Durchflusszytometrische Verfahren in der Quartärforschung: Verbesserung von Radiokohlenstoffdatierungen und Evaluierung stabiler Isotopen- und aDNA-Analysen auf Basis hochreiner fossiler Pollenproben

• Antragsteller: Dr. Christian Leipe
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Physische Geographie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400195333

Die Analyse fossiler Pollenspektren (Pollenanalyse = PA) ist eine der meistverwendeten Methoden der Quartärforschung. Sie hat maßgeblich zum Verständnis vergangener Umweltveränderungen und Mensch-Umwelt-Beziehungen, der Geschichte von Landnutzung sowie dem Ursprung und der Verbreitung von Landwirtschaft beigetragen. Pollenbasierte qualitative und quantitative Umwelt-Rekonstruktionen berücksichtigen die An-/Abwesenheit von Indikator-Taxa und/oder den prozentualen Anteil pro Taxa in den untersuchten Sedimentproben. Verschiedene Studien haben das Potenzial pollenbasierter stabiler Isotopen- und aDNA-Profile für die Quartärforschung nachgewiesen. Isotopensignale von Pollen terrestrischer Pflanzen haben den Vorteil, dass sie im Gegensatz zur PA nicht von der Zeitverzögerung zwischen der Veränderung des Klimas und der Vegetation betroffen sind. Mit der aDNA von Pollen können die Ursprungspflanzen auf Artniveau identifiziert werden, was mit traditionellen Bestimmungsmethoden selten gelingt. Damit lassen sich Indikator-Taxa sowie Nutzpflanzen sicherer identifizieren. Bei der Radiokohlenstoffdatierung werden fossile Pollen verwendet, um z. B. Reservoireffekte zu korrigieren. Um diese Ziele in der Pollenforschung zu erreichen, müssen reine Pollenkonzentrate effektiv extrahiert werden, die entweder gesamte Spektren oder nur ausgewählte Taxa umfassen. Das ist mit den gängigen Methoden nicht möglich. Meine eigenen Voruntersuchungen und die Experimente von Kollegen haben gezeigt, dass Durchflusszytometrie ein aussichtsreiches Verfahren ist. Mein Projekt hat die Erprobung und Anwendung der Durchflusszytometrie auf den Sedimentkern RK12 vom Kushu-See (Nordjapan) zum Ziel. Ich werde mich zunächst auf die Extraktion von reinen, kontaminationsfreien Pollenproben aus dem gut datierten und hartwassereffektfreien Teil (0–6000 Jahre vor heute) des Sedimentkerns mittels Durchflusszytometrie konzentrieren; dann an ausgewählten Pollentaxa (z.B. Tanne und Eiche) die stabilen Isotope δ13C und δ18O analysieren; mit aDNA-Analysen das Vorkommen ausgewählter ökologischer Indikator-Taxa und domestizierter Pflanzenarten wie Gerste und Hirse prüfen; und etwa 20 Pollenkonzentrate mit der Radiokohlenstoffmethode datieren. Diese Ergebnisse werde ich mit den Resultaten der konventionellen Methoden evaluieren. Sollten sich die neuen Verfahren als erfolgreich erweisen, werden sie in einem dritten Schritt auf verschiedene Sedimentkerne aus Ost- und Südostasien angewandt. Dazu zählen der untere und weniger gut datierte Abschnitt des RK12-Kerns sowie jeweils ein Sedimentkern aus Zentraljapan und Nordvietnam. Durch die Anwendungen sollen die entwickelten Arbeitsprozesse weiter optimiert werden und wichtige Erkenntnisse über die Evolution des ostasiatischen Sommermonsuns sowie kurzzeitige Klimaänderungen während des Spätglazials und Holozäns erlangt werden. Zudem soll die Kultivierung/Verbreitung verschiedener Nutzpflanzen (Gerste, Hirse, Reis) nachgewiesen werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Japan
• Gastgeber: Professor Dr. Hiroyuki Kitagawa