Mixotrophie: Heute und Morgen

In den letzten Jahren und Jahrzehneten wurde erkannt, dass mixotrophe Mikroalgen also solche Algen die sowohl Photosynthese betreiben, als auch Baketerien oder andere Algen fressen eine große ökologische Bedeutung in Seen und Meeren haben können. Dies stellt Wissenschaftler vor eine Herausforderung, da die traditionelle Unterteilung des Planktons in Phytoplankton (pflanzliches Plankton; Produzenten) und Zooplankton (tierisches Plankton; Konsumenten) nicht mehr eindeutig erscheint. Das derzeitig sehr bergrenzte Wissen über die Auswirkung von mixotrophen Mikroalgen auf Lebensgemeinschaften, Nahrungnetzte und Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufe steht in klarem Kontrast zu ihrer offensichtlichen Häufigkeit in verscheidenen Gewässeren. Zudem wird erwartet, dass durch den globalen Klimawandel bedingte Veränderungen von Seen und Meeren das Wachstum von mixotrophen Mikroalgen künftig begünstigten. Dabei spielen vorallem die steigenden Wassertemperaturen und der erhöhte Eintrag von terrestrischem Kohlenstoff in Gewässer eine bedeutende Rolle. Daher ist es angebracht mixotrophe Mikroalgen nicht nur unter derzeitigen Bedingungen zu untersuchen, sonder auch unter Bedingungen wie sie durch Klimamodelle für die Zukunft prognotiziert werden. Das hier vorgestellte interdisziplinäre Forschungsvorhaben zielt drauf ab, ein mechanistisches Verständnis über die funktionelle Rolle von mixotrophen Mikroalgen in mikrobiellen Nahrungsnetzten zu erhalten. Das Verständnis des Metabolismus von Mixotrophen ist von fundamentaler Bedeutung, um Kohlenstoff- und Energieflüsse an der Basis mikrobieller Nahrungsnetzte zu verstehen. Im speziellen sollen die folgenden Hypothesen bearbeitet werden: H1: Die jeweiligen Quellen des von Mixotrophen für Wachstum genutzten Kohlenstoffs - organische (Beute) gegenüber anorganische (Photosynthese) Quellen - hängen von den jeweiligen Typen der Ernährungsweise ab, einige benötigen zum Wachsen Licht, andere nicht. H2: Kohlenstoff, der vom Land in Gewässer eingetragen wird, wird von Mixotrophen im mikrobiellen Nahrungsnetz eingeschlossen, da sie diesen nicht für ihr Wachstum nutzen. H3: Vom Land in Gewässer eingetragener Kohlenstoff fördert nur das Wachstum von Mixotrophen die kein Licht für ihr Wachstum benötigen. Dies hängt von dem Gleichgewicht zwischen gesteigertem bakteriellem Wachstum und Lichtverfügbarkeit ab. H4: Durch den Klimawandel bedingte Änderungen von Ökosystemen fördern das Wachstum von Mixotrophen und verschieben ihre Ernährungsweise mehr in die Richtung von Konsumenten. Schlüsselmerkmale von Mixotrophen und ihren Einfluss auf mikrobielle Nahrungsnetzte sollen in Laborversuchen untersucht werden, bei denen Temperatur und der Eintrag von terrestrischem Kohlenstoff berücksichtigt werden. Die gewonnen Daten werden dann genutzt um mathematische Modelle zu verbessern und zu erstellen, die das mikrobielle Nahrungsnetz und assozierte Stoffkreisläufe erklären, auch vor dem Hintergrund des Klimawandels. Das Forschungsvorhaben hat klare interdisziplinäre Aspekte, da es auf eine elegante Weise Planktonökologie, Biochemie, merkmalbasierte Modellierung und Klimaforschung kombiniert.

In den letzten Jahren und Jahrzehneten wurde erkannt, dass mixotrophe Mikroalgen - also solche Algen, die sowohl Photosynthese betreiben als auch Bakterien oder andere Algen fressen - eine große ökologische Bedeutung in Seen und Meeren haben können. Der übergeordnete wissenschaftliche Zweck dieses Projekts bestand darin, zu untersuchen, wie verschiedene Mixotrophe organischen Kohlenstoff (aus ihrer Beute, Bakterien) im Vergleich zu anorganischem Kohlenstoff (über Photosynthese) abhängig von der Lichtverfügbarkeit nutzen. Insbesondere für solche mixotrophe Arten, von denen wir annehmen das sie Bakterien hauptsächlich fressen, um Nährstoffe zu erhalten ist wenig darüber bekannt, was mit dem Kohlenstoff geschieht, der mit ihrer Beute aufgenommen wird, z. B., ob sie ihn für ihr Wachstum verwenden. Wir konnten zeigen, dass die jeweiligen Quellen des von Mixotrophen für Wachstum genutzten Kohlenstoffs - organische (Beute) gegenüber anorganische (Photosynthese) Quellen - von den jeweiligen, artspezifischen, Typen der Ernährungsweise abhängen. Dabei kann man grob zwei Typen unterscheiden, lichtunabhängige und lichtabhängige Ernährungsweise. Arten des lichtunabhängigen Typs nutzen als Kohlenstoffquelle vorrangig ihre Beute, wohingegen bei Arten des lichtabhängigen Typs die genutzten Kohlenstoffquellen von der Menge des verfügbaren Lichts abhängig ist. Bei den meisten untersuchten Arten dieses Typs steigt der Anteil des genutzten Kohlenstoffs aus der Beute mit sinkender Lichtverfügbarkeit, jedoch nicht bei allen. Generell tragen die in diesem Projekt gewonnen Erkenntnisse zu unserem Verständnis des Metabolismus von Mixotrophen bei, was wiederum hilft Kohlenstoff- und Energieflüsse an der Basis mikrobieller Nahrungsnetzte zu verstehen.