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Totholz ist eine wichtige Kohlen- und Nährstoffquelle in Waldökosystem und wird kontinuierlich durch Makro- und Mikroorganismen abgebaut. Hierdurch werden Waldökosysteme maßgeblich strukturiert und viele Ökosystemprozesse beeinflusst. Obwohl in den letzten Jahren zahlreiche Studien zur Diversität einzelner Artengruppen in Totholz erschienen sind, fehlen uns immer noch umfassende Kenntnisse, wie holzbewohnende Organismen im zeitlichen Kontext organsiert, strukturiert und miteinander vernetzt sind und dadurch den Abbau des Totholzes entscheidend beeinflussen.


Unser Projekt ist Teil des BELongDead-Konsortiums. Wir fokussieren uns auf alle relevanten und zugrunde liegenden molekularen und biochemischen Prozesse des organismisch-beeinflussten Totholzabbaus im Zusammenhang mit Waldbewirtschaftungsintensitäten und räumlich-geographischer Skalierung.
Insbesondere soll untersucht werden:

  1. wie Arten Totholzstämme besiedeln und sich etablieren,
  2. wie Arten unterschiedlicher taxonomischer Gruppen im Verlauf der Sukzession miteinander interagieren,
  3. wie sich der Einfluss der Baum- und somit Holzeigenschaften und der Umgebung/Umwelt über die Sukzession verändert und
  4. ob sich kausale Zusammenhänge zwischen Diversität und Abbau besser verstehen lassen, wenn man möglichst viele Organismengruppen betrachtet.

Wir nutzen klassische, sowie modernste molekularbiologische Methoden und ´Genomics´-Ansätze, um möglichst viele Aspekte biologischer Diversität zu erfassen (Abb. 1). Diese Daten werden schließlich mit Informationen über Holzchemie, Enzymaktivitäten und dem Abbau des Holzes im Allgemeinen verknüpft. Wir erfassen folgende Daten:

  • DNA-basierte Diversität von Pilzen, Bakterien, Archeen und Nematoden
  • Diversität von Pilzfruchtkörpern, Flechten und Moosen (Abb. 2)
  • Holzcharakteristika wie pH-Wert, C/N-Verhältnis, Ligningehalt
  • Holzabbau-relevante Enzymaktivitäten (z.B. Peroxidasen, Laccasen)

Diese Daten werden an zwei verschiedenen Experimenten erhoben:

a) BELongDead

Nach den Probennahmen 2012, 2015 und 2017 wird nun 2020 unsere Datenreihe durch einen vierten Zeitpunkt erweitert, um die Prozesse des Holzabbaus von der initialen bis zur teils weit fortgeschrittenen Zersetzungsphase bewerten zu können.

b) BESterile

In einem neuen Zusatzexperiment werden Gamma-sterilisierte und unbehandelte Totholzstämme der beiden Hauptbaumarten mitteleuropäischer Wälder Fagus sylvatica und Picea abies neben den vorhandenen BELongDead-Stämmen sowie in einem genau definierten Abstand ausgelegt (Abb. 3A). So wollen wir zwei grundlegende Forschungsfragen beantworten:

  1. Zeigt ein Vergleich zwischen den nicht sterilisierten Stämmen (gekennzeichnet durch die Endophytengemeinschaft) und den sterilisierten Kontrollen einen Unterschied in der kolonisierenden Diversität und schlussfolgernd in der Holzabbaurate? Werden die Unterschiede zwischen verschiedenen Baumarten hauptsächlich durch die Endophytengemeinschaften (Abb. 3B, Hypothese H3a) oder alternativ durch die Eigenschaften des Wirtsbaums (z.B. physikochemische Eigenschaften des Holzes, Abb. 3B, Hypothese H3A) verursacht?
  2. Wir erwarten, dass die Kolonisierung vom Spenderpool abhängt und somit Unterschiede in den Besiedlungsmustern zwischen den Stämmen direkt an BELongDead (stärker am lokalen Artenpool) und jenen in weiter Entfernung auftreten (stärker am regionalen Artenpool). Wenn die endophytische Gemeinschaft die Kolonisierung bestimmt, werden wir eine ähnlichere Artengemeinschaft zwischen allen Stämmen beobachten (Abb. 3C, Hypothese H3b).
Abbildung: Das Schaubild zeigt drei Diagramme zum Konzept des Experiments Bi Sterail zur Veranschaulichung des Designs, der Filterhypothese und der Ausbreitungshypothese.
Abb. 3. Konzept von BESterile zur Veranschaulichung des (A) Designs, (B) der Filterhypothese und (C) der Ausbreitungshypothese

Doc
Roy F., Ibayev O., Arnstadt T., Bässler C., Borken W., Groß C., Hoppe B., Hossen S., Kahl T., Moll J., Noll M., Purahong W., Schreiber J., Weisser W. W., Hofrichter M., Kellner H. (2023): Nitrogen addition increases mass loss of gymnosperm but not of angiosperm deadwood without changing microbial communities. Science of The Total Environment 900, 165868. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.165868
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Genomsequenzierung von Truncatella angustata (Anamorph) S358
Kellner H., Friedrich S., Schmidtke K.-U., Ullrich R., Kiebist J., Zänder D., Hofrichter M., Scheibner K. (2022): Draft genome sequence of Truncatella angustata (Anamorph) S358. Microbiology Resource Announcements 11 (7), e00052-22. doi: 10.1128/mra.00052-22
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Entflechtung der Bedeutung von Raum und Wirtsbaum für die Beta-Diversität von Käfern, Pilzen und Bakterien: Lehren aus einem großen Totholzexperiment
Rieker D., Krah F.-S., Gossner M. M., Uhl B., Ambarli D., Baber K., Buscot F., Hofrichter M., Hoppe B., Kahl T., Kellner H., Moll J., Purahong W., Seibold S., Weisser W. W., Bässler C. (2022): Disentangling the importance of space and host tree for the beta-diversity of beetles, fungi, and bacteria: Lessons from a large dead-wood experiment. Conservation Biology 268, 109521. doi: 10.1016/j.biocon.2022.109521
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Hofrichter M., Kellner H., Herzog R., Karich A., Kiebist J., Scheibner K., Ullrich R. (2022): Peroxide-Mediated Oxygenation of Organic Compounds by Fungal Peroxygenases. Antioxidants 11 (1), 163. doi: 10.3390/antiox11010163
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Bewertung von Primern für den Nachweis von totholzbewohnenden Archaeen mittels Amplikonsequenzierung
Moll J., Hoppe B. (2022): Evaluation of primers for the detection of deadwood-inhabiting archaea via amplicon sequencing. PeerJ 10: e14567. doi: 10.7717/peerj.14567
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Molekulare Analyse endophytischer Pilzgemeinschaften in Buchen- und Fichtenstämmen und ihre öklogische Bedeutung
Krause L. (2022): Molekulare Analyse endophytischer Pilzgemeinschaften in Buchen- und Fichtenstämmen und ihre öklogische Bedeutung. Bachelor thesis, University Leipzig / UFZ Halle
Doc
Moll J., Roy F., Bässler C., Heilmann-Clausen J., Hofrichter M., Kellner H., Krabel D., Schmidt J. H., Buscot F., Hoppe B. (2021): First evidence that nematode communities in deadwood are related to tree species identity and to co-occurring fungi and prokaryotes. Microorganisms 9 (7), 1454. doi: 10.3390/microorganisms9071454
Mehr Informationen:  doi.org
Doc
Nematode Diversity and Community Composition in Deadwood of 13 Temperate Tree Species
Roy F. (2020): Nematode Diversity and Community Composition in Deadwood of 13 Temperate Tree Species. Master thesis, TU Dresden

Projekt in anderen Förderperioden

Wissenschaftliche Mitarbeiter:innen

Prof. Dr. Claus Bässler
Projektleiter
Prof. Dr. Claus Bässler
Goethe-Universität Frankfurt am Main
Prof. Dr. Francois Buscot (assoz.)
Alumni
Prof. Dr. Francois Buscot (assoz.)
Prof. Dr. Martin Hofrichter
Projektleiter
Prof. Dr. Martin Hofrichter
TU Dresden
Dr. Björn Hoppe
Projektleiter
Dr. Björn Hoppe
Julius Kühn-Institut
Dr. Harald Kellner
Projektleiter
Dr. Harald Kellner
TU Dresden
Dr. Julia Moll
Mitarbeiterin
Dr. Julia Moll
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
Daniel Rieker
Mitarbeiter
Daniel Rieker
TU Dresden,
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH - UFZ
Friederike Roy
Mitarbeiterin
Friederike Roy
TU Dresden
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