Wirkung von Biokohlen auf frei lebende Nematoden
Der Anstieg des globalen Treibhauseffekts und die durch intensive Landwirtschaft begründete Abnahme der Bodenfruchtbarkeit sind zwei Probleme von großem Interesse. Einen möglichen Lösungsansatz für diese Probleme verspricht man sich durch die Ausbringung von Biokohle auf landwirtschaftliche Nutzflächen, denn Biokohlen wirken einerseits als Bodenverbesserer, das heißt durch das Ausbringen von Biokohle auf zunehmend unfruchtbare Böden wird deren Fruchtbarkeit wieder erhöht. Darüberhinaus ist Biokohle in der Lage, effektiv und langfristig, das durch die verwendete Biomasse aufgenommene Kohlenstoffdioxid zu binden.Es ist jedoch möglich, dass während des Herstellungsprozesses toxische Substanzgruppen, wie polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) und Dioxine entstehen, die im Verdacht stehen, karzinogen zu sein. So zeigen erste Studien mit dem Nematoden Caenorhabditis elegans die Repression des Gens cep-1 bei Kontakt zu einer der getesteten Biokohlen. cep-1 ist homolog zum humanen Tumorsuppressorgen p53, das beim Menschen eine antikarzinogene Wirkung zeigt. Darüber hinaus können sich auch Schwermetalle in der Biokohle ansammeln.Biokohle wird bereits in großem Maßstab hergestellt und teilweise auch in der Landwirtschaft verwendet. Das Wirkungsspektrum der Biokohlen auf die Bodenfauna ist jedoch noch nicht hinreichend untersucht. Mit dieser Arbeit soll festgestellt werden, ob die Ausbringung von Biokohle negative Wirkungen auf freilebende Nematoden haben kann. Dabei wird sowohl mit dem Modellnematoden C. elegans im Labor gearbeitet als auch die Nematodengemeinschaft im Acker analysiert. Hierbei ist es von zentraler Bedeutung herauszufinden, ob verschiedene getestete Biokohlen unterschiedliche Wirkungen zeigen. So können das Herstellungsverfahren und die verwendeten Ausgangssubstanzen einen Einfluss auf die Zusammensetzung der Biokohle und somit auch auf deren Wirkung haben. Außerdem können auch bestimmte Nachbehandlungen, wie z.B. das Waschen der Kohle, einen Einfluss auf die Schadstoffbelastung haben.Im Verlauf des Projektes sollen zehn Biokohlen untersucht werden, die sich in Bezug auf ihren Herstellungsprozess, die verwendeten Ausgangsmaterialien und die Nachbehandlung unterscheiden. Es wird erwartet, dass sich mit den vorgeschlagenen Untersuchungen Biokohlen mit starken Wirkungen auf Nicht-Zielorganismen von solchen mit weniger Wirkungen separieren lassen.Um diese Ziele zu erreichen, wird sich diese Arbeit in drei Teile gliedern. Im ersten Teil wird der Einfluss der Biokohlen auf die Lebensparameter des Nematoden und Modellorganismus Caenorhabditis elegans untersucht. Dabei wird der Einfluss auf die Reproduktion, das Wachstum, die Stressresistenz und die Lebensdauer von C. elegans ermittelt. Der zweite Teil wird sich mit molekularbiologischen Untersuchungen befassen, dabei wird zunächst die Expression von verschiedenen Stressgenen und Schadstoff-induzierbaren Genen mittels qRT-PCR untersucht. Bei der Genauswahl wird darauf geachtet, dass durch die verwendeten Gene auch mögliche kontrastierende Wirkungen der verschiedenen Biokohlen erfasst werden können. Basierend auf den Ergebnissen werden einige dieser Gene mit GFP fusioniert und in den Nematoden C. elegans transformiert, so dass dieser als Biomarker für bestimmte Substanzgruppen fungiert. Der dritte Teil wird sich schließlich mit dem direkten Einfluss der Biokohlen auf die Umwelt befassen. Dies wird durch die Verteilung der Nematoden-Gemeinschaft im Biokohle-haltigen bzw. -freien Boden gezeigt. Die Nematodenzusammensetzung gibt dabei direkt den Grad der Belastung durch die Biokohlen wieder.Das geplante Projekt soll neue Kenntnisse über den Einfluss von Biokohlen auf die Bodenfauna generieren und vor allem sollen mögliche Unterschiede in toxischen Wirkweisen von verschiedenen Biokohlen untersucht werden.