration, die auf dem Mars vorkommt. Weiterhin konnten durch die Raman-Spektroskopie beachtliche Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung zwischen methanogenen Archaeen aus Permafrost- und Nicht-Permafrost-Habitaten, trotz ihrer phylogenetischen Verwandtschaft, ermittelt werden. Die Konvergenz der chemischen Zusammensetzung der Permafrost-Stämme könnte das Resultat ihrer Anpassung an die Umgebung sein, was auch die Unterschiede hinsichtlich ihrer Resistenz verglichen mit Nicht-Permafrost-Stämmen erklären könnte. Als Teil dieser Studie wurde die Raman-Spektroskopie als Analyse-Technik zur Ferndetektion von methanogenen Archaeen, welche in eine Mineral-Matrix eingebettet sind, evaluiert. Diese Dissertation trägt zu einem besseren Verständnis hinsichtlich der Grenzen für ein Überleben von methanogenen Archaeen unter simulierten Marsbedingungen bei und damit zu einer Beurteilung der Hypothese, ob es ähnliches Leben unter der Marsoberfläche geben könnte. Darüber hinaus wurde erstmalig die chemische Zusammensetzung von methanogenen Archaeen mit Hilfe der Raman-Mikrospektroskopie charakterisiert. Dieser Technologie kommt eine wesentliche Bedeutung für weitere Forschungstätigkeit in der Astrobiologie zu.
KW  - Methanogene Archaeen
KW  - sibirischen Permafrost
KW  - Mars
KW  - Raman Spektroskopie
KW  - Biosignaturen
KW  - methanogenic archaea
KW  - Siberian permafrost
KW  - Mars
KW  - Raman spectroscopy
KW  - biosignatures
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72299
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Scheffler, Christiane
T1  - Bewegungsmuster in Alltagssituationen
BT  - Ein Altersvergleich
JF  - Brandenburgische Umwelt-Berichte : BUB ; Schriftenreihe der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam
Y1  - 2001
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-3933
SN  - 1434-2375
SN  - 1611-9339
VL  - 10
SP  - 94
EP  - 99
ER  - 
TY  - CHAP
A1  - Rossmanith, Eva
A1  - Blaum, Niels
A1  - Keil, Manfred
A1  - Langerwisch, F.
A1  - Meyer, Jork
A1  - Popp, Alexander
A1  - Schmidt, Michael
A1  - Schultz, Christoph
A1  - Schwager, Monika
A1  - Vogel, Melanie
A1  - Wasiolka, Bernd
A1  - Jeltsch, Florian
T1  - Scaling up local population dynamics to regional scales
BT  - an integrated approach
N2  - In semi-arid savannas, unsustainable land use can lead to degradation of entire landscapes, e.g. in the form of shrub encroachment. This leads to habitat loss and is assumed to reduce species diversity. In BIOTA phase 1, we investigated the effects of land use on population dynamics on farm scale. In phase 2 we scale up to consider the whole regional landscape consisting of a diverse mosaic of farms with different historic and present land use intensities. This mosaic creates a heterogeneous, dynamic pattern of structural diversity at a large spatial scale. Understanding how the region-wide dynamic land use pattern affects the abundance of animal and plant species requires the integration of processes on large as well as on small spatial scales. In our multidisciplinary approach, we integrate information from remote sensing, genetic and ecological field studies as well as small scale process models in a dynamic region-wide simulation tool.  <hr>  Interdisziplinäres Zentrum für Musterdynamik und Angewandte Fernerkundung Workshop vom 9. - 10. Februar 2006.
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7320
N1  - [Poster]
ER  - 
TY  - THES
A1  - Riewe, David
T1  - The relevance of adenylate levels and adenylate converting enzymes on metabolism and development of potato (Solanum tuberosum L.) tubers
T1  - Einfluss der Adenylate und Adenylat-umsetzender Enzyme auf Entwicklung und Stoffwechsel der Kartoffelknolle (Solanum Tuberosum L.)
N2  - Adenylates are metabolites with essential function in metabolism and signaling in all living organisms. As Cofactors, they enable thermodynamically unfavorable reactions to be catalyzed enzymatically within cells. Outside the cell, adenylates are involved in signalling processes in animals and emerging evidence suggests similar signaling mechanisms in the plants’ apoplast. Presumably, apoplastic apyrases are involved in this signaling by hydrolyzing the signal mediating molecules ATP and ADP to AMP. This PhD thesis focused on the role of adenylates on metabolism and development of potato (Solanum tuberosum) by using reverse genetics and biochemical approaches. To study the short and long term effect of cellular ATP and the adenylate energy charge on potato tuber metabolism, an apyrase from Escherichia coli targeted into the amyloplast was expressed inducibly and constitutively. Both approaches led to the identification of adaptations to reduced ATP/energy charge levels on the molecular and developmental level. These comprised a reduction of metabolites and pathway fluxes that require significant amounts of ATP, like amino acid or starch synthesis, and an activation of processes that produce ATP, like respiration and an immense increase in the surface-to-volume ratio. To identify extracellular enzymes involved in adenylate conversion, green fluorescent protein and activity localization studies in potato tissue were carried out. It was found that extracellular ATP is imported into the cell by an apoplastic enzyme complement consisting of apyrase, unspecific phosphatase, adenosine nucleosidase and an adenine transport system. By changing the expression of a potato specific apyrase via transgenic approaches, it was found that this enzyme has strong impact on plant and particular tuber development in potato. Whereas metabolite levels were hardly altered, transcript profiling of tubers with reduced apyrase activity revealed a significant upregulation of genes coding for extensins, which are associated with polar growth. The results are discussed in context of adaptive responses of plants to changes in the adenylate levels and the proposed role of apyrase in apoplastic purinergic signaling and ATP salvaging. In summary, this thesis provides insight into adenylate regulated processes within and outside non-photosynthetic plant cells.
N2  - Adenylate haben essentielle Funktionen in Stoffwechselprozessen und fungieren als Signalmoleküle in allen Organismen. Als Cofaktoren ermöglichen sie die Katalyse thermodynamisch ungünstiger Reaktionen innerhalb der Zelle, und außerhalb der Zelle wirken sie als Signalmoleküle in Tieren und nach neueren Forschungsergebnissen wohl auch in Pflanzen. Vermutlich wird die Signalwirkung von ATP und ADP durch Hydrolyse zu AMP unter Beteiligung apoplastische Apyrasen terminiert. Diese Arbeit behandelt den Einfluss der Adenylate auf Stoffwechsel- und Entwicklungsprozesse in der Kartoffelpflanze (Solanum tuberosum) mittels biochemischer und revers-genetischer Ansätze. Um kurzfristige und langfristige Einflüsse zellulären ATPs und der Energieladung auf den Stoffwechsel von Kartoffelknollen zu untersuchen, wurde eine mit einem plastidären Transitpeptid fusionierte Apyrase aus Escherichia coli induzierbar und dauerhaft exprimiert. Beide Ansätze führten zur Identifizierung von Anpassungen an eine reduzierte ATP Verfügbarkeit bzw. verringerte Energieladung. Die Anpassungen beinhalteten eine Reduzierung von ATP-verbrauchenden Stoffwechselaktivitäten und Stoffwechselprodukten, wie die Aminosäure- oder Stärkesynthese, und eine Aktivierung von Prozessen, welche die ATP-Bildung oder eine effizientere ATP-Bildung ermöglichen, wie Zellatmung und die Vergrößerung des Oberfächen/Volumen-Verhältnisses der Kartoffelknolle. Extrazelluläre Adenylat-umsetzende Enzyme wurden mit Hilfe des grün fluoreszierenden Proteins und Aktivitätsmessungen identifiziert und charakterisiert. Es wurde ein potentieller ATP Bergungsstoffwechselweg gefunden, der ATP über die Enzyme Apyrase, unspezifische Phosphatase und Adenosin-Nukleosidase zu Adenin umsetzt, welches über eine Purin-Permease in die Zelle transportiert wird. Transgene Manipulation der Aktivität der kartoffelspezifischen Apyrase zeigte, dass dieses Enzym einen großen Einfluss auf die Pflanzen-, insbesondere die Knollenentwicklung hat. Obwohl sich Stoffwechselaktivitäten kaum verändert hatten, führte die Verringerung der Apyrase Aktivität in den Knollen zur übermäßigen Expression von Extensin-Genen, die eine Funktion im polaren Wachstum von Pflanzenzellen besitzen. Die Ergebnisse wurden mit Hinblick auf Anpassungen der Pflanze an veränderte Adenylat-Spiegel und der potentiellen Beteiligung der endogenen Apyrase an einem apoplastischen ATP-Signalweg bzw. ATP-Bergungsstoffwechselweg diskutiert. Zusammengefasst, präsentiert diese Arbeit neue Einsichten in Adenylat-regulierte Prozesse in- und außerhalb nicht-photosynthetischer Pflanzenzellen.
KW  - Apyrase
KW  - ATP
KW  - Kartoffel
KW  - Stoffwechsel
KW  - Nukleosidase
KW  - apyrase
KW  - ATP
KW  - potato
KW  - metabolism
KW  - nucleosidase
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-27323
ER  -