Moduldetails

Prüfungsnummer

Abkürzung

Modulname Deutsch

Modulname Englisch

Modulverantwortliche/r

Studiengang Koordinator/in Kirsten Fittinghoff (pruefaus@hhu.de) Kevin Ross (kevin.ross@hhu.de) Gerhard Klassen (klassen@hhu.de) Luca Alexander Klever (lukle105@uni-duesseldorf.de) Ovidiu Popa (ovidiu.popa@hhu.de) Divykriti Chopra-Ufer (pa-qbio@hhu.de) Kirsten Fittinghoff (Studienbuero-bio@hhu.de)

Stand

Dozentinnen/Dozenten Dr. Ovidiu Popa, Dr. Katja Metfies, Ellen Oldenburg

Fachsemester

Modulorganisation

Modus Pflichtmodul Wahlpflichtmodul

Arbeitsaufwand

Leistungspunkte

Kontaktzeit

Selbststudium

Lehrveranstaltungen Übung: 18 SWS Vorlesung: 2 SWS Seminar: 1 SWS

Turnus

Gruppengröße

Dauer

Lernergebnisse/Kompetenzen !! Für die Expedition könnten ggf. noch Kosten für die An und Abreise anfallen !! Die Studierenden sind in der Lage, Mikroorganismen, die eine wichtige Rolle im marinen Kohlenstoffkreislauf spielen, zu isolieren und mittels Mikroskopie und DNA-Sequenzierung zu bestimmen. Die Studierenden nehmen an einer Forschungsreise teil und lernen interdisziplinäres wissenschaftliches Arbeiten während einer Expedition. Während der Fahrt werden sie mit ozeanographischen Messgeräten und Proben sammeln vertraut gemacht. Darüber hinaus bekommen sie ein Verständnis über die Verbindung der marinen Biodiversität mit physikalischen Prozesse im Ozean und wichtigen Ökosystemfunktionen, wie z.B. dem Kohlenstofftransport. Die Studierenden lernen, Mikroorganismen zu beproben, zu kultivieren und zu bestimmen. Dazu gehört die fraktionierte Filtration aus verschiedenen Wassertiefen, um Plankton, Prokaryoten und Viren für molekulargenetische Analysen zu sammeln. Am Alfred-Wegener-Institut wird die Rolle des Phytoplanktons im Kohlenstoffkreislauf erklärt. Im Labor wird dann genetisches Material aus den entnommenen Proben extrahiert und sequenziert. An der HHU erwerben die Studierenden die Kompetenz im Umgang mit Sequenzierungsdaten aus verschiedenen OMICs Technologien (z.B. Amplicon und Metagenom). Mit Hilfe verschiedener „state of the art“ Methoden können die Studierenden Sequenzen bereinigen, in taxonomische Gruppen einordnen, phylogenetisch analysieren und graphisch darstellen. Der Einfluss ökologischer Faktoren auf die Dynamik der zuvor definierten taxonomischen Gruppen kann mit Hilfe statistischer Methoden bestimmt werden. Zusammenfassend werden Kompetenzen im Bereich „Computational Ecology“ erworben, die sich zusammensetzen aus: Fragestellung, Expeditionsvorbereitung, Probenahme, Isolierung, Auswertung und Dokumentation.

Lehrformen Vorlesung und Übungen vor Ort, Laborpraktikum am Alfred-Wegener-Institut Bremerhaven, 3-4 tägige Schiffsexpedition mit der FS-Heincke

Inhalt Inhalte Vorlesung: 1. Theoretische Grundlagen der Meeresökologie: o Einführung in die marine Ökologie: Lebensräume, Biodiversität, Ökosystemfunktionen o Primärproduktion: Bedeutung, Limitierung, saisonale Schwankungen o Phytoplanktondiversität: Morphologie, Physiologie, Taxonomie o Zooplankton als Konsumenten: Ernährung, Rolle im Nahrungsnetz o Biogeochemische Kreisläufe im Meer: Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor 2. Bioinformatische Methoden in der Meeresforschung: o Einführung in bioinformatische Tools und Datenbanken o Sequenzanalyse: PCR, Sanger-Sequenzierung, Next-Generation Sequencing o Phylogenetische Analyse: Baumkonstruktion, Verwandtschaftsbestimmung o Datenanalyse: Statistik, Visualisierung o Bildanalyse: Software zur Messung und Auswertung von Bildern (DeepLoki) 3. Meeresfahrt und Probenahme: o Planung und Durchführung einer meeresbiologischen Expedition o Probenahme von Wasser, Sediment und Organismen o Einsatz verschiedener Instrumente o Navigation und Sicherheit auf See 4. Laboranalysen: o Bestimmung der Chlorophyllkonzentration: Spektrophotometrie, Fluorometrie o Isolierung und Kultivierung von Mikroalgen o Mikroskopische Bestimmung von Phytoplanktonarten o Zellzählung und Biomassenbestimmung o Isolierung genomischer DNA aus den Feldproben der Ausfahrt o PCR-Amplifikation o Sequenzierung Übung: Bioinformatik: • R Programmierung um Sequenzdaten (Amplicon/Metagenom) zu charakterisieren (Qualitätskontrolle, filtern, Referenzverlinkung, taxonomische Klassifizierung, etc.) • Statistische Auswertung von Zeitserien (Saisonalität, Trend, Rest-Komponente) • KI-Anwendung für Plankton Klassifizierung • Kausale Korrelationen Bestimmen mittels Graphen und Zeitserien Labor: • Fraktionierte Filtration von Wasserproben • Inkubationsverfahren für die Virenisolation • Aufreinigung von genetischen Material aus den gesammelten Umweltproben Dokumentation: Die Studierenden machen einen Expeditionsprotokoll.

Teilnahmevoraussetzungen Formal: Zulassung zum Studiengang Inhaltlich: Grundkenntnisse in R / Python Programmierung

Prüfungsformen (1) Kompetenzbereich „Theorie“ (70 % der Note): mündliche Prüfung (Regelfall) über die vermittelten Inhalte aus der Vorlesung und den Übungen. (2) Kompetenzbereich „Anwendung“ (10 % der Note): Inhaltliche Strukturierung der Programmierskripte, sowie Dokumentation und Nachvollziehbarkeit der Funktion. (3) Kompetenzbereich „Expeditions Protokoll“ (20% der Note): Inhalt und Strukturierung des Protokolls sowie Nachvollziehbarkeit des Inhalts.

Voraussetzungen für die Vergabe der Leistungspunkte für dieses Modul (1) Bestehen des Kompetenzbereichs „Theorie“ (2) Regelmäßige und aktive Teilnahme an den Übungen (3) Bestehen des Kompetenzbereichs „Expeditions Protokoll“

Zuordnung zum Studiengang M.Sc. Biologie, Quantitative Biologie Major: ( X) Biomedizin & Zellbiologie ( X) Evolution & Biodiversität ( X) Plant Sciences – Ernährungssicherheit im Klimawandel ( X) Künstliche Intelligenz & Data Science ( X) Pathogene & Infektionsbiologie ( X) Synthetische Biologie & Biotechnologie

Verwendung des Moduls in anderen Studiengängen

Stellenwert der Note für die Endnote Die Note fließt, den Leistungspunkten (CP) entsprechend, in die Gesamtnote ein: M.Sc. Biologie zweijährige Variante (14/72); M.Sc. Biologie einjährige Variante (14/44)

Unterrichtssprache ( ) Deutsch ( ) Englisch (x) Deutsch und Englisch ( ) Deutsch, Englisch bei Bedarf

Sonstige Informationen Das Modul wird zentral vergeben: http://www.biologie.hhu.de/studium/studierende/modulvergabe.html