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 Paläontologie und Historische Geologie
Letzte Änderung
16.03.2009
 

Forschungsschwerpunkte

Projekte

Die mit dem Fach verknüpften Forschungsschwerpunkte sind die Evolution und Paläoökologie mariner Tier- und Pflanzengruppen unter besonderer Berücksichtigung aktualistischer Arbeitsmethodik. Zentrale Forschungsthemen sind die Entwicklung mariner (Paläo-) Ökosysteme und die Prozesse biogener Sedimentation. Hierbei werden die möglichen (Wechsel-) Beziehungen zwischen Umweltänderungen sowie exakt fassbaren Mustern und Tempi der Evolution ausgewählter benthischer und planktischer Organismen besonders berücksichtigt. Die Forschungsperspektive liegt einerseits in einer engen fachlichen Verknüpfung mit der Meeresgeologie und Meeresbiologie. In deutlicher Abgrenzung zu diesen sollen die erarbeiteten Rezentmodelle jedoch immer wieder an fossilen Umweltsituationen, wie sie Gegenstand der Untersuchungen in der klassischen Landgeologie sind, überprüft und für die Rekonstruktion von marinen Paläoökosystemen genutzt werden.


I. Morphologische und genetische Übereinstimmungen: Das Artkonzept in der Paläontologie


II. Evolution und Phylogeographie mariner Organismen


III. Mikroevolution: Wie, wann und warum verändern sich Organismen?


IV. Makroevolution: Entwicklungsexplosion und Massensterben


V. Organismenskelette als Umweltarchive

VI. Karbonatsysteme und Klimakontrolle


VII. Paläoökosysteme



I. Morphologische und genetische Entsprechungen: Das Artkonzept in der Paläontologie

Morphologische und genetische Entsprechungen in marinen Organismen werden zum Test des Artkonzeptes in der Paläontologie herangezogen. Zum Beispiel: Die Taxonomie der heutigen und fossilen Bryozoen basiert traditionell allein auf morphologischen Merkmalen. Kryptische Artbildung und phänotypische Variabilität lassen jedoch Zweifel an der Tragfähigkeit des ausschließlich auf morphologischen Merkmalen basierenden Artkonzeptes aufkommen. Hier erscheint die molekulargenetische Analyse notwendig, um genetische Beziehungen zwischen Populationen zu klären. Zwei Problemkreise werden behandelt:


  1. Morphologische Plastizität: Sind morphologisch unterschiedliche Varianten auch genetisch unterschiedlich?

  2. Kryptische Artbildung: Sind morphologisch identische Populationen auch genetisch einheitlich?


Morphologic-genetic correspondence in Flustra foliacea (L.) from the North and Baltic Sea


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II. Evolution und Phylogeographie mariner Organismen

Evolution der marinen Organismen, ihre Phylogenie und Phylogeographie sind eng mit der geologischen Evolution verbunden. Methoden der Molekulargenetik sind in der Lage, Verwandtschaftsgrad der Populationen aus verschiedenen Teilen des Weltmeeres und die Zeit ihrer Divergenz festzustellen, sowie ihre Phylogenie zu rekonstruieren. Für die Klärung der Verbreitungswege verschiedener phylogenetischer Linien sind Kenntnisse der Paläobiogeographie notwendig. Deswegen ist die Erforschung der Evolution der marinen Organismen, welche von unserer Arbeitsgruppe durchgeführt wird, von synthetischenm Charakter, und wird durch Daten aus Biologie, Paläontologie, Geologie und Paläogeographie unterstützt.


Biogeographie der Bryozoen des subtropischen Nordatlantiks


The genus Myriapora. Pathways of evolution.


From cryptic speciation to phylogeography in Electra pilosa : The case of genetic study of one cosmopolitan species


Reconstructing the history of Electra crustulenta using genetic data


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III. Mikroevolution: Wie, wann und warum verändern sich Organismen?

Obwohl das grundlegende Prinzip der Evolution heute weitgehend akzeptiert ist, wissen wir immer noch wenig über die Mechanismen und Ursachen, die zur Bildung neuer Arten führen. Mit Hilfe detaillierter biometrischer Untersuchungen an fossilen Algen (Coccolithophoriden) aus Tiefseekernen werden Aussagen über die Geschwindigkeit (graduell oder abrupt) sowie die Ursachen von Artbildung gewonnen.


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IV. Makroevolution: Entwicklungsexplosion und Massensterben

Lebendige Organismen sind mannigfaltigen Einflüssen der Umwelt ausgesetzt, und sie passen sich dementsprechend an. Solche Anpassungen zusammen mit biotischen und anorganischen (extrinsischen) Ereignissen sind bestimmend für Erfolg oder eben Untergang einer Organismengruppe. Die Bryozoen erschienen im unteren Ordovizium vor 470 Mio. Jahren, und sind heute noch mit etwa 6 000 Arten in den Weltmeeren vertreten. Durch den Besitz von einem widerstandsfähigen Skelett haben die Bryozoen ein hohes Erhaltungspotential, und sind damit ein wertvolles Zeugnis für die Ereignisse der Erdgeschichte.


Impact of gateway closure on carbonate ecosystem diversification


Bryozoen der Trias: Biodiversität und Evolution


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V. Organismen als Umweltarchive

Jahreszeitliche und in größeren zeitlichen Dimensionen ablaufende Änderungen in Temperatur und Nahrungszufuhr werden in den Skeletten der marinen Organismen als morphologische und geochemische Signale gespeichert. Untersuchungen zur Geochemie (stabile Isotope, Spurenelemente) und Sklerochronologie an den Kalkskeletten mariner Organismen (Bryozoen, Mollusken, Korallen) lassen somit Aussagen über den Lebenszyklus der Organismen wie über ihre Umwelt und deren Änderungen zu.


Altersbestimmung und Wachstumsrhythmik rezenter Bryozoen


Ostrakoden: Systematik, Ökologie, Verbreitung und Implikationen


Spurenfossilien in Tiefsee-Sedimenten


Bivalve shells as environmental archives


Coralline red algae as environmental archives


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VI. Karbonatsysteme und Klimakontrolle

Marine Schelfkarbonate wurden während des Phanerozoikums sowohl innerhalb als auch ausserhalb der Tropengürtel produziert und haben in allen Breiten ein hohes Erhaltungspotential. Tropische Karbonate unterscheiden sich von Kaltwasserkarbonaten hinsichtlich Schelfprofil, Sedimentzusammensetzung, Zusammensetzung und Diversität der kalzifizierten Invertebraten, Häufigkeit der Mikroben, Signale stabiler Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope und der Frühdiagenese der Sedimente. Zusätzlich zu Klimaschwankungen dokumentieren kalzifizierte benthische Invertebratenassoziationen lang- und kurzfristige extrinsische Störungen mariner Ökosysteme. Die Zusammensetzung mariner Karbonate stellt somit ein hochauflösendes Archiv von Klima- und Umweltveränderungen während der Erdgeschichte dar.


Impact of Panama gateway closure on carbonate ecosystem diversification

Priska Schäfer, Beate Bader, John Reijmer, Thorsten Bauch, Helana Fortunato

The development of the present-day carbonate ecosystems along the Pacific coast of Panama is related to the Miocene-Pliocene closure of the Panama gateway. Prior to the closure, sedimentation patterns in Central America were strongly influenced by equatorial westbound currents. The final closure at 3.2-2.73 Ma led to formation of the West Atlantic worm pool in the Caribbean Sea while upwelling conditions driven by northeast-bound trade winds regionally developed along the Pacific coast of Panama. Un the Gulf of Panama, the carbonate ecosystem has adapted itself to this new situation governed by increased nutrient supply through seasonal upwelling. Consequently, “cold-water” type carbonates composed of various types of molluscs, bryozoans, red algae with only very small local occurrences of corals dominate the shelf sediments. In contrast, larger coral reefs and red algal communities in the Gulf of Chiriqui are protected from the upwelling effects, since trade winds are blocked by higher mountain topographies. They represent a relict “permanent El Niño” state ecosystem that is presumed to have occurred widespread in the Caribbean before the closure of the isthmus.
The Pacific coast of Panama as part of the eastern equatorial Pacific holds a key position connecting the West Atlantic warm pool with the tropical Pacific climate system. The area is effected both by changes in the position of the ITCZ and variations in Atlantic trade wind intensities as well as intensity variations of the West Pacific warm pool leading to El Niño oscillations.
The main focus is to evaluate the response of carbonate depositional systems and benthic, carbonate-secreting organisms to the closure history of the Panama Gateway. A combined sedimentological, palaeontological and stable isotope approach will strengthen our understanding of the palaeontological/evolutionary response of shallow water environments to changes in temperature, salinity, changes in the thermocline, and currents.


Karbonate des Perms als Klimaarchive

Oliver Weidlich

Obwohl das Perm nur einen relativ kurzen erdgeschichtlichen Zeitraum von 48 Millionen Jahren umfasst, ist es durch bedeutsame globale Veränderungen gekennzeichnet: Am Ende des Paläozoikums kommt es sowohl zu einem dramatischen Klimawandel von einer „Icehouse“- zu einer einer „Greenhouse“-Zeit als auch zu einem doppelten Massenaussterben am Ende des Mittel- und Oberperms. Diese globalen Umweltveränderungen sind in der Zusammensetzung mariner Karbonate dokumentiert. Im Rahmen eines laufenden Forschungsprojektes (DFG-Einzelantrag) werden Daten von 10 Lokalitäten mit unterschiedlicher Paläobreite analysiert. Der interdisziplinäre Ansatz des Projektes basiert auf (1) der quantitativen Sedimentzusammensetzung der Proben, (2) der Taxonomie und Biogeographie von Bryozoen, rugosen Korallen und Brachiopoden sowie auf (3) Isotopenmessungen (d 13 C und d 18 O) an diagenetisch wenig veränderten Kalzitschalern. Abschliessend werden die erarbeiteten Klimaproxies mit publizierten Klimasimulationsmodellen verglichen. Die Ergebnisse werden in Kooperation mit A. Ernst, H. Erlenkeuser, P. Schäfer, C. Samtleben (alle Universität Kiel), A. Kossler (Hamburg), J.A. Fagerstrom (USA), R. West (USA) und B. Rosen (GB) erarbeitet und diskutiert.


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VII. Paläoökosysteme

Community structure of tropical Maerl (coralline red algae) in coastal waters around Panama

Priska Schäfer, Helena Fortunato, Beate Bader

Coralline red algae occur in a wide range of latitudes as well as environmental settings and are increasingly viewed as important climate archives. Whereas community structure analysis has been mostly accomplished on the temperate water “maerl” type community, relatively little is known about the community structure in tropical coralline algae ecosystems. Nevertheless, coralline algae communities are “hotspots” in biodiversity together with coral reef, in some places replacing them.

In coastal waters on the Pacific side of Panama, coralline red algae together with molluscs and occasional coral reefs form isolated “hard substrate communities” in an otherwise soft-bottom pure mollusc environment. Coralline red algae occur with three growth forms, thin algal crusts, open branching and nodular thalli. In a depth transect communities dominated by nodular thalli occur closest to coral reefs and are replaced by open-branching growth types towards greater water depths.

Aim of the project to carry out a qualitative and quantitative community structure analysis of coralline algae communities in the Gulf of Panama and Gulf of Chiriqui.