Auf Spurensuche in der Natur: Stabile Isotope in der ökologischen Forschung

Verzeichnis der Vortragenden und der Diskussionsteilnehmer am Rundgespräch 7
Vorwort 9
Begrüßung durch Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Heinrich NÖTH, Präsident der Bayerischen Akademie der Wissenschaften 11
Hanns-Ludwig SCHMIDT: Einführung in das Rundgespräch: Isotope – Nuklide des gleichen Elementes mit kleinen Verschiedenheiten 13
Hanns-Ludwig SCHMIDT: Grundlagen, Systematik und Bedeutung der Isotopendiskriminierung in biologischen Systemen 17
Diskussion 27
Markus LEUENBERGER: Stabile Isotope in polaren Eisbohrkernen enthalten klimarelevante Information 29
Diskussion 44
Ulrich STRUCK und Falk POLLEHNE: Stickstoffisotope in See- und Küstensedimenten als Indikatoren für den Einfluss der Eutrophierung 45
Diskussion 53
Gerhard GEBAUER: Partnertausch im dunklen Wald – Stabile Isotope geben neue Einblicke in das Ernährungsverhalten von Orchideen 55
Diskussion 67
Ulrich LÜTTGE: Physiologische Ökologie der Photosynthese – autökologische und synökologische Aspekte anhand von δ13C- und δ18O-Daten 69
Diskussion 82
Hans SCHNYDER und Rudi SCHÄUFELE: 13C- und 18O-Signatur des CO2 – Marker für CO2-Flüsse im Ökosystem? 83
Diskussion 91
Karl AUERSWALD, Michael SCHWERTL, Rudi SCHÄUFELE und Hans SCHNYDER: Let the sheep do the sampling – Tierhaare als Werkzeug der Ökosystemanalyse 93
Diskussion 104
Heiner FLESSA: Kohlenstoffspeicherung in Böden – Analyse anhand stabiler Kohlenstoffisotope 105
Diskussion 116
Anette GIESEMANN: Dem Schwefel auf der Spur – Schwefelisotope in der ökologischen Forschung 119
Diskussion 129
Peter HORN: Isotopensignaturen schwerer Elemente in der ökologischen Forschung und Praxis 131
Diskussion 152
Andreas ROSSMANN: Etikettenschwindel? Stabilisotopenanalysen von Lebensmitteln mit geschützter geografischer Herkunft 153
Diskussion 163
Abschlussdiskussion 165
Claudia DEIGELE: Zusammenfassung des Rundgesprächs 171

Hanns-Ludwig SCHMIDT:
Grundlagen, Systematik und Bedeutung der Isotopendiskriminierung in biologischen Systemen
[11 Seiten, 6 Schwarzweißabbildungen]

Nicht-statistische Isotopenverteilungen der Bioelemente in der belebten Natur basieren zunächst auf Isotopendiskriminierungen durch thermodynamische Isotopeneffekte auf Primärstoffe in ihren Kreisläufen; dies wird beispielhaft anhand des Wasserkreislaufes dargelegt. Innerhalb lebender Systeme sind vor allem Isotopeneffekte auf enzymkatalysierte Reaktionen die Ursache für die Entstehung von intermolekularen und intramolekularen Isotopenverteilungen.

Thermodynamische Isotopeneffekte können in vivo nur wirksam werden, wenn wenigstens zeitweise ein stationärer Zustand des Stoffwechsels erreicht wird, kinetische Isotopeneffekte wirken sich nur im Zusammenhang mit Stoffwechselverzweigungen aus. Dies wird anhand der C-Isotopenverteilungen zwischen Pflanzeninhaltsstoffen bzw. innerhalb einzelner Naturstoffe dargelegt. Die Gesetzmäßigkeiten der O- und der H-Isotopenverteilungen in Naturstoffen werden abgeleitet, und ihre Bedeutung für die Aufklärung von Biosynthesen und die Unterscheidung von Naturstoffen und synthetischen Analogen wird demonstriert. Zusammenhänge zwischen Synthese und Isotopenmustern von Nitrat bzw. Distickstoffmonoxid und ökologischen Fragestellungen werden aufgezeigt.

Die Darlegungen sollen demonstrieren, dass die Gesetzmäßigkeiten von Isotopentrennungen auf der molekularen Ebene in lebenden Systemen es erlauben, globale Isotopendiskriminierungen besser zu verstehen, zu interpretieren und zu nutzen.

Markus LEUENBERGER:
Stabile Isotope in polaren Eisbohrkernen enthalten klimarelevante Information
[16 Seiten, 11 Farb- und 4 Schwarzweißabbildungen, 1 Tabelle]

Eisbohrkerne bieten einen Zugang zu klimatischer Information, welche zeitlich gut geordnet und in hoher Präzision ausgemessen werden kann. Wasserisotope können relativ einfach mit hoher Genauigkeit gemessen werden und geben einen ersten Eindruck, wie sich die lokale Temperatur zeitlich verändert hat. Allerdings dürfen die Isotopenvariationen des Wassers nicht 1:1 in lokale Temperaturen umgesetzt werden, da es neben der Temperatur auch noch andere Einflussgrößen gibt, wie die Quellentemperatur und die jahreszeitliche Niederschlagsverteilung. Variationen von Stickstoffisotopen aufgrund der Thermodiffusion erweisen sich als sehr guter Temperatur-Proxy für große und schnelle Temperatursprünge, wie dies die Dansgaard-Oeschger-Ereignisse darstellen. An NorthGRIP-Eis wurden mit dieser neuen Methodik Temperatursprünge zwischen 8 und 15 °C für die Dansgaard-Oeschger-Ereignisse 8-17 gemessen. Die Genauigkeit dieser Temperatursprünge beträgt ca. 3 °C. Die Abweichungen von der von Dansgaard gefundenen räumlichen Beziehung zwischen dem δ¹⁸O-Wert des Eiswassers und der lokalen Temperatur können prinzipiell durch folgende zwei Effekte beschrieben werden: (1) Durch eine zusätzliche Quellentemperaturverschiebung neben der mittleren Temperaturveränderung zwischen der Eiszeit und dem Holozän und (2) durch eine Veränderung der jahreszeitlichen Niederschlagsverteilung. Neben der Sauerstoffisotopenzusammensetzung des Eiswassers zeigt auch die Methankonzentration eine sehr gute Gleichläufigkeit mit der Temperatur. Allerdings ergeben sich auch hier unterschiedliche Temperatursensitivitäten. Dies deutet auf verschiedene bzw. verschieden starke Methanquellen hin.

Ulrich STRUCK und Falk POLLEHNE:
Stickstoffisotope in See- und Küstensedimenten als Indikatoren für den Einfluss der Eutrophierung
[19 Seiten, 5 Schwarzweißabbildungen]

Als Folge der zunehmenden Belastung von Oberflächen- und Grundwässern mit Nährstoffen aus landwirtschaftlicher Nutzung von Mineraldüngern verändern Küstengewässer und Binnenseen zunehmend ihren Trophiestatus. Die eingeleiteten Maßnahmen gegen diesen Prozess konzentrierten sich bisher auf die Klärung von kommunalen und industriellen Abwässern. Gegen die Hauptursache überhöhter Nähstoffeinleitungen, die Überdüngung der Agrarflächen, wurden jedoch erst in letzter Zeit gesetzgeberische Aktivitäten, wie z.B. die EU-Nitrat-Direktive, eingeleitet.

In natürlichen terrestrischen Ökosystemen basieren der Stickstoffeintrag und dessen Stickstoffisotopensignatur (δ¹⁵N) auf dem Stickstoff aus dem N2 der Luft (δ¹⁵N = 0 ‰). Aus der gleichen Stickstoffquelle wird der Mineraldünger (Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniaksynthese) hergestellt und besitzt ungefähr die gleiche Isotopenzusammensetzung wie die Luft (δ¹⁵N = 0 ‰). Die Tatsache, dass mehr Kunstdünger auf die Felder gelangt, als von den Nutzpflanzen benötigt wird, führt dazu, dass die Organismen sich bei der Aufnahme zwischen zwei Stickstoffisotopen »entscheiden« können. Sie nehmen dann bevorzugt das leichte Isotop (¹⁴N) auf. Diese Bevorzugung führt zu einer Anreicherung des schwereren δ¹⁵N in den Böden (δ¹⁵N = 10-80 ‰). Auch die Verdunstung eines Teils des mit der Gülle auf die Böden aufgebrachten Ammoniums ist ein Prozess, der leichte Isotope entzieht und schwere zurücklässt. Dieser überschüssige, isotopisch schwere Stickstoff kommt mit den Flüssen und dem Grundwasser in Binnen- (Beispiel: Chiemsee) und Küstengewässer (Beispiel: Ostsee) und bewirkt dort die Eutrophierung. Somit sind eutrophierte im Gegensatz zu natürlichen Gewässern durch hohe δ¹⁵N-Signaturen in Pflanzen und der gesamten Nahrungskette charakterisiert. In den Sedimenten eutrophierter Gewässer kann die historische Entwicklung der Belastung durch Düngerstickstoff anhand der δ¹⁵N-Variationen in datierten Sedimentkernen abgelesen werden. Damit konnte belegt werden, dass der Einfluss der Eutrophierung seit ca. 1920 an der Küste der Ostsee einsetzte, im Chiemsee aber erst seit ca. 1930. Dagegen zeigen die Sedimente aus dem Alatsee bei Füssen keine Effekte der Eutrophierung (δ¹⁵N = -1 bis +1 ‰), da das gesamte Wassereinzugsgebiet des Gebirgssees keine landwirtschaftlichen Flächen besitzt und daher nicht durch Überdüngung belastet sein kann. Als Folge der Ableitung der Oberflächenwässer um den Chiemsee durch eine Ringdrainage Mitte der 1980er Jahre wurde dessen Belastung wieder gesenkt, was sich anhand δ¹⁵N-Signatur der Seesedimente bereits belegen lässt.

Gerhard GEBAUER:
Partnertausch im dunklen Wald – Stabile Isotope geben neue Einblicke in das Ernährungsverhalten von Orchideen
[13 Seiten, 6 Farb- und 2 Schwarzweißabbildungen, 3 Tabellen]

Die meisten Pflanzen leben in ihrem Wurzelraum in einer engen Partnerschaft mit Pilzen. Bei dieser als Mykorrhiza bezeichneten Symbiose versorgen in der Regel die Pflanzen den Pilzpartner mit Kohlenhydraten aus der Photosynthese und erhalten im Gegenzug mineralische Nährstoffe, die der Pilzpartner über sein Mycel aus dem Boden effizienter aufnehmen kann. Diese mutualistische Beziehung wird weltweit von einigen hundert Pflanzenarten unterlaufen, die chlorophyllfrei sind und somit keine Photosynthese mehr betreiben. Diese als Mykoheterotrophie bezeichnete Ernährungsweise auf Kosten des Pilzpartners ist insbesondere bei Orchideen verbreitet. Trotz der bekanntermaßen mykoheterotrophen Ernährung mancher chlorophyllfreier Orchideenarten wird für adulte, grünblättrige Orchideen eine vollständig autotrophe Ernährung angenommen. Häufigkeitsanalysen der stabilen Kohlenstoff- und Stickstoffisotope liefern neuerdings Hinweise, dass manche der scheinbar autotrophen Orchideen sich teilweise auch auf Kosten des Pilzpartners ernähren. Diese partielle Mykoheterotrophie ist mit einem Wechsel des Pilzpartners verbunden und erlaubt den Orchideen ein Vordringen in den dunkelsten Schatten von Wäldern.

Ulrich LÜTTGE:
Physiologische Ökologie der Photosynthese – autökologische und synökologische Aspekte anhand von δ¹³C- und δ¹⁸O-Daten
[14 Seiten, 3 Schwarzweißabbildungen, 2 Tabellen]

Die Photosynthese ist die Grundlage der Primärproduktion von Biomasse in allen Ökosystemen. Bei der Photosynthese erfolgen wichtige Veränderungen der Signatur stabiler Isotope in der Biomasse gegenüber den anorganischen Ausgangsverbindungen der nicht belebten Umwelt – vor allem dem Kohlendioxid der Atmosphäre – auf verschiedenen Ebenen, bei der Diffusion, bei den Enzymreaktionen des Stoffwechsels und in Abhängigkeit verschiedener genetisch verankerter Photosynthesetypen der Pflanzen. All dies steht unter dem Einfluss ökologischer Außenbedingungen. So sind Isotopensignaturen Spuren davon, wie Pflanzen sich mit den Außenbedingungen auseinander setzen und im Habitat und Ökosystem verhalten. Physiologische Autökologie einzelner Organismen und Arten dokumentiert ihre Reaktionen. Die verschiedenen Pflanzen bestimmen aber auch ihrerseits Habitate und Ökosysteme. Neben der Diversität der Lebensformen und Arten von Pflanzen finden wir auch eine ökophysiologische Diversität, die sich in Isotopensignaturen niederschlägt. Physiologische Synökologie verhilft zu Übersicht. So unterstützen Isotopensignaturen die Einschätzung natürlicher und anthropogen geformter Lebensräume für Naturschutz, Land- und Forstwirtschaft.

Hans SCHNYDER und Rudi SCHAUFELE:
¹³C- und ¹⁸O-Signatur des CO₂ – Marker für CO₂-Flüsse im Ökosystem?
[9 Seiten, 7 Schwarzweißabbildungen]

Terrestrische Ökosysteme spielen eine wesentliche Rolle im globalen Kohlenstoffhaushalt der Erde. Dabei sind Photosynthese und Respiration die bedeutendsten Komponenten dieses Kohlenstoffhaushalts, die jedoch mit konventionellen Messmethoden nicht getrennt werden können. Dieser Umstand erschwert das Verständnis der Regulation des C-Haushalts. Die Analyse der Isotopensignaturen (¹³C, ¹⁸O) des atmosphärischen CO₂ eröffnet jedoch neue methodische Möglichkeiten. Voraussetzung dafür ist, dass sich die photosynthetischen und die respiratorischen CO₂-Flüsse in ihren Isotopensignaturen unterscheiden. Tatsächlich existieren solche Unterschiede. Neue Untersuchungen bestätigen ebenfalls, dass diese Signaturunterschiede eine Trennung und Quantifizierung der CO₂-Austauschkomponenten grundsätzlich gestatten. Allerdings können die Signaturen stark fluktuieren und die Messungen sind aufwändig.

Wir haben ein neuartiges mobiles ‘on-line’ Isotopenverhältnis-Massenspektrometer konzipiert und im Feldeinsatz geprüft. Mit dem Gerät können erstmals quasi-kontinuierliche Messungen der ¹³C- und der ¹⁸O-Signatur des CO₂ in Ökosystemen verwirklicht werden. Wir dokumentieren anhand zeitlich hoch aufgelöster Messungen den Tagesgang der ¹³– und der ¹⁸O-Signatur des CO₂ über Grasland und diskutieren das Potenzial dieser Messungen.

Karl AUERSWALD, Michael SCHWERTL, Rudi SCHÄUFELE und Hans SCHNYDER:
Let the sheep do the sampling – Tierhaare als Werkzeug der Ökosystemanalyse
[12 Seiten, 7 Schwarzweißabbildungen, 1 Tabelle]

Ökosysteme sind gekennzeichnet durch ihre Größe, ihre Heterogenität und ihre ständige Veränderung, wodurch sie mit herkömmlichen Messmethoden nur schwer und aufwändig zu erfassen sind. Die Untersuchung stabiler Isotope der Bioelemente ist dagegen häufig ein elegantes Verfahren, da die Fraktionierung der stabilen Isotope direkt die beteiligten Prozesse indiziert und quantitativ interpretiert werden kann. In Graslandökosystemen bietet sich die Untersuchung der Haare der Weidetiere an, da diese beim Grasen das Weidegebiet flächig beproben und damit kleinräumige Heterogenitäten ausgleichen. Dadurch werden schwache Effekte sichtbar, die sonst im heterogenitätsbedingten Rauschen untergehen. Gleichzeitig speichert das Haar die Information chronologisch und ist retrospektiv analysierbar, wodurch starke saisonale Veränderungen mit wenigen Beprobungen erfasst werden können. Dies wird anhand der durch Wassermangel induzierten geringeren Isotopendiskriminierung bei der Photosynthese gezeigt, wobei der Wassermangel räumlich aufgrund der Bodeneigenschaften und zeitlich aufgrund des Witterungsverlaufs stark variierte. Obwohl der Gesamteffekt nur 1,5 ‰ bei der ¹³C-Signatur der Biomasse ausmachte, ließ er sich anhand der Haare sicher (r² = 0,91) nachweisen. Ebenso ließ sich der Effekt des Humusabbaus bei Niedermooren und der dadurch bedingten CO₂-Freisetzung nachweisen, wobei dieser Effekt 0,4 ‰ betrug. Die Untersuchung der Haare von Weidetieren kann daher ein vorzügliches Instrument für ökosystemare Analysen darstellen.

Heiner FLESSA:
Kohlenstoffspeicherung in Böden – Analyse anhand stabiler Kohlenstoffisotope
[13 Seiten, 8 Schwarzweißabbildungen, 1 Tabelle]

Die organische Bodensubstanz ist von großer Bedeutung für den globalen Kreislauf des Kohlenstoffs (C) und sie beeinflusst nahezu alle Bodenfunktionen. In Böden mit einem Wechsel zwischen C₃– und C₄-Vegetation ermöglicht die Analyse der natürlichen Häufigkeit von ¹³C und ¹²C in der organischen Bodensubstanz, in ihren gelösten und gasförmigen Umsetzungsprodukten sowie in unterschiedlichen Fraktionen der organischen Bodensubstanz detaillierte Einblicke in die Prozesse der Kohlenstoffstabilisierung und -transformation in Böden. Es werden zwei Studien vorgestellt, die auf langjährigen Maisanbauflächen durchgeführt wurden. Die δ¹³C_(PDB)-Werte der organischen Bodensubstanz und ihrer Umsetzungsprodukte werden genutzt, um die Stabilisierung von Mais-Kohlenstoff in unterschiedlichen Fraktionen der organischen Bodensubstanz zu quantifizieren und die Funktion dieser unterschiedlichen Fraktionen als Quelle für CO₂ und gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) zu erfassen.

Anette GIESEMANN:
Dem Schwefel auf der Spur – Schwefelisotope in der ökologischen Forschung
[11 Seiten, 5 Schwarzweißabbildungen, 2 Tabellen]

Schwefel (S), ein Hauptnährelement aller Organismen, unterliegt einem globalen Kreislauf. Um Wechselwirkungen zwischen schwefelhaltigen Verbindungen in verschiedenen Kompartimenten eines Ökosystems zu untersuchen, wird die Analyse der stabilen S-Isotopenverteilung eingesetzt. Schwefelhaltige Substanzen unterscheiden sich je nach ihrer Herkunft in ihrem S-Isotopenverhältnis voneinander. In einem Ökosystem sind somit Schwefelpools mit jeweils charakteristischer Isotopensignatur entstanden. Bei vielen industriellen Prozessen wurde und wird Schwefel in Form von SO₂ in die Atmosphäre abgegeben und in den Ökosystemen deponiert. Derartige hohe Schwefeleinträge aus der Atmosphäre verursachen Schäden an den Pflanzen. Anhand der Isotopenanalyse konnte der Eintrag von Schwefel aus der Atmosphäre selbst in subnekrotischen Mengen im Ökosystem verfolgt werden. Ferner sind Untersuchungen zur Verlagerung und Ausnutzung von Schwefel aus Düngemitteln anhand der Isotopenanalyse erfolgreich durchgeführt worden.

Peter HORN:
Isotopensignaturen schwerer Elemente in der ökologischen Forschung und Praxis
[22 Seiten, 6 Schwarzweißabbildungen, 1 Tabelle]

Chemische Elemente in Gesteinen und Böden, wie etwa Strontium und Blei, können von Ort zu Ort variierende Isotopenhäufigkeitsverhältnisse, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr bzw. ^206,207,208Pb/²⁰⁴Pb, aufweisen, welche die jeweiligen geologischen und lithologischen Gegebenheiten widerspiegeln. Sie gehen aus Böden in die Bodenfeuchte bzw. lokale Gewässer über und finden sich schließlich in Nahrungsketten, also in Pflanzen und Tieren sowie in daraus hergestellten Produkten, z.B. in Lebensmitteln und anderen Handelswaren. Weil sie sehr persistent sind und sich konservativ verhalten (d.h. wenig Veränderung durch spätere Prozesse erfahren), eignen sie sich als orts- oder herkunftsspezifische Marker bei der Verfolgung und Rekonstruktion von Verbreitungspfaden der Elemente und deren Verbindungen in der natürlichen und technischen Umwelt.

Allfällige natürliche und anthropogene Einflüsse auf die Ausbildung und Modifizierung spezifischer Isotopenverhältnisse schwerer Elemente werden für den Fall des Strontiums eingehend erläutert. Beispiele unter Verwendung von Strontium (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr) und Blei (²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb – ²⁰⁸Pb/²⁰⁷Pb) sollen das Potenzial der Methode demonstrieren. Weitere Isotopenpaare, nämlich Neodym (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd) und Uran (²³⁴U/²³⁸U), welche in der ökologischen Forschung und Praxis Anwendung finden könnten, werden beschrieben.

Andreas ROSSMANN:
Etikettenschwindel? – Stabilisotopenanalysen von Lebensmitteln mit geschützter geografischer Herkunft
[12 Seiten, 8 Schwarzweißabbildungen, 2 Tabellen]

Lebensmittel mit Angabe einer geografischen Herkunft werden vom Verbraucher bevorzugt und erzielen daher auch höhere Preise als vergleichbare Produkte ohne Herkunftsangabe. Dies gilt besonders für Erzeugnisse, die bei der EU eine Anerkennung als Erzeugnisse mit geschützter geografischer Herkunftsangabe erhalten haben (protected denomination of origin = PDO). Wichtig ist bei solchen Produkten, dass diese aus Rohstoffen einer genau festgelegten Region mit traditionellen, meist handwerklichen Verfahren hergestellt werden. Die für solche Erzeugnisse erzielbaren höheren Preise veranlassen aber unredliche Hersteller auch dazu, ein derartiges, hochwertiges Erzeugnis nicht auf der Basis der teuren Rohstoffe aus dem Herkunftsgebiet, sondern mit billigeren Ausgangsmaterialien aus anderen Regionen (z.B. Grana Padano aus ungarischer Milch) zu produzieren. Mit herkömmlichen chemisch-physikalischen Analysenverfahren ist eine solche Verfälschung nicht einfach nachweisbar, da die chemische Zusammensetzung verfälschter Produkte oft innerhalb des Bereiches der natürlichen Variation der authentischen Ware liegt. Für den Nachweis eines »Etikettenschwindels« hat sich in einigen Fällen die Stabilisotopenanalyse als geeignet erwiesen, insbesondere, wenn sie als Multielement-Isotopenanalyse unter Einsatz der Isotopenverhältnisse leichter »Bio-« (H, C, N, O, S) zusammen mit denen schwererer »Geo-« (Sr, Nd, Pb) Elemente erfolgt.

Der Nachweis der Authentizität bzw. die Aufdeckung von Verfälschungen beruhen letztlich auf der Tatsache, dass die im Herkunftsgebiet der authentischen Ware vorliegenden klimatischen, geografischen und geologischen Bedingungen, d.h. die Umwelt im Herkunftsgebiet, eine einzigartige Kombination von Isotopenverhältnissen der genannten Elemente, d.h. einen »isotopischen Fingerabdruck« (Multielement-Stabilisotopenmuster) hervorbringt, der in der Kombination der Daten von Erzeugnissen anderer Gebiete unterscheidbar ist. Voraussetzung für die Anwendung des Verfahrens ist das Vorhandensein einer Datengrundlage authentischer Muster aus dem Herkunftsgebiet und die Möglichkeit der Erklärung der Daten aufgrund von Erkenntnissen über Klima, Produktionsbedingungen und Geologie am Ursprungsort. Die Methoden zur Multielement-Stabilisotopenanalyse der leichten Elemente und deren Weiterentwicklung in den letzten Jahren spielen eine wichtige Rolle für die praktische Anwendung des Verfahrens. Aufgrund der Datenmenge ist eine Auswertung meist nur in Form von Diskriminanzanalysen möglich, wenn auch in manchen Fällen schon eine einfache Messung eines oder zweier Isotopenparameter ausreicht.

Von fast allen chemischen Elementen in der Natur existieren verschiedene, unterschiedlich schwere Formen (Isotope), die sich nur in der Anzahl ihrer Neutronen unterscheiden. Es wird unterschieden zwischen radioaktiven Isotopen, die nach einer charakteristischen Zeit zerfallen, und stabilen Isotopen. Letztere sind Gegenstand dieses Berichtbandes, wobei vor allem die stabilen Isotope des Kohlenstoffs (C), Sauerstoffs (O), Wasserstoffs (H), Stickstoffs (N) und Schwefels (S) sowie der schweren Elemente Neodym (Nd), Strontium (Sr) und Blei (Pb) im Vordergrund der Betrachtungen stehen.

Die Isotope eines Elements verhalten sich chemisch gleich, reagieren aber physikalisch etwas unterschiedlich. Durch die Anreicherung bzw. Abreicherung eines Isotops entstehen bei vielen biologischen oder chemischen Prozessen in der Natur charakteristische, quantitativ erfassbare und gut interpretierbare Muster, so genannte »isotopische Fingerabdrücke«. Die Analyse stabiler Isotope ist daher zu einem bedeutenden Werkzeug in allen Bereichen ökologischer Forschung geworden. Mit Hilfe der Verhältnisse ¹⁸O/¹⁶O und ¹⁵N/¹⁴N in Eisbohrkernen kann beispielsweise auf Klimaänderungen in der Vergangenheit geschlossen werden und das Verhältnis der Kohlenstoffisotope ¹³C/¹²C in Pflanzenproben erlaubt Rückschlüsse auf deren Photosynthesemechanismen und Wachstumsbedingungen. Auch viele sonst untrennbar ineinander verwobene Prozesse können mit Hilfe der Analyse stabiler Isotope identifiziert und quantifiziert werden. Dies trägt wesentlich zum Verständnis der Prozesse und Wechselwirkungen innerhalb komplexer biologischer und ökologischer Systeme bei.

Der vorliegende Berichtband zu der gleichnamigen Tagung »Auf Spurensuche in der Natur: Stabile Isotope in der ökologischer Forschung« (veranstaltet von der Kommission für Ökologie der Bayerischen Akademie der Wissenschaften) zeigt anhand einiger ausgewählter Beispiele die große Bedeutung und einige der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten dieser Analysenmethode auf.

* Auerswald, Karl, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Grünlandlehre, Freising

Bäumler, Rupert, Prof. Dr., Universität Erlangen, Institut für Geographie, Erlangen

* Flessa, Heiner, apl. Prof. Dr., Universität Göttingen, Institut für Bodenkunde und Waldernährung, Göttingen

Gattinger, Andreas, Dr., GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, Institut für Bodenökologie, Oberschleißheim

* Gebauer, Gerhard, Prof. Dr., Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Pflanzenökologie, Bayreuth

* Giesemann, Anette, Dr., Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL), Institut für Agrarökologie, Braunschweig

Gietl, Christine, Priv.-Doz. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Botanik, Biologikum, Freising

Haber, Wolfgang, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Landschaftsökologie, Freising

Haider, Konrad, Prof. Dr., Deisenhofen

Hoppe, Brigitte, Prof. Dr., c/o Universität München, Geschichte der Naturwissenschaften, München

Horacek, Micha, Mag., ARCS Research GmbH, Abteilung Umweltforschung, Seibersdorf

* Horn, Peter, Prof. Dr., Bayerische Staatssammlung für Paläontologie und Geologie, München

* Leuenberger, Markus, Priv.-Doz. Dr., Universität Bern, Physikalisches Institut, Bern

* Lüttge, Ulrich, Prof. emer., Technische Universität Darmstadt, Institut für Botanik, Darmstadt

Meckenstock, Rainer, Priv.-Doz. Dr., GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, Institut für Grundwasserökologie, Oberschleißheim

Melzer, Arnulf, Prof. Dr., Technische Universität München, Limnologische Station, Iffeldorf

Muhr, Jan, Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Pflanzenökologie, Bayreuth

Nöth, Heinrich, Prof. Dr., Präsident der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, München

Rehfuess, Karl Eugen, Prof. Dr., Technische Universität München, Dept. für Ökologie, Freising

* Rossmann, Andreas, Priv.-Doz. Dr., isolab GmbH, Laboratorium für Stabile Isotopen, Schweitenkirchen

Schmederer, Josef, ORR Dipl.-Geol., Bayer. Landesamt für Wasserwirtschaft, Referat Hydrogeologie und Grundwasserschutz, München

* Schmidt, Hanns-Ludwig, Prof. emer. für Allgemeine Chemie und Biochemie, Landshut

* Schnyder, Hans, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Grünlandlehre, Freising

Seiler, Klaus-Peter, Prof. Dr., GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, Geschäftsführung, Oberschleißheim

* Struck, Ulrich, Priv.-Doz. Dr., Universität München, GeoBio-Center^LMU, München

Ziegler, Hubert, Prof. Dr., Vorsitzender der Kommission für Ökologie, Bayerische Akademie der Wissenschaften, München