Bedeutung des Viren-Planktons in Fluss-Au-Systemen

Viren sind in aquatischen Systemen die zahlreichsten "Lebensformen" und scheinen nachhaltigen Einfluss auf das Phyto-, Bakterioplankton sowie auf Kohlenstoff- und Nährstoffflüsse zu haben. Viren können sowohl lytisch (die Wirtszellen auflösend) als auch lysogen (in der Wirts-DNA eingebaut ohne sofortige Lysis) sein, wobei noch Unklarheit über die relative ökologische Bedeutsamkeit dieser beiden Strategien herrscht. Forschung aus marinen Lebensräumen konnte zeigen, dass virale Lysis deutlichen Einfluss auf Kohlenstoffzyklen haben kann, indem Zellen in "gelöstes" organisches Material umgewandelt werden. Da in Fließgewässern meist der größte Anteil des Kohlenstoffs schlecht bioverfügbar ist (z.B. Huminstoffe), könnte hier solch "frischer", gut verwertbarer Kohlenstoff von besonderer Relevanz sein. Die Bedeutung von Interaktionen zwischen Viren- und Bakterienplankton in Fließgewässern ist bisher wenig untersucht, und der Einfluss viraler Lysis auf den Kohlenstoffkreislauf in Flusssystemen ist weitgehend unbekannt. Flussauen erhöhen die Heterogenität eines Flusssystems, wobei vorallem die hydrologische Konnektivität (Anbindung) mit dem Hauptstrom ein wesentlicher Faktor für laterale Austauschprozesse ist, der die biologischen Prozesse im gesamtem System steuert. Die meisten großen Flüsse Europas zählen durch Veränderungen im Einzugsgebiet, durch Verschmutzung, Regulierung usw. zu den am stärksten veränderten Ökosystemen unserer Erde. Die geplante Untersuchung soll dazu beitragen, Struktur und Funktion der mikrobiellen Gemeinschaft sowie den Kohlenstofffluss in vom Menschen beeinflussten Fließgewässern besser zu verstehen indem folgende Punkte untersucht werden: - Einfluss variabler Hydrologie (auch Flutereignisse) auf Viren-bedingte Mortalität von Bakterien - Einfluss variabler Hydrologie auf den Anteil lysogener Viren in Prokaryoten (Bakterien) - Auswirkung viraler Lysis des Bakterienplanktons auf den mikrobiellen Kohlenstofffluss in verschiedenen Auabschnitten unter variablen (auch anthropogen veränderten) hydrologischen Bedingungen - Einfluss variabler Hydrologie auf die Struktur der Bakterien- und Virengemeinschaften Das geplante Projekt kombiniert wichtige Fragestellungen der Fließgewässerökologie mit aktuellen Themen der mikrobiellen Ökologie und sollte daher einen signifikanten Beitrag auf dem Gebiet der aquatischen Ökologie leisten.

Viren sind die zahlreichsten "Lebenszeichen" in aquatischen Systemen, beeinflussen ihre Hauptwirte (Phytoplankton, Bakterioplankton) und möglicherweise den Kohlenstoff- und Nährstoffkreislauf. Sie können entweder in lytischer (ihre einzelligen Wirte sofort tötend) oder in lysogener Form auftreten (latente Infektion), über die relative Bedeutung dieser beiden Strategien ist aber wenig bekannt. Wenn Viren ihre Wirtszellen lysieren setzen sie dabei gelöstes, organisches Material frei und beeinflussen damit den Kohlenstoffkreislauf. Unsere Studie bestärkt die Ansicht, dass solch bakteriell gut umsetzbarer Kohlenstoff speziell in Flusssystemen (mit typischerweise altem, schlecht umsetzbarem Kohlenstoff) von besonderer Bedeutung im Stoffkreislauf ist. Zum ersten Mal wurden in solch einem Fluss-Ausystem typische Infektionsfrequenzen und saisonale Effekte dargestellt. Es gibt Hinweise, dass während Flutereignissen die Aktivität der Bakterien überwiegend physikalisch (Temperatur, Wasserführung usw.) gesteuert ist, während bei niedrigerem Wasserstand biologische Faktoren (eben auch z.B. virale Lyse) wichtige steuernde Faktoren sind. Bei hoher Wasserführung wurde eine auffällig niedrige, Viren-verursachte Mortalität der Wirtszellen beobachtet. Das Verhältnis zwischen lytisch und lysogen infizierten Zellen ist offenbar sehr variabel. Eine erhöhte Anbindung von Auabschnitten an den Hauptstrom hat das Potential, den mikrobiellen Kohlenstoffkreislauf zu beeinflussen, indem die bakterielle Produktion und damit auch die Vireninfektionen erhöht sind. Auf diese Weise verschiebt sich die Rolle der Bakterien von der Brückenfunktion zu höheren Organismen (als konsumierbare Mikronahrung) in Richtung verstärkter Remineralisation und CO 2 - Produktion. In diesem Zusammenhang wurde auch das Vorhandensein von Schwebstoffen im Gewässer als wichtig erkannt. Wenn solche Partikel mit einem erhöhten organischen Anteil häufiger sind, haften mehr Viren an diesen Schwebstoffen, weniger sind frei im Wasserkörper. Diese Schwebstoffe scheinen also freie Viren aus dem Wasser zu entfernen. Die meisten unserer Resultate stellen neue, einzigartige wissenschaftliche Befunde für die Fluss- und Binnengewässerökologie dar. Wir sind zuversichtlich, dass dies ein wichtiger Beitrag zum derzeitigen Verständnis mikrobieller Prozesse, Kohlenstoffflüsse und für die Ökologie von anthropogen beeinflussten Flüssen ist.