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Björn Rost - Trotz oder vielleicht gerade aufgrund ihrer mikroskopischen Größe sind Phytoplankter die wahren Herrscher über die marinen Ökosysteme, die Stoffkreisläufe und das Klimageschehen. Ich empfand es daher als ein besonderes Privileg, schon zu Beginn meiner Karriere die Gruppe der Coccolithophoriden und ihre Reaktion auf veränderte Karbonatchemie untersuchen zu dürfen (Ende der 90er gab es den Begriff der Ozeanversauerung noch gar nicht). Obwohl meine Arbeit häufig durch biogeochemische Fragen motiviert war, habe ich mich über die Jahre immer mehr mit Algenphysiologie beschäftigt. Hierbei konzentrierte ich mich zunächst auf solche Mechanismen, die Phytoplanktern helfen, die biochemische Limitierung in zentralen Stoffwechselprozessen, wie dem Kohlenstofferwerb, zu überwinden. Durch die Etablierung verschiedener Techniken, u.a. der Membran-Einlass Massenspektrometrie (MIMS), war es uns letztlich möglich, die zellulären Kohlenstoff- und Energieflüsse in Echtzeit betrachten zu können. Hierdurch konnten wir nicht nur wichtige Prozesse identifizieren, wir konnten diesen auch Zahlenwerte zuordnen und dadurch Arten direkt vergleichen oder den Effekt von Umweltfaktoren quantifizieren. Wenn wir dieses Prozessverständnis nun mit Ökologie verbinden, so können wir die art- oder gruppenspezifischen Reaktionsmuster gegenüber multiplen Stressoren erklären und somit genauere Prognosen für die Zukunft treffen.
Sebastian Rokitta - Der globale Wandel wird den ganzen Planeten beeinflussen, aber die Ursachen für diese Konsequenzen liegen auf der molekulareren Ebene, d.h. innerhalb der Zellen einzelner Organismen. Als Molekularbiologe, Physiologe und Biochemiker untersuche ich, wie Phytoplankton auf der subzellulären Ebene auf verschiedene Umweltparameter reagiert, und wie diese Reaktionen durch kombinierte Umweltparameter moduliert werden. Neben den üblichen Elementaranalysen verwende ich in-vivo Gaswechselmessungen, Transkriptomik und HPLC-basierte Metaboliten-Detektionstechniken. Mit Hilfe dieser Methoden versuche ich zu erklären, welche intrazellulären Reaktionen den Effekten von veränderten Umweltbedingungen zugrunde liegen. Die Veränderung von Gasflüssen, biochemischen Stoffwechselwegen und der entsprechenden molekularen Zellmaschinerie helfen mir dabei, Schlussfolgerungen über diejenigen Mechanismen zu treffen, welche der Aufrechterhaltung von zellulärer Homöostase unter veränderten Umweltbedingungen zugrunde liegen.
Clara Hoppe – In den letzten 20 Jahren wurden die Auswirkungen des Klimawandels auf das Phytoplankton zunehmend erforscht. Die meisten Experimente haben sich dabei jedoch ausschließlich mit einzelnen Zelllinien unter hoch-kontrollierten Laborbedingungen beschränkt. Mein Ziel ist es, Ansätze aus der klassischen Ökologie und biologischen Ozeanographie in dieses Forschungsfeld zu integrieren. Ein umfassendes Verständnis kann meiner Meinung nach nur dann erreicht werden, wenn wir die komplexen Interaktionen zwischen Organismen und ihrer Umwelt gemeinsam mit den zellulären physiologischen Reaktionen untersuchen – denn beide Mechanismen zusammen bestimmen die Auswirkungen des Klimawandels auf das Phytoplankton. Mein momentanes Hauptinteresse gilt der Frage, inwieweit die Funktionen (z.B. Primärproduktion, Stärke der biologischen Kohlenstoffpumpe) in den Ökosystemen des Arktischen Ozeans mit dessen Struktur (d.h. Artenzusammensetzung) zusammenhängen, und wie sich deren Beziehung in Zukunft verändern wird. Ein wichtiger Aspekt in diesem Kontext ist die Frage, inwieweit diese zu erwartenden Veränderungen von Unterschieden zwischen funktionellen Gruppen (d.h. Veränderungen in der Artzusammensetzung) oder von intraspezifischer Plastizität (d.h. Veränderungen in der Häufigkeit einzelner Zelllinien innerhalb einer Art) abhängen. Um diese Zusammenhänge zu untersuchen, führe ich Experimente mit natürlichen Arktischen Phytoplanktongemeinschaften und isolierten Zelllinien durch, in welchen ich die Effekte von multiplen Stressoren untersuche.
Sinhue Torres-Valdes - Stickstoff, Phosphor, Silizium und Kohlenstoff sind lebenswichtige Elemente, die im Seewasser gelöst sind. Phytoplankton nutzt diese, um durch Photosynthese Biomasse und Sauerstoff (den wir in diesem Moment atmen) herzustellen. Ein Teil dieser Biomasse fließt in die Nahrungsnetze der Meere. Ein anderer sinkt als biogene Partikel in die Tiefe, und ein dritter Teil wird als gelöster organischer Kohlenstoff freigesetzt (dissolved organic carbon, DOC). Sinkende Biomasse und DOC können teilweise von Bakterien genutzt werden, welche wiederum Nährstoffe und CO2 freisetzen. Partikel und DOC, die dem bakteriellen Abbau entkommen, können jedoch die gebundenen Elemente für Jahrhunderte oder Jahrtausende in den Sedimenten der Meere einschließen. Auf diese Weise wird das Leben in den Ozeanen aufrechterhalten, und ganz nebenbei auch noch unser Klima reguliert. Atemberaubend!
Diese Umsetzungen werden als "biogeochemische Kreisläufe" bezeichnet und finden in den zirkulierenden Wassermassen der Ozeane statt. Auch physikalische Prozesse, z.B. Temperaturveränderungen, Frischwassereintrag, Bildung oder Abtauen von Eis, Verdunstung und Niederschläge oder auch das Mischen mit anderen Wassermassen bestimmen die Menge und die Verteilung der gelösten Elemente. Dies hat wiederum Implikationen für die zukünftige Biomasseproduktion von Phytoplankton und Bakterien, und damit das CO2 Budget des Ozeans.
Als Ozeanograph versuche ich, diese biogeochemischen Kreisläufe zu verstehen und zu beschreiben. Dabei nutze ich Beobachtungen vom Schiff oder Eis aus (durch die Probennahme und anschließende chemische Analyse), oder durch die Anwendung von High-Tech Sensoren und neuen autonomen Messmethoden (sog. Remote-access samplers). Ich nutze die Daten um die zugrunde liegenden biogeochemischen Prozesse zu charakterisieren und zu untersuchen, wie sie vom globalen Klimawandel beeinflusst werden.
Klara Wolf – Es fasziniert mich seit jeher, wie das Leben immer einen Weg findet. Arktisches Phytoplankton zum Beispiel: Bei Wassertemperaturen nahe am Gefrierpunkt und innerhalb weniger Wochen stellen diese Einzeller mit Hilfe von Sonnenlicht die Basis eines komplexen Ökosystems bereit. Aber wie schaffen sie das? Und werden diese Spezialisten in der Lage sein, mit einer sich schnell verändernden Umwelt umzugehen? In meiner Doktorarbeit habe ich diese Frage an arktischen Diatomeen untersucht und herausgefunden, dass sie sich verschiedener Mechanismen bedienen, um sich an ihre dynamische Umwelt anzupassen: Jede winzige Zelle tut dies durch ihre komplexe Physiologie, jede Spezies durch die Zusammensetzung ihrer Population und schließlich auch die gesamte Artengemeinschaft durch Dominanzverschiebungen. Physiologie, Ökologie und Evolution arbeiten Hand in Hand. Um die Rollen und Grenzen dieser verschiedenen Ebenen besser zu verstehen und vorherzusagen, müssen wir sie alle berücksichtigen. Auf diesem Wissen aufbauend, möchte ich in meinem jetzigen Projekt etwas Licht auf die Frage werfen, wie die Anpassung von Phytoplankton an kurze, intensive Hitzewellen funktionieren kann. Indem ich Laborarbeit, Feldarbeit und molekulare Methoden kombiniere, möchte ich die physiologischen, ökologischen und evolutionären Prozesse beleuchten, die bestimmten Mikroalgen helfen, in ihren Ökosystemen zu bestehen und diese zu gestalten.
Laura Wischnewski - Im Zuge meiner Ausbildung zur Chemielaborantin am AWI spezialisierte ich mich auf technische Analytik. Während meines Forensikstudiums an der Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg konnte ich viele zusätzliche Erfahrungen in Bezug auf analytische Methodik sammeln und habe mich auf die Entwicklung und Validierung verschiedener biologischer und chemischer Messmethoden fokussiert. Jetzt arbeite als Technikerin in der Sektion Marine Biogeowissenschaften. Am AWI betreue ich das analytische Equipment und die laborbasierten Messungen (Nährstoffe, Seewasserchemie, etc.). Auf Expeditionen nach Svalbard und in die zentrale Arktis kümmere ich mich um die Implementierung von in-situ Sensorik und Instrumenten zur Messung der unterschiedlichen chemischen Parameter des Seewassers.
Daniel Scholz - Im Rahmen des FRAM Projektes (Frontiers in Arctic Marine Monitoring) beschäftige ich mich mit in-situ Sensorik, mit deren Hilfe Aussagen über Nährstoffkonzentrationen und Karbonatchemie in der Framstraße und der zentralen Arktis getroffen werden sollen. Zu diesem Zweck werden Sensoren an sog. "Ice tethered Profilers" befestigt, welche ganzjährig in der Arktis verbleiben und somit auch Messdaten liefern, wenn die Anfahrt und Beprobung mit Forschungsschiffen unmöglich ist. Da die Arktis eine Messumgebung darstellt, die außerhalb des üblichen Kalibrationsbereiches liegt, gehört es auch zu meinen Aufgaben, die Sensordaten mit konventionell analysierten Wasserproben zu vergleichen. Auf diese Weise können z.B. Temperatureinflüsse des kalten Arktischen Ozeans oder der Drift eines Sensors über den Einsatzzeitraum von einem Jahr oder mehr beurteilt werden. Während meines Bachelors der „Maritimen Technologien“ an der Hochschule Bremerhaven befasste ich mich bereits mit Meeresmesstechniken, dem Einsatz von in-situ Sensoren und deren Datenverarbeitung. Mein langjähriger Job als HiWi in der Arbeitsgruppe „Marine Geochemie“ bot mir optimale Bedingungen, solche Systeme mit zu entwickeln und unter realen Bedingungen im Feld zu testen. Angeregt durch diese Erfahrungen entschied ich mich, während meines Masters, das Innenleben und die Funktion solcher Sensoren genauer zu studieren. Der Schwerpunkt des Studiengangs „Embedded Systems Design“ lag in der Entwicklung von „Systems on a Chip“ (SoC), was neben der Programmierung und Kombination von FPGAs und Mikroprozessoren auch die digitale Signalverarbeitung, diskrete Regelung sowie den Entwurf von analogen Schaltungen als Sensorinterface beinhaltete.
Tina Brenneis - Laborarbeit und Forschung sind für mich die perfekte Kombination. 2006 begann ich am AWI meine Ausbildung zur Biologielaborantin und seitdem lässt mich die biologische Forschung in den Polargebieten nicht mehr los. Mein theoretisches Wissen vertiefte ich mit einem Bachelorstudium in Biologie an der Uni Bremen und kehrte dann ans AWI und vor allem ins Labor zurück. Hier gehören die Betreuung der Stammkulturen unserer arktischen Mikroalgen genauso zu meinen Aufgaben wie die Durchführung von Laborexperimenten zum Globalen Wandel und die anschließende Analyse der genommen Proben. Mikroskopische Auswertungen, Wachstumsbestimmungen mittels Coulter Counter, pH-Wert- und TA-Bestimmungen sowie Messungen der Gehalte von organischem Kohlenstoff und Stickstoff am CN-Analyzer sind nur ein Teil meines sehr abwechslungsreichen Arbeitsalltags. Auch die Vorbereitung von Expeditionen und die Beschaffung von Expeditions- und Labormaterial gehören zu meinen Aufgaben. "Was kommt morgen?" Nicht nur im Hinblick auf die Forschung oder die Experimente in Bezug auf den Klimawandel ist das für mich eine wichtige Frage, sondern auch in meinem Berufsalltag. Der ist nämlich vielseitig und jeden Tag ein wenig anders. Seit Anfang 2021 kann ich mein Wissen nun auch im Rahmen der Ausbildung junger Biologielaboranten am AWI weitergeben, dem Labor und der Sektion 'Marine Biogeowissenschaften' bin ich natürlich dennoch treu geblieben.
Linda Rehder - Die Fotosynthese von Phytoplankton ist einer der beeindruckendsten Prozesse der Erde: Kleinste Mikroalgen akkumulieren anorganischen Kohlenstoff und andere Makronährstoffe in ihren Zellen und konvertieren diese mit Hilfe der Sonnenenergie in lebendiges organisches Material. Nebenbei produzieren sie als “Abfallprodukt” den Sauerstoff, den wir atmen. Dies wird durch verschiedenste physiologische Subprozesse ermöglicht, welche in fein abgestimmter Balance zueinander stehen. Diese allgemeine physiologische Homöostase zwischen fotosynthetischen ‚Upstream‘-Prozessen und respiratorischen ‚Downstream‘-Prozessen wird vom globalen Wandel, speziell von den steigenden Temperaturen beeinflusst: Verschiedene Subprozesse werden zu unterschiedlichem Grad durch Wärme stimuliert. Folglich werden die Zellen gezwungen, der auftretenden Dysbalance entgegenzuwirken. Andernfalls kommt es zu teilweise irreparablen zellulären Schäden und einem Stoppen der Lebensprozesse. Wie gut die Zellen diesem Problem entgegenwirken können, zeigt ihre Temperaturtoleranzkurve, die für verschiedene funktionelle Gruppen unterschiedlich breit ist. Während meiner Doktorarbeit schaue ich mir genau diese physiologischen Subprozesse an und versuche mit Hilfe von Membran-Einlass-Massenspektrometrie und der Analyse von Markern für oxidativen Stress herauszufinden, wo genau temperaturbedingte Dysbalancen auftreten und wie Phytoplanktonzellen darauf reagieren. Dafür konzentriere ich mich auf Arktische Schlüsselarten und versuche fundamentale Mechanismen temperaturbedingter Zellschädigungen in Phytoplankton sowie deren Ökophysiologie unter zukünftigen Bedingungen besser zu verstehen.
