Suchergebnisse

Clean water is fundamental to human health and ecosystem integrity. However, water quality deteriorates due to novel anthropogenic pollutants present at microgram per liter concentrations in urban water cycles (termed micropollutants). Wastewater treatment plants (WWTP) have been identified as major point sources for aquatic (micro-)pollutants. Chemical and ecotoxicological analyses have shown that conventional biological WWTPs do not fully remove micropollutants and associated toxicities, which is often because of mobile, polar and/or recalcitrant compounds and transformation products (TPs). To minimize possible environmental risks, advanced wastewater treatment (AWWT) technologies could be a promising mitigation measure. Multiple processes are therefore being developed and evaluated such as ozonation and ozonation followed by granulated activated carbon (GAC) or biological filtration. Assessing the performance of these combined AWWTs was the focus the TransRisk project. Within this project, this thesis accomplished four major goals. Firstly, the preparation of (waste)water samples was optimised for in vitro bioassays. Acidification, filtration and solid phase extraction (SPE) were tested for their impact on environmentally relevant in vitro endocrine activities, mutagenicity, genotoxicity and cytotoxicity. Significantly different outcomes of these assays were detected comparing neutral and acidified samples. Sample filtration had a lesser impact, but in some cases retention of particle-bound compounds could have caused significant toxicity losses. Out of three SPE sorbents the Telos C18/ENV at sample pH 2.5 extracted highest toxicity, some undetected in aqueous samples. These results indicate that sample preparation needs to be optimised for specific sample matrices and bioassays to avoid false-positive or -negative detects in effect-based analyses. Secondly, the above listed in vitro toxicities were monitored in a protected region for drinking water production in South-West Germany (2012-2015). Out of 30 sampling sites surface water and groundwater were the least polluted. Nonetheless, a few groundwater samples induced high anti-estrogenic activity that prompted further monitoring. The latter included a waterworks in which no toxicity was detected. Hospital wastewater also had elevated in vitro toxicities and hospitals are, thus, relevant intervention points for source control. The biological WWTPs were effective in removing most of the detected toxicity, and the selected bioassays proved to be pertinent tools for water quality assessment and prioritisation of pollution hotspots. Thirdly, the in vivo bioassay ISO10872 based on Caenorhabditis elegans (C. elegans) was adapted for this thesis. Using this model, a median effect concentration (EC50) for reproductive toxicity of the polycyclic aromatic hydrocarbon β-naphthoflavone (β- NF) of 114 µg/L was computed which is slightly lower than reported in the scientific literature. β-NF induced cyp-35A3::GFP (a biomarker in transgenic animals) in a time and concentration dependent manner (≤ 21.3–24 fold above controls). β-NF spiked wastewater samples supported earlier hypotheses on particle-bound pollutants. Reproductive toxicity (96 h) and cyp-35A3 induction (24 h) of biologically treated and/or ozonated wastewater extracts and growth promoting effects of GAC/biologically filtered ozonated wastewater extracts were observed. This suggested the presence of residual bioactive/toxic chemicals not included in the targeted chemical analysis. It also highlighted the importance of integrating multiple (apical and molecular) endpoints in wastewater assessments. Fourthly, five in vitro and the adapted C. elegans bioassay were integrated into a wastewater quality evaluation (developed within TransRisk). Out of the five AWWT options, ozonation (at 1 g O3,applied/g DOC, HRT ~ 18 min) combined with nonaerated GAC filtration was rated most effective for toxicity removal. All five AWWTs largely removed estrogenic and (anti-)androgenic activities, but not anti-estrogenic activity and mutagenicity, which even increased during ozonation. This has been observed in related studies and points towards toxic TPs. These results also emphasized the need for implementing an effective post-treatment for ozonation. The results from a parallel in vivo study with Lumbriculus variegatus and Potamopyrgus antipodarum conducted on site at the WWTP (using flow through systems) were in accordance with the C. elegans results. In this context, it is suggested to further implement C. elegans as sensitive, feasible and ecologically relevant model. In conclusion, this thesis shows how optimised sample preparation, long-term (in vitro) environmental monitoring, sensitive and ecologically relevant (in vivo) bioassays as well as innovative evaluation concepts, are pivotal in improving the removal of micropollutants and their toxicities with AWWTs. Future research should further develop and evaluate measures at sewer systems, conventional biological, tertiary and other advanced treatment technologies, as well as sociopolitical strategies (e.g., source control or natural conservation) and restoration projects. The effect-based tools optimised in this thesis will support assessing their success. ; Sauberes Wasser ist eine entscheidende Lebensgrundlage. Die Wasserqualität verschlechtert sich durch neuartige anthropogene Schadstoffe die aufgrund ihrer Konzentrationen im Wasserkreislauf als Mikroschadstoffe bezeichnet werden. Kläranlagen (KAs) sind Hauptpunktquellen, da konventionelle biologische KAs (Mikro-)Schadstoffe, deren Transformationsprodukte (TPs) und die Toxizität nur unvollständig entfernen. Um möglichen Umweltrisiken entgegenzuwirken, ist die weiterführende Abwasserbehandlung eine vielversprechende Maßnahme. Kombinierte Prozesse, wie Ozonung gefolgt von granulierter Aktivkohle (GAK) oder biologischer Filtration, werden hierfür entwickelt und erprobt. Die chemische und ökotoxikologische Bewertung dieser Prozesse stand im Mittelpunkt des TransRisk-Projekts. Im Zuge dessen wurden in dieser Doktorarbeit vier Hauptziele erreicht. Erstens die Vorbereitung von (Ab-)Wasserproben wurde für In-vitro-Bioassays optimiert. Ansäuerung, Filtration und Festphasenextraktion wurden auf deren Einfluss auf die Detektion endokriner In-vitro-Aktivitäten, Mutagenität, Genotoxizität und Zytotoxizität hin untersucht. Es wurden signifikante Unterschiede zwischen neutralen und angesäuerten Proben festgestellt. Die Filtration hatte einen geringeren Einfluss; in einigen Fällen jedoch wurden signifikante Toxizitätsverluste detektiert, die möglicherweise durch Retention partikelgebundener Substanzen verursacht wurden. Von drei Festphasen-Sorbenzien extrahierte das Telos C18/ENV-Material bei einem Proben-pH von 2,5 die höchste Toxizität; die in einigen wässrigen Proben unentdeckt blieb. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass die Probenvorbereitung für Bioassays und spezifische Probenmatrices falsch-positive und -negative Nachweise reduziert. Zweitens die aufgeführten In-vitro-Toxizitäten wurden in einer zur Trinkwassergewinnung geschützten Region überwacht (2012–2015). Von 30 Probenahmenstellen waren das Oberflächen- und Grundwasser am Wenigsten belastet. Einige Grundwasserproben wiesen jedoch hohe antiöstrogene Aktivität auf und veranlassten eine weitergehende Überwachung, einschließlich des nahegelegenen Wasserwerks, wobei keine Toxizität festzustellen war. Klinikabwasser zeigte ebenfalls hohe Toxizität und Krankenhäuser könnten als relevante Interventionspunkte für Maßnahmen an der Quelle betrachtet werden. Die untersuchten biologischen KAs reduzierten die meisten Toxizitäten effektiv. Die ausgewählten Bioassays stellen somit nützliche Instrumente für das Umweltmonitoring und zur Priorisierung von Belastungsherden dar. Drittens wurde der In-vivo-Bioassay ISO10872 basierend auf Caenorhabditis elegans (C. elegans) an die Ziele der Doktorarbeit angepasst. Mit diesem Modell wurde eine mittlere Effektkonzentration (EC50) der Reproduktionstoxizität des polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffs β-Naphthoflavon (β-NF) von 114 µg/L berechnet (unterhalb der vorigen EC50 in der Literatur). β-NF induzierte den Biomarker cyp- 35A3::GFP zeit- und konzentrationsabhängig bis zu 24-fach über der Kontrolle. Mit β-NF gespikte Abwasserproben stützten frühere Hypothesen zu partikelgebundenen Schadstoffen. Reproduktionstoxizität (96 h) und CYP-35A3-Induktion (24 h) von extrahiertem biologisch-behandeltem bzw. ozontem Abwasser und wachstumsfördernde Effekte von extrahiertem GAC/biologisch-gefiltertem ozonten Abwasser wurden beobachtet. Dies sprach für verbleibende bioaktive/toxische Chemikalien in behandeltem Abwasser, außerhalb der begleitenden chemischen Analyse. Die Ergebnisse zeigen zudem die Vorteile mehrere (apikale und molekulare) Endpunkte zur Bewertung der Abwasserqualität heranzuziehen. Viertens wurden fünf In-vitro- und der C. elegans-Bioassay in ein in TransRisk entwickeltes Abwasser-Bewertungssystem integriert. Von den fünf Prozessen wurde die Ozonung (1 g O3, angewendet/g DOC, ~ 18 min) mit unbelüfteter GAK-Filtration als effektivster Prozess bewertet. Alle fünf Prozesse entfernten östrogene und (anti-)androgene Aktivitäten, jedoch nicht anti-östrogene Aktivität und Mutagenität, welche nach der Ozonung sogar zunahmen. Dies wurde bereits in früheren Studien beobachtet und wies auf die Entstehung toxischer TPs hin die eine wirksame Nachbehandlung der Ozonung notwendig machen. Die Ergebnisse einer parallelen Invivo-Studie mit Lumbriculus variegatus und Potamopyrgus antipodarum (durchgeführt im Durchfluss-Verfahren an der KA) befürworteten die Implementierung von C. elegans als vielseitiges, sensitives und ökologisch-relevantes Modell. Die Ergebnisse der Doktorarbeit zeigen wie die optimierte Probenvorbereitung, das (in vitro) Umweltmonitoring, sensitive (in vivo) Bioassays und neue Bewertungskonzepte der (Ab-)Wasserqualität entscheidend für die verbesserte Entfernung von Mikroschadstoffen und Toxizität mittels weiterführender Abwasserbehandlung sind. Zukünftige Forschung richtet sich an die Weiterentwicklung von Maßnahmen an Kanalsystemen, kombinierten Abwasserprozessen (der zweiten, dritten bzw. vierten Reinigungsstufe) und gesellschaftspolitische Strategien (z.B. Maßnahmen an der Quelle oder Umweltschutzprojekte). Die in dieser Doktorarbeit optimierten effektbasierten Werkzeuge unterstützen dabei deren Beurteilung.

Recently reported insect declines have raised both political and social concern. Although the declines have been attributed to land use and climate change, supporting evidence suffers from low taxonomic resolution, short time series, a focus on local scales, and the collinearity of the identified drivers. In this study, we conducted a systematic assessment of insect populations in southern Germany, which showed that differences in insect biomass and richness are highly context dependent. We found the largest difference in biomass between semi-natural and urban environments (-42%), whereas differences in total richness (-29%) and the richness of threatened species (-56%) were largest from semi-natural to agricultural environments. These results point to urbanization and agriculture as major drivers of decline. We also found that richness and biomass increase monotonously with increasing temperature, independent of habitat. The contrasting patterns of insect biomass and richness question the use of these indicators as mutual surrogates. Our study provides support for the implementation of more comprehensive measures aimed at habitat restoration in order to halt insect declines.

Legacy conferences are costly and time consuming, and exclude scientists lacking various resources or abilities. During the 2020 pandemic, we created an online conference platform, Neuromatch Conferences (NMC), aimed at developing technological and cultural changes to make conferences more democratic, scalable, and accessible. We discuss the lessons we learned.

While high risk of failure is an inherent part of developing innovative therapies, it can be reduced by adherence to evidence-based rigorous research practices. Numerous analyses conducted to date have clearly identified measures that need to be taken to improve research rigor. Supported through the European Union's Innovative Medicines Initiative, the EQIPD consortium has developed a novel preclinical research quality system that can be applied in both public and private sectors and is free for anyone to use. The EQIPD Quality System was designed to be suited to boost innovation by ensuring the generation of robust and reliable preclinical data while being lean, effective and not becoming a burden that could negatively impact the freedom to explore scientific questions. EQIPD defines research quality as the extent to which research data are fit for their intended use. Fitness, in this context, is defined by the stakeholders, who are the scientists directly involved in the research, but also their funders, sponsors, publishers, research tool manufacturers and collaboration partners such as peers in a multi-site research project. The essence of the EQIPD Quality System is the set of 18 core requirements that can be addressed flexibly, according to user-specific needs and following a user-defined trajectory. The EQIPD Quality System proposes guidance on expectations for quality-related measures, defines criteria for adequate processes (i.e., performance standards) and provides examples of how such measures can be developed and implemented. However, it does not prescribe any pre-determined solutions. EQIPD has also developed tools (for optional use) to support users in implementing the system and assessment services for those research units that successfully implement the quality system and seek formal accreditation. Building upon the feedback from users and continuous improvement, a sustainable EQIPD Quality System will ultimately serve the entire community of scientists conducting non-regulated preclinical research, by helping them generate reliable data that are fit for their intended use.

The term 'urban beekeeping' connotes a host of meanings—sociopolitical, commercial, ecological and personal—beyond the mere description of where bees and beekeepers happen to coincide. Yet, these meanings are seldom articulated explicitly or brought into critical engagement with the relevant fields of urban ecology and political ecology. Beginning with a brief account of the history of urban beekeeping in the United States, we draw upon urban ecological theory to construct a conceptual model of urban beekeeping that distinguishes beekeeping in, of and for the city. In our model, beekeeping in the city describes the mere importation of the traditionally rural practice of beekeeping into urban spaces for the private reasons of the individual beekeeper, whereas beekeeping of the city describes beekeeping that is consciously tailored to the urban context, often accompanied by (semi)professionalization of beekeepers and the formation of local expert communities (i.e. beekeeping associations). Beekeeping for the city describes a shift in mindset in which beekeeping is directed to civic ends beyond the boundaries of the beekeeping community per se. Using this framework, we identify and discuss specific socioecological assets and liabilities of urban beekeeping, and how these relate to beekeeping in, of and for the city. We then formulate actionable guidelines for maturing the practice of urban beekeeping into a beneficent and self‐critical form of urban ecological citizenship; these include fostering self‐regulation within the beekeeping community, harnessing beekeeping as a 'gateway' experience for a broader rapprochement between urban residents and nature, and recognizing the political‐ecological context of beekeeping with respect to matters of socioecological justice.

Derzeit breiten sich gebietsfremde Stechmücken (Diptera: Culicidae) aufgrund von Globalisierung und Klimawandel auf der ganzen Welt aus und bilden neue, stabile Populationen. Wegen ihrer hämatophagen Ernährungsweise sind sie Überträger von Pathogenen, die teilweise schwere bis tödliche Krankheiten beim Menschen, seinen Haustieren oder auch Wildtieren auslösen können. Mit den Stechmücken treten daher auch Infektionskrankheiten vermehrt in Gebieten auf, in denen sie vorher nicht vorkamen oder als bereits ausgerottet galten. Da die meisten im Menschen wirksamen Pathogene nicht durch Impfungen kontrolliert werden können, bleibt als eine der wenigen Möglichkeit der Krankheitsprävention die Dezimierung der Stechmückenpopulation. Daher sind Stechmücken momentan im Fokus von biologischer und epidemiologischer Forschung. Diese hat zum Ziel epidemische Krankheitsausbrüche vektorübertragener Krankheiten in der menschlichen Population zu verhindern. Eine Verringerung der lokalen Stechmückenpopulation bis hin zum Aussterben kann durch die Verwendung von Insektiziden, die Vernichtung von Bruthabitaten oder anderen Kontrollmaßnahmen erreicht werden. Jedoch sind diese Maßnahmen unterschiedlich effektiv, haben zum Teil unerwünsch-te ökologische und gesundheitsschädigende Folgen und sind unterschiedlich aufwendig und kostenintensiv in der Anwendung. Für die Entwicklung eines integrierten, effektiven, zielgerichteten und kostengünstigen Vektormanagements fehlen bislang jedoch die populationsbiologischen Grundlagen. Ziel dieser Arbeit ist daher die Schaffung der Datengrundlage eines Integrierten Stechmückenmanagements für die Asiatische Buschmücke (Aedes japonicus japonicus THEOBALD 1901), die am weitesten verbreitete exotische Stechmücke in Deutschland. Schwerpunkte dafür wurden auf das zeitliche und räumliche Vorkommen, die Temperaturabhängigkeit des Lebenszyklus, sowie die Wirksamkeit von Kontrollmethoden gelegt. Die Kenntnis der räumlichen Verbreitung und saisonalen Häufigkeit der Stechmücken ist notwendig, um befallene Standorte und Zeitpunkte des größten Populationszuwachses definieren zu können. Die Verbreitung und die Häufigkeit der endothermen Stechmücken sind stark von der Umgebungstemperatur abhängig, die beispielsweise deren Entwicklungsdauer und Sterblichkeit beeinflusst. Dabei entwickeln sich die verschiedenen Stadien (Ei, Larven, Puppe, Imago), die eine Stechmücke während ihres Lebens durchläuft, in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur unterschiedlich und haben jeweils andere Temperaturpräferenzen. Lebenszyklustabellen geben die Entwicklungsdauer und Mortalität pro Stadium in Abhängigkeit von der Temperatur an. Mit ihrer Hilfe können somit die räumlichen und zeitlichen Vorkommen und Häufigkeiten einer Stechmückenart berechnet werden. Dies ist insbesondere für Stechmücken in Gebieten mit jahreszeitlichen Temperaturveränderungen wichtig. Um Daten für eine solche Lebenszyklustabelle aufnehmen zu können, ist es notwendig Laborexperimente bei festgelegten Temperaturen durchzuführen. Die Voraussetzung dafür ist, dass die Stechmückenart im Labor optimale Bedingungen erhält, um ihren Lebenszyklus abschließen zu können. In dieser Arbeit wurde daher ein Laborprotokoll entwickelt, mithilfe dessen der Lebenszyklus der Asiatischen Buschmücke im Labor untersucht werden kann. Dazu wurden systematisch die Fütterung, die innerartliche Konkurrenz und das Wasservolumen des Brutge-fäßes für die aquatischen Stadien erprobt. Auf Basis dieses Protokolls wurden anschließend die Temperatureinflüsse auf die Entwicklung aller Stadien aufgenommen. Diese Daten dienten der Parametrisierung eines populationsdynamischen Modells. Dieses wurde verwendet, um Standorte mehrjähriger Populationen zu definieren, saisonale Häufigkeiten für Deutschland zu berechnen, durch Temperaturveränderungen hervorgerufene zukünftige Verbreitungsgebiete vorherzusagen, sowie Effekte von Kontrollmaßnahmen auf die Häufigkeit der Asiatischen Buschmücke zu modellieren. Um eine dauerhafte Kontrolle der Stechmückenvektoren zu gewährleisten, ist weiterhin die permanente Neuentwicklung von wirksamen Kontrollmethoden notwendig. Dazu gehört die präventive Vermeidung von Bruthabitaten der aquatischen Stadien von Stechmücken. Die exotischen Stechmücken, die in Deutschland etabliert sind, gehören mehrheitlich der Gattung Aedes an und sind sogenannte Gefäßbrüter. Ihre bevorzugten Bruthabitate sind kleine Was-seransammlungen wie sie in Baumhöhlen, Gesteinsauswaschungen, Gießkannen, Regentonnen und Blumenuntersetzern vorkommen. In dieser Arbeit wurde untersucht, welche Farben und Volumina von Plastikbechern die Asiatische Buschmücke zur Eiablage bevorzugt, um präferierte Bruthabitate gezielt zu identifizieren und verringern zu können. Auch die Bereitstellung von Insektiziden wird durch in Stechmücken auftretende Insektizidresistenzen erschwert. Insektizide sollen dabei umweltfreundlich, spezifisch für den Zielorganismus und nicht gesundheitsschädlich für den Menschen sein. Weiterhin sind eine gute Anwendbarkeit, geringe Kosten und eine hohe Effizienz wünschenswert. Eine Quelle für potentielle Insektizide sind pflanzliche Stoffe, zum Beispiel ätherische Öle. Diese sind leicht erhältlich, natürlichen Ursprungs und wirksame Vergrämungsmittel gegen stechbereite Stechmückenweibchen. In dieser Arbeit wurde nach einer Literaturrecherche Nelkenöl ausgewählt und als Insektizid gegen Larven der Asiatischen Buschmücke getestet. Dafür wurden die akute toxische Wirkung von Nelkenöl bei drei Temperaturen untersucht und zusätzlich die Wirkung von Nelkenöl auf die Eiablage im Freiland. Nelkenöl zeigte dabei sowohl eine larvizide als auch eine eiablagehemmende Wirkung. Weiterhin wurde Kupfer in Form von kupferhaltigen Euromünzen als Larvizid untersucht. Kupfer ist ein wirksamer Stoff gegen die aquatischen Stadien von Stechmücken. Allerdings wurde der Stoff noch nicht in Form der einfach zu handhabenden, leicht erhältlichen Kupfermünzen getestet. Dazu wurden Vorexperimente durchgeführt, um herauszufinden, wieviel Kupferionen sich aus den Münzen lösen lassen. Anschließend wurde der akut toxische Effekt auf Larven der Asiatischen Buschmücke untersucht. Ein Integriertes Stechmückenmanagement hat zum Ziel, die lokale Stechmückenpopulation zu kontrollieren, um so Stichen und daraus resultierender Krankheitsübertragung vorzubeugen. Dies erfolgt über die Aufklärung von Betroffenen, der Überwachung der Stechmückenpopulation, dem Testen auf Pathogenbefall und der direkten Kontrolle von Stechmücken. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zu den Kenntnissen über die Laborhaltung einer exotischen Stechmückenart, zur Identifizierung von Bruthabitaten, zur zeitlichen und räumlichen Festlegung von Kontrollmaßnahmen und zur Anwendung von Larviziden und eines Vergrämungsmittels. Mit dieser Arbeit wurde die Grundlage eines faktenbasierten Integrativen Stechmückenmanagements für die Asiatische Buschmücke entwickelt, das eventuell auch auf weitere Aedes-Arten übertragbar ist, und als Handlungsempfehlung für politische Entscheidungstragende dienen kann.

Maintaining biodiversity and ecosystem function is critical on national and global scales. However, while only a fraction of the global biodiversity is known, its current decline is unprecedented, making biodiversity hotspots a conservation priority. The Sierra Gorda Biodiversity Reserve (SGBR) in Central Mexico is known for its rich biodiversity. It is an example of the juxtaposition between species discovery and extinction: aquatic species richness is mostly unknown as no efforts have investigated aquatic communities so far, but are already anthropogenically stressed. We hypothesized that invasive species are already well established in various protected areas and investigated this by assessing the threat of invasive species that are already established within the SGBR on the native biodiversity. By combining field sampling with peer-reviewed literature and local reports, we identify the presence of various non-native species in SGBR. Among these non-native species identified were opportunistic predatory fish and potentially-pathogen transmitting molluscs, but also, a habitat engineer capable of modifying ecosystem functions. Moreover, we highlight that these species were introduced despite legislation and without any knowledge among authorities. As a result, we underline the necessity to describe native species, control invasive and prevent the introduction of further non-native species. If accelerated action is not taken, we risk losing a considerable amount of described and unknown freshwater biota. Keywords: Anthropocene, Biodiversity loss, Freshwater, Invasive species, Mexico, Nature reserve.

In recent decades, the number of animals used in research and medical technology has increased due to increasing regulatory requirements and new legislations for chemicals. This is because newly developed chemicals possess additional mode of action properties and therefore need to be tested in animal systems for human and environmental risk assessment. The chemicals enter the environment in different ways and finally might negatively affect human and animal health. In the methods used so far for environmental risk assessment, juvenile or adult animals are mainly taken for the assessment of substances, partially even in complete generation tests with whole animals. It is known that the development of reproductive disorders occurs in the embryonic phase of the respective individuals, when all properties of the later individual are being formed. In order to reduce animal consumption, some in vitro test systems are used. However, these tests mostly indicate a specific cell type at a certain stage of development, which severely limits the significance of the actual effect compared to a complex tissue, if not to speak of the complete organism and its development. Thus, the power of this method must be seen within certain restrictions. In the presented work, an alternative replacement method is presented with the aim of increasing the significance of toxicologically and ecotoxicologically relevant endpoints. The focus is on the effects of androgenic and estrogenic substances on the sexual development of chicken embryos (Gallus gallus domesticus) at the level of whole mRNA expression of gonads, combined with effects at the level of organ histology and morphology compared to the normal conditions of untreated individuals. The method can be used in the context of human and environmental risk assessment of substances and is a suitable tool to carry out the necessary studies with the required high quality of assessment. At the same time, this animal test replacement method with high potency might reduce the consumption of higher experimental animals, which also corresponds to a socio-ethical need. ; Auf den Einsatz von Tieren im Rahmen der (Umwelt-)Risikobewertung von Stoffen kann nach wie vor nicht verzichtet werden. Dabei führen die Überprüfungen einer zunehmenden Anzahl neu entwickelter Stoffe, aber auch die gestiegenen Anforderungen der Gesetzgebungen zu einem hohen Verbrauch von Versuchstieren. Diese Untersuchungen sind wichtig, da viele der in Gebrauch befindlichen und in allen Bereichen genutzten Chemikalien potentiell endokrin wirksam sind, auf unterschiedlichen Wegen in die Umwelt gelangen und sich potentiell negativ auf die Gesundheit von Mensch und Tier auswirken können. Bei den bisher verwendeten Methoden werden vor allem juvenile oder adulte Tiere, aber auch Tiere zur Untersuchung des kompletten Lebenszyklus über eine oder mehrere Generationen für die Beurteilung von Substanzen eingesetzt. Dabei ist bekannt, dass die Entstehung reproduktiver Störungen in der Embryonalphase der jeweiligen Individuen auftritt. Um den Tierverbrauch zu reduzieren, werden teilweise In-vitro-Testsysteme angewendet. Es zeigt sich aber, dass diese Tests lediglich einen bestimmten Zelltyp in einem bestimmten Entwicklungsstadium abbilden können, was die Aussagekraft über die tatsächliche Wirkung auf ein komplexes Gewebe und dessen Entwicklung, erst Recht für den kompletten Organismus, stark einschränkt. Die Aussagekraft dieser Methoden ist daher in bestimmten eingeschränkten Grenzen zu sehen. In der vorliegenden Arbeit wird eine alternative Ersatzmethode vorgestellt mit dem Ziel einer stärkeren Aussagekraft bei toxikologisch und ökotoxikologisch relevanten Endpunkten. Im Fokus stehen hierbei die Effekte von androgenen und estrogenen Substanzen auf die Geschlechtsentwicklung von Hühnerembryonen (Gallus gallus domesticus) auf Ebene der Expression der mRNA, vereint mit Effekten auf Ebene der Organhistologie und – morphologie, verglichen mit den Normalzuständen unbehandelter Individuen. Die neu entwickelte Methode zur Beurteilung solcher Substanzen kann im Rahmen der human- und umwelttoxikologischen Risikobewertung von Stoffen eingesetzt werden und ist ein geeignetes Werkzeug, um die notwendigen Untersuchungen mit der gefordert hohen Beurteilungsqualität durchzuführen. Gleichzeitig kann mit dieser Tierversuchsersatzmethode bei hoher Aussagekraft auch der Verbrauch an weiter und höher entwickelten Versuchstieren verringert werden, was auch einem gesellschaftlich-ethischen Bedürfnis gerecht wird.

Contamination from various sources is a global environmental and health threat, with mining and military activities in particular having spread nitroaromatic compounds, such as 2,4,6-trinitrotoluene and its degradation products and by-products, to the soil. The investigation and monitoring of large contaminated areas requires new detection methods since the established ones are expensive and time-consuming. Hence, we established a matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI--TOF MS) method using 1,5-diaminonaphthalene as the matrix substance and an internal standard for quantification. Analyzing standard substances, we found specific signals for radical and fragment ions of different nitrotoluenes and nitrobenzenes with good reproducibility and detection limits down to 0.25 ng/μL. The analysis of soil sample extracts from a former production site showed clear signals for 2,4,6-trinitrotoluene and the primary degradation products aminodinitrotoluenes. Furthermore, quantification gave results comparable to those obtained by conventional liquid chromatography--tandem mass spectrometry analysis. The MALDI-TOF MS method has a comparatively lower reproducibility, with relative standard deviations of 6% to 20% for multiple measurements of standard solutions and soil sample extracts. Nevertheless, a comparison of both methods revealed the advantages of MALDI-TOF MS analysis of explosive-contaminated areas with regard to costs, time, and handling. Finally, our MALDI-TOF MS method fulfills all the needs for high sample throughput and can therefore be a valuable screening tool for explosive-contaminated areas.

Angesichts heutiger Umweltprobleme ist die Stärkung positiver Mensch-Natur-Beziehungen wichtiger denn je. Zeitgenössische Umweltbildung zielt darauf ab, Motivation und Einstellungen zu fördern sowie eine grundlegende Wissensbasis zu schaffen (IUCN, UNEP, & WWF, 1991; Potter, 2010), um einen selbstbestimmten, verantwortungsvollen Umgang mit der Natur zu ermöglichen. Positiver Naturbezug und Umwelteinstellungen gelten als Basis für aktiven Umweltschutz. Direkte Naturerfahrungen gelten dabei als didaktische Möglichkeit, die Motivation für Umweltschutz zu festigen (Kaiser, Roczen, & Bogner, 2008). Einstellungen verändern sich im Laufe des Lebens und so kann das Alter eine wichtige Rolle bezüglich der Effektivität von Umweltbildungsprogrammen spielen (Ernst & Theimer, 2011). Auch Umweltwissen gilt als Grundlage von Umwelthandeln. Denn sinnliche Erfahrungen allein führen nicht zum Verständnis ökologischer Zusammenhänge (Frick, Kaiser, & Wilson, 2004; Liefländer, Bogner, Kibbe, & Kaiser, 2015). Die biologiedidaktische Forschung sieht Fakten-, Handlungs- und Effektivitäts-wissen als zentral für die Genese von Umwelthandeln (Frick, Kaiser, & Wilson, 2004). Isoliertes Fachwissen wiederum führt nach aktueller Erkenntnis auch nicht zur Entwicklung von Haltungen und Wertvorstellungen, welche unser Handeln beeinflussen (Barr, 2003; Finger, 2010; Leiserowitz, Kates, & Parris, 2005). Bis heute sind altersbasierte Unterschiede bei Schülerinnen und Schülern bezüglich ihrer Naturverbundenheit und Umwelteinstellungen nicht hinreichend untersucht. Auch ist die nötige Dauer der Naturerfahrungen noch nicht nachgewiesen. Es gibt bislang keine Studie, die Umwelteinstellungen, -wissen und –handeln von Kindern verschiedener Regionen der Erde untersucht und Daten auf internationaler Ebene erhoben und ausgewertet hat. Die gezielte Integration der drei Umweltwissensarten in ein solch globales Umweltbildungsprojekt stellt eine zusätzliche bislang nicht angegangene Aufgabe dar. Die vorliegende Arbeit schließt diese Forschungslücken, indem sie auf internationaler Ebene jene Variablen mit einbezieht, die einen nahezu vollständigen Eindruck der Effektivität von Umweltbildung in verschiedenen Regionen, Sozialisationen und Altersklassen zulässt. So wird der Einfluss eines umfassenden Umweltbildungsprogramms auf Naturverbundenheit, Umwelteinstellungen und -wissen der verschiedenen Typen untersucht und ein Bezug zur eventuellen Veränderung des Umwelthandelns hergestellt. Dabei stehen sowohl traditionelle als noch unerforschte mögliche Einflussfaktoren im Fokus. Die Studie umfasst insgesamt 1454 Schülerinnen und Schüler aus Bangladesch, Malaysia, Deutschland und Singapur, die alle an dem Umweltbildungsprojekt "Global denken, lokal handeln – wir schützen unsere Umwelt!" bzw. "Think global, act local – we protect our environment!" teilgenommen haben. Zur Messung der Naturverbundenheit diente Schulz' INS-Skala (Inclusion of Nature in Self) (2002). Umwelteinstellungen wurden mit dem 2-MEV-Modell (Two Major Environmental Values) gemessen (Johnson & Manoli, 2011). Eine Skala zur Erhebung von Umweltwissen wurde eigens erstellt und hinsichtlich der drei Wissenstypen nochmals modelliert. Eine Skala zur Ermittlung von Umwelthandeln wurde auf Grundlage von Bögeholz (1999) erstellt. Alle Skalen waren Teil eines Fragebogens, welcher in Form eines Pre-, Post- und Follow-up-Test eingesetzt wurde. Kinder aus Parallelklassen, die nicht am Projekt teilnahmen, aber Klassenunterricht zu den jeweiligen Themen erhielten, dienten als Kontrollgruppen. Die Ergebnisse bestätigen einen positiven Effekt außerschulischer Umweltbildung bezüglich der Entwicklung der untersuchten Variablen. So wurde nach der Teilnahme am eintägigen und auch nach dem fünftägigen Umweltbildungsprogramm eine signifikante Verstärkung des Naturbezugs gemessen, wohingegen die Kontrollgruppen keine messbare Veränderung zeigten. Jedoch nur die fünftägige Intervention führte auch zu nachhaltigen Veränderungen. Hierbei am stärksten beeinflusst wurden Kinder zwischen sieben und neun Jahren. Bei der Untersuchung demographischer Einflussfaktoren auf Umwelteinstellung, -wissen und –handeln stellten sich das Wohnsitzland sowie die städtische bzw. ländliche Prägung der Wohngegend als entscheidend heraus. So waren dies die einflussreichsten Determinanten zur Vorhersage des Grundvorhandenseins sowie Veränderungen der untersuchten Variablen in Folge der Bildungsmaßnahme. Einzig bei der Entwicklung des Umwelthandelns schien die direkte Naturerfahrung unwesentlich, zeigten die Kontrollgruppen ähnlichen Wandel in ihrem aktiven Einsatz für die Umwelt. Im internationalen Vergleich scheint die komplexe Verkettung diverser einflussnehmender Faktoren, wie der Wohlstand des jeweiligen Staates, das generelle politische System sowie spezifische bildungspolitische Begebenheiten, den Erfolg von Umweltbildungsprogrammen mit zu bestimmen. Die Daten zeigen, dass Faktenwissen Grundlage für Handlungs- und Effektivitätswissen ist. Alle Dimensionen wurden durch die Intervention signifikant gesteigert. Effektivitätswissen wuchs am stärksten. Auch das Umweltverhalten wurde positiv verstärkt. Jedoch ließen sich nur schwache Korrelationen zwischen den einzelnen Wissenstypen und Handeln feststellen. Zusammenfassend war das durchgeführte Bildungsprojekt erfolgreich in der Förderung von Naturverbundenheit sowie Umwelteinstellungen, -wissen und- handeln. Die Ergebnisse werden im Rahmen dieser Arbeit im Hinblick auf ihre Bedeutung für die schulische Umweltbildung sowie die didaktische Forschung erörtert.

Abstract Recent studies reveal the use of tree cavities by wild honeybee colonies in European forests. This highlights the conservation potential of forests for a highly threatened component of the native entomofauna in Europe, but currently no estimate of potential wild honeybee population sizes exists. Here, we analyzed the tree cavity densities of 106 forest areas across Europe and inferred an expected population size of wild honeybees. Both forest and management types affected the density of tree cavities. Accordingly, we estimated that more than 80,000 wild honeybee colonies could be sustained in European forests. As expected, potential conservation hotspots were identified in unmanaged forests, and, surprisingly, also in other large forest areas across Europe. Our results contribute to the EU policy strategy to halt pollinator declines and reveal the potential of forest areas for the conservation of so far neglected wild honeybee populations in Europe.

The continuous conversion of natural wildlife habitats into agricultural areas, as well as the fragmentation of the last wildlife refuges, is increasing the interface between people and wildlife. When wildlife negatively impacts on people and vice versa, we speak about human-wildlife conflicts (HWCs). This definition includes losses on both sides and takes into consideration the rooting of most of these conflicts between different groups of interest, such as advocates for nature conservation and economic groups. The centres of highest biodiversity are located in developing countries, which are also characterized by poverty. In African and Asian countries, people living in the vicinity of national parks and other conservation areas mostly receive only little support through the government or conservation organisations. Especially for those people who are dependent on agriculture, damage to fields and harvests can have catastrophic consequences. If the species causing damage is protected by national or even international law, the farmer is not allowed to use lethal methods, but has to approach the authority in charge. If this agency, however, cannot offer appropriate support, resentment, anger or even hate develops, and the support for wildlife conservation activities declines. For this reason, HWCs were declared as one of the most important conservation topics today, being particularly relevant for large and threatened species such as the African and Asian elephant, hippopotamus and the greater one-horned rhino, as well as for large predators. Up to today, no general assessment scheme has been recommended for damage caused by protected wildlife species. In my study, HWCs in Asia and Africa are compared, focussing on all herbivorous species identified which damaged crops. For the French NGO Awely, des animaux et des hommes, I developed a detailed assessment scheme suitable for all terrestrial ecosystems, and any type of HWCs and any species (Chapter 2). This HWC assessment scheme was used in four different study areas located in two African countries (South Luangwa/Zambia (SL), Tarangire/Tanzania (TA)) and two Asian countries (Bardia/Nepal (BA) and Manas/India (MA)). This scheme ran for six consecutive years (2009 to 2014) for Zambia, Nepal and India and two years (2010 to 2011) for Tanzania. To carry out the assessments, I trained local HWC officers (Awely Red Caps) to assess HWCs by field observations (measurement of damage, identification of species through signs of presence, landscape attributes etc.) and interviews with aggrieved parties (socio economic data). Results of this assessment are presented in Chapters 2-4. To determine whether elephants prefer or avoid specific crop species, two field experiments were carried out, one in SL and one in BA (Chapter 5 and 6). For this, two test plots were set up and damage by elephants (and other herbivores) were quantified. Within this doctoral thesis, 3306 damage events of 7408 aggrieved parties were analysed. In three out of the four study areas (SL, BA, MA), elephants caused the highest number of damage events compared to all other wildlife species, however, in TA, most fields were damaged by zebra. Furthermore, the greater one-horned rhino, hippopotamus, wild boar, bushpig, deer and antelope, as well as primates, caused damage to fields and harvests. Damage to houses and other property were nearly exclusively caused by elephants. With this doctoral thesis I was able to show that season, crop availability, type and the phenological stage of the crop played an important role for crop damaging behavior of herbivores (Chapter 2). Elephants especially damaged rice, maize and wheat and preferred all crop types in a mature stage of growth. In contrast, rhinos preferred wheat to rice and similar to antelope and deer, they preferred crops at earlier stages of growth, before ripening. Crop damage by wildlife species varied strongly in size; most damages fell below 40% of the total harvest per farmer, but in several cases (3 to 8% depending on the study area), harvests were completely destroyed. Interestingly, during times of low nutritional availability in the natural habitat (dry season), crop damages in all four study areas were significantly less than during other seasons. In all four study areas, crop protection strategies, such as active guarding in the fields, chasing wildlife with noise or fire torches or erecting barriers, were used. In some cases protection strategies were combined. Analysis of data revealed that traditional protection strategies did not reduce the costs of damage (Chapter 3). In some cases, costs of damage, on protected fields were even higher than for unprotected fields. Only in MA did strategic and cohesive guarding significantly reduce crop damage by wildlife species. Besides damage in the fields, elephants also caused damage to properties in the villages. In search for stored staple crops, they damaged houses, grain stores and kitchens. Such damage was analysed in three study areas (SL, BA, MA) (Chapter 4). Although property damage occurred less frequently compared to crop damage in the fields, the mean cost of this damage was found to be double in BA/MA and four times higher in SL, compared to the costs of crop damage in the fields. It is further remarkable that property damage significantly increased towards the dry season, when the harvest was brought into the villages. The findings of this study underpin the assumption that wildlife herbivores, especially elephants, are lured to fields and crops because the highly nutritional food (crop) being readily available. Traditional crop protection is cost and labour intensive and does not reduce the costs of damage. For this reason, crop types, which are thought to be not consumed by elephants were systematically tested on their attractiveness in field experiments in SL and BA (Chapter 5 and 6). In SL, lemon grass, ginger and garlic were proven to be less attractive to African elephants than maize and in BA, basil, turmeric, chamomile, coriander, mint, citronella and lemon grass were found to be less attractive to Asian elephants than rice. The results of this doctoral thesis are relevant for the management of wildlife conservation as they can lead to new approaches to the mitigation of HWCs in African and Asian countries. Finally, specific needs for more scientific research in this field have been identified.