Universiẗat, Diss., 2001--Mainz.

Algen stellen einen wesentlichen Teil der Biodiversität unserer Ökosysteme dar. Über die Ansprüche der Arten schließen Algologen auf den Zustand der Umwelt, insbesondere auf die Gewässergüte. Dies setzt spezifische Kenntnisse voraus. Die Autoren haben Vorkommen, Häufigkeit und Autökologie der Algen für das Gebiet des heutigen Freistaates Sachsen zusammengetragen. Sie dokumentieren damit die Forschung auf diesem Gebiet. Angaben zur Taxonomie dienen der eindeutigen Bestimmung und Datenhaltung künftiger Untersuchungen. Die Artenliste der Algen Sachsens liefert mit 3098 nachgewiesenen Taxa eine einheitliche Arbeitsgrundlage für alle mit dieser Organismengruppe Beschäftigten. Redaktionsschluss: 29.04.2022

Biodiversity may be investigated and explored by the means of genetic sequence information and molecular phylogenetics. Yet, with ribosomal genes, information for phylogenetic studies may not only be retained from the primary sequence, but also from the secondary structure. Software that is able to cope with two dimensional data and designed to answer taxonomic questions has been recently developed and published as a new scientific pipeline. This thesis is concerned with expanding this pipeline by a tool that facialiates the annotation of a ribosomal region, namely the ITS2. We were also able to show that this states a crucial step for secondary structure phylogenetics and for data allocation of the ITS2-database. This resulting freely available tool determines high quality annotations. In a further study, the complete phylogenetic pipeline has been evaluated on a theoretical basis in a comprehensive simulation study. We were able to show that both, the accuracy and the robustness of phylogenetic trees are largely improved by the approach. The second major part of this thesis concentrates on case studies that applied this pipeline to resolve questions in taxonomy and ecology. We were able to determine several independent phylogenies within the green algae that further corroborate the idea that secondary structures improve the obtainable phylogenetic signal, but now from a biological perspective. This approach was applicable in studies on the species and genus level, but due to the conservation of the secondary structure also for investigations on the deeper level of taxonomy. An additional case study with blue butterflies indicates that this approach is not restricted to plants, but may also be used for metazoan phylogenies. The importance of high quality phylogenetic trees is indicated by two ecological studies that have been conducted. By integrating secondary structure phylogenetics, we were able to answer questions about the evolution of ant-plant interactions and of communities of bacteria residing on different plant tissues. Finally, we speculate how phylogenetic methods with RNA may be further enhanced by integration of the third dimension. This has been a speculative idea that was supplemented with a small phylogenetic example, however it shows that the great potential of structural phylogenetics has not been fully exploited yet. Altogether, this thesis comprises aspects of several different biological disciplines, which are evolutionary biology and biodiversity research, community and invasion ecology as well as molecular and structural biology. Further, it is complemented by statistical approaches and development of informatical software. All these different research areas are combined by the means of bioinformatics as the central connective link into one comprehensive thesis. / Biologische Diversität kann mit Hilfe molekularer Sequenzinformation und phylogenetischen Methoden erforscht und erfasst werden. Bei ribosomalen Genen kann man jedoch wertvolle Information nicht nur aus der Primärsequenz beziehen, sondern auch aus der Sekundärstruktur. In den letzen Jahren wurde Software entwickelt, die solche Daten für taxonomische Fragestellung verwerten kann. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einer Erweiterung dieser Methodik durch eine Software-Anwendung, die die Annotation des ribosomalen Genes ITS2 deutlich vereinfacht. Mit dieser Studie konnten wir zeigen, dass dies einen entscheidenden Schritt der Sequenz-Struktur-Phylogenie und der Datenerfassung der ITS2-Datenbank darstellt. Die daraus resultierende und frei verfügbare Anwendung ermöglicht Annotationen von hoher Güte. In einer weiteren Studie wurde mittels Simulationen der gesamte Arbeitsfluß der Sequenz-Struktur Phylogenie auf theoretischer Ebene evaluiert. Dabei zeigte sich, dass sich sowohl die Genauigkeit, als auch die Robustheit von phylogenetischen Stammbäumen durch diesen Ansatz deutlich verbessern. Der zweite große Teil der Arbeit befasst sich mit Fallbeispielen, in denen dieser Arbeitsfluß zur Aufklärung von taxomonischen and ökologischen Fragestellungen Anwendung fand. In diesem Rahmen konnten wir mehrere und voneinander unabhängige Phylogenien ermitteln, welche die theoretischen Ergebnisse einer Verbesserung phylogenetischer Bäume auch von biologischer Seite aus bekräftigen. Der Ansatz war anwendbar in sehr feinskaligen Studien auf Art bzw. Gattungsniveau, aber durch die starke Konservierung der Sekundärstruktur auch an sehr weit von einander entfernten taxonomischen Gruppen. Eine weitere Studie, die sich mit der Phylogenie von Bläulingen befasst, zeigt deutlich, dass dieser Ansatz nicht nur für Fragestellungen bei Pflanzen, sondern auch im Tierreich angewandt werden kann. Die Bedeutung von qualitativ hochwertigen Stammbäumen auch für andere Fachbereiche wird an zwei unserer ökologischen Studien deutlich: Mit Hinzunahme von Sekundärstruktur war es uns möglich Fragestellungen über die Evolution von Ameisen-Pflanzen Interaktionen sowie über ökologische Gemeinschaften von Bakterien auf verschiedenen Pflanzenteilen zu beantworten. Zuletzt gehen wir spekulativ auf die Frage ein, wie Strukturphylogenie um die dritte Dimension erweitert werden kann. Dies bleibt zwar spekulativ und wurde nur um ein kleines Fallbeispiel ergänzt, jedoch zeigt sich deutlich, dass das Potential von Strukturphylogenie noch nicht erschöpft ist. Insgesamt befasst sich diese Arbeit mit Aspekten aus verschiedenen biologischen Disziplinen: Evolutionsbiologie und Biodiversitätsforschung, sowie Gemeinschafts- und Invasionsökologie, aber auch Molekular- und Strukturbiologie. Dies wurde ergänzt durch statistische Ansätze und Entwicklung von informatischer Software. Diese verschiedenen Forschungsrichtungen wurden mit Hilfe der Bioinformatik als zentrales Bindeglied vereint.

Rot- und Braunalgen gelten als Indikatorarten für die Gewässergüte. Durch die Abnahme vorrangig der saprobiellen Belastung der Gewässer in Sachsen nach 1990 hat sich ihre Bestandssituation allgemein verbessert. Dennoch sind fast drei Viertel der 17 in Sachsen vorkommenden Rot- und Braunalgenarten als ausgestorben oder gefährdet einzuschätzen. Die Rote Liste enthält eine Checkliste, Verbreitungskarten und gibt einen Überblick über die Gefährdungssituation der einzelnen Arten.

Die Allergische Rhinitis als Allergie vom Typ I (Soforttyp) ist nicht nur in Deutschland und Europa weit verbreitet, sondern eine weltweit auftretende Erkrankung. Als Verursacher werden neben bereits bekannten Aeroallergenen wie Hausstaubmilben, Gräser oder Pollen auch luftgetragene Algen diskutiert, die als möglichen Mechanismus über eine T-Zell-abhängige Stimulation Antigen-bindender B-Zellen zur IgE-Produktion führen. Diese Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des allergenen Potentials der luftgetragenen Algenspezies S. bacillaris, T. aeria und X. montanum. Dafür wurden mittels direkter und indirekter Sandwich-ELISA-Verfahren Seren von Patienten mit der Diagnose Allergische Rhinitis oder Idiopathische Rhinitis auf enthaltene IgE-Antikörper getestet, die spezifisch an festphasengebundene Algenproteine binden. Des Weiteren wurden Kompetitionstestungen zur Untersuchung der Kreuzhemmbarkeit der drei Algen sowie SDS-Gelelektrophoresen und Western Blots zur Bestimmung der Molmasse der Algenproteine und zum Nachweis der Spezifität des algenbindenden IgEs durchgeführt. Die Ergebnisse belegen, dass die getesteten Algenproteine in der Lage sind, eine entsprechende Immunantwort mit IgE-Produktion auszulösen. Diese neue Gruppe von Allergenen konnte hinsichtlich der Entstehung einer Allergie vom Soforttyp und der damit verbundenen klinischen Bedeutung bewertet werden.

Universiẗat, Diss., 1996--Kiel.

Triclosan (TCS) is a personal care product with many fields of application and is of public interest for several years now. Monitoring studies showed that TCS is a ubiquitous chemical in the aquatic environment. Aquatic organisms are exposed to TCS in a broad range of concentrations, from ng L-1 up to lower μg L-1. TCS has a bactericidal effect for various types of gram-positive and gram negative bacteria. TCS targets a specific bacterial fatty acid biosynthetic enzyme, enoyl-[acyl-carrier protein] reductase (Schweizer, 2001). Therefore the terminal reaction in the fatty acid elongation cycle is inhibited (Levy et al., 1999). Although effects on non-target organisms are reported, the Mode of Action (MoA) of TCS is not well examined for those organisms. The aim of this PhD thesis was to investigate effects of TCS on non-target autotrophic organisms at different levels of biological complexity in the aquatic environment. In this thesis microalgae have been found to be very sensitive to TCS. In some cases even higher sensitivities than in bacteria were observed, which is in accordance with published effect data (Harada et al., 2008; Orvos et al., 2002). Similarly to bacteria, high species sensitivity differences were observed for algae (Franz et al., 2008). In bacteria these sensitivity differences can be ascribed to several resistance mechanisms reported in Schweizer (2001). These findings lead to the question about the reasons for species sensitivity differences in algae. A mesocosm study was performed to detect effects of TCS across levels of biological organization and to investigate the impact of sensitivity differences on complex aquatic communities. For that purpose, structural and functional effects parameters were observed.

Triclosan (TCS) is a personal care product with many fields of application and is of public interest for several years now. Monitoring studies showed that TCS is a ubiquitous chemical in the aquatic environment. Aquatic organisms are exposed to TCS in a broad range of concentrations, from ng L-1 up to lower μg L-1. TCS has a bactericidal effect for various types of gram-positive and gram negative bacteria. TCS targets a specific bacterial fatty acid biosynthetic enzyme, enoyl-[acyl-carrier protein] reductase (Schweizer, 2001). Therefore the terminal reaction in the fatty acid elongation cycle is inhibited (Levy et al., 1999). Although effects on non-target organisms are reported, the Mode of Action (MoA) of TCS is not well examined for those organisms. The aim of this PhD thesis was to investigate effects of TCS on non-target autotrophic organisms at different levels of biological complexity in the aquatic environment. In this thesis microalgae have been found to be very sensitive to TCS. In some cases even higher sensitivities than in bacteria were observed, which is in accordance with published effect data (Harada et al., 2008; Orvos et al., 2002). Similarly to bacteria, high species sensitivity differences were observed for algae (Franz et al., 2008). In bacteria these sensitivity differences can be ascribed to several resistance mechanisms reported in Schweizer (2001). These findings lead to the question about the reasons for species sensitivity differences in algae. A mesocosm study was performed to detect effects of TCS across levels of biological organization and to investigate the impact of sensitivity differences on complex aquatic communities. For that purpose, structural and functional effects parameters were observed.

Algae offer as much as 30 times greater biomass productivity than terrestrial plants, and are able to fix carbon and convert it into a number of interesting products. The numerous challenges in algae production and use extend across the entire process chain. They include the selection of suitable algal phyla, cultivation (which takes place either in open ponds or in closed systems), extraction of the biomass from the suspension, through to optimal use of the obtained biomass. The basic suitability of aquatic biomass for material use and energy supply has been demonstrated in a large number of studies. Numerous research projects are concerned with identifying the optimal processes to enable its widespread implementation. [... aus der Einleitung]

When microalgae are exposed to changing environmental conditions, e.g., light-dark cycles or oscillations in nutrient availability (CO2, nitrogen, phosphate or silicate) they respond with metabolic changes in the carbon allocation pattern. Short time regulations in the time range of few seconds to minutes can be mirrored best by mass spectroscopy based metabolomics. However, these snap shots do not reflect the alterations in the carbon flow to the cellular macromolecules like protein, carbohydrate or lipid. In this review it is shown how the combination of FTIR spectroscopy and Chla-in-vivo-fluorescence based electron transport rates can reveal changes in the metabolic flux rates of carbon during a shift of the environmental conditions. The review will demonstrate in which time range FTIR spectroscopy can deliver significant information and how FTIR spectroscopy data can synergistically support metabolome analysis by mass-spectroscopy.