Kontrollmechanismen der Bakterioplanktondiversität

Das Ziel des Projektes ist es die spärlichen Kenntnisse über die Artenzusammensetzung der Gewässerbakterien zu erweitern sowie diejenigen grundlegenden Mechanismen zu beleuchten, die die Artenzusammensetzung kontrollieren. Im freien Wasser von Seen und Meeren sind Bakterien unter den vertretenen Organismen wie Algen, andere Einzeller, Kleinkrebse und Fische die bei weitem häufigsten. In einem milliliter Wasser aus einem natürlichen, unbelasteten See werden in der Regel mehr als eine Million Bakterienzellen gefunden. Bakterien spielen eine eminent wichtige Rolle im Stoffhaushalt aller Gewässer und auch in allen übrigen Ökosystemen. Sie bauen Abfallstoffe ab, formen gelöste organische Substanzen in für andere Organismen verwertbare Nahrung um und dienen bei diesem Prozeß anderen Organismen als Nahrung. Trotz der großen Bedeutung der Bakterien für das gesamte Seeökosystem ist nicht sehr viel über die Artenzusammensetzung sowie über die Mechanismen, die die Artenzusammensetzung kontrollieren bekannt. Hier besteht eine große Diskrepanz zwischen dem verfügbaren Wissen über andere Gewässerorganismen und dem Wissen über die Bakterien. Das Ziel des Projektes ist es diejenigen grundlegenden Mechanismen zu beleuchten, die die Artenzusammensetzung der Gewässerbakterien kontrollieren. Hierzu werden zunächst Bakterien aus dem Mondsee isoliert, im Labor gezüchtet, ihre Artzugehörigkeit bestimmt sowie andere Charakteristika erfaßt. Aufgrund der hierbei gewonnenen Daten sollen dann mit Hilfe einer neuen Technik molekulare Sonden entwickelt werden, die in der Lage sind spezifisch an die ausgewählten Bakterienarten zu binden. Durch die Bindung der Sonden werden die Bakterienzellen farblich markiert und können dann im mikroskopischen Bild von Zellen anderer Bakterienarten unterschieden werden. Hierdurch ist es möglich die Häufigkeit der ausgewählten Bakterienarten in der Umwelt zu erfassen und zeitliche Änderungen der Häufigkeit zu verfolgen. Durch parallele Erfassung anderer Daten, wie z.B. Wassertemperatur, Häufigkeit der Fraßfeinde (in diesem Fall tierische Einzeller), Häufigkeit von Viren, etc. sollen Faktoren erkannt werden, die einen Einfluß auf die Entwicklung der drei ausgewählten Bakterienarten ausüben. Zusätzlich werden im Labor Experimente zum Einfluß von Umweltbedingungen auf das Wachstum der ausgewählten Bakterienarten sowie zur Wechselwirkung der Bakterien mit ihren Fraßfeinden und Viren durchgeführt. Durch die im Freiland und Labor gewonnenen Erkenntnisse soll das spärliche Wissen über die Artenzusammensetzung der Gewässerbakterien erweitert sowie Einblicke in die steuernden Mechanismen gewonnen werden.

Das wichtigste Ziel des Projektes war es jene Mechanismen zu erforschen, die die Artenzusammensetzung (Diversität) des Bakterioplanktons von Seen kontrollieren. Planktische Bakterien sind nicht nur die häufigsten Organismen in Seen (meist >1 Milliarde Bakterienzellen pro Liter Wasser), sie dominieren in der Regel auch die Stoffumsätze in Seeökosystemen (sowie allen anderen nicht-extremen Habitaten). Aufgrund der schlechten Kultivierbarkeit (lediglich <1% der vorhandenen Bakterien lassen sich mit Standardverfahren kultivieren) sowie aufgrund des allgemeinen Mangels an artspezifischen, morphologischen Merkmalen ist die Zusammensetzung der Bakteriengemeinschaften in Seen und anderen Habitaten nur unzureichend erforscht. Für die Erlangung des gesteckten Zieles wurde ein autökologischer Forschungsansatz gewählt, d.h. die Forschungen konzentrierten sich auf die Wechselwirkung ausgewählter Bakterienarten mit ihrer belebten und unbelebten Umwelt. Es wurde eine Methode für die Kultivierung von Bakterien, die mit mikrobiologischen Standardverfahren nicht kultiviert werden konnten, entwickelt. Mittels dieser Methode wurden zahlreiche Bakterienstämme aus dem Mondsee und anderer Gewässern isoliert und im Labor kultiviert. Mittels speziell für die Detektion ausgewählter Bakterienarten entwickelten molekularen Werkzeugen (Sonden für die fluoreszierende in situ Hybridisierung (FISH)), konnte gezeigt werden, dass viele der isolierten Bakterienstämme wichtige Populationen repräsentieren, die bis zu 60% der gesamten Bakterienzellzahlen im Gewässer ausmachen. Weiterhin wurde beobachtet, dass einzelne Bakterienpopulationen des Mondsee jährlich wiederkehrende Entwicklungsmuster zeigen. Die Existenz solcher Muster konnte bisher nicht nachgewiesen werden, dies ist jedoch von großer Bedeutung für ein ganzheitliches Verständnis von Seeökosystemen. Weiterhin konnte durch die Kombination von Freiland- und Laboruntersuchungen gezeigt werden, dass das Auftreten und die Entwicklung der untersuchten Bakterienpopulationen durch Faktoren wie Wasserchemismus (pH Wert, Wasserhärte, Salzgehalt), Wassertemperatur, und der Wechselwirkung mit Fraßfeinden (Protozoen und planktischen Kleinkrebsen (Cladoceren und Copepoden)) reguliert werden. Durch die gewonnenen Erkenntnisse können nun erstmals Vorhersagen über das Vorhandensein bzw. den Verlauf von Populationsentwicklungen ausgewählter Bakterienarten gemacht werden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten in der Umweltüberwachung von Seeökosystemen. Insgesamt tragen die im Rahmen dieses Projektes gewonnenen Erkenntnisse zur weiteren Erhellung der Ökologie freilebender, nicht-pathogener Bakterien bei. Diese Organismen spielen eine bedeutende Rolle im Naturhaushalt, daher ist ein ganzheitliches Verständnis der Ökologie unserer Seen nur unter Einbeziehung dieser Organismen möglich.