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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Gründungen durch Akademikerinnen und Akademiker mit Migrationshintergrund. Dabei wurden vor allem der Bezug dieser Gründungen zu der Umwelt – dem Gründerökosystem –, in der sie stattfinden, sowie ihre gegenseitigen Wechselwirkungen untersucht. Der Forschungsgegenstand ist die Schnittstelle aus den Bereichen Gründungen, Migrantentum und Hochqualifikation. Der Fokus auf die sehr spezifische Zielgruppe Gründungen durch Akademikerinnen und Akademiker mit Migrationshintergrund füllt eine wichtige Lücke in der bisherigen Forschung.
Methodisch gesehen bedient sich diese Arbeit eines theoretischen Bezugsrahmens. Dieser besteht aus der neoinstitutionalistischen Organisationstheorie (Meyer & Rowan 1977), dem Ressourcenabhängigkeitsansatz (Pfeffer & Salancik 1978) sowie dem sechs-dimensionalen Modell des Gründerökosystems (Isenberg 2011). Gründungen durch Akademikerinnen und Akademiker mit Migrationshintergrund müssen ihre interne Ausgestaltung an die Anforderung der institutionellen Umwelt anpassen, um die notwendige Legitimität zu sichern. Dadurch können bei unterschiedlichen Gründungen isomorphe Organisationsstrukturen entstehen. Darüber hinaus können akademische Gründende mit Migrationshintergrund durch interorganisatorische Aktivitäten den Zugang zu nicht-substituierbaren Ressourcen für die Unternehmensgründung bzw. Geschäftsentwicklung ermöglichen bzw. erleichtern. Daher ist die Kombination beider Theorien und des Erklärungsansatzes ein effektives und passendes Analysetool für die vorliegende Forschungsarbeit und schafft sowohl auf Mikro- als auch auf Makroebene für die Leserinnen und Leser ein vollständiges Gesamtbild.
Die vorliegende Arbeit beinhaltet nicht nur Daten aus Sekundärquellen und bereits vorhandenen quantitativen Studien im deskriptiven Teil, sondern auch direkte Informationen durch eigene qualitative Untersuchung im empirischen Teil. Dafür wurden insgesamt 23 semistrukturierte Experteninterviews durchgeführt. Durch die Inhaltsanalyse nach Mayring (2014) wurden mehrere Kategorien herausgefiltert; dazu zählen bspw. umweltbezogene Einflussfaktoren auf Legitimität sowie nicht-substituierbare Ressourcen für Gründungen durch Akademikerinnen und Akademiker. Darüber hinaus wurden durch die Empirie einige Hypothesen für weitere quantitative Forschungen in der Zukunft aufgestellt und konkrete Handlungsempfehlungen für die Praxis gegeben.
Cyanobacteria are an abundant bacterial group and are found in a variety of ecological niches all around the globe. They can serve as a real threat for fish or mammals and can restrict the use of lakes or rivers for recreational purposes or as a source of drinking water, when they form blooms. One of the most abundant bloom-forming cyanobacteria is Microcystis aeruginosa.
In the first part of the study, the role and possible dynamics of RubisCO in M. aeruginosa during high-light irradiation were examined. Its response was analyzed on the protein and peptide level via immunoblotting, immunofluorescence microscopy and with high performance liquid chromatography (HPLC). It was revealed that large amounts of RubisCO were located outside of carboxysomes under the applied high light stress. RubisCO aggregated mainly underneath the cytoplasmic membrane. There it forms a putative Calvin-Benson-Bassham (CBB) super complex together with other enzymes of photosynthesis. This complex could be part of an alternative carbon-concentrating mechanism (CCM) in M. aeruginosa, which enables a faster, and energy saving adaptation to high light stress of the whole bloom.
Furthermore, the re-localization of RubisCO was delayed in the microcystin-deficient mutant ΔmcyB and RubisCO was more evenly distributed over the cell in comparison to the wild type. Since ΔmcyB is not harmed in its growth, possibly other produced cyanopeptides as aeruginosin or cyanopeptolin also play a role in the stabilization of RubisCO and the putative CBB complex, especially in the microcystin-free mutant.
In the second part of this work, the possible role of microcystin as an extracellular signaling peptide during the diurnal cycle was studied. HPLC analysis showed a strong increase of extracellular microcystin in the wild type when the population entered nighttime and it resumed into the next day as well. Together with the increase of extracellular microcystin, a strong decrease of protein-bound intracellular microcystin was observed via immunoblot analysis. Interestingly, the signal of the large subunit of RubisCO (RbcL) also diminished when high amounts of microcystin were present in the surrounding medium. Microcystin addition experiments to M. aeruginosa WT and ΔmcyB cultures support this observation, since the immunoblot signal of both subunits of RubisCO and CcmK, a shell protein of carboxysomes, diminished after the addition of microcystin. In addition, the fluctuation of cyanopeptolin during the diurnal cycle indicates a more prominent role of other cyanopeptides besides microcystin as a signaling peptide, intracellularly as well as extracellularly.
The Arctic environments constitute rich and dynamic ecosystems, dominated by microorganisms extremely well adapted to survive and function under severe conditions. A range of physiological adaptations allow the microbiota in these habitats to withstand low temperatures, low water and nutrient availability, high levels of UV radiation, etc. In addition, other adaptations of clear competitive nature are directed at not only surviving but thriving in these environments, by disrupting the metabolism of neighboring cells and affecting intermicrobial communication. Since Arctic microbes are bioindicators which amplify climate alterations in the environment, the Arctic region presents the opportunity to study local microbiota and carry out research about interesting, potentially virulent phenotypes that could be dispersed into other habitats around the globe as a consequence of accelerating climate change. In this context, exploration of Arctic habitats as well as descriptions of the microbes inhabiting them are abundant but microbial competitive strategies commonly associated with virulence and pathogens are rarely reported. In this project, environmental samples from the Arctic region were collected and microorganisms (bacteria and fungi) were isolated. The clinical relevance of these microorganisms was assessed by observing the following virulence markers: ability to grow at a range of temperatures, expression of antimicrobial resistance and production of hemolysins. The aim of this project is to determine the frequency and relevance of these characteristics in an effort to understand microbial adaptations in habitats threatened by climate change. The isolates obtained and described here were able to grow at a range of temperatures, in some cases more than 30 °C higher than their original isolation temperature. A considerable number of them consistently expressed compounds capable of lysing sheep and bovine erythrocytes on blood agar at different incubation temperatures. Ethanolic extracts of these bacteria were able to cause rapid and complete lysis of erythrocyte suspensions and might even be hemolytic when assayed on human blood. In silico analyses showed a variety of resistance elements, some of them novel, against natural and synthetic antimicrobial compounds. In vitro experiments against a number of antimicrobial compounds showed resistance phenotypes belonging to wild-type populations and some non-wild type which clearly denote human influence in the acquisition of antimicrobial resistance. The results of this project demonstrate the presence of virulence-associated factors expressed by microorganisms of natural, non-clinical environments. This study contains some of the first reports, to the best of our knowledge, of hemolytic microbes isolated from the Arctic region. In addition, it provides additional information about the presence and expression of intrinsic and acquired antimicrobial resistance in environmental isolates, contributing to the understanding of the evolution of relevant pathogenic species and opportunistic pathogens. Finally, this study highlights some of the potential risks associated with changes in the polar regions (habitat melting and destruction, ecosystem transition and re-colonization) as important indirect consequences of global warming and altered climatic conditions around the planet.
Trotz der hohen innovationspolitischen Bedeutung der außeruniversitären Forschungseinrichtungen (AUF) sind sie bisher selten Gegenstand empirischer Untersuchungen. Keine der bisher vorliegenden Arbeiten legt ihren Fokus auf die Zusammenarbeit von Wissenschaftler:innen in Forschungsteams, obwohl wissenschaftliche Zusammenarbeit ein weitgehend unerforschtes Gebiet ist. Dies verwundert insofern, da gerade innovative und komplexe Aufgaben, wie sie im Bereich der Forschung bestehen, das kreative Potenzial Einzelner sowie eine gut funktionierende Kooperation der einzelnen Individuen benötigen. Die Zusammenarbeit von Wissenschaftler:innen in den AUF findet in einem kompetitiven Umfeld statt. Einerseits stehen die AUF auf Organisationsebene im Wettbewerb zueinander und konkurrieren um Forschungsgelder und wissenschaftliches Personal. Andererseits ist die kompetitive Einwerbung von Drittmitteln für Wissenschaftler:innen essentiell, um Leistungen, gemessen an hochrangigen Publikationen und Drittmittelquoten, für die eigene Karriere zu erbringen. Ein zunehmender Anteil an Drittmittelfinanzierung in den Einrichtungen hat zudem Auswirkungen auf die Personalpolitik und die Anzahl befristeter Arbeitsverhältnisse. Gleichzeitig wird Forschungsförderung häufig an Kollaborationen von Wissenschaftler:innen geknüpft und bei Publikationen und Forschungsergebnissen zeigen Studien, dass diese überwiegend das Resultat von mehreren Personen sind. Dieses Spannungsfeld zwischen Zusammenarbeit und Wettbewerb wird verstärkt durch die fehlenden Möglichkeiten für den wissenschaftlichen Nachwuchs in der Wissenschaft zu bleiben. Auch wenn die Bundesregierung auf diese Herausforderungen reagiert, muss der Einzelne seinen Weg zwischen Zusammenarbeit und Konkurrenz finden.
Zielsetzung dieser Arbeit ist es, nachfolgende Forschungsfragen zu beantworten:
1. Wie können naturwissenschaftliche Forschungsteams in AUF charakterisiert werden?
2. Wie agiert die einzelne Forscherin/ der einzelne Forscher im Spannungsfeld zwischen Kooperation und Wettbewerb?
3. Welche Potentiale und Hemmnisse lassen sich auf Individual-, Team- und Umweltebene für eine erfolgreiche Arbeit von Forschungsteams in AUF ausmachen?
Um die Forschungsfragen beantworten zu können, wurde eine empirische Untersuchung im Mixed Method Design, bestehend aus einer deutschlandweiten Onlinebefragung von 574 Naturwissenschaftler:innen in AUF und qualitativen Interviews mit 122 Teammitgliedern aus 20 naturwissenschaftlichen Forschungsteams in AUF, durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Teams eher als Arbeitsgruppen bezeichnet werden können, da v.a. in der Grundlagenforschung kein gemeinsames Ziel als vielmehr ein gemeinsamer inhaltlicher Rahmen vorliegt, in dem die Forschenden ihre individuellen Ziele verfolgen. Die Arbeit im Team wird überwiegend als positiv und kooperativ beschrieben und ist v.a. durch gegenseitige Unterstützung bei Problemen und weniger durch einen thematisch wissenschaftlichen Erkenntnisprozess geprägt. Dieser findet vielmehr in Form kleiner Untergruppen innerhalb der Arbeitsgruppe und vor allem in enger Abstimmung mit der Teamleitung (TL) statt. Als wettbewerbsverschärfend werden vor allem organisationale Rahmenbedingungen, wie Befristungen und der Flaschenhals, thematisiert.
Die TL nimmt die zentrale Rolle im Team ein, trägt die wissenschaftliche, finanzielle und personelle Verantwortung und muss den Forderungen der Organisation gerecht werden. Promovierende konzentrieren sich fast ausschließlich auf ihre Qualifizierungsarbeit. Bei Postdocs ist ein Spannungsfeld zu erkennen, da sie eigene Projekte und Ziele verfolgen, die neben den Anforderungen der TL bestehen. Die Gatekeeperfunktion der TL wird gestärkt durch ihre Rolle bei der Weitergabe von karriererelevanten Informationen im Team, z.B. bei anstehenden Konferenzen. Sie hat die wichtigen Kontakte, sorgt für die Vernetzung des Teams und ist für die Netzwerkpflege zuständig. Der wissenschaftliche Nachwuchs verlässt sich bei seinen Aufgaben und den karriererelevanten Faktoren sehr auf ihre Unterstützung. Nicht-wissenschaftliche Mitarbeitende gilt es stärker zu berücksichtigen, dies sowohl in ihrer Funktion in den Teams als auch in der Gesamtorganisation. Sie sind die zentralen Ansprechpersonen des wissenschaftlichen Personals und sorgen für eine Kontinuität bei der Wissensspeicherung und -weitergabe. Für die Organisationen gilt es, unterstützende Rahmen-, Arbeits- und Aufgabenbedingungen für die TL zu schaffen und den wissenschaftlichen Nachwuchs bei einer frühzeitigen Verantwortung für wissenschaftliche und karriererelevante Aufgaben zu unterstützen. Dafür bedarf es verbesserter Personalentwicklungskonzepte und -angebote. Darüber hinaus gilt es, Kooperationsmöglichkeiten innerhalb der Einrichtung und zwischen den Gruppen zu schaffen, z.B. durch offene Räume und Netzwerkmöglichkeiten, und innovative Arbeitsumgebungen zu fördern, um neue Formen einer innovationsfreundlichen Wissenschaftskultur zu etablieren.
By regulating the concentration of carbon in our atmosphere, the global carbon cycle drives changes in our planet’s climate and habitability. Earth surface processes play a central, yet insufficiently constrained role in regulating fluxes of carbon between terrestrial reservoirs and the atmosphere. River systems drive global biogeochemical cycles by redistributing significant masses of carbon across the landscape. During fluvial transit, the balance between carbon oxidation and preservation determines whether this mass redistribution is a net atmospheric CO2 source or sink. Existing models for fluvial carbon transport fail to integrate the effects of sediment routing processes, resulting in large uncertainties in fluvial carbon fluxes to the oceans.
In this Ph.D. dissertation, I address this knowledge gap through three studies that focus on the timescale and routing pathways of fluvial mass transfer and show their effect on the composition and fluxes of organic carbon exported by rivers. The hypotheses posed in these three studies were tested in an analog lowland alluvial river system – the Rio Bermejo in Argentina. The Rio Bermejo annually exports more than 100 Mt of sediment and organic matter from the central Andes, and transports this material nearly 1300 km downstream across the lowland basin without influence from tributaries, allowing me to isolate the effects of geomorphic processes on fluvial organic carbon cycling. These studies focus primarily on the geochemical composition of suspended sediment collected from river depth profiles along the length of the Rio Bermejo.
In Chapter 3, I aimed to determine the mean fluvial sediment transit time for the Rio Bermejo and evaluate the geomorphic processes that regulate the rate of downstream sediment transfer. I developed a framework to use meteoric cosmogenic 10Be (10Bem) as a chronometer to track the duration of sediment transit from the mountain front downstream along the ~1300 km channel of the Rio Bermejo. I measured 10Bem concentrations in suspended sediment sampled from depth profiles, and found a 230% increase along the fluvial transit pathway. I applied a simple model for the time-dependent accumulation of 10Bem on the floodplain to estimate a mean sediment transit time of 8.5±2.2 kyr. Furthermore, I show that sediment transit velocity is influenced by lateral migration rate and channel morphodynamics. This approach to measuring sediment transit time is much more precise than other methods previously used and shows promise for future applications.
In Chapter 4, I aimed to quantify the effects of hydrodynamic sorting on the composition and quantity of particulate organic carbon (POC) export transported by lowland rivers. I first used scanning electron miscroscopy (SEM) coupled with nanoscale secondary ion mass spectrometry (NanoSIMS) analyses to show that the Bermejo transports two principal types of POC: 1) mineral-bound organic carbon associated with <4 µm, platy grains, and 2) coarse discrete organic particles. Using n-alkane stable isotope data and particle shape analysis, I showed that these two carbon pools are vertically sorted in the water column, due to differences in particle settling velocity. This vertical sorting may drive modern POC to be transported efficiently from source-to-sink, driving efficient CO2 drawdown. Simultaneously, vertical sorting may drive degraded, mineral-bound POC to be deposited overbank and stored on the floodplain for centuries to millennia, resulting in enhanced POC remineralization. In the Rio Bermejo, selective deposition of coarse material causes the proportion of mineral-bound POC to increase with distance downstream, but the majority of exported POC is composed of discrete organic particles, suggesting that the river is a net carbon sink. In summary, this study shows that selective deposition and hydraulic sorting control the composition and fate of fluvial POC during fluvial transit.
In Chapter 5, I characterized and quantified POC transformation and oxidation during fluvial transit. I analyzed the radiocarbon content and stable carbon isotopic composition of Rio Bermejo suspended sediment and found that POC ages during fluvial transit, but is also degraded and oxidized during transient floodplain storage. Using these data, I developed a conceptual model for fluvial POC cycling that allows the estimation of POC oxidation relative to POC export, and ultimately reveals whether a river is a net source or sink of CO2 to the atmosphere. Through this study, I found that the Rio Bermejo annually exports more POC than is oxidized during transit, largely due to high rates of lateral migration that cause erosion of floodplain vegetation and soil into the river. These results imply that human engineering of rivers could alter the fluvial carbon balance, by reducing lateral POC inputs and increasing the mean sediment transit time.
Together, these three studies quantitatively link geomorphic processes to rates of POC transport and degradation across sub-annual to millennial time scales and nanoscale to 103 km spatial scales, laying the groundwork for a global-scale fluvial organic carbon cycling model.
Past and present biodiversity in northeastern Siberia inferred from sedimentary DNA metabarcoding
(2021)
The arctic-boreal treeline is a transition zone from taiga to tundra covering a vast area in Siberia. It often features large environmental gradients and reacts sensitively to changes in the environment. For example, the expansion of shrubs and a northward movement of the treeline are observable in Siberia as a response to the warming climate. The changes in vegetation across the treeline are known to influence the water chemistry in the lakes. This causes further alteration to the composition and diversity of sensitive aquatic organisms such as diatoms and macrophytes. Despite the rising awareness of the complex climate-feedback mechanisms of terrestrial plants, the understanding of their assembly rules and about responses of aquatic biomes in the surrounding treeline lakes is still limited. The goal of this thesis is to examine the previous and present biodiversity of terrestrial and freshwater biomes from the Siberian treeline ecotone, as well as their reactions to environmental changes. In particular, this thesis attempts to examine the performance of applying sedimentary DNA metabarcoding in terrestrial plants, aquatic macrophytes and diatoms, their spatial patterns along the environmental gradients and their temporal patterns throughout the climate transition from the late Pleistocene to Holocene. Sedimentary DNA metabarcoding combined with next-generation sequencing is applied as a primary tool to explore the composition and diversity of terrestrial plants, diatoms and aquatic macrophytes. The main study area is located in Chukotka of northeastern Siberia in the Arctic, a biodiversity hotspot due to its continental location and the diverse habitats of the glacial refugium. The modern diatom diversity was assessed with a specific diatom metabarcoding marker and morphological identification. Both approaches agree to a dominance of Fragilariaceae and Aulacoseiraceae, as well as on the environmental influential indicators of the diatom community. The high diversity of Fragilariaceae identified in the thermokarst lakes is found to follow the vegetation gradient along the treeline, suggesting that diatom metabarcoding can decipher relationships between diatom assemblage shifts and the relevant environmental changes. In particular, the metabarcoding approach detects diversification of fragilarioids in glacial lakes which is not visible using morphology. Sedimentary ancient DNA records indicate a vegetation mosaic of forb-dominated steppe-tundra during 28-19 ka, followed by a shift to dwarf-shrub tundra during 19-14 ka. During the most recent 14 thousand years, the vegetation consists of deciduous shrublands, then a change to boreal forest is observed. Investigations on the alpha diversity of the vegetation show that species richness is unexpectedly highest during pre-LGM, which is likely related to the extensive area that allows for more taxa. The optimum Holocene warming during 9-6 ka is not accompanied by a high richness as widely believed, but with an evenly distributed community by the fulfilment of erect shrubs. Furthermore, changes in taxonomic and phylogenetic diversity show complementary results in understanding community diversity. The composition and richness in the modern macrophytes community from Siberian Arctic and Chinese alpine are best co-influenced by July temperature and electrical conductivity.. Past macrophyte turnover during the late Pleistocene-Holocene is less noticeable in Siberia, whereas a pronounced community change from emergent to submerged plants is detected from Chinese alpine regions at about 14 ka due to increasing temperature and varying water conductivity. Finally, sedimentary DNA metabarcoding is a cost-effective and powerful proxy for ecological application, whereas completeness of the reference library, coverage and resolution of the metabarcoding marker are the major limitations of sedimentary DNA based diversity monitoring. The composition and richness in modern vegetation and macrophytes across broad spatial gradients is constrained by environmental variables, suggesting a potential usage for environmental monitoring. Diatom distributions are driven by different water variables along the treeline. Past records indicate that the shrub coverage has a noticeable influence on the assemblies of both terrestrial plants and aquatic macrophytes, though the shift in macrophyte community is relatively minor in the past 28 thousand years. In the long-term, the shrub expansion may eventually result in a genetically more diverse vegetation community but reduced species richness. When exceeding the optimal temperatures, further warming may lead to a decrease and putative loss of macrophytes and diatoms.