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Jahresbericht 2009 - Universität Bayreuth Rechenzentrum
(2010)
- Jahresbericht
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Proceedings of the 12th European Agent Systems Summer School Student Session
(2010)
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Tina Balke
Reda Yaich
- This volume contains the papers presented at the Student Session of the 12th European Agent Systems Summer School (EASSS) held on 25th of August 2010 at Ecole Nationale Superieure des Mines de Saint-Etienne, France. The Student Session, organised by students, is designed to encourage student interaction and feedback from the tutors. By providing the students with a conference-like setup, both in the presentation and in the review process, students have the opportunity to prepare their own submission, go through the selection process and present their work to each other and their interests to their fellow students as well as internationally leading experts in the agent field,both from the theoretical and the practical sector.
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Characterization of reactive and non reactive trace gas fluxes in and above soil
(2010)
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Anika Bargsten
- Nitrogen is one of the most important compounds on earth. All organisms need nitrogen to live and grow. Even the majority (78.08%) of the atmosphere (and so the air we breathe) is dinitrogen. Over the last century, human activities have dramatically increased emissions and removal of nitrogen to the global atmosphere by as much as three to five fold. Nitrous oxide is the fourth largest single contributor to positive radiative forcing, and serves as the only long-lived atmospheric tracer of human perturbations of the global nitrogen cycle. Nitrogen oxides belong to the so called indirect greenhouse gases. These indirect greenhouse gases control the abundances of direct greenhouse gases through atmospheric chemistry and contribute on this way to the greenhouse effect. For a better understanding of these feedback mechanisms it is necessary to know the source strength of nitric oxide and nitrous oxide. Thus, the knowledge about exchange processes of nitrogen is of interest and importance for scientist and policy makers, likewise. This thesis contributes the understanding of processes in the nitrogen cycle. The thesis is addressed on nitric and nitrous oxide emissions. Nitric oxide emissions were measured on soil samples using an automated laboratory system. Nitrous oxide emissions were measured directly on the field site using a closed chamber technique. The laboratory measurements were compared with field measurements of NO (modified Bowen ratio method) at a grass land site. The field NO fluxes were always around 1.8 ng m 2 s-1 while the laboratory derived NO fluxes were between 2.1 and 5,2 ng m-2 s-1. The agreement between the two data sets is considered to be quite good. The laboratory derived NO fluxes exceeded the field NO fluxes by a factor of 1.5 to 2.5. Most studies of nitric oxide (NO) emission potentials up to now have investigated mineral soil layers only. In this thesis soil organic matter was sampled for laboratory measurements under different understory types (moss, grass, spruce, blueberries) in a humid mountainous Norway spruce forest plantation in the Fichtelgebirge (Germany). In this thesis the response of net potential NO fluxes on physical and chemical soil conditions (water content and temperature, bulk density, particle density, pH, C/N ratio, organic C, soil ammonium, soil nitrate) was determined. Net potential NO fluxes (in terms of mass of N) from soil samples taken under the different understories ranged from 1.7 - 9.8 ng m 2 s-1 (soil sampled under grass and moss cover), 55.4 - 59.3 ng m-2 s-1 (soil sampled under spruce cover), and 43.7 - 114.6 ng m 2 s-1 (soil sampled under blueberry cover) at optimum water content and a soil temperature of 10°C. Effects of soil physical and chemical characteristics on the net potential NO flux were statistically significant (0.01 probability level) only for NH4+. Therefore, as an alternative explanation for the differences in soil biogenic NO emission we consider more biological factors like understory vegetation type, amount of roots, and degree of mycorrhization; they provide a potential explanation of the observed differences of net potential NO fluxes. Also, soil nitrous oxide (N2O) emissions in an unmanaged, old growth beech forest in the Hainich National Park, Germany, were measured at 15 plots over a one-year period (November 2005 to November 2006). The annual field N2O flux rate was 0.46±0.32 kg ha 1 yr 1. The N2O emissions showed a background emission pattern with two event based N2O peaks. A correlation analysis showed that the distance between plots (up to 380 m) was secondary for their flux correlations. Annual N2O fluxes obtained from a standard model (Forest-DNDC) parameterized with soil parameters as well as daily temperature and precipitation substantially overestimated the actual field N2O fluxes and also did not describe their actual temporal and spatial variabilities. Temporal variability was described well by the model only at plots with higher soil organic carbon and the modelled N2O fluxes increased during freezing periods only were soil organic carbon was larger than 0.06 kg-1 C kg. The results indicate that the natural background of nitrous oxide emissions may be lower than previously thought and also lower than assumed in standard modelling. This suggests a higher anthropogenic contribution to N2O emissions.
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3-Funktionalisierung von Tetron- und Tetramsäuren - Beiträge zur Totalsynthese von Bakkenolid-A und Macrocidin A
(2010)
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Bertram Barnickel
- Ziel des ersten Projekts dieser Arbeit war die Totalsynthese von Bakkenolid A. Der Schlüsselschritt hierfür war die Entwicklung einer regioselektiven Methode zur 3-Funktionalisierung von Tetronaten mittels Pentadienyl-Verbindungen. Bis zur Realisierung der Reaktion waren detaillierte Untersuchungen bezüglich deren Reaktionsmechanismus und der damit einhergehenden Regioisomere nötig. Durch die Synthese diverser Pentadien-Buildingblocks konnte letztlich der optimale Reaktionspartner für eine regioselektive Tsuji-Trost-Reaktion gefunden werden. Eine vollständige Synthese von Bakkenolid A scheiterte jedoch aufgrund unüberwindbarer, sterischer Hinderung bei der anschließenden Diels-Alder Reaktion. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Totalsynthese von Macrocidin A angestrebt. Ein zentraler Teil der Retrosynthese-Strategie beruhte auf der erfolgreichen 3-Acylierung von Tetramsäuren gemäß Yoshii et al. Da die Ausbeuten dieser Methode aufgrund des bis heute ungeklärten Mechanismuses sehr schwer vorherzusagen sind, wurden deren Möglichkeiten detailliert untersucht. Hierbei zeigte sich eine starke Abhängigkeit von der Kettenlänge und v.a. dem Verzweigungsgrad in α-Position der verwendeten Carbonsäure. Die so erhaltenen 3-Acyl-Tetramsäuren wurden in ihre partiell bzw. global entschützten Derivate überführt und somit eine Substanzbibliothek aufgebaut. Diese wurde bezüglich ihrer cytotoxischen bzw. antibakteriellen Wirksamkeit untersucht. Hierbei konnten einige Verbindungen mit IC50-Werten im einstelligen µM-Bereich identifiziert werden. Die Erstellung einer eindeutigen Struktur-Wirkungs-Beziehung gelang allerdings nicht. Der entscheidende nächste Schritt in Richtung Totalsynthese von Macrocidin A war der Ringschluss zum 17-gliedrigen Makrocyclus. Ursprünglich nur als Entschützung der Phenol-Funktion geplant, gelang durch Palladium-Katalyse der direkte Ringschluss eines Nor-Macrocidin A Precursors. Hierbei handelt es sich um eine bis dato unbekannte, mit einer Williamson-Ether-Synthese vergleichbaren Methode zur Synthese von Makrocyclen.
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Water flow paths in soils of an undisturbed and landslide affected mature montane rainforest in South Ecuador
(2010)
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Folkert Christian Bauer
- The number of previous hydrological studies concerning water flow paths in tropical montane rainforest is small. However, due to the increasing pressure of deforestation and land use change comprehensive knowledge of these natural ecosystems is needed if sustainable land use strategies should keep negative effects of human impacts on water flow paths as low as possible. In this context, present work addresses the identification, characterisation, and modelling of water flow paths in soils of an undisturbed and landslide affected natural Andean forest ecosystem in the south of Ecuador whose deforestation rate is one of the highest in South America. In an investigation area situated in the Andes of South Ecuador, in gentler slopes and altitudes above 2100 m ASL mainly Stagnosols and Histosols with stagnic colour pattern and low to negligible rock fragment content prevail. With increasing altitude the abundance of these soils increase, while the presence of Cambisols and Regosols is most pronounced below 2100 m ASL and clearly correlated with the slope angle. Therefore, these soils were mainly encountered in steeper, particularly landslide affected sites often resembling a melange of fine soil and high contents of rock fragments. Aside the investigation of the influence of the rock fragment content on soil hydrological- and physical parameters such as the relationship between rock fragment content and saturated hydraulic conductivity of the soil, present study aims particularly to investigate flow paths of water in soils of landslide affected and unaffected hillslopes. Therefore, we employed conventional field- and laboratory methods, dye tracer experiments including an appropriate image processing technique, as well as statistical models. Results show that both rock fragment content and bulk density control significantly, but not largely the saturated hydraulic conductivity of the mineral soils. Dye tracer experiments and soil parameters document a deeper percolation in the landslide affected hillslopes than in the landslide unaffected hillslopes, where we found preferential flow in root channels with low soil matrix interaction as dominant flow mechanism. A surface near quasi impervious layer along the interface between topsoil and subsoil limits percolation of the water giving the prerequisites of a lateral shallow subsurface flow along the interface between topsoil and organic layer. This is in line with previous studies performed in the same investigation area which already proved indirectly the existence of this flow. However, in none of these studies the shallow subsurface flow was assigned to certain slope inclinations or altitudes. Due to a recently published digital soil map and the results we obtained from the landslide unaffected sites, we know that particularly in hillslopes of less than 30 degrees above 2100 m ASL prerequisites are given for spatially extended shallow subsurface flow. However, even if these prerequisites are not evident for the landslide affected hillslopes, we cannot exclude the possibility of shallow subsurface flow occurrence here since soil cover of the steep terrain is relatively shallow while rainfall is high throughout the year. Therefore, and given that key parameters such as permeability of subsoil and bedrock, interception and evaporation remain unclear or were investigated exclusively such as the spatial variability of the saturated hydraulic conductivity, we conducted a series of virtual experiments in order to assess the potential occurrence of shallow subsurface flow in Cambisols below 2100 m ASL. In these experiments we also included the organic layer being highly abundant in the investigation area, whose hydraulic parameters were estimated by means of inverse numerical modelling. The virtual experiments were based on a two dimensional finite element model representing a steep forested hillslope transect of approx. 54 m length. Aside soil properties, evapotranspiration and interception, the model included the spatial variability of the saturated hydraulic conductivity, the pressure head and their spatial trends. The results of virtual experiment series show that a sound evidence of the key parameters aforementioned is obligate if process conceptualisation regarding shallow subsurface flow generation, but also landslide initiation, solute and matter transport is in the spotlight.
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The Aptian evolution of the Galve sub-basin (Maestrat Basin; E Iberia)
(2010)
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Telm Bover-Arnal
- The epeiric mixed carbonate-siliciclastic sedimentary succession of Aptian stage (125-112 Ma) cropping out in the Galve sub-basin (western Maestrat Basin) in the eastern Iberian Chain (E Iberia) was analyzed by multiscale and multidisciplinary approaches. The integrated basin analysis presented in this thesis highlights the interplay between the solid Earth, oceans, atmosphere and life during this time interval, marked by higher CO2 atmospheric concentrations than nowadays and, consequently, by extreme climatic warmth and higher global sea levels. The most noteworthy aspect of this sedimentary succession is that its analysis enables all major ocean-climate changes which occurred during this stage to be tracked, and it therefore constitutes an excellent means of measuring this time slice. The Aptian strata studied can be divided into four large-scale transgressive-regressive sequences, which were calibrated by geomagnetic polarity analysis and ammonoid and rudist biostratigraphic data. These sequences are consistent with the major transgressions and sea level falls recorded in other coeval Tethyan localities, indicating a significant eustatic control of the sedimentary succession, although synrift subsidence was the most important mechanism in providing accommodation. The main oceanographic and climate-driven Tethyan events detected were: 1) An Early Aptian transgressive phase accompanied by the widespread development of Palorbitolina lenticularis beds. 2) The δ13C perturbations related to the OAE1a have been localized in the upper part of the Deshayesites forbesi biozone within a horizon of coral rubble deposits encrusted by Lithocodium aggregatum and Bacinella irregularis, coincident with the probable Early Aptian thermal maximum. These encrusted coral rubble levels with widespread presence of large-sized flattened Palorbitolina lenticularis are interpreted here as records of physical and chemical disturbances linked to the OAE1a. 3) A late Early Aptian long-term progressive cooling trend accompanied by a regressive context marked by the establishment of large carbonate platforms with typical Urgonian biotic associations dominated by rudist bivalves and corals. 4) The maximum of the aforementioned regressive phase, which exposed subaerially the carbonate platform formed during the late Early Aptian. As a result, a broad palaeokarst developed in its proximal setting, whilst forced regressive wedges were deposited basinwards. This late Early Aptian stratigraphic interval constitutes a text-book example of the application of the four-systems-tract sequence stratigraphic methodology to carbonate systems. 5) A late Early to Late Aptian long-term regressive context, which gave rise to the establishment of littoral conditions during the Late Aptian. The installation of more proximal conditions in this area was coupled with significant terrigenous supplies, which were probably linked to regional tectonics and to a progressively changing climate from a semi-arid regime during the Early Aptian, to semi-humid conditions in the Middle-Late Aptian. Consequently, this study represents a well-documented example of the evolution of the Aptian epicontinental seas, and hence constitutes a valuable tool for calibrating analyses of other Aptian epeiric sedimentary successions.
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Synthese, Funktionalisierung und Wirkoptimierung natürlicher Chinone
(2010)
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Sandra Breyer
- Ziel dieser Arbeit war es, verschiedene, natürliche Chinone mit bereits vorhandener Antitumoraktivität zu synthetisieren und durch strukturelle Modifikationen ihre Aktivitäten oder Selektivitäten zu verbessern. Das bereits etablierte Chemotherapeutikum Doxorubicin wurde mit verschiedenen Fettsäuren und Monoterpenalkoholen verschiedener Spacerlängen via Hydrazonbindung am C-13-Kohlenstoff funktionalisiert. Zu Vergleichszwecken wurden auch Doxorubicin-Ester und ein Amid hergestellt. Es konnte gezeigt werden, dass Position C-13 und damit die Hydrazon¬bindung am besten für Funktionalisierungen geeignet ist. Konjugate mit gesättigten und ungesättigten Fettsäuren lieferten IC-50-Werte im Bereich von Doxorubicin (12 nM, 72 h, 518A2), wobei Hydrazone mit gesättigten Fettsäuren generell höhere Aktivität zeigten als welche mit ungesättigten. Als optimale Spacerlänge für Terpen-Konjugate erwies sich Dodecandisäure. Es konnte ein Menthol-Konjugat erhalten werden, welches die Aktivität von Doxorubicin mit 6 nM (IC-50, 72 h, 518A2) sogar übertraf. Das para-Benzochinon Thymochinon (TQ), welches Hauptbestandteil des Schwarzkümmels (Nigella sativa) ist, wurde an verschiedenen Positionen derivatisiert. Es zeigte sich, dass dafür der C-6-Kohlenstoff am besten geeignet ist. Es konnten mithilfe einer Radikalreaktion neben vielen Fettsäurekonjugaten auch TQ-Derivate mit end¬ständiger Carboxylgruppe unterschiedlicher Kettenlänge synthetisiert werden. Diese konnten im Nachhinein mit verschiedenen Terpenalkoholen verestert werden. Für die Fettsäurekonjugate konnte gezeigt werden, das in diesem Fall, anderes als bei Doxorubicin, mehrfach ungesättigte Fettsäuren (Linolensäure, DHA) sowie oxofunktionalisierte Fettsäuren höhere Aktivität zeigten als ihre gesättigten Vertreter. Die IC-50-Werte eines Docosahexaensäurekonjugats erreichten mit einer Konzentration von 30 nM nach 72 h sogar klinisch interessante Bereiche. Bei TQ-Terpenestern eigneten sich kurze Spacer (aus Bernsteinsäure) am besten zur Funktionalisierung. Die unterschiedlichen Terpene hatten dabei relativ wenig Einfluss auf die Aktivität. Dennoch wurde diese im Vergleich zu Thymochinon deutlich verbessert. Weiterhin konnte ausgehend von Toluolhydrochinon erfolgreich eine Synthese zur 13-C-Markierung von TQ entwickelt werden. Die Markierung wurde im Rahmen einer Grignardreaktion an einem zuvor synthetisierten Acetophenon eingeführt. Durch weitere Reaktionsschritte konnte 13-C-markiertes Thymohydrochinon erhalten werden, was mit CAN zu 13-C-TQ oxidiert wurde. Zur fluoreszenz-mikroskopischen Untersuchung von TQ und seinen Derivaten wurde dieses zusätzlich mit Biotin (für einen Streptavidin-Assay) und Alkinen („in vivo click chemistry“ mit Hilfe von Cumarinaziden) funktionalisiert. Allgemein konnte gezeigt werden, dass sich die Konjugate nach Inkubation im Zellkern befanden und dort Apoptose auslösten. Das chinoide Sesquiterpen Thespeson, welches zur Stoffklasse der Mansonone zählt, konnte erstmals erfolgreich aus einer aromatischen Komponente und einem Semiquadratsäurederivat synthetisiert werden. Die aromatische Komponente konnte dabei durch Umwandlung funktioneller Gruppen in wenigen Schritten aus 4-Methyl-2-hydroxyacetophenon hergestellt werden. Die Kontrolle über das Stereozentrum erfolgte dabei über eine wiederholte kinetisch kontrollierte enzymatische Racematspaltung mit PPL. Somit konnten beide Enantiomere mit 96 bzw. 77 % ee erhalten werden. MTT-Tests ergaben, dass natürliches (-)-Thespeson im Gegensatz zu racemischen oder (+)-Thespeson an verschiedenen Krebszellen Aktivität zeigte. Die Tatsache, dass es für gesunde Zellen vollkommen ungiftig war, macht es zu einem interessanten neuen Wirkstoffkandidaten. Auch für das Isofuranonaphthochinon 7,8-Dihydroxy-1-methylnaphtho[2,3-c]-furan-4,9-dion konnte erfolgreich eine erste Totalsynthese entwickelt werden. Zur Kontrolle der Regioselektivität wurden die beiden Edukte Veratrol und 6-Methylfuro[3,4-c]furan-1(3H)-on gewählt. Addition des Lactons an Veratrol erfolgte über ortho-Lithiierung. Oxidations- sowie Ringschluss¬reaktionen und anschließende Abspaltung der Methylgruppe führten zu dem Siderophor.
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Modelle und Werkzeuge für modellgetriebene Softwareproduktlinien am Beispiel von Softwarekonfigurationsverwaltungssystemen
(2010)
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Thomas Buchmann
- Die Entwicklung von Softwareproduktlinien basiert auf der pro-aktiven Wiederverwendung von Softwareartefakten (Anforderungen, Komponenten, Code, Testfällen, etc.). In einer Softwareproduktlinie werden die invarianten Eigenschaften der Softwareprodukte durch eine gemeinsame Basis realisiert. Durch Integration von Variabilität in diese gemeinsame Plattform wird die effiziente Entwicklung von kunden- bzw. marktspezifischen Softwarelösungen ermöglicht. Der hohe Anteil der Wiederverwendung führt dabei im Vergleich zur Entwicklung von Einzel-Softwaresystemen zu einer Reduktion von Entwicklungszeit und Entwicklungskosten bei einer gleichzeitigen Steigerung der Softwarequalität. Modellgetriebene Entwicklung hingegen beschreibt die Verwendung von formalen Modellen zur Beschreibung eines Softwaresystems anstelle der Erstellung von Programmcode. Geeignete Werkzeuge sind in der Lage, diese Modelle in Programmcode zu übersetzen. Diese formalen Modelle beschreiben das zu erstellende System auf einer höheren Abstraktionsebene als der Programmcode. Ebenso wird die Wiederverwendbarkeit für unterschiedliche Zielplattformen erhöht, indem spezielle Codegeneratoren verwendet werden. Die Kombination von modellgetriebener Softwareentwicklung und Software Produktlinien verspricht Produktivitätssteigerungen aus mehreren Gründen: (1) durch die Entwicklung von wiederverwendbaren Komponenten in einer Produktlinie und (2) durch die Erstellung von Modellen anstatt von Programmcode, (3) durch eine erleichterte Erweiterung von bestehenden Systemen, (4) durch Werkzeuge zur Automation und (5) durch Wiederverwendbarkeit des mittels Modellen beschriebenen Wissens für alle Projektmitarbeiter. Diese Arbeit untersucht die Konzepte, Modelle und Werkzeuge, die benötigt werden, um modellgetrieben Produktlinien zu entwickeln. Als durchgängiges anwendungsbezogenes Beispiel wird die modellgetriebene Entwicklung einer Produktlinie für Softwarekonfigurationsverwaltungssysteme betrachtet. Das Beispiel Softwarekonfigurationsverwaltungssysteme wurde als nicht-trivialer Anwendungsfall gewählt, da in dieser Domäne sehr viele Systeme existieren, die sich teilweise in ihrer Funktionalität sehr ähneln, dennoch aber jeweils von Grund auf neu entwickelt wurden. Im Verlauf der Ausarbeitung werden bestehende Prozesse zur Produktlinienentwicklung vorgestellt und eine Kombination mit dem modellgetriebenen Entwicklungsansatz diskutiert. Es wird ein innovativer Ansatz eines modellgetriebenen Entwicklungsprozesses für Produktlinien vorgestellt und es werden neu entwickelte Werkzeuge präsentiert und diskutiert, die diesen spezifischen Prozess unterstützen. Für die Entwicklung einer durchgängigen Werkzeugunterstützung wurde versucht, auf bestehende Werkzeuge zurückzugreifen. Dennoch waren umfangreiche Neuentwicklungen nötig, um eine Werkzeugunterstützung des kompletten Prozesses zu gewährleisten. Die Neuentwicklungen betrafen einerseits die Kopplung von Modellen aus der modellgetriebenen Softwareentwicklung mit Modellen aus der Produktlinienentwicklung, andererseits aber auch eine weitreichendere Unterstützung von modellgetriebener Entwicklung im Bereich der Architekturmodellierung.
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Bedeutung der Baumart für die Aktivität, Diversität und Abundanz methanoxidierender Bakterien in temperaten Waldböden
(2010)
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Daniela Degelmann
- Die mikrobielle Oxidation atmosphärischen Methans ist in Nadelwaldböden bis zu drei Mal niedriger als in Laubwaldböden. Ziel dieser Dissertation war es, anhand von drei deutschen Waldstandorten (Solling, Steigerwald und Unterlüß) mit jeweils benachbarten Beständen der Rotbuche (Fagus sylvatica L.) und der Gemeinen Fichte (Picea abies L.), die Umweltparameter zu identifizieren, die diese unterschiedlichen Methanoxidationsraten hervorrufen, und deren Auswirkungen auf die Diversität und Abundanz der methanotrophen Lebensgemeinschaft zu bestimmen. Die Aufnahme von Michaelis-Menten-Kinetiken an intakten Bodenkernen bei konstanter Methankonzentration, Temperatur sowie konstantem Matrixpotenzial ergab, dass die kinetischen Parameter Vmax(app) und KM(app) in Fichtenwaldböden bis zu 65% niedriger waren als in entsprechenden Buchenwaldböden. In situ Methanaufnahmeraten und atmosphärische Methanoxidationsraten gestörter Bodenproben waren in Böden unter Fichte ebenfalls niedriger. Die maximale methanotrophe Aktivität war im Oa-Horizont (Buche) oder in den ersten fünf Zentimetern des Mineralbodens lokalisiert. Unter Fichte wurde im Oa-Horizont keine Methanoxidation detektiert. Im Oi- und Oe-Horizont wurde in keinem der beiden Waldbodentypen methanotrophe Aktivität verzeichnet. Die Gasdiffusion durch die organische Auflage der Böden, der pH-Wert und die Ammoniumkonzentration waren in beiden Waldbodentypen ähnlich und schieden somit als regulierende Faktoren für die atmosphärische Methanoxidation in Laub- und Nadelwaldböden aus. Die Produktion von Ethylen unter oxischen Bedingungen war vernachlässigbar, so dass Ethylen ebenfalls ausgeschlossen werden konnte. β-Pinen, welches in Fichtennadeln und -wurzeln vorkommt und eine sehr hohe inhibitorische Wirkung auf die Methanoxidation zeigt, inhibierte die Oxidation von Methan in Bodenaufschlämmungen des Steigerwalds vollständig bei einer Konzentration, die dem Fünffachen der in situ Konzentration entsprach. Die von Fichten freigesetzten Monoterpene können die verminderte Methanaufnahme in Fichtenwaldböden erklären. Der Einfluss der Baumart auf die Zusammensetzung der methanotrophen Lebensgemeinschaft wurde durch vergleichende Analyse der Gene der partikulären Methanmonooxygenase (pmoA) untersucht. Von den insgesamt 366 analysierten pmoA-Genen waren 82% Upland Soil Cluster alpha (USCα) zuzuordnen, dem global am häufigsten detektierten pmoA-Genotyp in Waldböden. Durch Vergleich der PmoA-Sequenzen mit den entsprechenden 16S rRNA-Gensequenzen bekannter methanotropher Isolate wurde ein distanzbasierter „Cut-off“ von 7% auf Proteinebene zur Differenzierung methanotropher OTUs auf Artenebene kalkuliert. Unter Anwendung dieses „Cut-offs“ konnten in Buchenwaldböden sieben OTUs innerhalb von USCα unterschieden werden. Außerdem wurden zwei tiefabzweigende Genotypen (Cluster 6 und Cluster 7) detektiert, die nur entfernt verwandt zu bekannten PmoA-/AmoA-Sequenzen waren. In Fichtenwaldböden waren dagegen nur vier USCα-OTUs sowie Cluster 6 detektierbar. Die erniedrigte Diversität Methanotropher in Fichtenwaldböden wurde durch statistische Analysen bestätigt. Genfragmente von mmoX und der pmoA von methanotrophen Verrucomicrobia wurden nicht detektiert. amoA-Gene mit hoher Verwandtschaft zur amoA von Nitrosospira briensis wurden gelegentlich kodetektiert. Die Abundanz der pmoA-Gene von USCα, der Anteil von USCα an der bakteriellen Gemeinschaft sowie die zellspezifische Aktivität von USCα waren in Böden unter Fichte niedriger als unter Buche. Die ermittelten Werte für die zellspezifische Aktivität von USCα lagen unterhalb des theoretischen Mindestwerts, der für das Überleben einer methanotrophen Zelle bei Oxidation von atmosphärischem Methan notwendig ist. Dies lässt vermuten, dass USCα neben atmosphärischem Methan auf alternative Kohlenstoff- und Energiequellen angewiesen sein könnte. Zusammenfassend lassen die Ergebnisse dieser Disseration den Schluss zu, dass von Fichten freigesetzte Monoterpene die Aktivität, Diversität und Abundanz atmosphärischer Methanoxidierer reduzieren und so die atmospherische Methanaufnahme von Fichtenwaldböden verringern.
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Exocrine glands in Erotylidae (Coleoptera, Cucujoidea): chemical ecology, morphology and evolution
(2010)
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Kai Drilling
- In most insect orders chemical defence is highly important and a multiplicity of partly spectacular defence mechanisms were described in the last years. It is well known that members of the Erotylidae show a particularly rich equipment of exocrine compound glands. However, morphology and ultrastructure as well as the chemistry of the secretions of these compound glands remain unexplored so far. The cosmopolitan Erotylidae is assigned to the superfamily Cucujoidea (Clavicornia) of the Coleoptera-Cucujiformia and comprises about 3500 described species in 258 genera. Today the family includes both the phytophagous species of the former Languriidae and the mycophagous species of the former Erotylidae s. str. (now ranked as the subfamily Erotylinae). The adult beetles, as well as their larvae, are bounded to different bracket fungi or live under the bark. Most species are striking in appearance, frequently in combination with conspicuous patters of stripes, spots or rings. The present contribution deals with species of this coleopteran family and concerns altogether five different subject areas: (1) Morphological details of the internal structure and ultrastructure of the compound glands were examined in exemplar species of the family (Tritoma bipustulata, Triplax scutellaris) for the first time (SEM, TEM). Each compound gland consists of a central excretory duct and numerous identical gland units. These gland units are composed of two different cells, whereof one forms a cuticular ductule. Thus the glands belong to class III as defined by Noirot and Quennedey (1974, 1991). Furthermore, the glands offered two structural features (lateral appendix, the spongious wall of the ductus), which were previously not known from compound glands of beetles. (2) Hitherto hardly known was the ability of reflex bleeding in these species. The phenomenon is reported, for instance, from the closely related families Coccinellidae and Endomychidae. However, the hemolymph is not, like in the mentioned taxa, released from the joints of the leg, but from the abdominal tip. The chemistry of the reflex blood as well as the discharged secretion of the pronotal glands was examined by GC-MS for the first time. Biological effects of the identified compounds of both secretions were evaluated in bioassays and agar diffusion tests. (3) Furthermore, a study on the role of emitted fungal volatile compounds in recognition of the hostfungus by mycophagous beetles was conducted (GC-EAD, EAG). Beside the two erotylid-species (Tritoma bipustulata and Dacne bipustulata), mycophagous species of the families Tenebrionidae and Ciidae were included in this study. The scents of young as well as aged fungi were tested. The results imply that the species are able to discriminate between fungi of different ages as well as the degree of colonization. (4) Due to the multiplicity of different exocrine compound glands in Erotylidae (within the angles, as well as along the lateral margin of the pronotum, on the prosternal and mesoventral intercoxal processes, anteromesal to the compound eyes, on the subgenal braces, and rarely on the mentum), a comparative analysis on the occurrence of compound glands was carried out. 47 species were included in this analysis. The results were mapped on an existing phylogeny of the family and other phylogenetic hypotheses were discussed. Several glandular characters support the monophyly of the Erotylidae, Erotylinae as well as some tribes of the latter subfamily. Also the postulated position of Languria bicolor (Languriinae) within the Erotylinae is confirmed by glandular characters. (5) Finally, it was possible to identify Brachyserphus parvulus (Proctotrupidae) as a parasitoid of T. bipustulata. Members of this group of Hymenoptera are endoparasites in larvae of numerous families of the Coleoptera, Diptera and Lepidoptera. B. parvulus was hitherto known from species of Nitidulidae, Melandryidae, Phalacridae as well as the erotylid genus Triplax.
