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Ökonomische Auswirkungen der afrikanischen Schweinepest in Deutschland sowie Konsequenzen für die Seuchenprävention und Seuchenbekämpfung
(2023) Heinrich, Franziska; Bahrs, Enno
Ein Ausbruch der Afrikanischen Schweinepest (ASP), einer Tierseuche welche durch das ASP-Virus ausgelöst wird und nicht als Zoonose gilt, geht neben schwerwiegenden Folgen für die Gesundheit der Schweine auch häufig mit erheblichen ökonomischen Schäden einher. Die ökonomischen Auswirkungen der ASP sind vielfältig und entstehen im Ausbruchsfall nicht nur auf einzelbetrieblicher Ebene für die betroffenen Tierhalter, sondern können sich auch auf andere landwirtschaftliche Betriebe sowie weitere Glieder der Wertschöpfungskette ausweiten und auch andere Stakeholder der Gesamtwirtschaft wie beispielsweise staatliche Institutionen und die Konsumenten betreffen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, exemplarisch ökonomische Konsequenzen eines ASP-Ausbruchs in Deutschland sowohl auf einzelbetrieblicher als auch auf sektoraler Ebene für Schweinehalter, aber auch für ausgewählte weitere Stakeholder wie Flächenbewirtschafter, Schlachtunternehmen sowie staatliche Institutionen zu untersuchen. Die Auswirkungen werden dabei exemplarisch für verschiedene Seuchenszenarien berechnet. Zur Analyse der ökonomischen Folgen für Schweinemäster und Ferkelerzeugerbetriebe werden die Mindererträge und Mehraufwendungen bei ASP-Ausbruch in vier verschiedenen Untersuchungsregionen ermittelt und durch Übertragung dieser Ergebnisse auf sämtliche deutschen Landkreise regionale Schadenshöhen berechnet. Auf der Basis der ermittelten einzelbetrieblichen Schäden wird die Rentabilität verschiedener Präventionsmaßnahmen wie beispielsweise eines Versicherungsabschlusses untersucht. Da in diesem Zusammenhang Eintrittswahrscheinlichkeiten für einen Seuchenausbruch eine Rolle spielen, werden diese in einem weiteren Teil der Arbeit mittels einer Expertenbefragung zur Identifizierung und Klassifizierung von Risikofaktoren und Parametern zu deren regionaler Abbildbarkeit beleuchtet. Des Weiteren werden Zukunftsperspektiven möglicher Impfstrategien sowie die Auswirkungen künftig erwarteter Veränderungen in der Schweinehaltung auf die ökonomischen Schäden bei einem ASP-Ausbruch beleuchtet. Zusammenfassend zeigen die Berechnungen dieser Arbeit, dass die Haupteffekte der ökonomischen Auswirkungen eines ASP-Ausbruchs aus den zu erwartenden Exportbeschränkungen für Schweinefleisch und den damit verbundenen Preissenkungen für Schweinefleisch resultieren. Für die Gesamtheit der schweinehaltenden Betriebe in den Restriktionsgebieten ergeben sich bei einem ASP-Ausbruch in der Hausschweinpopulation unter der Annahme einer maximalen Sperrzeit von 90 Tagen Mindererträge und Mehraufwendungen von bis zu etwa 10 Mio. Euro in der Untersuchungsregion Nordrhein-Westfalen. Dagegen fallen die Schäden für die Gesamtheit der schweinehaltenden Betriebe im gefährdeten Gebiet bei einem ASP-Ausbruch in der Wildschweinpopulation je nach Region mit 0,8-2,2 Mio. Euro deutlich geringer aus. Dazu kommen hier jedoch Schäden für die Flächenbewirtschafter, die sich durch Nutzungsverbote im gefährdeten Gebiet ergeben und zu Mindererträgen und Mehraufwendungen von etwa 17.133 Euro bis rund 38 Mio. Euro je nach Sperrdauer und Region führen. Durch eine Reduzierung dieser Nutzungsverbote für landwirtschaftliche Flächen lassen sich diese Schäden nach Berechnungen der vorliegenden Arbeit um bis zu etwa 90 % senken, wenn die Restriktionen auf das Kerngebiet beschränkt werden und nicht mehr für das gesamte gefährdete Gebiet gelten. Insgesamt ergibt sich sowohl bei einem ASP-Ausbruch in der Hausschwein- als auch in der Wildschweinpopulation in Deutschland für die Gesamtheit der berücksichtigten Stakeholder ein potentieller Gesamtschaden von jeweils rund 1,4 Mrd. Euro. Dabei spielen vor allem die angenommenen Exportverbote für die Dauer von 12 Monaten und die damit verbundenen erwarteten Preissenkungen eine Rolle. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, wie wichtig Maßnahmen zur Prävention eines ASP-Ausbruchs wie z.B. der Abschluss von Versicherungen und die Umsetzung von Biosicherheitsmaßnahmen sowie politische Bemühungen zur Vereinbarung von Regionalisierungsabkommen zur Begrenzung der Exportbeschränkungen auf direkt betroffene ASP-Gebiete sind, um mögliche Schäden zu minimieren.
Dissection of adaptation mechanisms of maize during repeated drought and recovery
(2024) Kränzlein, Markus; Zörb, Christian
Drought is a major challenge to modern agriculture, and maize as a drought sensitive C4 crop with short growing seasons and ample water demand is a suitable model organism to better understand adaptation towards drought, which enables fortifica- tion of crops. The study of repeated drought scenarios has become a new paradigm in drought stress research in the past decade, as is more realistic than the study of responses to singular drought events and the occurrence of cyclic drought is expected to increase in the future. Moreover, the ability to recover from dehydration can be integrated into the model of total drought adaptability of the plant. The first part of this work was to investigate 8 diverse maize hybrids to better under- stand the differential responses towards repeated drought intermitted by a water-pulse and to identify hybrids contrasting in drought resistance. After two stress periods intermitted by a singular water pulse, two hybrids could be identified as contrast- ing with regard to drought tolerance. Furthermore, the sensitive hybrid was able to restart growth almost immediately after the water-pulse. This study emphasized the importance of the recovery trait for overall drought adaptability and suggested that the setting of repeated drought should be included in screening trials. However, it remained open whether the effect of recovery-potential persists over multiple cycles of drought and rewatering in recovery-oriented hybrids, or whether it may lead to metabolic exhaustion. The second part of this thesis focused on investigation of the processes during re- peated drought on a metabolic, lipidomic and proteomic level in the two contrasting maize hybrids. The study of proteomics revealed memory effects in both hybrids, leading to a dampened response in the repeated drought treatments related to pro- tein abundance changes, which also correlated with the drought phenotype. Inherent differences between hybrids were for instance observed in ribosome abundance, which was constitutively higher in hybrid L while K showed lower abundance but an in crease upon rewatering. This probably enables hybrid L to faster adapt to changes in the environment but has the downside of reduced growth. The proteomic study provided new insights into adaptation of contrasting hybrids to repeated drought, which was evidenced by strong protein abundance changes in drought relevant path- ways in response to drought and memory effects in both hybrids. The differences in genotypic responses could provide novel targets for breeding of hybrids adapted to cyclic drought events. The lipidomic study demonstrated the importance of thylakoid remodeling and of the maintenance or active upregulation of lipid unsaturation under drought, which are considered important traits of drought tolerant plants. The tolerant hybrid L displayed effective adjustments of these processes under drought, while sensitive hy- brid K showed a lack of adjustability of both processes only in the repeated drought treatment. This work suggested that the recovery phase is crucial for differential adaptation of lipids and might decide over drought tolerance in sensitive, recovery- oriented hybrids. To summarize, the findings of this work deepen our understanding of the physio- logical, metabolic, lipidomic, and proteomic processes underlying the adaptation of contrasting maize hybrids to repeated drought, thereby providing an additional ba- sis for future research aimed at improving drought resilience of crops in dynamic environments.
Regulation of fibroblast growth factor 23 (FGF23) in metabolic derangement
(2024) Alber, Jana; Föller, Michael
Increased incidence of metabolic syndrome is attributable to Western dietary patterns. Metabolic syndrome enhances risk of developing diabetes mellitus type 2 or cardiovascular diseases, which are associated with lactic acidosis, diabetic ketoacidosis and hyperhomocysteinemia. Increased lactate, ketone body or homocysteine levels are therefore relevant indicators of impaired metabolism and pathogenesis. FGF23 is an important regulator of calcitriol and phosphate homeostasis, and is predominantly synthesized in bone cells. Synthesis of FGF23 is regulated by various mechanisms including insulin/IGF1, mTOR, AMPK, PPARα, inflammation and oxidative stress. Increased FGF23 serum levels are correlated to inflammatory, renal and cardiovascular diseases, thus FGF23 represents an important therapeutic target and disease marker. Investigations unveiling regulation of FGF23 expression and synthesis as well as underlying mechanisms are therefore of high clinical significance. Hence, the present work aimed to elucidate a relevance of impaired metabolism on FGF23 formation, therefore establishing a basis for improved diagnosis as well as therapeutic approaches reducing morbidity and mortality in lactic acidosis, diabetic ketoacidosis or hyperhomocysteinemia. To this end, regulation of FGF23 synthesis under the influence of lactate, ketone bodies and homocysteine was analyzed. Lactic acid and sodium lactate enhanced Fgf23 expression in UMR106 osteoblast-like cells, an effect translated into higher cFGF23 concentration in cell culture supernatants. Application of NFκB inhibitors wogonin and withaferin A demonstrated an NFκB-mediated up-regulation of Fgf23 expression through lactic acid. Despite the knowledge that NFκB is an inducer of FGF23 formation and lactate stimulates NFκB activity, this study is the first to reveal a direct regulation of lactate on FGF23 production. As lactic acidosis is a common comorbidity in diabetes mellitus type 2 or cancer and increased lactate serum concentrations are associated with higher mortality, the findings of this study demonstrate FGF23 to be another useful biomarker for disease monitoring and prognosis. Furthermore homocysteine is a new regulator of FGF23 synthesis as shown within the present work, thus increasing Fgf23 expression and cFGF23 abundance in UMR106 cells. This effect is mediated by enhanced oxidative stress which stimulates FGF23 production, and is abolished by application of anti-oxidative ascorbic acid. Homocysteine serum levels are associated with versatile pathologies and its link to FGF23 signaling is therefore of clinical relevance, particularly in cardiovascular and renal diseases. In another investigation as part of this work, the ketone body βHB was identified as stimulator of FGF23 synthesis in UMR106 osteoblast-like cells as well as in primary cardiomyocytes, NRVM. Within NRVM, regulation of Fgf23 expression was shown to be dependent on MCT1/2 and HCAR2. Furthermore, intracellular activation of NFκB by βHB impacting on FGF23 synthesis was demonstrated in UMR106 cells. Moreover, short-term fasting (16 h) or βHB sodium salt administration increased FGF23 serum concentrations in C57BL/6 mice. These effects are of high relevance, since fasting-induced FGF23 synthesis was associated with lower NaPi-IIa and αklotho expression as well as with higher Cyp24a1 expression. In line with high FGF23 levels and enhanced Cyp24a1 expression, calcitriol serum levels of fasted animals were significantly lower compared to mice fed ad libitum. Other serum parameters including phosphate, calcium and PTH did not differ between both study groups. Further investigations revealed an important role of the heart as well as of thymus, spleen and pancreas in fasting-induced FGF23 synthesis. However, Fgf23 expression in bone and bone marrow did not differ between fasted mice and mice fed ad libitum, and was not detectable in liver tissue. As fasting and ketone body production are thought to be beneficial for various diseases and longevity, the findings of this investigation have enormous clinical implications. Since FGF23 has been demonstrated to be an important disease marker, and fasting induces FGF23 synthesis, blood samples of patients in fasting states may require careful interpretation. In conclusion, the present work is the first to demonstrate a direct regulation of FGF23 synthesis through lactate, ketone bodies and homocysteine. Hereby, NFκB signaling and generation of oxidative stress play a pivotal role. As FGF23 formation has been shown to be regulated through short-term fasting and to impact on phosphate homeostasis within the present work, the findings are highly implicated in physiology and pathophysiology. With respect to development of cardiovascular or renal diseases through lactic acidosis, diabetic ketoacidosis and homocysteinemia as well as to the relevance of FGF23 in these pathologies, the results of the present work are of significance for improved disease monitoring and establishment of new therapeutic approaches. Future investigations examining an involvement of metabolic regulators, e.g. insulin, mTOR, AMPK, PPARα, or of FGF co-receptor αklotho may provide further promising targets for therapy, diagnosis and prognosis of metabolic diseases.
Einfluss von klimatischen Faktoren auf das Quartiernutzungsverhalten des Großen Mausohrs (Myotis myotis) in Deutschland
(2024) Matthäus, Laura; Fietz, Joanna
Um dem dramatischen Artenrückgang der letzten Jahrzehnte entgegenzuwirken und die Folgen des Klimawandels einschätzen und seine Auswirkungen bewerten zu können, ist es unerlässlich, die Auswirkungen der klimatischen Veränderungen auf die Fauna zu beobachten. Nur auf dieser Grundlage können wirksame Maßnahmen zum Schutz der Arten ergriffen werden. Auch bei den Fledermäusen kam es ab Mitte der 1950er Jahre zu einem massiven Rückgang der Populationen mehrerer europäischer Fledermausar- ten. Bei einer dieser Arten handelt es sich um das Große Mausohr (Myotis myotis), für welches Deutschland aufgrund der weltweiten Verbreitung der Art sowie der Verteilung der Weltpopulation eine besondere Verantwortung trägt. Um auf Basis der FFH- Richtlinie, in deren Anhang II und Anhang IV das Große Mausohr geführt wird, dauerhaft einen wirksamen Schutz der Art in Deutschland gewährleisten zu können, war das Ziel der vorliegenden Dissertation, den Einfluss klimatischer Faktoren auf das Quartiernut- zungsverhalten des Großen Mausohrs zu untersuchen und ein Konzept für ein kontinu- ierliches bundesweites Monitoringsystem zu entwickeln. Es wird angenommen, dass die Änderungen klimatischer Faktoren Einfluss auf den Energieverbrauch sowie die Nahrungsverfügbarkeit und damit auf das Nahrungssuch- verhalten, die Reproduktion und das Überleben bzw. die Bestandsentwicklung von Fle- dermäusen haben. Um die Hypothese validieren zu können, wurde zunächst untersucht, welche Erfassungsmethoden geeignete Daten hierfür liefern können. Dazu wurden visu- elle Ausflugszählungen, halbautomatisierte Infrarotvideoaufnahmen und vollautomati- sierte Lichtschrankenerfassungen an Großen Mausohr-Wochenstuben synchron durch- geführt. Anhand des Methodenvergleichs sollen zudem die ehrenamtlichen und professionellen Kartierer, Wissenschaftler sowie Fachbehörden in der Auswahl einer geeigneten Erhe- bungsmethode unterstützt werden. Da der Vergleich der Datenqualität ergeben hat, dass diesbezüglich keine signifikanten Unterschiede zwischen den drei angewandten Metho- den vorliegen und auch die Anwesenheit des Kartierers keinen Einfluss im Sinne einer Störung auf den Ausflug der Großen Mausohren hat, kann die Wahl der geeigneten Er- fassungsmethode fallspezifisch von den Rahmenbedingungen und der Zielsetzung der Studie abhängig gemacht werden. Im Fall des angestrebten bundesweiten Großen Mausohr-Monitorings zur Überwachung des Großen Mausohrbestands in Deutschland im Rahmen der FFH-Richtlinie empfiehlt sich die Durchführung von permanenten Lichtschrankenerfassungen, um anhand von Langzeitaufnahmen mögliche Bestandsveränderungen in den Wochenstuben unmittel- bar identifizieren und geeignete Maßnahmen ergreifen zu können. Bei Bedarf kann die Lichtschrankenerfassung, beispielsweise zur Validierung, stichprobenartig mit anderen Methoden kombiniert werden. Somit konnte anhand der Untersuchung zum Methoden- vergleich die Eignung der Methode der Lichtschrankenerfassung und die Validität der erzeugten Daten für die Untersuchung von Klimaeinflüssen auf die Phänologie bestätigt werden. In der Folge wurden auf Basis von Lichtschrankenerfassungen gewonnene Daten her- angezogen, um das Quartiernutzungsverhalten des Großen Mausohrs in Abhängigkeit von klimatischen Faktoren zu analysieren. Hierfür wurde ermittelt, ob die Umgebungs- temperatur (Ta) einen Einfluss auf die Phänologie des Großen Mausohrs hat. Die vorliegenden Untersuchungen haben gezeigt, dass Veränderungen der Ta einen maßgeblichen Einfluss auf die Phänologie der Großen Mausohren haben. Dabei kann sich eine Erhöhung der Ta je nach Zeitpunkt positiv oder negativ auf die Fitness der Fledermäuse auswirken. So scheinen warme Winter bis zu einer gewissen Temperatur eine frühere Rückkehr in die Wochenstuben auszulösen, was je nach den anhaltenden Witterungsbedingungen und damit der Insektenverfügbarkeit positiv oder negativ für die Fledermäuse sein kann. Ein warmes Frühjahr wiederum scheint zu einem früheren Start der Geburten zu führen, wodurch ausreichende Energiereserven für den Winterschlaf angelegt werden können. Auch hohe Temperaturen während der Laktation der Fleder- mäuse sowie ein früherer Start der Geburten führten zu einer früheren Auflösung der Wochenstube, sodass die Überwinterung der Jung- und Muttertiere günstigen Bedingun- gen unterliegt, da bereits frühzeitig Energiereserven gesammelt werden können. Nach diesen Ergebnissen ist es unerlässlich, bei der Entwicklung von Maßnahmen zum Schutz der Fledermausfauna den Einfluss der klimatischen Veränderungen auf die Fle- dermäuse miteinzubeziehen. Die Erkenntnisse aus dem Methodenvergleich sowie die Ergebnisse der Untersuchung zum Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Phänologie des Großen Mausohr wer- den in einem die Dissertation abschließenden Monitoringkonzept angewendet. Dieses Konzept ist auf den Fledermausschutz sowie insbesondere den Schutz in den Quartie- ren ausgerichtet und sieht eine permanente Aktivitätserfassung mittels Lichtschranken- Technik vor. Es konnte ein Monitoringdesign entwickelt werden, welches bei eintreten- den Verhaltensänderungen in Wochenstuben des Großen Mausohrs das unmittelbare Ergreifen von Maßnahmen ermöglicht, wodurch ein schneller und wirksamer Schutz der Art gewährleistet werden kann. Darüber hinaus werden die erforderlichen Bestandsda- ten generiert, um der auf der FFH-Richtlinie basierenden Berichtspflicht gegenüber der EU vollumfänglich nachkommen zu können.
Governance of responsible research and innovation: A social welfare, psychologically grounded multicriteria decision analysis approach
(2025) Paredes-Frigolett, Harold; Pyka, Andreas; Bevilacqua Leoneti, Alexandre; Nachar-Calderón, Pablo
Our article deals with the governance of responsible research and innovation (RRI) and aims to set out a first psychologically grounded decision-theoretic method for the governance of RRI. We approach the governance of RRI as a multicriteria group decision analysis problem of delivering social welfare in an innovation ecosystem. Following such a methodological approach, we develop a psychologically grounded multicriteria group decision analysis method that integrates in its value function the main psychological effects captured in the value function of prospect theory as the main theory of individual decision-making under risk. The method first applies a psychologically motivated multicriteria decision analysis function that measures the welfare delivered to all stakeholders involved in a research and innovation consortium. The method then applies a social welfare function on the welfare measurements of stakeholders to propose a social welfare solution that emerges as an RRI-compliant solution for the consortium. The results are a first psychologically grounded multicriteria group decision analysis method and its first application to the governance of RRI. The implications of our results are theoretical but also practical, as our method contributes not only to the established field of multicriteria decision analysis by setting out new method but also to the field of RRI by delivering a psychologically grounded decision-theoretic method for the governance of RRI.