Ökologie von Viren und Partikel im Süßwasser

Forschungsprojekt P 14721Ökologie von Viren und Partikel im SüßwasserPeter PEDUZZI09.10.2000 Durch die hohe Abundanz von Viren in aquatischen Systemen besteht eine signifikante Beeinflussung der dort ablaufenden biologischen Prozesse. Sie wirken auf die Verteilung, Aktivität und Diversität ihrer Wirtsorganismen und scheinen auch Einfluß auf die Stoffflüsse zu nehmen. Im Wasser suspendiertes partikuläres Material spielt in den biogeochemischen Kreisläufen und bei biologischen Prozessen eine bedeutende Rolle. Die häufig hohe SchwebstoffTracht in großen Flußsystemen ist in diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung. Die Häufigkeit und die Aktivität von mit Partikel assoziierten Mikroorganismen kann zu den im gesamten Wasserkörper ablaufenden mikrobiellen Prozesse substantiell beitragen. Das scheint aber in starkem Maße von der Qualität der Partikel wie auch von der Art der involvierten Organismen abzuhängen. Es gibt überraschend wenig wissenschaftliche Resultate zur Interaktion zwischen suspendiertem Material und der natürlichen Virengemeinschaft (vor allem Bakteriophagen) in Gewässern. Speziell für Süßwassersysteme, in denen Schwebstoffe ja meist eine besondere Rolle spielen, gibt es kaum Information. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt soll nun einen substantiellen Beitrag zum derzeitigen Wissensstand liefern. Es wird versucht, einige relevante wissenschaftliche Fragen in diesem Zusammenhang zu beantworten: 1) Nimmt die Menge und Qualität von suspendiertem Material Einfluß auf die Interaktion zwischen Viren und Bakterien? 2) Ist partikuläres Material ein Faktor zur Beseitigung und Inaktivierung oder eher ein Ort des "Überlebens" und der Produktion von Viren? 3) Unterscheidet sich die Gemeinschaftsstruktur aquatischer Viren auf Partikel von der im umgebenden Wasserkörper? 4) Beeinflußt die Aktivität von Viren die Struktur der bakteriellen Gemeinschaften auf Partikei und in der freien Wassersäule? 5) Welche Rolle spielen Viren bei der Bildung oder beim Abbau partikulären Materials? Das Donau-Ausystem südostlich von Wien bietet ein breites Spektrum von verschiedenen Arten partikulären Materials (mineralisch bis organisch) und eignet sich daher besonders für dieses Forschungsvorhaben. Die Untersuchung wird in drei Subsystemen mit distinkter hydrologischer und biologischer Charakteristik durchgefiffift. Die Ergebnisse sollen zu einem tieferen Einblick in die Struktur und Funktion aquatischer, mikrobieller Nahrungsnetze und Stoffzyklen beitragen.

Fliessgewässer transportieren oft beträchtliche Mengen an suspendierten Partikeln mit Auswirkungen auf biogeochemische Zyklen und biologische Prozesse. Das Projekt sollte zu neuen Erkenntnissen über die Interaktion zwischen im Wasser suspendierten Partikeln und den natürlichen Bakterien- und Virengemeinschaften unter verschiedenen hydrologischen Bedingungen beitragen, um die Struktur und Funktion aquatischer Nahrungsnetze besser verstehen zu können. Qualität und Größenverteilung von Partikeln wurde mit mikrobiellen Parametern in Beziehung gesetzt. Hydrologie und "Wasseralter" hatten deutlichen Einfluss auf die Häufigkeit und Qualität der Partikel. Die Größe der Partikel beeinflusste die Anwesenheit von Bakterien und Viren, wobei kleinere bis mittlere Partikel mit hohem Anteil an organischem Material am stärksten von Mikroorganismen besiedelt waren. Auch verschiedene Umweltparameter hatten Einfluss. Durch verbesserte Methodologie ist es uns nun möglich, die Architektur und mikrobielle Besiedelung von aquatischen Partikeln zu visualisieren und rekonstruieren. Wir konnten zum ersten mal weltweit die Verteilung von Viren, Bakterien und anderem Material auf voll hydrierten Partikeln dokumentieren. Laborexperimente ergaben, dass die unterschiedliche Partikelqualität Einfluss auf die Häufigkeit von Bakterien und Viren sowie auf die bakterielle Aktivität auf den Partikeln und teilweise auch im Umgebungswasser hat. Daten von einem tropischen, aquatischen Netzwerk (Sri Laka) zeigten, dass die meisten erhobenen Viren-Parameter mit der Häufigkeit und Produktivität von Bakterien aber auch mit den Nährstoffen in Verbindung stehen. Adaptierte Methodik zur Darstellung der Struktur von Virengemeinschaften ergab eine beträchtliche Variabilität der Virenplankton-Zusammensetzung. Die niedrigste Diversität fand sich im Hauptstrom, höhere in Altarm- und Seitensystemen. Gleichzeitig wurde auch die Gemeinschaftsstruktur von Bakterien auf Partikeln und im Umgebungswasser erhoben, wobei neu von uns entwickelte software die Auswertung verbessert. Die Partikel- assoziierte Bakteriengemeinschaft zeigte höheren "Arten"-Reichtum und war heterogener als die im Umgebungswasser. In isolierten Au-Abschnitten war im zeitlichen Verlauf die "Arten"-Zusammensetzung generell variabler. Die Struktur der Bakteriengemeinschaften war in den verschiedenen Au-Subsystemen sowie im Vergleich "Partikel-assoziiert" zu "freilebend" signifikant unterschiedlich. Zusammenhänge mit Veränderungen in der Algenbiomasse, Temperatur und Nährstoffkonzentration konnten nachgewiesen werden. Suspendierte Partikel, Bakterien und Viren scheinen in den untersuchten Binnengewässern von verschiedenen Umweltparametern abzuhängen und beeinflussen möglicherweise Prozesse auf der Ebene des ganzen Ökosystems.