ALBERT

Description: Deutschlands Klimaschutzstrategie baut auf den Einsatz von grünem Wasserstoff aus erneuerbaren Energien. Doch wo soll der Wasserstoff herkommen, aus heimischer Produktion oder importiert aus dem Ausland? Eine Studie des Wuppertal Instituts und DIW Econ schafft einen Überblick über die aktuelle Datenlage und ermittelt Wertschöpfungs- und Beschäftigungseffekte beider Strategien. Das Resümee: Es trifft nicht zu, dass importierter Wasserstoff allgemein günstiger ist, entscheidend sind je nach Herkunftsland die tatsächlich realisierbaren Strom- und Transportkosten. Wird der grüne Wasserstoff stattdessen im eigenen Land produziert, wird dies zudem eine positive Beschäftigungswirkung und Wertschöpfung entfalten. Mit der Erreichung der Klimaziele 2050 betrüge die zusätzliche Wertschöpfung bei einer stark auf die heimische Erzeugung ausgerichtete Strategie bis zu 30 Milliarden Euro im Jahr 2050 und es könnten bis zu 800.000 Arbeitsplätze geschaffen werden.

Description: © The Author(s), 2020. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Ferrer-González, F. X., Widner, B., Holderman, N. R., Glushka, J., Edison, A. S., Kujawinski, E. B., & Moran, M. A. Resource partitioning of phytoplankton metabolites that support bacterial heterotrophy. ISME Journal, (2020), doi:10.1038/s41396-020-00811-y.

Description: The communities of bacteria that assemble around marine microphytoplankton are predictably dominated by Rhodobacterales, Flavobacteriales, and families within the Gammaproteobacteria. Yet whether this consistent ecological pattern reflects the result of resource-based niche partitioning or resource competition requires better knowledge of the metabolites linking microbial autotrophs and heterotrophs in the surface ocean. We characterized molecules targeted for uptake by three heterotrophic bacteria individually co-cultured with a marine diatom using two strategies that vetted the exometabolite pool for biological relevance by means of bacterial activity assays: expression of diagnostic genes and net drawdown of exometabolites, the latter detected with mass spectrometry and nuclear magnetic resonance using novel sample preparation approaches. Of the more than 36 organic molecules with evidence of bacterial uptake, 53% contained nitrogen (including nucleosides and amino acids), 11% were organic sulfur compounds (including dihydroxypropanesulfonate and dimethysulfoniopropionate), and 28% were components of polysaccharides (including chrysolaminarin, chitin, and alginate). Overlap in phytoplankton-derived metabolite use by bacteria in the absence of competition was low, and only guanosine, proline, and N-acetyl-d-glucosamine were predicted to be used by all three. Exometabolite uptake pattern points to a key role for ecological resource partitioning in the assembly marine bacterial communities transforming recent photosynthate.

Description: This work was supported by grants from the Gordon and Betty Moore Foundation (5503) and the National Science Foundation (IOS-1656311) to MAM, ASE, and EBK, and by the Simons Foundation grant 542391 to MAM within the Principles of Microbial Ecosystems (PriME) Collaborative.

Description: Any energy efficiency impact evaluation can be done from different analytical perspectives, e.g. the investor/end-user perspective, program administrator perspective or the societal perspective. COMBI applies the "societal perspective", as this is most relevant for policy-making. COMBI draws on a reference scenario until the year 2030 including existing (partially already ambitious) policies. By modelling 21 sets of "energy efficiency improvement" (EEI) actions, a second efficiency scenario was modelled amounting to additional energy savings of around 8% p.a. in 2030, that is comparable to the EUCO+33 to EUCO+35 scenario. This D2.7 quantification report summarises the quantification approaches applied in the COMBI project and main project findings. It therefore draws on other COMBI reports that contain this information in greater detail in order to summarise quantifications. The report is structured in three main sections: 1. The COMBI approach and methods, explaining key methodological approaches both for individual impact quantifications and for the aggregation of impacts 2. Quantification results, giving an overview on main figures of quantified indicators and 3. Insights from cross-impact analysis, which gives a comparison between monetised impacts and presents their use for Cost-Benefit calculations in the COMBI online tool.

Description: Much of the current literature on climate clubs sees mitigation costs creating free rider incentives as the main problem of climate policy. Climate clubs are supposed to solve this problem by creating additional incentives for mitigation. Looking more in detail, one sees that the situation differs from sector to sector. Some industry sectors indeed have substantial cost and competitiveness issues. In others such as electricity and transport, there are costs at micro level but balance for economy and society as a whole is rather positive. International climate policy in general and clubs in particular should therefore be tailored to sectoral specifics.

Description: Der Begriff "Pfand" umfasst in seinen konkreten Anwendungen ganz unterschiedliche Konzepte, die sich mit unterschiedlichen Zielsetzungen auf verschiedene Produktgruppen beziehen und dabei sehr unterschiedliche Effekte auslösen. Zentrales Ziel dieser Kurzstudie ist es, zu einer etwas differenzierteren Betrachtung von Pfandsystemen beizutragen und auf die Stärken und Schwächen in den verschiedenen Anwendungskontexten hinzuweisen. Mit diesem Ziel werden in Kapitel 2 verschiedene Best-Practice-Beispiele dargestellt, bei denen die Einführung von Pfandsystemen in verschiedenen Formen zur Umsetzung einer Kreislaufwirtschaft beigetragen haben. Kapitel 3 beschreibt die verschiedenen Kriterien, auf deren Basis sich unterschiedliche Pfandsysteme für konkrete Produktgruppen begründen lassen könnten; ein spezifischer Fokus wird hierbei auf Verpackungssysteme gelegt. Im abschließenden Kapitel 4 werden davon ausgehend Handlungsempfehlungen entwickelt, wie das Instrument Pfand in Deutschland in möglichst effizienter Form genutzt werden könnte.

Description: The COMBI project aimed at quantifying the multiple non-energy benefits of energy efficiency in the EU-28 area and incorporate those multiple impacts into decision-support frameworks for policy-making. Therefore, all multiple impacts of energy efficiency are analysed from an overall societal view in the project. The COMBI policy recommendations resulting from the evaluation outcomes are presented in this report. COMBI draws on a reference scenario until the year 2030 including existing policies. By modelling 21 sets of "energy efficiency improvement" (EEI) actions, a second efficiency scenario was modelled amounting to additional energy savings of around 8% p.a. in 2030, and that is comparable to the EUCO+33 to EUCO+35 scenario. All figures quantified by COMBI relate to additional values, i.e. additional impacts resulting from additional EEI actions beyond the reference scenario as a consequence of additional policies. The project quantified in total 31 individual impact indicators with appropriate state-of-the-art models.

Description: The Wuppertal Institute conducted an impact analysis of the NRW Sustainability Bond #4 of 2018 on behalf of the State Government of North Rhine-Westphalia (NRW). The most recent bond has a volume of EUR 2.025bn, a term of 10 years and consists of 52 eligible projects from the State's 2017 general budget (sustainable value-added was confirmed in a second party opinion by oekom research1). This report analyses the contribution of the bond to climate mitigation, sustainable land use and social impacts. It also includes information on the impacts of the previous three bonds (NRW Sustainability Bond #1 to #3).

Description: Innerhalb des Projekts TFE-NRW bewertete das Wuppertal Institut den Forschungsbedarf für Energiewende-Technologien in Nordrhein-Westfalen. Ziel war es herauszufinden, welche Technologien und Forschungsbereiche im Rahmen der Energieforschung für Nordrhein-Westfalen (NRW) einen besonders hohen Stellenwert in Relation zur Bewertung für Deutschland haben könnten und für die eine besondere Unterstützung innerhalb der Energieforschung gerechtfertigt erscheint. Dabei sollten die speziellen Anforderungen des Bundeslandes berücksichtigt werden. Betrachtet wurden 31 Technologiefelder aus den Bereichen erneuerbare Energien, konventionelle Kraftwerke, Infrastruktur, Technologien für die Sektorenkopplung (Power-to-X, P2X), energie- und ressourceneffiziente Gebäude, Energie- und Ressourceneffizienz in der Industrie und integrative Aspekte, die mithilfe eines Kriterienrasters qualitativ bewertet wurden.

Description: Die GLS Bank finanziert gezielt nachhaltige Projekte und Unternehmen in den Bereichen erneuerbare Energien, nachhaltige Wirtschaft, Ernährung, Wohnen, Bildung & Kultur, Soziales & Gesundheit. Eine zentrale Herausforderung ist es, die Nachhaltigkeitswirkung der Finanz- und Anlagestrategie robust zu quantifizieren und transparent darzustellen. Die GLS Bank hat sich zum Ziel gesetzt, die hierfür notwendigen Methoden und Daten zur Bewertung der Nachhaltigkeitswirkungen ihres Finanz- und Anlagenportfolios schrittweise weiterzuentwickeln, um eine richtungssichere Portfoliosteuerung und Kundenbetreuung zu unterstützen. Ziel des Projektes ist zunächst, das Emissionsgeschehen der finanzierten Wertschöpfungskette abzubilden (Scope 3), aber auch die eingesparten Emissionen als einen Beitrag zum Klimaschutz zu bewerten (Scope 4). Es werden die Scope 3 Emissionen der GLS Bank in den folgenden Finanz- und Anlagebereichen für das Berichtsjahr 2019 bilanziert: 1. Aktien- und Klimafonds; 2. Kredite; 3. Unternehmensbeteiligung. Scope 4 Emissionen werden in Form vermiedener Emissionen (Carbon Handprint) dabei ausschließlich für Bereiche bilanziert, in denen THG-Reduktionspotentiale richtungssicher abgeschätzt werden können. Im vorliegenden Bericht wird der Untersuchungsrahmen, die vom Wuppertal Institut entwickelte Methodik sowie Lösungsstrategien für die Überbrückung geringer Datenqualität/-verfügbarkeit beschrieben. Die Robustheit der Ergebnisse wird durch Prüfungsmethoden reflektiert und dem Leser somit eine Interpretationsunterstützung gegeben. In einem Ausblick werden Weiterentwicklungsbedarfe und -möglichkeiten skizziert, um schrittweise eine zunehmend robuste und wissenschaftliche fundierte Methodik und Datengrundlage zur Bewertung der Klimawirkung sowie weiterer Nachhaltigkeitswirkungen des Finanz- und Anlageportfolios der GLS Bank in Zusammenarbeit mit relevanten Stakeholdern zu etablieren.

Description: The Wuppertal Institute conducted an impact analysis of the NRW sustainability bond #5 of 2019 on behalf of the State government of North Rhine-Westphalia (NRW). The most recent bond has a volume of EUR 2.25 bn, a term of 15 years and consists of 52 eligible projects from the State's 2018 general budget (sustainable value-added was confirmed in a second party opinion by ISS-oekom). This report analyses the contribution of the bond to climate mitigation, sustainable land use and social impacts. It also includes information on the impacts of the previous four bonds (NRW sustainability bond #1 to #4).

Description: Ziel der vorliegenden Studie ist es, positive Nachhaltigkeitseffekte für die in 2017 emittierte Nachhaltigskeitsanleihe NRW zu bewerten. Die Studie baut dabei auf der Wirkungsanalyse der zweiten Nachhaltigskeitsanleihe NRW auf. Diese Studie war auf die Abschätzung von Treibhausgas-Minderungspotenzialen (THG-Minderungen) fokussiert. Der Fokus der vorliegenden Studie liegt ebenfalls auf der Evaluation der potenziellen THG-Minderung, da deren Bewertung sich derzeit als Standard für eine Wirkungsanalyse solcher Anleihen abzeichnet.

Description: Die Digitalisierung und der demografische Wandel sind Megatrends, die die Energiewende überlagern. Mehr denn je sind daher integrierte Problemlösungskonzepte für die Umsetzung der Energiewende gefragt. Neben den technischen Aspekten sollen diese Lösungen auf die sozio-ökonomischen Charakteristika der einzelnen Regionen und Kommunen eingehen und mögliche Veränderungen durch die Megatrends berücksichtigen. Zielsetzung des Teilprojekts war die Entwicklung eines wirtschaftlich-, ökologisch- und sozial optimalen Wärmeversorgungskonzepts für die Konversionsfläche der ehemaligen Zeche Westerholt in Gelsenkirchen-Herten. Im Fokus stand das Gesamtsystem der Wärmeversorgung, bestehend aus Netz, Speicher und Erzeugung. Angestrebt wurde eine zukunftsfähige Niedertemperaturversorgung (LowEx), welche Technologien der Sektorkopplung und diverse erneuerbare Energiequellen wie Solarthermie, Erdwärme und Abwärmequellen einbinden kann. Dabei wurde eine integrierte Analyse technisch-infrastruktureller sowie sozio-ökonomischer und -kultureller Umsetzungsvoraussetzungen durchgeführt. Neben der interkommunalen Einbindung zeichnete sich das Vorhaben durch ein transdisziplinäres Projektkonsortium aus Kommune, Stadtwerk, Wissenschaft, Technologieentwicklern und Planungsbüros aus.

Description: Of all the socio-economic changes caused by the Covid-19 pandemic, the disruption to workforce organizations will probably leave the largest indelible mark. The way work will be organized in the future will be closely linked to the experience of work-ing under the same institution’s response to the pandemic. This paper aims to fill the gap in knowledge about smart working (SW) in public organizations, with a focus on the experience of the employees of two Italian research organizations, CNR and INGV. Analysing primary data, it explored and assessed how SW had been experi-enced following the implementation of governmental measures aimed at limiting the spread of COVID-19

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Description: 815–833

Description: 2TM. Divulgazione Scientifica

Description: JCR Journal

Description: Data visualization, and to a lesser extent data sonification, are classic tools to the scientific community. However, these two approaches are very rarely combined, although they are highly complementary: our visual system is good at recognizing spatial patterns, whereas our auditory system is better tuned for temporal patterns. In this article, data representation methods are proposed that combine visualization, sonification, and spatial audio techniques, in order to optimize the user’s perception of spatial and temporal patterns in a single display, to increase the feeling of immersion, and to take advantage of multimodal integration mechanisms. Three seismic data sets are used to illustrate the methods, covering different physical phenomena, time scales, spatial distributions, and spatio-temporal dynamics. The methods are adapted to the specificities of each data set, and to the amount of information that the designer wants to display. This leads to further developments, namely the use of audification with two time scales, the switch from pure audification to time-modulated noise, and the switch from pure audification to sonic icons. First user feedback from live demonstrations indicates that the methods presented in this article seem to enhance the perception of spatio-temporal patterns, which is a key parameter to the understanding of seismically active systems, and a step towards apprehending the processes that drive this activity.

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Description: 125–142

Description: 7T. Variazioni delle caratteristiche crostali e "precursori"

Description: JCR Journal

Description: Die vorangegangenen Analysen im RESTORE2050 Projekt, die im Rahmen dieses Berichts weitergeführt werden, haben gezeigt, dass der Einsatz von Wasserstoffspeichern zur Residuallastglättung nur bedingt geeignet ist. Zwar bietet die Technologie ein hohes technisches Potenzial hinsichtlich der Speicherkapazitäten und der installierbaren elektrischen Leistungen. Jedoch führt ein systemdienlicher Einsatz, bei dem positive Residuallastspitzen u. a. durch Anheben geringer Residuallasten gesenkt werden, wie er in den Modellrechnungen des RESTORE2050 Projektes implementiert ist, zu einer Absenkung der Deckungsraten von erneuerbaren Energien (EE) im europäischen Stromsystem. Dies ist dadurch begründet, dass die Umwandlung und Speicherung von EE-Strom als Wasserstoff (H2) im Vergleich zu anderen Speichertechnologien hohe Wandlungsverluste sowohl bei der H2-Erzeugung als auch bei der Rückverstromung aufweisen. Daher wird im Rahmen dieses Aufstockungsprojektes (RESTORE2050_plus) untersucht, welchen Beitrag alternative Einsatzstrategien der H2-Speicher zur Minimierung der negativen Residuallast, also potenzielle erneuerbaren Stromüberschüssen, und gleichzeitig zur Erhöhung der EE- Versorgungsanteile leisten kann.

Description: Das übergeordnete Ziel des Forschungs-Projektes RESTORE 2050 (Regenerative Stromversorgung & Speicherbedarf in 2050; Förderkennzeichen 03SF0439) war es, wissenschaftlich belastbare Handlungsempfehlungen für die Transformation des deutschen Stromsystems im europäischen Kontext zu geben. Dafür wurden auf Basis der zukünftig prognostizierten Entwicklung von Stromangebot und -nachfrage innerhalb des ENTSO-E Netzverbundes für den Zeithorizont des Jahres 2050 sowie mittels örtlich und zeitlich hoch aufgelöster meteorologischer Zeitreihen die Themenkomplexe (1) Nationale Ausbaustrategien für erneuerbare Energien, (2) Übertragungsnetzausbau und (3) Alternativmaßnahmen wie Lastmanagement, (4) Bedeutung des EE-Stromaustauschs mit Drittstaaten und (5) die Rolle von Stromspeichern auf Übertragungsnetzebene analysiert. Die aus den Untersuchungsergebnissen abgeleitenden Handlungsempfehlungen stellen wichtige Beiträge für die weitere Integration von erneuerbaren Energien dar und geben Hinweise für den Aufbau einer leistungsfähigen europäischen Infrastruktur.

Description: Das Konzept der "Wirtschaftsförderung 4.0" (Wf4.0) zielt darauf ab, die lokalen und regionalen Wirtschaftsstrukturen zu stärken. Wf4.0 initiert neue Wertschöpfung vor Ort, eröffnet lokale Investitionsmöglichkeiten, bindet regionale Kaufkraft, entfalten neue Wirtschaftsideen und stärkt lokale Vielfalt. Sie stärkt die Tauschwirtschaft für Ressourcen, Produkte oder Räume und fördert den Gemeinsinn. Mithin erhöht Wf4.0 die Widerstandsfähigkeit gegenüber globalen Wirtschaftskrisen. Wirtschaftsförderung 4.0 wirkt sich damit positiv aus auf den Stadtwohlstand und erhöht die Attraktivität für eine Stadt der kurzen Wege, der Diversität und des guten Lebens. Zugleich erhöht eine Stabilisierung der regionalen und lokalen Wirtschaft die Widerstandsfähigkeit der lokalen Ebene gegen weltweite Krisen. Die "Wirtschaftsförderung 4.0" ergänzt die klassischen Strategien der etablierten Wirtschaftsförderung. Nach und nach hat sich das Handlungsspektrum um die Bereiche Bestandspflege, Clustermanagement und Kreativwirtschaft erweitert. Zahlreiche Maßnahmen der Wf4.0 sind hier bereits verankert. So etwa die Förderung von Nachhaltigen Unternehmen. In dem Projekt wurde untersucht, inwiefern sich der gegenwärtige Leistungskatalog der Wirtschaftsförderung sinnvoll erweitern lässt.

Description: Diese Kurzstudie beschäftigt sich mit der Frage, ob durch den Einsatz von Augmented Reality Anwendungen die Wiederaufbereitung (genauer das Refurbishment) von Produkten gesteigert werden kann. Gleichzeitig betrachtet sie, ob damit auch die Inklusion- und Re-Integration von Schwerbehinderten und langzeitarbeitslosen Menschen in den ersten Arbeitsmarkt unterstützt wird.

Description: Mit dem Ziel, das Kunststoffrecycling weiter zu steigern, wurden in diesem Vorhaben die Verfahren und Prozesse der werkstofflichen Verwertung von Kunststoffabfällen in den Blick genommen - von der Sortierung über die Aufbereitung bis hin zu einem erneuten Einsatz in der Produktion. Ausgehend von der Beschreibung des Standes der Technik wurden mögliche, innovative technische Optimierungspotenziale identifiziert und dargestellt, die zur Verbesserung der Rezyklatqualitäten und ihren Einsatzmöglichkeiten in Neuprodukten beitragen können. Für eine Bewertung der Umweltwirkungen der technischen Innovationen im Vergleich zum Stand wurden ökobilanzielle Berechnungen vorgenommen.

Description: Diese Kurzstudie ist Teil des Verbundvorhabens "Circular Economy als Innovationsmotor für eine klimaneutrale und ressourceneffiziente Wirtschaft (CEWI)" der Stiftung 2°, dem WWF Deutschland und dem Wuppertal Institut und hat zum Ziel, die Potenziale des Gebäudesektors und der dazugehörigen Wertschöpfung im Hinblick auf die Umsetzung von zirkulären Ansätzen zu analysieren und den Beitrag zur Ressourceneinsparung und dem Klimaschutz zu bewerten. Das Ergebnis dieser Kurzstudie leitet sich aus einem intensiven Bewertungsprozess verschiedener Maßnahmen-Cluster ab und besteht aus sechs Handlungsfeldern, die ein Potenzial für den Ausbau von Klimaneutralität und Ressourceneffizienz im Gebäudesektor aufweisen. Diese Handlungsfelder bilden die Grundlage für den weiteren Projektverlauf von CEWI, in dem Industrieakteure in Workshops gemeinsam Pilotprojekte modellieren werden.

Description: Diese Kurzstudie ist Teil des Verbundvorhabens "Circular Economy als Innovationsmotor für eine klimaneutrale und ressourceneffiziente Wirtschaft (CEWI)" der Stiftung 2°, dem WWF Deutschland und dem Wuppertal Institut und hat zum Ziel, die Potenziale des Automobilsektors und der dazugehörigen Wertschöpfung im Hinblick auf die Umsetzung von zirkulären Ansätzen zu analysieren und den Beitrag zur Ressourceneinsparung und dem Klimaschutz zu bewerten. Das Ergebnis dieser Kurzstudie leitet sich aus einem intensiven Bewertungsprozess verschiedener Maßnahmen-Cluster ab und besteht aus sechs Handlungsfeldern, die ein Potenzial für den Ausbau von Klimaneutralität und Ressourceneffizienz im Automobilsektor aufweisen. Diese Handlungsfelder bilden die Grundlage für den weiteren Projektverlauf von CEWI, in dem Akteure aus der Praxis in Workshops gemeinsam Pilotprojekte modellieren werden.

Description: Die Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH (WRS) unterstützt die Transformation der Region Stuttgart in Richtung Nachhaltigkeit und sieht die Bioökonomie als eine wichtige Strategie zu diesem Zweck. Die WRS hat das Wuppertal Institut mit dieser Kurzstudie mit dem Fokus auf die industrielle Bioökonomie beauftragt, um eine Informationsgrundlage für die Spezifikation weiterer Aktivitäten der WRS im Kontext der Bioökonomie zu schaffen. Die Studie gibt einen Überblick über definitorische Ansätze und Diskurslinien der Bioökonomie. Sie fasst Einschätzungen des deutschen Bioökonomierates zu Marktpotenzialen der Bioökonomie in verschiedenen Branchen zusammen, die u.a. für Automobil, Biotechnologie und IKT als gut eingeschätzt werden. Anschließend umreißt die Studie die Innovationsansätze Biomimikry und Biointelligenz. Für den Ansatz Biointelligenz zur biologischen Transformation der industriellen Wertschöpfung werden die in Studien von Dritten identifizierten Marktpotenziale der Biointelligenz zusammengefasst, u.a. in den Bereichen Unterstützungssysteme, Produktionssysteme/-technologien und Baumaterialien. Darüber hinaus stellt die Studie Schnittstellen relevanter Landesstrategien in Baden-Württemberg zu Bioökonomiethemen dar, die synergetisch genutzt werden könnten. Ergänzend gibt die Studie einen Überblick über die Akteurslandschaft in Baden-Württemberg. Der Überblick basiert insbesondere auf dem Bioökonomie Kompetenzatlas wissenschaftlicher Akteure, der von der Landeskoordinierungsstelle an der Universität Hohenheim herausgegeben wird, sowie einer Akteursanalyse aus dem Projekt "Bioökonomie in Baden-Württemberg", das am KIT durch das ITAS durchgeführt wurde und durch die BIOPRO Baden-Württemberg GmbH unterstützt wurde. Auf Basis dieser Informationssammlung entwirft die Studie weiterführende Fragen in Bezug auf mögliche weitere Aktivitäten der WRS im Kontext der Bioökonomie, u.a. die mögliche Nutzung von Innovationsansätzen aus dem Bereich der Living Lab und Reallaborforschung.

Description: Diese Kurzstudie beschäftigt sich mit der Frage, ob durch den Einsatz von Augmented Reality Anwendungen die Wiederaufbereitung (genauer das Refurbishment) von Produkten gesteigert werden kann. Gleichzeitig betrachtet sie, ob damit auch die Inklusion- und Re-Integration von Schwerbehinderten und langzeitarbeitslosen Menschen in den ersten Arbeitsmarkt unterstützt wird.

Description: Two thirds of today's world trade is based on global value chains and supply networks. Purely regional supply chains have become less important in recent decades. The effects of these globalised structures are manifold. On the one hand, they promote employment and generate prosperity. On the other hand, they are beset by extreme social, ecological and economic imbalances. The COVID-19 pandemic has demonstrated the fragility of existing supply chain systems. The lockdown continues to disrupt complex supply chains and many problems of existing production and consumption continue to worsen. COVID-19 is one example of the crises that can shake globally networked supply chains in the short term. Other crises, such as climate change, develop more insidiously and are less immediately recognisable. Different as they are, such crises have one thing in common: they highlight the vulnerability of global social and economic structures and illustrate the impact of global trade on the regions and people of the world. This is precisely where global sustainability strategy comes in - it aims to fundamentally reduce differences and inequalities in opportunities and quality of life. The COVID-19 pandemic has forced the entire world into upheaval, creating an opportunity to make sustainability a central political resilience strategy. In the wake of the Corona pandemic, the discussion about resilient communities has flared up. In order to guarantee supply in the face of such crises, these should be more strongly regional and circular in their economic approach and global and sustainable in their perspective. The aim should be sustainable, transparent, non-exploitative supply chains that guarantee the security of supply to cover basic needs and public services despite sudden changes and crises. This discussion paper draws a future scenario of globally cooperative, circular regional economies that fundamentally reduce global inequalities in opportunities and quality of life, while at the same time permanently preserving the natural foundations of life.

Description: Short-term earthquake clustering properties in the Eastern Aegean Sea (Greece) area investigated through the application of an epidemic type stochastic model (Epidemic Type Earthquake Sequence; ETES). The computations are performed in an earthquake catalog covering the period 2008 to 2020 and including 2332 events with a completeness threshold of Mc = 3.1 and separated into two subcatalogs. The first subcatalog is employed for the learning period, which is between 2008/01/01 and 2016/12/31 (N = 1197 earthquakes), and used for the model’s parameters estimation. The second subcatalog from 2017/01/01 to 2020/11/10 (1135 earthquakes), in which the sequences of 2017 Mw = 6.4 Lesvos, 2017 Mw = 6.6 Kos and 2020 Mw = 7.0 Samos main shocks are included, and used for a retrospective forecast testing based on the constructed model. The estimated model parameters imply a swarm like behavior, indicating the ability of earthquakes of small to moderate magnitude above Mc to produce their own offsprings, along with the stronger earthquakes. The retrospective evaluation of the model is examined in the three aftershock sequences, where lack of foreshocks resulted in low predictability of the mainshocks, with estimated daily probabilities around 10– 5. Immediately after the mainshocks occurrence the model adjusts with notable resemblance between the expected and observed aftershock rates, particularly for earthquakes with M ≥ 3.5.

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Description: 1085–1099

Description: 6T. Studi di pericolosità sismica e da maremoto

Description: JCR Journal

Description: This work presents an up-to-date model for the simulation of non-stationary ground motions, including several novelties compared to the original study of Sabetta and Pugliese (Bull Seism Soc Am 86:337–352, 1996). The selection of the input motion in the framework of earthquake engineering has become progressively more important with the growing use of nonlinear dynamic analyses. Regardless of the increasing availability of large strong motion databases, ground motion records are not always available for a given earthquake scenario and site condition, requiring the adoption of simulated time series. Among the different techniques for the generation of ground motion records, we focused on the methods based on stochastic simulations, considering the time- frequency decomposition of the seismic ground motion. We updated the non-stationary stochastic model initially developed in Sabetta and Pugliese (Bull Seism Soc Am 86:337–352, 1996) and later modified by Pousse et al. (Bull Seism Soc Am 96:2103–2117, 2006) and Laurendeau et al. (Nonstationary stochastic simulation of strong ground-motion time histories: application to the Japanese database. 15 WCEE Lisbon, 2012). The model is based on the S-transform that implicitly considers both the amplitude and frequency modulation. The four model parameters required for the simulation are: Arias intensity, significant duration, central frequency, and frequency bandwidth. They were obtained from an empirical ground motion model calibrated using the accelerometric records included in the updated Italian strong-motion database ITACA. The simulated accelerograms show a good match with the ground motion model prediction of several amplitude and frequency measures, such as Arias intensity, peak acceleration, peak velocity, Fourier spectra, and response spectra.

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Description: 3287–3315

Description: 5T. Sismologia, geofisica e geologia per l'ingegneria sismica

Description: JCR Journal

Description: Probabilistic earthquake locations provide confidence intervals for the hypocentre solutions such as errors encountered in the position, the origin time, and in magnitude. If the relationship of the parameters relative to the local arrangement of the seismic network is considered, such as the node distance, the number of stations, the seismic gap, and the quality of phase readings), the uncertainties can then provide insights on the location capability of the network. In this paper, we collect the earthquake data recorded from the Italian Seismic Network for a time span of 5 years. The data pertain to three different catalogues according to the progressive refinement phases of the location procedure: automatic location, revised location, and published location. By means of spatial analysis,we assess the distribution of the location-related and network-related estimators across the study area. These estimators are subsequently combined to assess the existence of spatial correlations at a local scale. The results indicate that the Italian network is generally able to provide robust locations at the national scale and for smaller earthquakes, and the elongated shape of Italy (and of its network) does not cause systematic bias in the locations. However, we highlight the existence of subregions in which the performance of the network is weaker. At present, a unique 2D, 3-layer velocity model is used for the earthquake location procedure, and this could represent the main limitation for the improvement of the locations. Therefore, the assessment of locally optimized velocity models is the priority for the homogenization and the improvement of the Italian Seismic Network performance.

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Description: 1061–1076

Description: 1IT. Reti di monitoraggio e sorveglianza

Description: JCR Journal

Description: This paper provides a new contribution to the construction of the complex and fragmentary mosaic of the Late Holocene earthquakes history of the İznik segment of the central strand of the North Anatolian Fault (CNAF) in Turkey. The CNAF clearly displays lower dextral slip rates with respect to the northern strand however, surface rupturing and large damaging earthquakes (M 〉 7) occurred in the past, leaving clear signatures in the built and natural environments. The association of these historical events to specific earthquake sources (e.g., Gemlik, İznik, or Geyve fault segments) is still a matter of debate. We excavated two trenches across the İznik fault trace near Mustafali, a village about 10 km WSW of İznik where the morphological fault scarp was visible although modified by agricultural activities. Radiocarbon and TL dating on samples collected from the trenches show that the displaced deposits are very recent and span the past 2 millennia at most. Evidence for four surface faulting events was found in the Mustafali trenches. The integration of these results with historical data and previous paleoseismological data yields an updated Late Holocene history of surface-rupturing earthquakes along the İznik Fault in 1855, 740 (715), 362, and 121 CE. Evidence for the large M7 + historical earthquake dated 1419 CE generally attributed to this fault, was not found at any trench site along the İznik fault nor in the subaqueous record. This unfit between paleoseismological, stratigraphic, and historical data highlights one more time the urge for extensive paleoseismological trenching and offshore campaigns because of the high potential to solve the uncertainties on the seismogenic history (age, earthquake location, extent of the rupture and size) of this portion of NAFZ and especially on the attribution of historical earthquakes to the causative fault.

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Description: 115–128

Description: 2T. Deformazione crostale attiva

Description: N/A or not JCR

Description: In this paper the site categorization criteria and the corresponding site amplification factors proposed in the 2021 draft of Part 1 of Eurocode 8 (2021-draft, CEN/TC250/SC8 Working Draft N1017) are first introduced and compared with the current version of Eurocode 8, as well as with site amplification factors from recent empirical ground motion prediction equations. Afterwards, these values are checked by two approaches. First, a wide dataset of strong motion records is built, where recording stations are classified according to 2021-draft, and the spectral amplifications are empirically estimated computing the site-to-site residuals from regional and global ground motion models for reference rock conditions. Second, a comprehensive parametric numerical study of one-dimensional (1D) site amplification is carried out, based on randomly generated shear-wave velocity profiles, classified according to the new criteria. A reasonably good agreement is found by both approaches. The most relevant discrepancies occur for the shallow soft soil conditions (soil category E) that, owing to the complex interaction of shear wave velocity, soil deposit thickness and frequency range of the excitation, show the largest scatter both in terms of records and of 1D numerical simulations. Furthermore, 1D numerical simulations for soft soil conditions tend to provide lower site amplification factors than 2021-draft, as well as lower than the corresponding site-to-site residuals from records, because of higher impact of non-linear (NL) site effects in the simulations. A site-specific study on NL effects at three KiK-net stations with a significantly large amount of high-intensity recorded ground motions gives support to the 2021-draft NL reduction factors, although the very limited number of recording stations allowing such analysis prevents deriving more general implications. In the presence of such controversial arguments, it is reasonable that a standard should adopt a prudent solution, with a limited reduction of the site amplification factors to account for NL soil response, while leaving the possibility to carry out site-specific estimations of such factors when sufficient information is available to model the ground strain dependency of local soil properties.

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Description: 4199–4234

Description: 5T. Sismologia, geofisica e geologia per l'ingegneria sismica

Description: JCR Journal

Description: ShakeMap is the tool to evaluate the ground motion effect of earthquakes in vast areas. It is useful to delimit the zones where the shaking is expected to have been most significant, for civil defense rapid response. From the earthquake engineering point of view, it can be used to infer the seismic actions on the built environment to calibrate vulnerability models or to define the reconstruction policies based on observed damage vs shaking. In the case of long-lasting seismic sequences, it can be useful to develop ShakeMap envelopes, that is, maps of the largest ground intensity among those from the ShakeMap of (selected) events of a seismic sequence, to delimit areas where the effects of the whole sequence have been of structural engineering relevance. This study introduces ShakeMap envelopes and discusses them for the central Italy 2016–2017 seismic sequence. The specific goals of the study are: (i) to compare the envelopes and the ShakeMap of the main events of the sequence to make the case for sequence-based maps; (ii) to quantify the exceedance of design seismic actions based on the envelopes; (iii) to make envelopes available for further studies and the reconstruction planning; (iv) to gather insights on the (repeated) exceedance of design seismic actions at some sites. Results, which include considerations of uncertainty in ShakeMap, show that the sequence caused exceedance of design hazard in thousands of square kilometers. The most relevant effects of the sequence are, as expected, due to the mainshock, yet seismic actions larger than those enforced by the code for structural design are found also around the epicenters of the smaller magnitude events. At some locations, the succession of ground-shaking that has excited structures, provides insights on structural damage accumulation that has likely taken place; something that is not accounted for explicitly in modern seismic design. The envelopes developed are available as supplemental material.

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Description: 5391–5414

Description: 5T. Sismologia, geofisica e geologia per l'ingegneria sismica

Description: JCR Journal

Description: Analyzing seismic data to get information about earthquakes has always been a major task for seismologists and, more in general, for geophysicists. Recently, thanks to the technological development of observation systems, more and more data are available to perform such tasks. However, this data “grow up” makes “human possibility” of data processing more complex in terms of required efforts and time demanding. That is why new technological approaches such as artificial intelligence are becoming very popular and more and more exploited. In this paper, we explore the possibility of interpreting seismic waveform segments by means of pre-trained deep learning. More specifically, we apply convolutional networks to seismological waveforms recorded at local or regional distances without any pre-elaboration or filtering. We show that such an approach can be very successful in determining if an earthquake is “included” in the seismic wave image and in estimating the distance between the earthquake epicenter and the recording station.

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Description: 1347–1359

Description: 1T. Struttura della Terra

Description: 3T. Fisica dei terremoti e Sorgente Sismica

Description: JCR Journal

Description: Themain climatological features of the ionospheric equivalent slab thickness (τ ) for the Northern hemispheremidlatitudes are analyzed. F2-layer peak electron density values recorded at three midlatitude ionospheric stations (Chilton 51.5° N, 0.6° W, U.K.; Roquetes 40.8° N, 0.5° E, Spain;Wallops Island 37.9° N, 75.5°W, USA) and vertical total electron content values from colocated ground-based Global Navigation Satellite System receivers are used to calculate a dataset of τ values for the last two solar cycles, considering only magnetically quiet periods. Results are presented both as grids of binned medians and as boxplots as a function of local time and month of the year, for different solar activity levels. Corresponding trends are first compared to those output by the midlatitude empirical model developed by Fox et al. (Radio Sci 26:429–438, 1991) and then discussed in the light of what is known so far. From this investigation, the strong need to implement an improved empirical model of τ has emerged. Both Space Weather and Space Geodesy applications might benefit from such model. Therefore, both the dataset and the methodology described in the paper represent a first fundamental step aimed at implementing an empirical climatological model of the ionospheric equivalent slab thickness. The study highlighted also that at midlatitudes τ shows the following main patterns: daytime values considerably smaller than nighttime ones (except in summer); well-defined maxima at solar terminator hours; a greater dispersion during nighttime and solar terminator hours; no clear and evident solar activity dependence.

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Description: 124

Description: 2A. Fisica dell'alta atmosfera

Description: JCR Journal

Description: The eruption of basaltic magmas dominates explosive volcanism on Earth and other planets within the Solar System. The mechanism through which continuous magma fragments into volcanic particles is central in governing eruption dynamics and the ensuing hazards. However, the mechanism of fragmentation of basaltic magmas is still disputed, with both viscous and brittle mechanisms having been proposed. Here we carry out textural analysis of the products of ten eruptions from seven volcanoes by scanning electron microscopy. We find broken crystals surrounded by intact glass that testify to the brittle fragmentation of basaltic magmas during explosive activity worldwide. We then replicated the natural textures of broken crystals in laboratory experiments where variably crystallized basaltic melt was fragmented by rapid deformation. The experiments reveal that crystals are broken by the propagation of a network of fractures through magma, and that afterwards the fractures heal by viscous flow of the melt. Fracturing and healing affect gas mobility, stress distribution, and bubble and crystal size distributions in magma. Our results challenge the idea that the grain size distribution of basaltic eruption products reflects the density of fractures that initially fragmented the magma and ultimately indicate that brittle fracturing and viscous healing of magma may underlie basaltic explosive eruptions globally.

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Description: 248–254

Description: 4V. Processi pre-eruttivi

Description: 5V. Processi eruttivi e post-eruttivi

Description: JCR Journal

Description: This book serves as a guide to discovering the most interesting volcano sites in Italy. Accompanied by some extraordinary contemporary images of active Neapolitan volcanoes, it explains the main volcanic processes that have been shaping the landscape of the Campania region and influencing human settlements in this area since Greek and Roman times and that have prompted leading international scientists to visit and study this natural volcanology laboratory. While volcanology is the central topic, the book also addresses other aspects related to the area’s volcanism and is divided into three sections: 1) Neapolitan volcanic activity and processes (with a general introduction to volcanology and its development around Naples together with descriptions of the landscape and the main sites worth visiting); 2) Volcanoes and their interactions with local human settlements since the Bronze Age, recent population growth and the transformation of the territory; 3) The risks posed by Neapolitan Volcanoes, their recent activity and the problem of forecasting any future eruption.

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Description: 2TM. Divulgazione Scientifica

Description: Die Europäische Union (EU) hat erkannt, dass das Ziel der Klimaneutralität bis 2050 ein zentraler Innovations- und Wachstumsmotor für Industrie und Wirtschaft in der EU sein kann. Neben großen Chancen stellt dies die europäische Wirtschaft und überwiegend die besonders emissionsintensiven sowie im international starkem Wettbewerb stehenden Grundstoffindustrien auch vor erhebliche Herausforderungen. Eine integrierte Klima- und Industriestrategie ist für den Klimaschutz von zentraler Bedeutung, da auf die Produktion von Stahl, Zement, Grundstoffchemikalien, Glas, Papier und anderen Materialien in der EU und weltweit rund 20 Prozent der gesamten Treibhausgasemissionen entfallen. Auch in einer treibhausgasneutralen Zukunft kann auf diese Materialien nicht verzichten werden. Zugleich ist die emissionsfreie Herstellung der Materialien technologisch sowie mit Blick auf die dafür erforderlichen Infrastrukturen besonders herausfordernd. Dies gilt vor allem für die Frage woher die hohen benötigten Mengen an grüner Energie - insbesondere Strom und Wasserstoff - zu wettbewerbsfähigen Preisen kommen sollen. Analysen zeigen, dass trotz erheblicher Kosten bei der Prozessumstellung die Kosten der Transformation der Grundstoffindustrie für die Gesellschaft insgesamt tragbar sind. Denn bezogen auf die Endprodukte betragen die Mehrkosten meist nur wenige Prozentpunkte; die Preise von Rohstahl oder Zement dagegen würden sich zwischen einem Drittel und 100 Prozent verteuern. Da fast alle Grundstoffhersteller in starker Weltmarktkonkurrenz stehen, können sie die Investitionen in eine klimaneutrale Produktion und die benötigten Energieinfrastrukturen aber nicht ohne Unterstützung tragen. Das vorliegende Papier skizziert ein integriertes Klima-Industriepolitikpaket, das der EU ermöglichen kann, die bestehende technologische Führung in vielen dieser Industrien zielgerichtet zum Aufbau einer treibhausgasneutralen Grundstoffindustrie zu nutzen.

Description: Städte und Kommunen mussten in den vergangenen Jahren einiges aushalten: eine weltweite Corona-Pandemie, Feuerkatastrophen wie in den USA sowie Hochwasser-Katastrophen wie in Deutschland. Das sind auch Folgen des menschen-gemachten Klimawandels, auf die Städte sich in Zukunft besser vorbereiten müssen. Denn gerade die Hochwasser-Katastrophe im Juli 2021 hat gezeigt, wie wenig Kommunen auf solche Ereignisse eingerichtet sind. Dieses Impulspapier zeigt, wie Städte resilienter, nachhaltiger und zukunftsfähiger werden können.

Description: Zwei Drittel des heutigen Welthandels gründen auf globalen Wertschöpfungsketten und Versorgungsnetzen. Rein regionalwirtschaftlich organisierte Lieferketten haben in den letzten Jahrzehnten an Bedeutung verloren. Die Auswirkungen dieser globalisierten Strukturen sind vielfältig: Zum einen haben sie beschäftigungsfördernde Effekte und wirken wohlstandsstiftend. Zum anderen existieren entlang der Lieferketten extreme soziale, ökologische und ökonomische Schieflagen. Die COVID-19-Pandemie zeigt in erheblichem Maße, wie fragil bestehende Lieferkettensysteme sind. Der Lockdown unterbricht noch immer komplexe Lieferketten und viele Probleme der bestehenden Produktions- und Konsumweise verschärfen sich weiterhin. COVID-19 ist ein Beispiel einer der möglichen Krisen, welche die globalen und vernetzten Wertschöpfungsketten kurzfristig erschüttern kann. Andere Krisen entwickeln sich schleichender und damit weniger schnell erkennbar, wie etwa der globale Klimawandel. So unterschiedlich sie sind, haben die Krisen eines gemein: Sie zeigen die Verletzlichkeit globaler Gesellschafts- und Wirtschaftsstrukturen auf und verdeutlichen die Wirkungen globalen Handels auf die Regionen und Menschen der Welt. Die globale Nachhaltigkeitsstrategie setzt genau hier an - sie zielt darauf ab, Unterschiede und Ungleichheit in Chancen und Lebensqualität grundlegend zu vermindern. Deshalb sollte die Umsetzung der Nachhaltigkeitsziele auf internationaler, nationaler und regionaler Ebene eine Antwort auf solche Krisen sein. Da durch die Covid-19-Pandemie zeitgleich die komplette Welt in eine Umbruchsituation gedrängt wurde, bietet die Reaktion darauf an, Nachhaltigkeit als zentrale politische Resilienz-Strategie zu nutzen. Im Zuge der Corona-Pandemie flammte die Diskussion um resiliente Kommunen auf. Diese sollten sich stärker an regional- und kreislaufwirtschaftlichen Ansätzen orientieren, um angesichts solcher Pandemien die Versorgung weiterhin gewährleisten zu können. So wichtig und richtig die Entwicklung eigener regionalwirtschaftlicher und kreislauforientierter Ansätze im Kern ist, so wenig resilient ist es, wenn deren Entwicklung nicht unter globaler und nachhaltiger Perspektive erfolgt. Ziel sollten menschengerechte, nachhaltige und transparente Lieferketten sein, die auch bei plötzlich veränderten Rahmenbedingungen und Krisen richtungssicher die Versorgungssicherheit zur Deckung von Grundbedürfnissen und Daseinsvorsorge sicherstellen können. Das vorliegende Diskussionspapier zeichnet als Zukunftsszenario global kooperative, kreislauforientierte Regionalwirtschaften, die weltweite Ungleichheiten in Chancen und Lebensqualität grundlegend vermindern und dabei gleichsam die natürlichen Lebensgrundlagen dauerhaft bewahrt werden.

Description: © The Author(s), 2019. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Zakem, E. J., Mahadevan, A., Lauderdale, J. M., & Follows, M. J. Stable aerobic and anaerobic coexistence in anoxic marine zones. ISME Journal, 14, (2019): 288–301, doi: 10.1038/s41396-019-0523-8.

Description: Mechanistic description of the transition from aerobic to anaerobic metabolism is necessary for diagnostic and predictive modeling of fixed nitrogen loss in anoxic marine zones (AMZs). In a metabolic model where diverse oxygen- and nitrogen-cycling microbial metabolisms are described by underlying redox chemical reactions, we predict a transition from strictly aerobic to predominantly anaerobic regimes as the outcome of ecological interactions along an oxygen gradient, obviating the need for prescribed critical oxygen concentrations. Competing aerobic and anaerobic metabolisms can coexist in anoxic conditions whether these metabolisms represent obligate or facultative populations. In the coexistence regime, relative rates of aerobic and anaerobic activity are determined by the ratio of oxygen to electron donor supply. The model simulates key characteristics of AMZs, such as the accumulation of nitrite and the sustainability of anammox at higher oxygen concentrations than denitrification, and articulates how microbial biomass concentrations relate to associated water column transformation rates as a function of redox stoichiometry and energetics. Incorporating the metabolic model into an idealized two-dimensional ocean circulation results in a simulated AMZ, in which a secondary chlorophyll maximum emerges from oxygen-limited grazing, and where vertical mixing and dispersal in the oxycline also contribute to metabolic co-occurrence. The modeling approach is mechanistic yet computationally economical and suitable for global change applications.

Description: We are grateful for the thorough and thoughtful comments of two anonymous reviewers. We also thank Andrew Babbin for helpful comments. EJZ was supported by the Simons Foundation (Postdoctoral Fellowship in Marine Microbial Ecology). AM was supported by the Office of Naval Research (ONR #N000-14-15-1-2555). JML was supported by U.S. National Science Foundation (NSF #OCE-1259388). MJF was supported by the Gordon and Betty Moore Foundation (GBMF #3778) and the Simons Foundation: the Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology (SCOPE #329108) and the Simons Collaboration on Computational Biogeochemical Modeling of Marine Ecosystems (CBIOMES #549931).

Description: © The Author(s), 2019. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Ponnudurai, R., Heiden, S. E., Sayavedra, L., Hinzke, T., Kleiner, M., Hentschker, C., Felbeck, H., Sievert, S. M., Schlüter, R., Becher, D., Schweder, T., & Markert, S. Comparative proteomics of related symbiotic mussel species reveals high variability of host-symbiont interactions. ISME Journal, 14, (2019): 649–656, doi: 10.1038/s41396-019-0517-6.

Description: Deep-sea Bathymodiolus mussels and their chemoautotrophic symbionts are well-studied representatives of mutualistic host–microbe associations. However, how host–symbiont interactions vary on the molecular level between related host and symbiont species remains unclear. Therefore, we compared the host and symbiont metaproteomes of Pacific B. thermophilus, hosting a thiotrophic symbiont, and Atlantic B. azoricus, containing two symbionts, a thiotroph and a methanotroph. We identified common strategies of metabolic support between hosts and symbionts, such as the oxidation of sulfide by the host, which provides a thiosulfate reservoir for the thiotrophic symbionts, and a cycling mechanism that could supply the host with symbiont-derived amino acids. However, expression levels of these processes differed substantially between both symbioses. Backed up by genomic comparisons, our results furthermore revealed an exceptionally large repertoire of attachment-related proteins in the B. thermophilus symbiont. These findings imply that host–microbe interactions can be quite variable, even between closely related systems.

Description: Thanks to captain, crew, and pilots of the research vessels Atlantis (ROV Jason cruise AT26–10 in 2014) and Meteor (cruise M82–3 in 2010). We thank Jana Matulla, Sebastian Grund, and Annette Meuche for excellent technical assistance during sample preparation, MS measurements in the Orbitrap Classic, and TEM imaging preparation, respectively. We appreciate Nikolaus Leisch’s help with TEM image interpretation, Inna Sokolova’s advice on bivalve physiology, and Marie Zühlke’s support during manuscript revision. RP was supported by the EU-funded Marie Curie Initial Training Network ‘Symbiomics’ (project no. 264774) and by a fellowship of the Institute of Marine Biotechnology e.V. TH was supported by the German Research Foundation DFG (grant MA 6346/2–1 to SM). The Atlantis cruise was funded by a grant of the US National Science Foundation’s Dimensions of Biodiversity program to SMS (OCE-1136727).

Description: © The Author(s), 2019. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Miller, C. A., Holm, H. C., Horstmann, L., George, J. C., Fredricks, H. F., Van Mooy, B. A. S., & Apprill, A. Coordinated transformation of the gut microbiome and lipidome of bowhead whales provides novel insights into digestion. ISME Journal, 14, (2019): 688-701, doi: 10.1038/s41396-019-0549-y.

Description: Whale digestion plays an integral role in many ocean ecosystems. By digesting enormous quantities of lipid-rich prey, whales support their energy intensive lifestyle, but also excrete nutrients important to ocean biogeochemical cycles. Nevertheless, whale digestion is poorly understood. Gastrointestinal microorganisms play a significant role in vertebrate digestion, but few studies have examined them in whales. To investigate digestion of lipids, and the potential contribution of microbes to lipid digestion in whales, we characterized lipid composition (lipidomes) and bacterial communities (microbiotas) in 126 digesta samples collected throughout the gastrointestinal tracts of 38 bowhead whales (Balaena mysticetus) harvested by Alaskan Eskimos. Lipidomes and microbiotas were strongly correlated throughout the gastrointestinal tract. Lipidomes and microbiotas were most variable in the small intestine and most similar in the large intestine, where microbiota richness was greatest. Our results suggest digestion of wax esters, the primary lipids in B. mysticetus prey representing more than 80% of total dietary lipids, occurred in the mid- to distal small intestine and was correlated with specific microorganisms. Because wax esters are difficult to digest by other marine vertebrates and constitute a large reservoir of carbon in the ocean, our results further elucidate the essential roles that whales and their gastrointestinal microbiotas play in the biogeochemical cycling of carbon and nutrients in high-latitude seas.

Description: Devonshire Foundation (to CAM), Marine Mammal Center, Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI; to CAM), WHOI Ocean Life Institute (to AA and CAM), Dalio Foundation’s Dalio Ocean Initiative (now ‘OceanX’) (to AA), National Science Foundation (OCE-1756254 and OPP-1543328 to BASVM). Samples were collected under Department of Commerce National Oceanic and Atmospheric Administration National Marine Fisheries Service permit numbers 17350-00, 17350-01, and 17350-02 to North Slope Borough Department of Wildlife Management.

Description: © The Author(s), 2020. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Gazitua, M. C., Vik, D. R., Roux, S., Gregory, A. C., Bolduc, B., Widner, B., Mulholland, M. R., Hallam, S. J., Ulloa, O., & Sullivan, M. B. Potential virus-mediated nitrogen cycling in oxygen-depleted oceanic waters. Isme Journal, (2020), doi:10.1038/s41396-020-00825-6.

Description: Viruses play an important role in the ecology and biogeochemistry of marine ecosystems. Beyond mortality and gene transfer, viruses can reprogram microbial metabolism during infection by expressing auxiliary metabolic genes (AMGs) involved in photosynthesis, central carbon metabolism, and nutrient cycling. While previous studies have focused on AMG diversity in the sunlit and dark ocean, less is known about the role of viruses in shaping metabolic networks along redox gradients associated with marine oxygen minimum zones (OMZs). Here, we analyzed relatively quantitative viral metagenomic datasets that profiled the oxygen gradient across Eastern Tropical South Pacific (ETSP) OMZ waters, assessing whether OMZ viruses might impact nitrogen (N) cycling via AMGs. Identified viral genomes encoded six N-cycle AMGs associated with denitrification, nitrification, assimilatory nitrate reduction, and nitrite transport. The majority of these AMGs (80%) were identified in T4-like Myoviridae phages, predicted to infect Cyanobacteria and Proteobacteria, or in unclassified archaeal viruses predicted to infect Thaumarchaeota. Four AMGs were exclusive to anoxic waters and had distributions that paralleled homologous microbial genes. Together, these findings suggest viruses modulate N-cycling processes within the ETSP OMZ and may contribute to nitrogen loss throughout the global oceans thus providing a baseline for their inclusion in the ecosystem and geochemical models.

Description: We thank Sullivan Lab members and Heather Maughan for comments on the paper, Bess Ward for her contribution in the N-cycle context of our story, Kurt Hanselmann for his assistance in the calculations of the Gibbs-free energies, and the scientific party and crew of the R/V Atlantis (grant OCE-1356056 to MRM) for the sampling opportunity and support at sea. This work was funded in part by awards from the Agouron Institute to OU and MBS, a Gordon and Betty Moore Foundation Investigator Award (#3790) and NSF Biological Oceanography Awards (#1536989 and #1829831) to MBS, and the Millennium Science Initiative (grant ICN12_019-IMO) to OU. The work conducted by the U.S. Department of Energy Joint Genome Institute is supported by the Office of Science of the U.S. Department of Energy under contract no. DE-AC02-05CH11231.

Description: © The Author(s), 2020. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Babbin, A. R., Tamasi, T., Dumit, D., Weber, L., Rodríguez, M. V. I., Schwartz, S. L., Armenteros, M., Wankel, S. D., & Apprill, A. Discovery and quantification of anaerobic nitrogen metabolisms among oxygenated tropical Cuban stony corals. ISME Journal, (2020), doi:10.1038/s41396-020-00845-2.

Description: Coral reef health depends on an intricate relationship among the coral animal, photosynthetic algae, and a complex microbial community. The holobiont can impact the nutrient balance of their hosts amid an otherwise oligotrophic environment, including by cycling physiologically important nitrogen compounds. Here we use 15N-tracer experiments to produce the first simultaneous measurements of ammonium oxidation, nitrate reduction, and nitrous oxide (N2O) production among five iconic species of reef-building corals (Acropora palmata, Diploria labyrinthiformis, Orbicella faveolata, Porites astreoides, and Porites porites) in the highly protected Jardines de la Reina reefs of Cuba. Nitrate reduction is present in most species, but ammonium oxidation is low potentially due to photoinhibition and assimilatory competition. Coral-associated rates of N2O production indicate a widespread potential for denitrification, especially among D. labyrinthiformis, at rates of ~1 nmol cm−2 d−1. In contrast, A. palmata displays minimal active nitrogen metabolism. Enhanced rates of nitrate reduction and N2O production are observed coincident with dark net respiration periods. Genomes of bacterial cultures isolated from multiple coral species confirm that microorganisms with the ability to respire nitrate anaerobically to either dinitrogen gas or ammonium exist within the holobiont. This confirmation of anaerobic nitrogen metabolisms by coral-associated microorganisms sheds new light on coral and reef productivity.

Description: Research was conducted in the Gardens of the Queen, Cuba in accordance with the requirements of the Republic of Cuba, conducted under permit NV2370 and NV2568 issued by the Ministerio de Relaciones Exteriores. We gratefully acknowledge funding for this research by MIT Sea Grant award #2018-DOH-49-LEV, Simons Foundation award #622065, and MIT ESI seed funding to ARB, the MIT Montrym, Ferry, and mTerra Seed Grant Funds, and the generous contributions by Dr Bruce L. Heflinger.

Description: © The Author(s), 2020. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Seyler, L. M., Trembath-Reichert, E., Tully, B. J., & Huber, J. A. Time-series transcriptomics from cold, oxic subseafloor crustal fluids reveals a motile, mixotrophic microbial community. Isme Journal, (2020), doi:10.1038/s41396-020-00843-4.

Description: The oceanic crustal aquifer is one of the largest habitable volumes on Earth, and it harbors a reservoir of microbial life that influences global-scale biogeochemical cycles. Here, we use time series metagenomic and metatranscriptomic data from a low-temperature, ridge flank environment representative of the majority of global hydrothermal fluid circulation in the ocean to reconstruct microbial metabolic potential, transcript abundance, and community dynamics. We also present metagenome-assembled genomes from recently collected fluids that are furthest removed from drilling disturbances. Our results suggest that the microbial community in the North Pond aquifer plays an important role in the oxidation of organic carbon within the crust. This community is motile and metabolically flexible, with the ability to use both autotrophic and organotrophic pathways, as well as function under low oxygen conditions by using alternative electron acceptors such as nitrate and thiosulfate. Anaerobic processes are most abundant in subseafloor horizons deepest in the aquifer, furthest from connectivity with the deep ocean, and there was little overlap in the active microbial populations between sampling horizons. This work highlights the heterogeneity of microbial life in the subseafloor aquifer and provides new insights into biogeochemical cycling in ocean crust.

Description: The Gordon and Betty Moore Foundation sponsored most of the observatory components at North Pond through grant GBMF1609. This work was supported by NSF OCE-1062006, OCE-1745589 and OCE-1635208 to J.A.H. E.T.R. was supported by a NASA Postdoctoral Fellowship with the NASA Astrobiology Institute and a L’Oréal USA For Women in Science Fellowship. The Center for Dark Energy Biosphere Investigations (C-DEBI OCE-0939564) also supported the participation of J.A.H. and B.T. This is C-DEBI contribution number 548.

Description: Große Erzählungen im Engelsjahr 2020 handeln von der Textilindustrie gestern und heute. Die vorliegenden kleinen Erzählungen spielen in anderen textilen Welten und jenseits der großen Fabriken. Von ihnen erzählt Friedrich Engels nicht. Dem Erzählten und Nicht-Erzählten auf der Spur finden wir schließlich heraus, dass auch zu Friedrich Engels selbst in einer bestimmten Weise erzählt - und nicht erzählt wird.

Description: Despite a strong connection between the Paris Agreement and the 2030 Agenda for Sustainable Development, climate change mitigation actions and sustainable development objectives are oftentimes not aligned efficiently, causing conflicts between the objectives. This thesis creates a systematic overview of conflicts of three renewable energy technologies with the Sustainable Development Goals (SDGs) by a literature review in Web of Science. The technologies solar energy, wind energy and hydropower function as examples for climate change mitigation actions. Out of 530 screened articles, 63 demonstrated conflicts. The systematic overview reveals that conflicts are different for each technology, but conflicts in regard to biodiversity loss and the degradation of natural habitats (SDG 15) and inequalities (SDG 10) were frequently identified for all technologies. The results of the systematic overview suggest that the site selection and the decision-making process on the construction of renewable energy projects are crucial stages to avoid conflicts with the SDGs.

Description: Die Emscher-Lippe Region ist seit vielen Jahren von einer intensiven wirtschaftlichen Transformation geprägt. Die fortschreitende De-Industrialisierung bzw. die Neuorientierung der Industrie nach dem Wegfall der Kohle- und Stahlindustrie stellt regionale Entscheidungsträger vor große Herausforderungen, wenn es darum geht, der hohen Arbeitslosenquote zu begegnen, Beschäftigungsquoten zu sichern, mit der prekären Finanzsituation in den kommunalen Haushalten umzugehen und den Wirtschaftsstandort zu stabilisieren und neu aufzustellen. Der Strukturwandel der Region ist mit Schließung der letzten Steinkohle-Zeche Ende 2018 nicht abgeschlossen, sondern geht mit dem Kohleausstieg im Energiesektor in eine zweite Phase. Dies sollte auch als Chance verstanden werden, den Wirtschaftsstandort Emscher-Lippe mit seinen energiereichen Industrien innovativ neu zu gestalten und die Region sowohl energetisch, als auch stofflich von der Nutzung fossiler Träger abzukoppeln. Eine wichtige Säule der regionalen Wirtschaftsförderung besteht darin, strategische Netzwerke und regionale Wertschöpfungsketten zu stärken, um die in der Region ansässigen (mittelständischen) Unternehmen zu unterstützen und den Strukturwandel innerhalb der dominierenden Industrien aus den Bereichen Energieerzeugung und chemischer Industrie zu begleiten. Die vorliegende Studie bereitet auf, welche Bedeutung die Wasserstoffwirtschaft in der Emscher-Lippe Region in diesem Zusammenhang derzeit spielt und zukünftig spielen könnte.

Description: Autowerke stellen ihre Produktion ein, die Börse stürzt ab, überall sieht man leere Straßen und Cafés und plötzlich ist Homeoffice für einen Großteil der arbeitenden Bevölkerung in Deutschland die Empfehlung oder gar eine Vorgabe. Die Corona-Pandemie bestimmt unseren derzeitigen Alltag und trifft Deutschland, Europa und die Welt zu einer Zeit, in der es ohnehin eine Vielzahl an gewaltigen Herausforderungen zu lösen gilt. Wirtschaftliche Hilfen sind während und im Nachgang einer solchen Krise unerlässlich, primär gilt aber die Konzentration auf die Verhinderung der ungebremsten Ausbreitung der Pandemie und auf die Begrenzung der gesundheitlichen Folgen. Zur Überwindung der langfristigen wirtschaftlichen Folgen derart disruptiver Entwicklungen sind Konjunkturprogramme und strukturelle Hilfen ein probates Mittel. Sie dürfen aber nicht nach dem "Gießkannenprinzip" verteilt werden, finanzielle Unterstützung muss zukunftsgerichtet für dringend notwendige Investitionen erfolgen. Ziel muss sein, damit erforderliche nachhaltige Transformationsprozesse innerhalb unserer Wirtschaft und Gesellschaft wie den Klimaschutz voranzutreiben. Die Vorbereitungen dazu müssten jetzt schon getroffen werden, sagen Manfred Fischedick und Uwe Schneidewind. Welche Kriterien und Maßnahmen es dafür braucht, zeigt ihr vorliegendes Diskussionspapier.

Description: Urbane Räume sehen sich verschiedenen ökologischen, sozialen und ökonomischen Herausforderungen gegenüber, für deren Bewältigung es unter anderem neue bzw. veränderte Handlungs- und Planungsansätze bedarf. Der Klimawandel mit seinen räumlich wirksamen Folgewirkungen ist eine der zentralen ökologischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Städte sind dabei sowohl Verursacher des Klimawandels als auch Betroffene. Sie sind Wohnort, Heimat, Arbeits- und Produktionsstätte. Durch ihre hohe Bevölkerungsdichte und durch die Agglomeration ökonomischen Kapitals sind Städte aber auch stark durch Extremereignisse wie Starkniederschläge und Hitzeperioden gefährdet. Grüne Infrastrukturen können daher nicht nur eine Strategie sein, um sich gegen die Klimawandelfolgen anzupassen, sondern bieten gleichzeitig das Potenzial für neue Lebensräume, um so das Artensterben zu mindern bzw. zu stoppen. Die vorliegende Konzeptstudie widmet sich der Frage, wie Straßen im Sinne des genannten Zieldreiecks weiterentwickelt und gestaltet werden können, d.h. wie eine Transformation urbaner Quartiersstraßen hin zu "lebenswerten" Stadt- und Straßenräumen erfolgen kann.

Description: Since urban processes need models of possible futures (referred to as travelling concepts) to drive their development, this study investigates whether planned-from-scratch smart city Kashiwa-no-ha International Campus Town Initiative can produce such an image with its smart governance approach, that is combined with an urban living lab. Using geographical governance research in relation to urban development processes as a framework, this master's thesis derives its own definition of the fuzzy concept of smart governance within the smart city vision based on a socio-geographical understanding of space, here referred to as Smart Urban Governance. Additionally, a set of indicators for the operationalisation of Smart Urban Governance is designed and applied to the case study. Methodologically, the thesis pursues a qualitative approach and, in this context, carries out a descriptive and normative governance analysis of Kashiwa-no-ha on the basis of the existing literature and empirical surveys conducted by the author. In summary, the strong role of academia in the urban planning context of community-building in Kashiwa-no-ha is exemplary and has led to a collaborative code of conduct between the traditional actors, mediated by a public-private-academic partnership, as well as to co-innovation between the city, developers, and citizens in form of a public-private-people partnership. Although the flagship project successfully addresses a large number of the Smart Urban Governance indicators defined in this context, there is potential for improvement, for example, in terms of participation, transparency, inclusion, and public spaces. Since Kashiwa-no-ha Smart City is still in an implementation phase until 2030, the thesis concludes with a forecast and a recommendation for action based on a strengths, weaknesses, opportunities, and threats analysis.

Description: Die gestiegene gesellschaftliche Relevanz von Reallaboren für die Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft wird durch den vermehrten Einbezug von Reallaborkonzepten in verschiedenen politischen Strategien auf nationaler und internationaler Ebene deutlich. Weniger klar ist bisher, wie Reallabore für eine umweltorientierte Digitalpolitik genutzt werden können. Die vorliegende Kurzstudie "Reallabore als umweltbezogenes Politikinstrument" stellt konzeptionelle Grundlagen für Reallabore als Politikinstrument einer transformativen Umweltpolitik dar und leitet Handlungsempfehlungen für den zielgerichteten und wirkungsvollen Einsatz von Reallaboren im Rahmen einer umweltorientierten Digitalpolitik ab. In der Kurzstudie werden im Sinne der Digitalagenda des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit Reallabore als "Experimentierräume für digitalbasierte sozialökologische Innovationen, in denen digitale Tools, Anwendungen und neue Kooperationsstrukturen entwickelt und modellhaft getestet werden können" verstanden. Es wird erläutert, dass Reallabore auf bewährten Handlungsansätzen aufbauen und im Kontext einer nachhaltigen Digitalpolitik eine geeignete Ergänzung und Weiterentwicklung bisheriger Umweltpolitik darstellen können. Um Reallabore für digital- und umweltpolitischen Ziele besser zu nutzen, werden die drei folgenden Strategien empfohlen: I) Förderprogramm für Reallabore der nachhaltigen Digitalisierung, II) Wissenstransfer für nachhaltigen Wandel in der Digitalisierung und III) Forschung zur digitalen und partizipativen Entwicklung von rechtlichen und planerischen Politikinstrumenten.

Description: Im vergangenen Jahr waren die Zuwachszahlen im Bereich der Elektromobilität in Deutschland höher als jemals zuvor. Das enorme Wachstum ist vor allem der EU-Verordnung zur Flottenemissionsnorm zu verdanken. Die Elektromobilität hat damit einen wichtigen Schritt gemacht und gezeigt, dass sie das Potenzial hat, den Verbrennungsmotor bald zu verdrängen. Doch allein ein sehr hoher Marktanteil an Elektroautos genügt nicht, um die mittelfristigen deutschen Klimaschutzziele zu erreichen. Dies ist eine der zentralen Aussagen der Autoren des vorliegenden Impulspapiers. Sie empfehlen, dass die Europäische Union Herstellern weiterhin ambitionierte Zielvorgaben für emissionsarme Pkw machen sollte, damit schon im Jahr 2030 annähernd alle neu zugelassenen Pkw elektrisch angetrieben werden. Autos mit Hybridantrieb sind auf diesem Weg maximal eine wichtige Übergangstechnologie. Zentrale Voraussetzung ist zudem, dass die derzeitigen Ladevorgänge erleichtert werden, damit der Umstieg auf Fahrzeuge mit alternativem Antriebskonzept deutlich attraktiver wird.

Description: Welche Perspektiven haben zukunftsfähige und krisenfeste Städte nach der Corona-Pandemie? Antworten darauf skizzieren die Autorinnen und Autoren in dem vorliegenden Diskussionspapier. Ihre zentrale These: Städte der Zukunft müssen und werden "näher", "öffentlicher" und "agiler" sein. Dies erläutern sie anhand dieser drei Dimensionen und konkretisieren es anhand zahlreicher Beispiele.

Description: Gerechter Strukturwandel ist ein von den Gewerkschaften entwickeltes Konzept, das die Notwendigkeit einer ökologisch und sozial nachhaltigen Dekarbonisierung hervorhebt. Diese Masterarbeit wendet das Konzept auf den Braunkohleausstieg in Deutschland an. Der Erfolg des Übergangs hängt davon ab, ob er als gerecht empfunden wird. Den benachteiligten Gruppen im Strukturwandel muss eine Perspektive gegeben werden, um Akzeptanz für den Strukturwandel zu schaffen. Im Rahmen der Masterarbeit werden politische Maßnahmen für eine Governance des "Gerechten Strukturwandels" entwickelt. Die Arbeit basiert auf einer Fallstudie, die von Mai bis Juli 2019 im rheinischen Braunkohlerevier durchgeführt wurde. Methodisch wurde die Anwendung von semi-strukturierten Interviews gewählt. Insgesamt wurden sechs Expertinnen und Experten-Interviews mit Bürgerinitiativen, Gewerkschaften und Vertreterinnen und Vertreter des Landes Nordrhein-Westfalen ausgewertet. Die Ergebnisse belegen die Notwendigkeit politischer Maßnahmen in verschiedenen Bereichen, zum Beispiel: Während Beschäftigten der etablierten Unternehmen der Braunkohleindustrie der Übergang durch eine Reihe von Politikmaßnahmen erleichtert wird, müssen Beschäftigte in Subunternehmen den Strukturwandel weitestgehend alleine bewältigen. Letztere sind einem hohen Risiko ausgesetzt, aufgrund des Braunkohleausstiegs ihre Arbeitsplätze zu verlieren. Weiterhin zeigten die Befragungen, dass Boden im rheinischen Braunkohlerevier zu einer knappen Ressource werden könnte. Infolge des Braunkohleabbaus in der Region befindet sich ein großer Teil des Bodens im Eigentum des Energieversorgers RWE, der das Land durch bergrechtliche Enteignung erhalten hat. Wenn das Land nicht an die Kommunen zurückgegeben wird, wird eine unabhängige wirtschaftliche Neuausrichtung der Region nach dem Kohleabbau wesentlich erschwert. Aus dem Akteurzentrierten Institutionalismus werden Governance-Ansätze abgeleitet, die Lösungsansätze für diese Problemfelder bieten. Die Masterarbeit zeigt unter anderem, wie eine für die Partizipation notwendige Verteilung von Ressourcen einen Gerechten Strukturwandel befördern kann und warum ein integratives regionales Entwicklungskonzept des Landes NRW einer reinen wirtschaftlichen Förderung der Region vorgezogen werden sollte.

Description: Das Fortschreiten des Klimawandels und die Schädigung der Ökosysteme machen deutlich, dass die seit Jahrzehnten international geforderte nachhaltige Entwicklung zu den wichtigsten Herausforderungen gehören. Um die von den Vereinten Nationen in der Agenda 2030 festgeschriebenen Nachhaltigkeitsziele, den sogenannten Sustainable Development Goals (SDGs), zu erreichen, sind alle relevanten Akteurinnen und Akteure - die Politik, die Wirtschaft sowie jede und jeder Einzelne - gefragt. Eine nachhaltige Entwicklung, die zugleich Umweltschonung, stabile wirtschaftliche und gesellschaftliche Entwicklung sowie soziale Gerechtigkeit berücksichtigt, beruht damit auf der Kompetenz oder auch der "Literacy" der Einzelnen, für sich und im Kollektiv nachhaltiges Handeln auszuüben und im gegenseitigen Miteinander fördern zu können. Doch welche Fähigkeiten sind notwendig, um nachhaltig Handeln zu können? Welche Fähigkeiten brauchen insbesondere Konsumentinnen und Konsumenten, um ihre Produktions- und Konsummuster nachhaltiger (mit-)gestalten zu können? Antworten darauf liefert die "Literacy für nachhaltigen Konsum", die in dem vorliegenden Diskussionspapier entwickelt und vorgestellt wird.

Description: Die Wirtschaftsleistung von Deutschland ist durch die Corona-Pandemie stark beeinträchtigt. Um die Wirtschaft zu beleben, einigten sich die Regierungsparteien am 3. Juni 2020 in ihrem Koalitionsausschuss auf ein "Konjunktur- und Krisenbewältigungspaket" sowie ein "Zukunftspaket" in Höhe von insgesamt 130 Milliarden Euro. Für 2020 und 2021 sind fast 60 Maßnahmen vorgesehen, die von steuerlichen Vergünstigungen bei der Mehrwertsteuer bis hin zu konkreten Investitionen in Zukunftstechnologien reichen. Mit Blick auf den Klimaschutz beinhaltet das Maßnahmenpaket der Großen Koalition zwar gute Ansätze und viele wichtige Impulse, die allerdings zu verpuffen drohen, wenn sie nicht durch eine konsequente und nachhaltig ausgerichtete Klimapolitik flankiert werden. Zudem fehlen für den Klimaschutz wichtige Bereiche, wie Investitionen in die Kreislaufwirtschaft. Außerdem werden Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz nur unzureichend berücksichtigt. Gerade in diesen Bereichen hätten sich konjunkturbelebende Effekte und Klimaschutz in idealer Form ergänzen können, kritisiert das Wuppertal Institut. Dieses Diskussionspapier reagiert auf die vorliegenden Vorschläge und fasst zusammen, welche Maßnahmen im Rahmen der jetzt anstehenden Umsetzungsphase nachgebessert werden sollten und wo Ergänzungen notwendig sind.

Description: Durch den "European Green Deal" und den "Circular Economy Action Plan" der Europäischen Union (EU) hat die EU-Produktpolitik 2019 und 2020 neue Impulse erhalten. In beiden Strategiepapieren der Europäischen Kommission wird ein elektronischer bzw. digitaler Produktpass als wesentliches Instrument für eine klimaschonende und ressourceneffiziente Wirtschaft genannt. Dieser soll unter anderem Informationen über Herkunft, Zusammensetzung, Reparatur- und Demontagemöglichkeiten eines Produktes sowie über die Handhabung am Ende seiner Lebensdauer liefern. Auch auf nationaler Ebene wird das Thema "digitaler Produktpass" diskutiert und insbesondere in der Umweltpolitischen Digitalagenda des Bundesumweltministeriums als zentrale Maßnahme genannt. Auch wenn das Thema derzeit stärker in den Mittelpunkt rückt, ist ein breit anwendbarer digitaler Produktpass in der Praxis bislang nicht etabliert. Erste Teilansätze bestehen, die allerdings bislang oftmals nicht durch verpflichtende Standarddatensätze oder zentrale Datenbanken institutionalisiert sind. Entsprechend sind auf politischer Ebene auch noch keine konkreten und umfassenden Konzepte vorhanden, wie ein solcher umfassender Produktpass in Zukunft ausgestaltet und implementiert werden soll. An diesem Punkt setzt diese Kurzstudie an. Sie greift hierbei auch Erfahrungen aus bestehenden Projekten und Initiativen auf, bei denen bereits Erkenntnisse hinsichtlich der (Teil-)Umsetzung von unterschiedlichen Konzepten rund um das Thema Produktpass gewonnen werden konnten. Diese Kurzstudie hat entsprechend das Ziel, den aktuellen Diskussionsstand zum Thema "digitaler Produktpass" kompakt darzustellen und Handlungsoptionen für eine mögliche Umsetzung zu skizzieren. Dabei hat sie nicht den Anspruch und die Möglichkeit ein umfassendes Konzept zu erarbeiten, sondern soll erste Ansätze und Optionen vermitteln, um weitere Diskussionen und Forschungsansätze anzuregen. Insbesondere soll die Kurzstudie Impulse für anschließende Initiativen auf nationaler und europäischer Ebene liefern.

Description: Der hier vorliegende Zukunftsimpuls soll den Grundgedanken der Transformativen Innovationen und ihre Notwendigkeit beschreiben sowie erste Kandidaten für solche Transformativen Innovationen aus diversen Arbeitsbereichen des Wuppertal Instituts vorstellen. Er dient vor allem als Einladung, gemeinsam mit dem Wuppertal Institut über solche Innovationen zu diskutieren, die irgendwo zwischen den großen Utopien und kleinen Nischenaktivitäten liegen. Denn es braucht nicht immer den ganz großen Wurf, um Veränderungen in Gang zu setzen.

Description: Im Zeitalter der Machine Economy ist der maschinelle Dialog allgegenwärtig - das bietet neue Chancen für Nachhaltigkeit, erhöht gleichzeitig aber durch die zugrundeliegenden Technologien auch den Druck auf unsere Umwelt. Internet of Things (IoT), Künstliche Intelligenz (KI) und Distributed Ledger Technology (DLT) sind das technologische Fundament der Machine Economy. Damit verbunden sind Infrastrukturen, Datenströme und Anwendungen, die hohe Energie- sowie Ressourcenaufwände erzeugen. Der derzeitige politische Diskurs sowie die Nachhaltigkeitsforschung fokussieren sich auf Umweltwirkungen durch digitale Infrastrukturen. Daten, Applikationen sowie die Rolle von Akteuren als Treiber der Umweltwirkung werden zu wenig beleuchtet. In diesem Papier sprechen sich die Autorinnen und Autoren für eine "Grüne Governance der Machine Economy" aus. Adressiert werden Annahmen zu systemübergreifenden Treibern von Umweltbelastungen und ihrer Wirkung. Ziel ist es, ein Gesamtsystem nachhaltiger Entscheidungen und ein ökologisches Zusammenspiel aller beteiligten Technologien in der Wertschöpfung zu ermöglichen. Zukünftige Forschung soll die hier vorgestellten Hypothesen weiter ausarbeiten und konkrete Handlungsoptionen für eine Stakeholder übergreifende Roadmap erarbeiten.

Description: Immer mehr Unternehmen verkünden, klimaneutral sein zu wollen und zahlreiche Firmen bieten bereits klimaneutrale Produkte oder Dienstleistungen an: Von der klimaneutralen Paketzustellung bis zur Flugreise. Doch was bedeuten die Neutralitätsziele der Unternehmen genau? Ist das gesetzte Ziel ambitioniert? Und welche Rolle spielt Offsetting, also der Ankauf von Klimaschutzzertifikaten und deren Anrechnung auf das eigene Klimaschutzziel? Die hinter den verkündeten Zielen stehenden Ansätze sind häufig nur schwer nachvollziehbar. Vor diesem Hintergrund gibt der vorliegende Zukunftsimpuls zehn Empfehlungen für die Festlegung und Umsetzung von Neutralitätszielen. Die Autorinnen und Autoren sprechen sich dabei unter anderem für die Nutzung einer robusten Datenbasis als Grundlage für Neutralitätsziele aus, betonen die Bedeutung einer transparenten Kommunikation und zeigen auf, welche Rolle Offsetting spielen sollte. So sollten angekaufte Klimaschutz-Zertifikate einen möglichst begrenzten Beitrag zur Zielerfüllung leisen und ausschließlich zum Ausgleich von Emissionen genutzt werden, die nicht reduziert oder vermieden werden können. Insgesamt sollten Neutralitätsziele nicht zum alleinigen Kriterium für ambitionierten Klimaschutz von Unternehmen gemacht werden, sie stellen vielmehr ein Baustein einer weitaus umfassenderen unternehmerischen Klimaschutzstrategie dar.

Description: Mit der Blockchain - und allgemein mit Distributed-Ledger-Technologien (DLT) - werden große Erwartungen verknüpft, die Prozesse der digitalen Welt des 21. Jahrhunderts neu zu organisieren, effizienter zu gestalten und bislang ungekannte Möglichkeiten für Transaktionen zwischen Beteiligten in Wirtschaft, Gesellschaft und Verwaltung zu ermöglichen. Diese Chancen müssen genutzt werden. Gleichzeitig ist mit der Blockchain-Technologie wie mit allen anderen digitalen Lösungen die Herausforderung verbunden, die Technologien, Anwendungen und zugrundeliegenden Infrastrukturen nachhaltig zu gestalten und an Energieeffizienz, Klimaschutz und Ressourcenschonung auszurichten. Handlungsbedarf besteht auch bei Blockchain-Anwendungen. Der Energieverbrauch des derzeit größten Blockchain-Netzwerks Bitcoin wird auf bis über 130 TWh/Jahr abgeschätzt, womit eine Größenordnung in Höhe des gesamten Jahresstrombedarfs von Ländern wie Argentinien erreicht würde. Blockchain-Anwendungen sind somit schon heute umweltpolitisch relevante Einflussgrößen und die zu erwartende Wachstumsdynamik erhöht den Handlungsdruck. Es ist das Ziel dieser Kurzstudie, geeignete Nachhaltigkeitskriterien zur Bewertung der Energieverbräuche und Umweltwirkungen von Blockchain-Anwendungen zu identifizieren sowie ein erstes Konzept für deren Implementierung bei der Umsetzung und Vergabe staatlich geförderter oder initiierter Projekte vorzuschlagen.

Description: Ernährung ist einer der wichtigen Bereiche für die große Transformation. Doch wie kann eine Umstellung auf ein nachhaltiges Ernährungssystem gelingen? Der vorliegende Zukunftsimpuls setzt sich mit dieser Frage auseinander - basierend auf über zehn Jahren Forschung zu nachhaltiger Ernährung am Wuppertal Institut. Einen Schwerpunkt setzt das Papier auf die Außer-Haus-Gastronomie, denn bereits kleine Umstellungen - etwa in der Zutatenauswahl - haben hier große Wirkung. Mit geeigneten Rahmenbedingungen kann die Außer-Haus-Gastronomie den Konsumierenden als leicht zugänglicher Erlebnisort für nachhaltigere Ernährung dienen und gleichzeitig Landwirtinnen und Landwirten ein zuverlässiger Abnehmer für biodiversitätsschonende und klimafreundliche Lebensmittel sein. Doch für eine Transformation des Ernährungssystems sind auch andere Akteure gefragt: Der Zukunftsimpuls adressiert Politik, (Land-)Wirtschaft, Wissenschaft und jeden und jede Einzelne - denn die Transformation des Ernährungssystems ist eine gesamtgesellschaftliche Aufgabe.

Description: Das vorliegende Papier zeigt, welche Weichen die Politik stellen muss, um den Gebäudebestand bis 2045 klimaneutral zu machen. Im Fokus stehen höhere Effizienzanforderungen für Bestands- und Neubauten, ein schnellerer Ausstieg aus Gas- und Ölheizungen, gleichzeitig aber auch höhere Anreize und bessere Unterstützung für Gebäudebesitzende sowie warmmietenneutrale Sanierungen, um Mietende vor einer Überlastung zu schützen. Dabei müssen bestehende Gebäude so renoviert werden, dass sie ähnlich wie Neubauten kaum noch Energie verbrauchen. Gleichzeitig müssen Heizenergie und Stromversorgung komplett auf erneuerbare Energien umgestellt werden. Zudem muss durch intelligentere Nutzungskonzepte der Anstieg der Gebäudeflächen gebremst werden. Die kommende Legislaturperiode ist somit entscheidend, damit Klimaneutralität im Gebäudesektor bis spätestens 2045 erreicht werden kann. Dieser Zukunftsimpuls schlägt daher ein 14 Maßnahmen umfassendes und konsistentes Politikpaket vor. Neben den oben genannten Maßnahmen des Förderns und Forderns gehören dazu insbesondere klare Vorgaben für eine bessere energetische Sanierung und ein deutliches Ziel für den Ausstieg aus fossilen Gas- und Ölheizungen, die allen Beteiligten Sicherheit geben. Individuelle Sanierungsfahrpläne für alle heute noch nicht effizienten Gebäude bis spätestens 2028 und kommunale Wärmepläne helfen den Gebäudebesitzenden bei der technischen Entwicklung ihrer Gebäude und der Investitionsplanung. Häufig sind es die nicht-monetären Hemmnisse, die maßgeblich für die geringe Sanierungsrate sind. One-Stop-Shops verringern die Hemmschwelle Maßnahmen umzusetzen. Darüber hinaus wirkt Quartiersmanagement unterstützend und hilft Kräfte zu bündeln.

Description: Eine erfolgreiche Energiewende setzt nicht nur Innovationen voraus, sondern erfordert auch eine aktive Exnovation der fossilen Energieerzeugung. Die vorliegende Masterarbeit zielt deshalb darauf ab, Herausforderungen und Ansatzpunkte für eine Verständigung zwischen Gewerkschaften und Umweltverbänden zur der Zukunft Kohleenergie zu untersuchen. Leitend sind zwei Fragen: Erstens und empirisch: Welche Argumente vertreten Umweltverbände und Gewerkschaften hinsichtlich eines Kohleausstiegs? Zweitens und verbunden mit der gewählten theoretischen Perspektive der Sozialen Ökologie: Welche Bezogenheiten und Trennungen werden zwischen den jeweiligen Verständnissen von Natur, Gesellschaft und Ökonomie in den Argumenten der Akteure sichtbar? Dafür wurde im theoretischen Teil der Arbeit eine sozial-ökologische Perspektive auf die energetische Kohlenutzung und das sogenannte Jobs versus Environment Dilemma erarbeitet. Im empirischen Teil werden mittels einer qualitativen Inhaltsanalyse über 100 Veröffentlichungen verschiedener Gewerkschaften und Umweltverbände aus dem Zeitraum von Ende 2014 (erster politischer Vorstoß zur Reduzierung der Kohleverstromung) bis Anfang 2019 (Ende der Kommission "Wachstum, Strukturwandel und Beschäftigung") ausgewertet. Als Ergebnis legt die Arbeit die Argumente der Akteure vergleichend dar, zeigt auf, wie sich diese im Verlauf des Untersuchungszeitraums verändern und welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede, Annäherungen und Distanzierungen zwischen den einzelnen Akteuren und Akteursgruppen bestehen. Darauf aufbauend wird der Umgang der Akteure mit dem Jobs versus Environment Dilemma aus der Perspektive der Sozialen Ökologie diskutiert und verglichen. Die Erkenntnisse der Forschungsarbeit legen nahe, dass der gewerkschaftliche Ansatz von Just Transition bzw. "gerechtem" Strukturwandel mit Klima- und Umweltgerechtigkeitskonzepten verknüpft werden muss, um einen umfassenden inter- und intragenerationellen Gerechtigkeitsanspruch zu erfüllen. Damit der Kohleausstieg und weitere Exnovationsprozesse als sozial-ökologische Transformation gestaltet werden können, ist es notwendig, sowohl die aktuelle ökonomische Abhängigkeit von Arbeitenden in betroffenen Branchen zu verstehen als auch den Klimawandel nicht nur als ökologische, sondern auch als soziale und ökonomische Frage anzuerkennen.

Description: Was hat Design mit Umwelt und Nachhaltigkeit zu tun? Die globale Erwärmung und der Klimawandel lassen sich auf verschiedene Ursachen zurückführen. Design, das die Umwelt außen vor lässt, ist einer der Gründe. Viele Produkte und Dienstleistungen verbrauchen nämlich viel Energie und Ressourcen haben auch eine hohe soziale Relevanz - sie sorgen beispielsweise für Teilhabe oder Exklusion. Wie eine Transformation hin zu mehr Nachhaltigkeit in diesem Bereich besser gelingt, fasst der neue "Transition Design Guide" des Wuppertal Instituts und der Folkwang Universität der Künste in Kooperation mit der ecosign - Akademie für Gestaltung Köln und der Bergischen Universität Wuppertal zusammen. Der Leitfaden gibt interessierten Gestaltenden, Entwickelnden, Transformatorinnen und Transformatoren sowie Forschenden in Universitäten, Unternehmen und Kommunen 16 Praxis-Werkzeuge an die Hand, um Produkte, Dienstleistungen, soziale Räume oder andere Erfahrungswelten nachhaltiger und umweltbewusster zu entwerfen. Anhand der Arbeitsblätter lassen sich gestalterische Ideen und Konzepte auf ihre Nachhaltigkeitspotenziale untersuchen und weiterentwickeln. Nachhaltigkeitsaspekte werden dabei mit den Methoden und Arbeitsschritten eines klassischen Designprozesses zusammengeführt. Ausführliche Hintergrundinformationen ergänzen die Themen der Tools inhaltlich.

Description: Angesichts des fortschreitenden Klimawandels ist eine Abkehr von der Nutzung fossiler Brennstoffe unausweichlich. Dies spiegelt sich nicht zuletzt auch in der politischen Entscheidung zum Ausstieg aus der Kohleverstromung in Deutschland wider, welche neben ökologischen Auswirkungen auch soziale und wirtschaftliche Effekte auf die Gesellschaft im Rahmen des Strukturwandels hat. Begleitet wird dieser Wandel von einer politischen und wirtschaftlichen Debatte, welche bisher in der Literatur noch nicht systematisch analysiert wurde. Folglich ist das erste Ziel der vorliegenden Masterarbeit die Analyse des politischen und wirtschaftlichen Diskurses relevanter Akteure zum deutschen Kohleausstieg. Die Analyse bezieht sich auf zwei ausgewählte Braunkohlereviere: das Rheinische und Lausitzer Revier. Das zweite Ziel der Masterthesis ist es zwei wirtschaftlich vermutlich stark vom Kohleausstieg betroffene Akteure der Region zu analysieren: Die Energieversorger RWE (Rheinisches Revier) sowie LEAG (Lausitzer Revier). Hierfür wurde untersucht, welche potenziellen Auswirkungen die Unternehmensstruktur und -strategie der Energieversorger der Reviere auf den Diskurs und folglich den Strukturwandel haben. Mittels einer Literaturrecherche wurde zunächst ein Überblick über die Entwicklung und Gründe des Kohleausstiegs in Deutschland sowie dessen Auswirkungen auf den Strukturwandel gegeben. Zudem wurden Unternehmensprofile zu RWE und LEAG mit einem Fokus auf Unternehmensstruktur sowie -strategie erstellt. Es folgte eine Analyse des politischen und wirtschaftlichen Diskurses mittels der Discourse Network Analysis, welcher als ein mixed-method Ansatz die Kombination einer qualitative Inhaltsanalyse mit einer quantitativen Netzwerkanalyse ermöglicht. Hiermit konnte zum einen analysiert werden, welche Themen Bestandteil der jeweiligen regionalen Diskurse sind und zum anderen welche inhaltlichen Positionen die Energieversorger im Diskurs einnehmen. Zudem konnte ausgewertet werden, mit welchen Akteuren die Energieversorger ähnliche sowie konkurrierende Haltungen gegenüber Diskursinhalten aufweisen. Anschließend wurden die Ergebnisse anhand der Erkenntnisse aus der Literaturrecherche zu regionalen soziökonomischen Gegebenheiten der Reviere sowie der jeweiligen Unternehmensstruktur und -strategie in Kontext gesetzt und bewertet. Ein zentrales Ergebnis dieser Arbeit ist, dass der Diskurs im Rheinisches Revier grundsätzlich optimistischer gegenüber dem Kohleausstieg sowie Strukturwandel geführt wird als im Lausitzer Revier. Ein weiteres zentrales Ergebnis ist, dass RWE im rheinischen Diskurs sehr aktiv ist, im Mittelpunkt der Diskurskoalitionen steht und eine positive Haltung gegenüber den für den Kohleausstieg relevanten Themen einnimmt. Auffällig ist hierbei die besonders hohe diskursive Schnittmenge zwischen RWE und den Grünen NRW. LEAG hingegen befindet sich im Lausitzer Diskurs in einer Braunkohle befürwortenden Koalition und verhält sich allgemein weniger proaktiv zu Themen, die den regionalen Strukturwandel fördern könnten; dem Kohleausstieg steht LEAG generell negativer gegenüber. Der kausale Zusammenhang zwischen der Unternehmensstruktur und -strategie sowie den Auswirkungen auf den jeweiligen regionalen Diskurs konnte mit der vorliegenden Methode nicht vollständig geklärt werden. Allerdings konnte mittels der Discourse Network Analysis die Rolle von RWE und LEAG im Kontext der jeweiligen Diskurse zum Kohleausstieg in Deutschland erstmals systematisch analysiert werden und schlussendlich zu einem besseren Verständnis der politischen Auseinandersetzung rund um den Kohleausstieg auf regionaler Ebene beitragen.

Description: © The Author(s), 2021. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Coskun, O. K., Vuillemin, A., Schubotz, F., Klein, F., Sichel, S. E., Eisenreich, W., & Orsi, W. D. Quantifying the effects of hydrogen on carbon assimilation in a seafloor microbial community associated with ultramafic rocks. Isme Journal. (2021), https://doi.org/10.1038/s41396-021-01066-x.

Description: Thermodynamic models predict that H2 is energetically favorable for seafloor microbial life, but how H2 affects anabolic processes in seafloor-associated communities is poorly understood. Here, we used quantitative 13C DNA stable isotope probing (qSIP) to quantify the effect of H2 on carbon assimilation by microbial taxa synthesizing 13C-labeled DNA that are associated with partially serpentinized peridotite rocks from the equatorial Mid-Atlantic Ridge. The rock-hosted seafloor community was an order of magnitude more diverse compared to the seawater community directly above the rocks. With added H2, peridotite-associated taxa increased assimilation of 13C-bicarbonate and 13C-acetate into 16S rRNA genes of operational taxonomic units by 146% (±29%) and 55% (±34%), respectively, which correlated with enrichment of H2-oxidizing NiFe-hydrogenases encoded in peridotite-associated metagenomes. The effect of H2 on anabolism was phylogenetically organized, with taxa affiliated with Atribacteria, Nitrospira, and Thaumarchaeota exhibiting the most significant increases in 13C-substrate assimilation in the presence of H2. In SIP incubations with added H2, an order of magnitude higher number of peridotite rock-associated taxa assimilated 13C-bicarbonate, 13C-acetate, and 13C-formate compared to taxa that were not associated with peridotites. Collectively, these findings indicate that the unique geochemical nature of the peridotite-hosted ecosystem has selected for H2-metabolizing, rock-associated taxa that can increase anabolism under high H2 concentrations. Because ultramafic rocks are widespread in slow-, and ultraslow-spreading oceanic lithosphere, continental margins, and subduction zones where H2 is formed in copious amounts, the link between H2 and carbon assimilation demonstrated here may be widespread within these geological settings.

Description: This work was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation)—Project-ID 364653263—TRR 235 to WDO and WE, and under Germany’s Excellence Strategy—EXC 2077-390741603. The work was also supported by the Dalio Explore Fund and LMU Mentoring Program. Open Access funding enabled and organized by Projekt DEAL.

Description: © The Author(s), 2020. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Breusing, C., Mitchell, J., Delaney, J., Sylva, S. P., Seewald, J. S., Girguis, P. R., & Beinart, R. A. Physiological dynamics of chemosynthetic symbionts in hydrothermal vent snails. Isme Journal, (2020), doi:10.1038/s41396-020-0707-2.

Description: Symbioses between invertebrate animals and chemosynthetic bacteria form the basis of hydrothermal vent ecosystems worldwide. In the Lau Basin, deep-sea vent snails of the genus Alviniconcha associate with either Gammaproteobacteria (A. kojimai, A. strummeri) or Campylobacteria (A. boucheti) that use sulfide and/or hydrogen as energy sources. While the A. boucheti host–symbiont combination (holobiont) dominates at vents with higher concentrations of sulfide and hydrogen, the A. kojimai and A. strummeri holobionts are more abundant at sites with lower concentrations of these reductants. We posit that adaptive differences in symbiont physiology and gene regulation might influence the observed niche partitioning between host taxa. To test this hypothesis, we used high-pressure respirometers to measure symbiont metabolic rates and examine changes in gene expression among holobionts exposed to in situ concentrations of hydrogen (H2: ~25 µM) or hydrogen sulfide (H2S: ~120 µM). The campylobacterial symbiont exhibited the lowest rate of H2S oxidation but the highest rate of H2 oxidation, with fewer transcriptional changes and less carbon fixation relative to the gammaproteobacterial symbionts under each experimental condition. These data reveal potential physiological adaptations among symbiont types, which may account for the observed net differences in metabolic activity and contribute to the observed niche segregation among holobionts.

Description: We thank the Schmidt Ocean Institute, the crew of the R/V Falkor and the pilots of the ROV ROPOS for facilitating the sample collections and shipboard experiments, and the Broad Institute Microbial ‘Omics Core for preparing and sequencing the transcriptomic libraries. This material is based in part upon work supported by the National Science Foundation under Grant Numbers NSF OCE-1536653 (to PRG), OCE-1536331 (to RAB and JSS), OCE-1819530 and OCE-1736932 (to RAB).

Description: © The Author(s), 2021. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Castro, S. P., Borton, M. A., Regan, K., de Angelis, I. H., Wrighton, K. C., Teske, A. P., Strous, M., & Ruff, S. E. Degradation of biological macromolecules supports uncultured microbial populations in Guaymas Basin hydrothermal sediments. Isme Journal. (2021), https://doi.org/10.1038/s41396-021-01026-5.

Description: Hydrothermal sediments contain large numbers of uncultured heterotrophic microbial lineages. Here, we amended Guaymas Basin sediments with proteins, polysaccharides, nucleic acids or lipids under different redox conditions and cultivated heterotrophic thermophiles with the genomic potential for macromolecule degradation. We reconstructed 20 metagenome-assembled genomes (MAGs) of uncultured lineages affiliating with known archaeal and bacterial phyla, including endospore-forming Bacilli and candidate phylum Marinisomatota. One Marinisomatota MAG had 35 different glycoside hydrolases often in multiple copies, seven extracellular CAZymes, six polysaccharide lyases, and multiple sugar transporters. This population has the potential to degrade a broad spectrum of polysaccharides including chitin, cellulose, pectin, alginate, chondroitin, and carrageenan. We also describe thermophiles affiliating with the genera Thermosyntropha, Thermovirga, and Kosmotoga with the capability to make a living on nucleic acids, lipids, or multiple macromolecule classes, respectively. Several populations seemed to lack extracellular enzyme machinery and thus likely scavenged oligo- or monomers (e.g., MAGs affiliating with Archaeoglobus) or metabolic products like hydrogen (e.g., MAGs affiliating with Thermodesulfobacterium or Desulforudaceae). The growth of methanogens or the production of methane was not observed in any condition, indicating that the tested macromolecules are not degraded into substrates for methanogenesis in hydrothermal sediments. We provide new insights into the niches, and genomes of microorganisms that actively degrade abundant necromass macromolecules under oxic, sulfate-reducing, and fermentative thermophilic conditions. These findings improve our understanding of the carbon flow across trophic levels and indicate how primary produced biomass sustains complex and productive ecosystems.

Description: We are grateful to the captain and crew of the R/V Atlantis AT37-06 as well as the crew of the human occupied vehicle Alvin for their tireless support. Sampling at Guaymas Basin was supported by NSF (OCE-1357238).

Description: © The Author(s), 2020. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Mara, P., Vik, D., Pachiadaki, M. G., Suter, E. A., Poulos, B., Taylor, G. T., Sullivan, M. B., & Edgcomb, V. P. Viral elements and their potential influence on microbial processes along the permanently stratified Cariaco Basin redoxcline. ISME Journal, (2020), doi:10.1038/s41396-020-00739-3.

Description: Little is known about viruses in oxygen-deficient water columns (ODWCs). In surface ocean waters, viruses are known to act as gene vectors among susceptible hosts. Some of these genes may have metabolic functions and are thus termed auxiliary metabolic genes (AMGs). AMGs introduced to new hosts by viruses can enhance viral replication and/or potentially affect biogeochemical cycles by modulating key microbial pathways. Here we identify 748 viral populations that cluster into 94 genera along a vertical geochemical gradient in the Cariaco Basin, a permanently stratified and euxinic ocean basin. The viral communities in this ODWC appear to be relatively novel as 80 of these viral genera contained no reference viral sequences, likely due to the isolation and unique features of this system. We identify viral elements that encode AMGs implicated in distinctive processes, such as sulfur cycling, acetate fermentation, signal transduction, [Fe–S] formation, and N-glycosylation. These AMG-encoding viruses include two putative Mu-like viruses, and viral-like regions that may constitute degraded prophages that have been modified by transposable elements. Our results provide an insight into the ecological and biogeochemical impact of viruses oxygen-depleted and euxinic habitats.

Description: This work was supported by the National Science Foundation grant OCE-1336082 to VPE, OCE-1335436 to GTT, OCE-1536989, a Moore Foundation Award (#3790) to MBS, and WHOI subaward A101259 to MP. The sequencing conducted by the U.S. Department of Energy Joint Genome Institute is supported by the Office of Science of the U.S. Department of Energy under contract no. DE-AC02-05CH11231.

Description: Author Posting. © Springer Nature , 2020. This article is posted here by permission of Springer Nature for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Nowacki, D. J., & Ganju, N. K. Sediment dynamics of a divergent bay-marsh complex. Estuaries and Coasts, (2020), doi:10.1007/s12237-020-00855-5.

Description: Bay–marsh systems, composed of an embayment surrounded by fringing marsh incised by tidal channels, are widely distributed coastal environments. External sediment availability, marsh-edge erosion, and sea-level rise acting on such bay–marsh complexes may drive diverse sediment-flux regimes. These factors reinforce the ephemeral and dynamic nature of fringing marshes: material released by marsh-edge erosion becomes part of a bay–marsh exchange that fuels the geomorphic evolution of the coupled system. The dynamics of this sediment exchange determine the balance among seaward export, deposition on the embayment seabed, flux into tidal channels, and import to the marsh platform. In this work, we investigate the sediment dynamics of a transgressive bay–marsh complex and link them to larger-scale considerations of its geomorphic trajectory. Grand Bay, Alabama/Mississippi, is a shallow microtidal embayment surrounded by salt marshes with lateral erosion rates of up to 5 m year−1. We collected 6 months of oceanographic data at four moorings within Grand Bay and its tidal channels to assess hydrographic conditions and net sediment-flux patterns and augmented the observations with numerical modeling. The observations imply a divergent sedimentary system in which a majority of the suspended sediment is exported seaward, while a smaller fraction is imported landward via tidal channels, assisting in vertical marsh-plain accumulation, maintenance of channel and intertidal-flat morphologies, and landward transgression. These results describe a dynamic system that is responsive to episodic atmospheric forcing in the absence of a strong tidal signal and the presence of severe lateral marsh loss.

Description: We thank the staff of the Grand Bay NERR for their role in facilitating fieldwork within Grand Bay. Jonathan Pitchford, also of the Grand Bay NERR, provided the SET data. Giulio Mariotti and an anonymous reviewer are acknowledged for their helpful comments.

Description: © The Author(s), 2020. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Bayer, B., Saito, M. A., McIlvin, M. R., Lucker, S., Moran, D. M., Lankiewicz, T. S., Dupont, C. L., & Santoro, A. E. (2020). Metabolic versatility of the nitrite-oxidizing bacterium Nitrospira marina and its proteomic response to oxygen-limited conditions. Isme Journal, doi:10.1038/s41396-020-00828-3.

Description: The genus Nitrospira is the most widespread group of nitrite-oxidizing bacteria and thrives in diverse natural and engineered ecosystems. Nitrospira marina Nb-295T was isolated from the ocean over 30 years ago; however, its genome has not yet been analyzed. Here, we investigated the metabolic potential of N. marina based on its complete genome sequence and performed physiological experiments to test genome-derived hypotheses. Our data confirm that N. marina benefits from additions of undefined organic carbon substrates, has adaptations to resist oxidative, osmotic, and UV light-induced stress and low dissolved pCO2, and requires exogenous vitamin B12. In addition, N. marina is able to grow chemoorganotrophically on formate, and is thus not an obligate chemolithoautotroph. We further investigated the proteomic response of N. marina to low (∼5.6 µM) O2 concentrations. The abundance of a potentially more efficient CO2-fixing pyruvate:ferredoxin oxidoreductase (POR) complex and a high-affinity cbb3-type terminal oxidase increased under O2 limitation, suggesting a role in sustaining nitrite oxidation-driven autotrophy. This putatively more O2-sensitive POR complex might be protected from oxidative damage by Cu/Zn-binding superoxide dismutase, which also increased in abundance under low O2 conditions. Furthermore, the upregulation of proteins involved in alternative energy metabolisms, including Group 3b [NiFe] hydrogenase and formate dehydrogenase, indicate a high metabolic versatility to survive conditions unfavorable for aerobic nitrite oxidation. In summary, the genome and proteome of the first marine Nitrospira isolate identifies adaptations to life in the oxic ocean and provides insights into the metabolic diversity and niche differentiation of NOB in marine environments.

Description: We thank John B. Waterbury and Frederica Valois for providing the culture of Nitrospira marina Nb-295T and for continued advice about cultivation. The N. marina genome was sequenced as part of US Department of Energy Joint Genome Institute Community Sequencing Project 1337 to CLD, AES, and MAS in collaboration with the user community. We thank Claus Pelikan for bioinformatic assistance. This research was supported by a Simons Foundation Early Career Investigator in Marine Microbiology and Evolution Award (345889) and US National Science Foundation (NSF) award OCE-1924512 to AES. Proteomics analysis was supported by NSF awards OCE-1924554 and OCE-1850719, and NIH award R01GM135709 to MAS. BB was supported by the Austrian Science Fund (FWF) Project Number: J4426-B (“The influence of nitrifiers on the oceanic carbon cycle”), SL by the Netherlands Organization for Scientific Research (NWO) grant 016.Vidi.189.050, and CLD by NSF award OCE-125999.