Studies on late Quaternary environmental dynamics (vegetation, biodiversity, climate, soils, fire and human impact) on Mt Kilimanjaro

Zur Rekonstruktion der jungquartären Landschaftsentwicklung am Kilimanjaro werden Sedimente aus Paläoböden am Mt Kilimanjaro untersucht, um die lokale und regionale Ökosystem-, Klima-, Feuerdynamik in einem größeren Rahmen zu verstehen. Desweiteren soll die Reaktion der Ökosysteme auf Umweltveränderungen erforscht werden, um die Beziehungen verschiedener Ökosysteme und ihre Rolle hinsichtlich der Entwicklung von „Biodiversity Hot Spots“ in Ostafrika aufzudecken. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der heutigen und zukünftigen Dynamik von Ökosystemen bei. Sie sind außerdem eine wichtige Grundlage im Naturschutz, da sie bedeutende Informationen für die Aufrechterhaltung und das Management der hohen Biodiversität in den ostafrikanischen Hochländern liefern. Die Durchführung von paläoökologischen Untersuchungen ist unerlässlich, da die Prozesse der Vergangenheit eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Ökosysteme und Biodiversität spielen. Die vorliegende Arbeit erforscht die spätquartäre Vegetation-, Klima- und Feuerdynamik am Kilimanjaro, um das Verständnis der dortigen Ökosystem zu vertiefen. Sowohl Pollen als auch weitere Klima-Proxies von zwei Sedimentkernen werden analysiert, um die Vegetationsdynamik vom frühen Spätglazial bis heute zu rekonstruieren und die jeweiligen Einflußfaktoren aufzudecken. Die Ergebnisse vom Maundi Krater, welcher auf 2780 m Höhe am südostlichen Hang des Kilimanjaros gelegen ist, stellen eines der längsten, terrestrischen Klimaarchive im tropischen Ostafrika dar, und ermöglichen den Einblick in fast 100 000 Jahre Vegetations- und Klimageschichte. Das WeruWeru Paläobodenprofil aus dem montanen Waldgürtel am Kilimanjaro ermöglicht die detaillierte Rekonstruktion der Reaktionsdynamik der Vegetation auf Veränderungen in der Umwelt. Die Ergebnisse beider Untersuchungen zeigen, dass Klimaveränderungen zu einer Verschiebung der montanen Vegetationsgürtel entlang des Höhengradienten des Mt Kilimanjaro geführt haben. Das Pollenarchiv des WeruWeru Profils dokumentiert starke Veränderungen in den höchsten Vegetationgürteln, dem Erikagürtel und dem oberen montanen Wald. Trotz markanter Klimaveränderungen scheint Mt Kilimanjaro aber auch als eiszeitliches Refugium für Waldarten gedient zu haben. Feuerereignissen spielten hinsichtlich der Ausbildung des Erikagürtels eine entscheidende Rolle. Hinweise auf verstärkte menschliche Aktivitäten können an keinem der beiden Untersuchungsstandorte festgestellt werden. Die Pollenregen-Studie entlang des Höhengradienten am Kilimanjaro zeigt, dass es sehr entscheidend ist, die quantitative Beziehung zwischen Pollen-Niederschlag und moderner Vegetation zu untersuchen, um die Rekonstruktionen der Vergangenheit zu kalibrieren. Die Ergebnisse ermöglichen eine weitaus präzisere Interpretation der Vegetations- und Klimarekonstruktionen im tropischen Ostafrika

Improvement of microalgal biomass using physiological and genetic approaches

Microalgae are sustainable biological feedstocks of proteins, carbohydrates, and lipids rich in high-valuable carotenoids and n-3 fatty acids. To facilitate the application of microalgal biomass to food, feed and pharmaceutical markets, microalgal compounds extraction and production needs to be improved. In this thesis, carotenoid extraction was optimised using the euryhaline microalga Tetraselmis striata CTP4, which is known for its mechanical resistant cell covering. Glass bead-assisted disruption using wet biomass and acetone led to the best carotenoid recovery from this species. The same disruption method was afterwards successfully applied to the freshwater species Chlorella vulgaris. Thereafter, the carotenoid and EPA production of the obligate photoautotroph species T. striata was optimised by physiological and genetic approaches. The highest carotenoid content of 8.48 mg g-1 DW was achieved upon a thermal upshift from 20 to 35 °C under high light for only two days. The carotenoid profile contained high amounts of violaxanthin, lutein and β-carotene. However, upon random mutagenesis two norflurazon-resistant T. striata strains were isolated, displaying carotenoid contents of up to 10.2 mg g-1 DW. Comparative gene expression analysis of these mutants and the wildtype (CTP4) revealed the upregulation of several carotenogenesisrelated transcripts in the novel strains. Interestingly, these mutants displayed also fatty acid profiles enriched in EPA. A similar genetic approach applied to C. vulgaris under heterotrophic growth resulted into chlorophyll-deficient mutants with high protein contents of up to 48.7% of DW. Additionally, the norflurazon-resistant strain of C. vulgaris showed a deficiency in carotenoid accumulation. Overall, this study revealed that T. striata is a promising candidate for carotenoids and EPA production. Moreover, the mutants of C. vulgaris broaden the potential of algal biomass for based food products. Furthermore, the study of randomly mutagenized strains provided further insights into the regulation of metabolic pathways, being a powerful tool for strain improvement.As microalgas são uma fonte rica e sustentável de proteínas, glícidos e lípidos, contendo ainda compostos de valor acrescentado, como carotenoides e ácidos gordos essenciais. Comparativamente às fontes tradicionais destes compostos (por exemplo, plantas superiores, frutas e animais), as microalgas apresentam diversas vantagens, uma vez que apresentam maiores produtividades sem necessidade de terreno arável. Além disso, muitas espécies poderem ser cultivadas durante todo o ano com recurso a água salgada ou mesmo residual diminuindo a pressão sobre os recursos de água doce. Apesar destas vantagens e da crescente procura por produtos naturais, apenas algumas espécies de microalgas são exploradas industrialmente para obtenção de compostos de elevado valor, como carotenóides e ácido eicosapentenóico (EPA). Contudo, para facilitar a aplicação da biomassa microalgal no mercado alimentar, rações e produtos farmacêuticos, tanto o processo de extração como de produção destes compostos necessitam ser melhorados. Na presente dissertação, foi otimizada a extração de carotenóides na microalga eurialina Tetraselmis striata CTP4, reconhecida por apresentar uma cobertura celular resistente (teca). Um factor determinante para uma extração de rendimento elevado foi a aplicação de um método de disrupção celular. O método de rutura com a melhor recuperação de carotenóides para esta espécie foi com a utilização de biomassa húmida com recurso a esferas de vidro e acetona como solvente. Embora este método tenha sido desenvolvido para a análise e quantificação de carotenóides à escala laboratorial, o possível aumento de escala do processo para instalações industriais teve relevância na tomada de decisão em relação aos parâmetros da extração, nomeadamente na seleção de solventes, método de disrupção celular e pré-tratamento de biomassa. O mesmo método de disrupção foi posteriormente aplicado à espécie de água doce Chlorella vulgaris, também conhecida por ter uma parede celular de dupla camada. Posteriormente, procedeu-se à otimização da produção de carotenoides para a espécie obrigatória fotoautotrófica T. striata CTP4 usando uma abordagem fisiológica. O objetivo final foi avaliar o uso desta espécie como produtor-triplo, ou seja, capaz de acumular simultaneamente carotenoides, triacilgliceróis (TAGs) e ácidos gordos polinsaturados de cadeia longa (LC-PUFA). Embora a depleção de azoto tenha demonstrado aumentar o conteúdo lipídico, o fator decisivo para a acumulação de carotenoides nessa espécie foi a reposição de azoto. Nessas condições, o teor mais elevado de carotenoides (8,48 ± 0,47 mg g -1 Peso Seco) foi obtido com imposição de luz elevada, 170 μmol m-2 s-1, e uma mudança térmica de 20°C para 35°C, durante dois dias. No perfil de pigmentos, detetaram-se violaxantina, luteína e β-caroteno com valores máximos de 1,64 ± 0,08; 3,17 ± 0,18 e 3,21 ± 0,18 mg g-1 PS, respetivamente. A luteína foi identificada nas células de T. striata CTP4 em crescimento ativo como um pigmento fulcral na obtenção de luz e na fotoproteção. Além disso, verificou-se que o composto EPA se encontrava aumentado em células cultivadas em condições mesofílicas comparativamente às células sujeitas a stress, sendo responsável por 3,83 ± 0,21% do total de ácidos gordos. Resumindo, na espécie em estudo, o EPA e os pigmentos usados na captação de luz, como a violaxantina e o β-caroteno, acumulam-se quando sujeitas a cultivos de intensidades de luz e temperaturas mais baixas. Contrariamente, os corpos lipídicos, provavelmente compostos por TAGs, e os pigmentos fotoprotetores tal como a luteína, zeaxantina e β-caroteno, aumentam em condições consideradas de stress. Paralelamente, foi melhorado o conteúdo em carotenoides para a estirpe T. striata CTP4, recorrendo ao método de mutagénese aleatória e combinado com a seleção de células ativadas por fluorescência (FACS) e crescimento em norflurazon. Foram isolados dois mutantes resistentes ao norflurazon, ED5 e B11, com valores mais elevados de carotenoides com resultados 1,5 vezes superiores ao do controlo, com conteúdos máximos de 10,2 ± 0,4 mg g-1 PS. Devido à resistência desses mutantes ao herbicida norflurazon, esperava-se um efeito visível na expressão do gene que codifica a fitoeno-dessaturase. De facto, verificou-se que os níveis de transcrição de outros genes envolvidos na via biossintética dos carotenóides encontram-se significativamente afetados em ambos os mutantes, independentemente das condições de crescimento. Mais especificamente, em condições de stress, os níveis de transcrição dos genes PSY e PDS, que codificam a fitoeno sintase e a fitoeno dessaturase encontram-se aumentados em 1,9 e 2,0 vezes, respetivamente, em células ED5 quando comparadas com o tipo selvagem (WT). Nas mesmas condições, os níveis de transcrição de PSY e PDS também sofreram uma regulação positiva no mutante B11. O conteúdo de clorofila em ambos os mutantes foi até 60% inferior ao do WT, sugerindo um aumento da sensibilidade destas células à luz. É de destacar, também, que os perfis de ácidos gordos desses mutantes mostraram um aumento em EPA em comparação com o WT, atingindo níveis até 8,7% do total de ácidos gordos. As mudanças observadas em diferentes classes de metabólitos sugerem, assim, que as mutações geradas têm um efeito pleiotrópico no metabolismo geral das células. Uma abordagem genética semelhante à aplicada à T. striata CTP4 foi usada para melhorar a biomassa da espécie de C. vulgaris em crescimento heterotrófico. Após mutagénese química, uma estirpe amarela (MT01) e uma branca (MT02) foram isoladas representando uma diminuição de 80% e 99% no conteúdo total de clorofila e em comparação com a espécie selvagem. A cor amarela do MT01, no escuro, deveu-se principalmente à presença de luteína e na estirpe MT02 de C. vulgaris foi detetada uma deficiência na acumulação de carotenoides, com identificação de apenas o carotenoide incolor fitoeno. Notavelmente, ambos os mutantes MT01 e MT02 registaram um teor de proteína 30% e 60% superior ao WT, atingindo 39,5% e 48,7% PS, respetivamente. Os resultados sugerem que a anulação parcial da biossíntese de pigmentos é um fator que pode promover o incremento dos teores de proteína nesta espécie. Tal está provavelmente relacionado com a alteração da regulação de compostos usados para o armazenamento de azoto através, por exemplo, de um desvio para proteína de compostos azotados usados na biossíntese de clorofila. Em geral, este estudo revelou que estirpes melhoradas de T. striata CTP4 são promissoras para a produção de carotenoides e outros compostos considerados de alto valor, com aplicações nas indústrias nutra- e farmacêutica. No entanto, a redução da intensidade de cor verde e aumento do teor de proteína dos mutantes de C. vulgaris amplificam o potencial dos produtos alimentares à base de algas, como ingrediente análogos da carne. Curiosamente, o sucesso de qualquer mutagénese aleatória é altamente dependente da genética da espécie e do procedimento de seleção, pelo que esta tese fornece evidências adicionais que o desenvolvimento por meios genéticos de estirpes de microalgas biotecnologicamente relevantes é uma ferramenta muito poderosa tanto para reunir conhecimento para o melhoramento de estirpes, como para tornar produtos à base de microalgas economicamente sustentáveis

Materialgestütztes Schreiben: Vorschläge zur Konkretisierung der Aufgabenart

Unter dem Begriff „materialgestütztes Schreiben“ wurde 2012 mit den Bildungsstandards für die Allgemeine Hochschulreife im Fach Deutsch eine für das alltägliche Schreiben typische und wichtige Produktionssituation – das Verfassen von Texten unter Rückgriff auf bestehende Dokumente (Texte, Grafiken, Tabellen) – in eine neue curriculare Aufgabenart überführt. Die Standards definieren das materialgestützte Schreiben grundlegend und konkretisieren es an Beispielaufgaben. Da aber für diesen neuen Aufgabentyp zum Zeitpunkt der bildungsadministrativen Implementierung kaum unterrichtspraktisch verwertbare didaktische Modelle oder wissenschaftliche Untersuchungen vorlagen, waren die Schulen zunächst mit der Umsetzung des neuen Formats weitgehend auf sich allein gestellt. Um Lehrenden wie Lernenden mit Blick auf die Aufgabenanforderungen weitere Orientierung zu bieten, wurde das Institut zur Qualitätsentwicklung im Bildungswesen (IQB) beauftragt, einen Pool exemplarischer Aufgaben für die Abiturprüfung zu erstellen. Mittlerweile liegen auch erste wissenschaftliche Studien (Schüler 2016), Unterrichtsmodelle und Lehrbücher vor (z.B. Abraham et al. 2015, Feilke et al. 2016).Dennoch kann die Frage, welches normative Profil für das materialgestützte Schreiben gelten soll, zum jetzigen Zeitpunkt keineswegs als ausgemachte Sache gelten. Der neue Aufgabentyp befindet sich vielmehr in einem Prozess der Profilierung als didaktischer Gattung, für die genauere Kompetenzziele im Abgleich mit den tatsächlich erbrachten Schülerleistungen erst noch zu bestimmen sind. Die Autorin möchte zwei wichtige Differenzierungen fokussieren, die m.E. in der bisherigen Diskussion des Formats noch nicht systematisch genug herausgearbeitet wurden. Die Ausführungen beziehen sich zum einen auf den Status der Aufgabenmaterialien beim Lesen, zum anderen auf deren Status beim Schreiben. (DIPF/Orig.

Improved production of lutein and β-carotene by thermal and light intensity upshifts in the marine microalga Tetraselmis sp. CTP4

The industrial microalga Tetraselmis sp. CTP4 is a promising candidate for aquaculture feed, novel food, cosmeceutical and nutraceutical due to its balanced biochemical profile. To further upgrade its biomass value, carotenogenesis was investigated by testing four environmental factors, namely temperature, light intensity, salinity and nutrient availability over different growth stages. The most important factor for carotenoid induction in this species is a sufficient supply of nitrates leading to an exponential growth of the cells. Furthermore, high temperatures of over 30 degrees C compared to lower temperatures (10 and 20 degrees C) induced the accumulation of carotenoids in this species. Remarkably, the two different branches of carotenoid synthesis were regulated depending on different light intensities. Contents of beta-carotene were 3-fold higher under low light intensities (33 mu mol m(-2) s(-1)) while lutein contents increased 1.5-fold under higher light intensities (170 and 280 mu mol m(-2) s(-1)). Nevertheless, highest contents of carotenoids (8.48 +/- 0.47 mg g(-1) DW) were found upon a thermal upshift from 20 degrees C to 35 degrees C after only two days at a light intensity of 170 mu mol m(-2) s(-1). Under these conditions, high contents of both lutein and beta-carotene were reached accounting for 3.17 +/- 0.18 and 3.21 +/- 0.18 mg g(-1) DW, respectively. This study indicates that Tetraselmis sp. CTP4 could be a sustainable source of lutein and beta-carotene at locations where a robust, euryhaline, thermotolerant microalgal strain is required.Funding Agency Portuguese Foundation for Science and Technology UID/Multi/04326/2019 SFRH/BD/115325/2016 SFRH/BD/140143/2018 SFRH/BD/105541/2014 0055 ALGARED+ 05 INTERREG V-A -Espana Portugal project national Portuguese funding PPBI-POCI-01-0145-FEDER-22122 Nord Universityinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Two-stage lipid induction in the microalga tetraselmis striata CTP4 upon exposure to different abiotic stresses

Tetraselmis striata CTP4 is a euryhaline, robust, fast-growing microalga suitable for wastewater treatment and industrial production. Lipid production was induced through a two-stage cultivation strategy: a 1st stage under standard growth-promoting conditions (100 mu mol photons m- 2 s- 1, salinity 36 ppt and 20 degrees C) to achieve high biomass concentration and a 2nd stage of 6 days for lipid induction by the application of abiotic stresses such as nutrient depletion, high light intensity (200 and 400 mu mol photons m- 2 s- 1), high salinity (75 and 100 ppt), and extreme temperatures (5 and 35 degrees C). Although nutrient depletion always resulted in a decrease in biomass productivity, it had also the highest impact on lipid induction. The highest lipid content (43.2%) and lipid productivity (29.2 mg L-1 d-1) were obtained using a combination of nutrient depletion and high light intensity (400 mu mol m- 2 s- 1). The fatty acid profile was mainly composed of C16:0 (palmitic), C18:1 (oleic) and C18:2 (linoleic) acids. The low content of unsaturated fatty acids and absence of C18:3 (linolenic) acid render the oil of this microalga suitable for biodiesel production, a renewable source of energy.LA/P/0101/2020info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Dunaliella viridis TAV01: A halotolerant, Protein-Rich Microalga from the Algarve Coast

Tolerance to harsh environmental conditions, high growth rates and an amino acid profile adequate for human consumption are beneficial features observed in Dunaliella viridis TAV01, a novel strain isolated from a salt pond in the Algarve, Portugal. TAV01 was identified down to the species level by maximum likelihood and Bayesian phylogenetic analyses of the ribosomal internal transcribed spacers one and two regions (ITS1 and ITS-2) and was supported by ITS2 secondary structure analysis. The biochemical profile revealed high protein (35.7 g 100 g−1 DW; 65% higher than the minimum recommended by the World Health Organization) and lipid contents (21.3 g 100 g−1 DW), a relatively higher proportion of the polyunsaturated fatty acids (PUFAs), α-linolenic (26.3% of total fatty acids (TFA)) and linoleic acids (22.8% of TFA), compared to those of other Dunaliella strains, and a balanced essential amino acids profile containing significant levels of leucine, phenylalanine, valine, and threonine. The major carotenoid was lutein, making up over 85% of total carotenoids. The presence of high-quality natural products in D. viridis TAV01 offers the possibility of using this new strain as a valuable biological resource for novel feed or food products as ingredients or supplements.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Random mutagenesis as a promising tool for microalgal strain improvement towards industrial production

Microalgae have become a promising novel and sustainable feedstock for meeting the rising demand for food and feed. However, microalgae-based products are currently hindered by high production costs. One major reason for this is that commonly cultivated wildtype strains do not possess the robustness and productivity required for successful industrial production. Several strain improvement technologies have been developed towards creating more stress tolerant and productive strains. While classical methods of forward genetics have been extensively used to determine gene function of randomly generated mutants, reverse genetics has been explored to generate specific mutations and target phenotypes. Site-directed mutagenesis can be accomplished by employing different gene editing tools, which enable the generation of tailor-made genotypes. Nevertheless, strategies promoting the selection of randomly generated mutants avoid the introduction of foreign genetic material. In this paper, we review different microalgal strain improvement approaches and their applications, with a primary focus on random mutagenesis. Current challenges hampering strain improvement, selection, and commercialization will be discussed. The combination of these approaches with high-throughput technologies, such as fluorescence-activated cell sorting, as tools to select the most promising mutants, will also be discussed.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

High-value compound induction by flashing light in Diacronema lutheri and Tetraselmis striata CTP4

Phototrophic microalgae use light to produce biomass and high-value compounds, such as pigments and polyunsaturated fatty acids (PUFA), for food and feed. These biomolecules can be induced by flashing light during the final growth stage. We tested different exposure times (1–6 days) of flashing light (f = 0.5, 5, 50 Hz; duty cycle = 0.05) on biomass, pigment and fatty acid productivity in Diacronema lutheri and Tetraselmis striata. A three-day exposure to low-frequency (5 Hz) flashing light successfully increased the production of fucoxanthin, diatoxanthin, eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA) acids in D. lutheri up to 4.6-fold and of lutein, zeaxanthin and EPA in T. striata up to 1.3-fold compared to that of continuous light. Biomass productivity declined 2-fold for D. lutheri and remained similar for T. striata compared to that of continuous light. Thus, short-term treatments of flashing light may be promising for industrial algal production to increase biomass value.publishedVersio

Feilke revisited : 60 Stellenbesuche

Weitere Hrsg.: Thorsten Pohl, Sara Rezat, Torsten Steinhoff, Martin SteinseiferAnlässlich des 60. Geburtstags des Linguisten und Sprachdidaktikers Helmuth Feilke wurden Wegbegleiterinnen und Wegbegleiter gebeten, einzelne Stellen in seinen wissenschaftlichen Schriften erneut zu besuchen. Entstanden sind pointierte Kommentare, kurze wissenschaftliche Abhandlungen und Analysen, Varianten auch des kritischen und kontroversen Nach- und Weiterdenkens und Ansätze zur Neu- oder Re-Kontextualisierung. Je nach wissenschaftlicher Vita der Autorinnen und Autoren kann es sich um Stellen handeln, deren Rezeption zeitlich weit zurückliegt, oder um Passagen, die ganz aktuelle Fragen der eigenen Forschungsarbeit tangieren. Abgesehen davon, dass ein kurzes Format für die Beiträge gewählt und die Autorinnen und Autoren gebeten wurden, die ausgewählte Stelle knapp zu verorten und zu erläutern, war die Bearbeitungsform gänzlich freigestellt. So sind Texte in einer Bandbreite von pointierten Kommentaren, kurzen wissenschaftlichen Abhandlungen und Analysen, Varianten des Nach- und Weiterdenkens, Ansätze zur Neu- oder Re-Kontextualisierung bis hin zu Formen des kritischen Hinterfragens und der kontroversen Auseinandersetzung entstanden