Biotic and abiotic controls of nitrogen and phosphorus cycling in Central European forests

The functioning and services of Central European forests are threatened by global change and a loss of biodiversity. Nutrient cycling as a key forest function is affected by biotic drivers (e.g., dominant tree species, understory plants, soil organisms) that interact with abiotic conditions (e.g., climate, soil properties). In contrast to grassland ecosystems, evidence for the relationship of nutrient cycles and biodiversity in forests is scarce because the structural complexity of forests limits experimental control of driving factors. Alternatively, observational studies along gradients in abiotic conditions and biotic properties may elucidate the role of biodiversity for forest nutrient cycles. This thesis aims to improve the understanding of the functional importance of biodiversity for nutrient cycles in forests by analyzing water-bound fluxes of nitrogen (N) and phosphorus (P) along gradients in biodiversity in three regions of Germany. The tested hypotheses included: (1) temperate forest canopies retain atmospheric N and retention increases with increasing plant diversity, (2) N release from organic layers increases with resource availability and population size of decomposers but N leaching decreases along a gradient in plant diversity, (3) P leaching from forest canopies increases with improved P supply from recalcitrant P fractions by a more diverse ectomycorrhizal fungal community. In the canopies of 27 forest stands from three regions, 16 % to 51 % of atmospheric N inputs were retained. Regional differences in N retention likely resulted from different in N availability in the soil. Canopy N retention was greater in coniferous than in beech forests, but this was not the case on loessderived soils. Nitrogen retention increased with increasing tree and shrub diversity which suggested complementary aboveground N uptake. The strength of the diversity effect on canopy N uptake differed among regions and between coniferous and deciduous forests. The N processing in the canopy directly coupled back to N leaching from organic layers in beech forests because throughfall-derived N flushed almost completely through the mull-type organic layers at the 12 studied beech sites. The N release from organic layers increased with stand basal area but was rather low (< 10 % of annual aboveground litterfall) because of a potentially high microbial N immobilization and intensive incorporation of litter into the mineral soil by bioturbation. Soil fauna biomass stimulated N mineralization through trophic interactions with primary producers and soil microorganisms. Both gross and net leaching from organic layers decreased with increasing plant diversity. Especially the diversity but not the cover of herbs increased N uptake. In contrast to N, P was leached from the canopy. Throughfall-derived P was also flushed quickly through the mull-type organic layers and leached P was predominantly immobilized in non directly plant-available P fractions in the mineral soil. Concentrations of plant-available phosphate in mineral soil solution were low and P leaching from the canopy increased with increasing concentrations of the moderately labile P fraction in soil and increasing ectomycorrhiza diversity while leaf C:P ratios decreased. This suggested that tree P supply benefited from complementary mining of diverse mycorrhizal communities for recalcitrant P. Canopy P leaching increased in years with pronounced spring drought which could lead to a deterioration of P supply by an increasing frequency of drought events. This thesis showed that N and P cycling in Central European forests is controlled by a complex interplay of abiotic site conditions with biological processes mediated by various groups of organisms, and that diverse plant communities contribute to tightening the N cycle in Central European forests and that diverse mycorrhizal communities improve the limited P availability. Maintaining forest biodiversity seems essential to ensure forest services in the light of environmental change.

Encyklopädisches Handbuch der technischen Chemie /

Added t.p.: Muspratts' Theoretische, praktische und analytische Chemie in Anwendung auf Künste und Gewerbe.

El color en los códices prehispánicos del México Central: identificación material, cualidad plástica y valor estético

Este artículo investiga algunos de los valores plásticos y estéticos que presidieron la selección y la preparación de las materias colorantes empleadas para iluminar los códices creados por los nahuas del México Central durante el Posclásico Tardío. Estos códices son interesantes porque análisis arqueométricos y exámenes codicológicos recientes han permitido conocer la materialidad de su capa pictórica, así como las características formales y el comportamiento de los colores en estas obras. Uno de los aportes trascendentales de estos estudios ha sido averiguar que la paleta cromática que sirvió para pintar los códices del México Central era principalmente de origen orgánico, lo que contrasta con la naturaleza de los pigmentos detectados en restos de pintura mural y en esculturas creadas por los nahuas que son sobre todo minerales. El objetivo de este artículo es reflexionar sobre las razones de esas diferencias y demostrar que el uso de los colorantes orgánicos en los códices respondía a un fin plástico específico que concordaba con el canon estético imperante en la sociedad náhuatl.

Synergistischer photoinduzierter Schadstoffabbau mittels eines Porphyrazin-Titandioxid-Hybrids

Die zunehmende Luftverschmutzung aufgrund des steigenden Energiebedarfs und Mobilitätsanspruchs der Bevölkerung, insbesondere in urbanen Gebieten, erhöht das Gefährdungspotential für die Gesundheit und verschlechtert so die Lebensqualität. Neben der Vermeidung von Emissionen toxischer Gase als mittel- und langfristig optimale Maßnahme zur Verbesserung der Luftqualität, stellt der Abbau emittierter Luftschadstoffe ein geeignetes und kurzfristig wirksames Mittel dar. Ein solcher Abbau kann durch Photokatalyse erzielt werden, allerdings nutzen Photokatalysatoren, die auf dem Halbleiter Titandioxid (TiO2) basieren, das solare Emissionsspektrum nur geringfüfig aus und sind in Innenräumen und anderen UV-schwachen Bereichen nicht wirksam. Um diese Nachteile zu überwinden, wurde ein Photokatalysator entwickelt und hergestellt, der aus TiO2 (P25) als UV-aktiver Photokatalysator und als Trägermaterial sowie einem seinerseits im Vis-Bereich photoaktiven Porphyrazin-Farbstoff als Beschichtung besteht. Die sterisch anspruchsvollen und in der Peripherie mit acht Bindungsmotiven für TiO2 versehenen Farbstoffmoleküle wurden zu diesem Zweck auf der Halbleiteroberfläche immobilisiert. Die so gebildeten Porphyrazin-Titandioxid-Hybride wurde ausführlich charakterisiert. Dabei wurden unter anderem die Bindung der Farbstoffe auf der Titandioxidoberfläche mittels Adsorptionsisothermen und die UV/Vis-spektroskopischen Eigenschaften des Hybridmaterials untersucht. Zur Bestimmung der photokatalytischen Aktivitäten der Einzelkomponenten und des Hybridmaterials wurden diese auf die Fähigkeit zur Bildung von Singulett-Sauerstoff, Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikalen hin sowie in einem an die ISO-22197-1 angelehnten Verfahren auf die Fähigkeit zum Abbau von NO hin jeweils bei Bestrahlung in drei Wellenlängenbereichen (UV-Strahlung, blaues Licht und rotes Licht) geprüft. Darüber hinaus konnte die Aktivität des Hybridmaterials bei der Photodynamischen Inaktivierung (PDI) von Bakterien unter UV- und Rotlichtbestrahlung im Vergleich zum reinen Ttandioxid bestimmt werden. Die Charakterisierung des Hybridmaterials ergab, dass die Farbstoffmoleküle in einer neutralen Suspension nahezu irreversibel in einer monomolekularen Schicht mit einer Bindungsenergie von -41.43 kJ/mol an die Oberfläche gebunden sind und das Hybridmaterial mit hohen Extinktionskoeffizienten von bis zu 105 M-1cm-1 in großen Bereichen des UV/Vis-Spektrums Photonen absorbiert. Das Spektrum des Hybridmaterials setzt sich dabei additiv aus den beiden Einzelspektren zusammen. Die Auswirkungen der Charakterisierungsergebnisse auf die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies wurden ausführlich diskutiert. Der Vergleich der Aktivitäten in Bezug auf die Bildung der reaktiven Sauerstoffspezies zeigte, dass die Aktivität des Hybridmaterials bis auf die bei der Bildung von Hydroxylradikalen unter UV-Bestrahlung in allen Versuchen deutlich höher war als die Aktivität des reinen Titandioxids. Im Gegensatz zu reinem Titandioxid erzeugte das Hybridmaterial in allen untersuchten Wellenlängenbereichen Mengen an Singulett-Sauerstoff, die photophysikalisch eindeutig detektierbar waren. Zur Erklärung und Deutung dieser Beobachtungen wurde eine differenzierte Diskussion geführt, die die Ergebnisse der Hybridpartikelcharakterisierung aufgreift und implementiert. Der Vergleich der NO-Abbaueffizienzen ergab bei allen Experimenten durchgängig deutlich höhere Werte für das Hybridmaterial. Zudem wurden durch das Hybridmaterial nachgewiesenermaßen wesentlich geringere Mengen des unerwünschten Nebenprodukts des Abbaus (NO2) gebildet. Im Zuge der Diskussion wurden verschiedene mögliche Mechanismen der „sauberen“ Oxidation zu Nitrat durch das Hybridmaterial vorgestellt. Untersuchungen zur Photodynamischen Inaktivierung verschiedener Bakterien ergaben, dass das Hybridmaterial neben einer zu P25 ähnlichen Aktivität unter UV-Bestrahlung, anders als P25, auch eine PDI verschiedener Bakterien unter Rotlichtbestrahlung erreicht.

MicroRNA-induced polarization of microglia and macrophages after focal cerebral ischemia

Der ischämische Schlaganfall ist nicht nur die zweithäufigste Todesursache weltweit, sondern auch eine der Hauptursachen für körperliche Beeinträchtigungen im Erwachsenenalter. Das Ausmaß der durch den Schlaganfall hervorgerufenen Gewebeschädigung ist stark durch das Immunsystem geprägt. Die im Zentralnervensystem (ZNS) ansässigen Mikroglia und die aus dem Blutsystem infiltrierenden Makrophagen sind die Schlüsselzellen der lokalen und systemischen Entzündungsantwort nach dem ischämischen Schlaganfall. Sowohl Mikroglia als auch Makrophagen spielen in der Entwicklung der Gewebeschädigung eine duale Rolle. Zum einen phagozytieren sie Zelltrümmer und unterstützen neuroregenerative Prozesse, zum anderen sind diese Zellen in der Lage den Zustand der Gewebsschädigung zu verschlimmern und einer Regeneration des ZNS entgegenzuwirken. Die Polarisierung der Mikroglia/Makrophagen hin zu verschiedenen Phänotypen ist abhängig von der jeweiligen Phase der Gewebeschädigung. Der destruktive, proinflammatorische Phänotyp (M1) steht dabei dem protektiven, antiinflammatorischen Phänotyp (M2) gegenüber. Die Notwendigkeit einer zielgerichteten Regulierung der polarisierten Mikroglia/Makrophagen zum protektiven M2-Phänotyp wurde bereits mehrfach im Zusammenhang mit der Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen erwähnt. In der vorliegenden Dissertation soll die immunregulierende und neuroprotektive Wirkung der microRibonukleinsäure-124 (miRNA-124) in Bezug auf die Polarisierung von Mikroglia/Makrophagen zu verschiedenen Zeitpunkten nach Verschluss der Arteria cerebri media (ACM) im Gehirn von Mäusen gezeigt werden. Zu diesem Zweck wurde die liposomierte miRNA-124 zu einem frühen Zeitpunkt (Tag 2) und zu einem späten Zeitpunkt (Tag 10) nach Verschluss der ACM verabreicht. Die Behandlung mit der miRNA-124 zu einem frühen Zeitpunkt resultierte dabei in einem signifikanten Anstieg in der Anzahl der M2-positiven Mikroglia/Makrophagen im Vergleich zur Kontrollgruppe. Gleichzeitig nahm die Anzahl der M1-positiven Mikroglia/Makrophagen signifikant ab. Im Wesentlichen resultierte die Behandlung mit der miRNA-124 zu beiden Zeitpunkten in einem geringeren Verhältnis von proinflammatorischen (M1) zu antiinflammatorischen (M2) Mikroglia/Makrophagen. Zu den weiteren Erkenntnissen einer frühzeitigen Behandlung im Rahmen dieser Dissertation gehören: (i) eine signifikante Zunahme des neuronalen Überlebens, das zudem positiv mit der Anzahl der M2-positiven Mikroglia/Makrophagen korreliert, (ii) eine verbesserte funktionelle Erholung, welche in Verbindung mit den veränderten neuroinflammatorischen Ereignissen steht und (iii) ein signifikant verkleinertes Läsionsareal, welches durch reaktive Astrozyten zum gesunden Gewebe hin abgegrenzt wird. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass die Verabreichung von miRNA-124 eine neue Möglichkeit zur Regulierung der Immunantwort und der Neuroprotektion im Rahmen der Behandlung des ischämischen Schlaganfalls darstellt.