MICINSNOW Mikrobielle Interaktionen schneebedeckter Habitate

Schneebedeckte Landschaften suggerieren ein Bild der Ruhe und des Winterschlafes, doch unter der Schneedecke herrscht rege Aktivität. Das Projekt MICINSNOW - Mikrobielle InteraktionenschneebedeckterHabitateuntersucht, wie Mikroorganismen (MO) jahreszeitenabhängig miteinander interagieren. Dazu werden Mikrobielle Gemeinschaften in drei verschiedenen Habitat-Typen untersucht: vom vegetationslosen Rohboden im Gletschervorfeld, überalpineZwergweidenbeständemit rund 150 Jahren an Bodenentwicklung, hin zu Zirbenwald mit ausgeprägten Humushorizonten. Die zu prüfenden Hypothesen sind: 1) Schneebedeckte Böden beinhalten charakteristische Mikrobielle Gemeinschaften. 2) Es gibt typische Assoziationen von winteraktiven Pilzen mit Prokaryoten (Bakterien, Archaea), die aufgrund gegenseitiger Abhängigkeiten immer miteinander vorkommen. 3) Pilze dominieren winteraktive Mikrobielle Gemeinschaften, viele davon sind bisher unbekannt.Um dieseHypothesen zu prüfen, werden diegesamten Bodenmikroorganismen mittels moderner Sequenziertechnologien erfasst. Die Verwendung von DNA- und RNA-basierten Methoden erlaubt, Informationen über die Identität von MO zu erhalten, und zwischen aktiven und inaktiven MO zu unterscheiden. Bioinformatische und statistische Analysen liefern erste Hinweise auf Interaktionen, welche in einem zweiten Schritt mittels visueller Methoden (FISH: fluorescence in situ hybridization) geprüft werden. Um selektiv im Winter wachsenden Pilze kulturtechnisch isolieren zu können werden mit sterilem Quarzsandgefüllte feinmaschige Einwuchssäckchenwährend des schneebedeckten Zeitraumesim Bodenvergraben. Pilze, die während des Inkubationszeitraumes durch die Säckchen wachsen, hinterlassen Biomasse auf dem Trägermaterial, und können isoliert werden. Die gewonnenen Reinkulturen werden morphologisch klassifiziert und über molekulare Marker eindeutig identifiziert. Bisher unbekannte Pilzarten werden mit vergleichenden morphologischen, physiologischen und phylogenetischen Methoden untersucht, und als neue Arten beschreiben. Alle Isolate werden in öffentlichen Kultursammlungen hinterlegt, und stehen so der Wissenschaft für weiterführende Forschungen zur Verfügung (bspw. für der Suche nach kälteadaptierten Enzymen). Das Besondere und Neue an dieser Arbeit ist, dass Interaktionen aktiver Boden MO mit einen Kombination von Kulturtechniken, molekularen Methoden, visuelle Methoden und modernen bioinformatische Methoden untersucht werden. Die Kenntnis typischer Interaktionen von MO ermöglicht Rückschlüsse auf die Rolle dieser Mikrobiellen Gemeinschaften, und bildet die Basis für spätere experimentelle Ansätze zur Erforschung der Funktion von Pilzen und Prokaryoten in schneebedeckten Böden.

Boden ist ein von Pilzen und Bakterien dicht besiedeltes Ökosystem. Allein und in Interaktion miteinander sind sowohl Pilze auch Bakterien maßgeblich am Nährstoffkreislauf und der Bodenentwicklung beteiligt. Mikrobielle Gemeinschaften im Boden werden durch Veränderungen der Umweltbedingungen beeinflusst. Sie sind auch im Winter aktiv, da die isolierende Schneedecke die Mikroorganismen vor Frostschäden bewahrt. Bisher wurden saisonale Fluktuationen mikrobieller Gemeinschaften und ihre Ursachen jedoch nur unzureichend erforscht. Daher ist unser Verständnis des Nährstoffkreislaufs im Boden sehr unvollständig. Insbesondere hinsichtlich (sub-)alpine Regionen, wo die Schneedecke die Umweltbedingungen periodisch stark verändert, mangelt es an Wissen. Ein besseres Verständnis ist jedoch erforderlich, um zukünftige Ökosystementwicklungen vorherzusagen, insbesondere im Angesicht der fortschreitenden Klimaveränderung. Darüber hinaus beherbergen (sub-)alpine Ökosysteme immer noch eine große Anzahl unentdeckter Arten, insbesondere kälteadaptierte Arten, die es zu beschreiben gilt, bevor sie aufgrund der Auswirkungen der globalen Erwärmung möglicherweise verschwinden. Das Projekt MICINSNOW zielte darauf ab, (i) Assoziationen von Pilzen und Bakterien, die aktiv in schneebedeckten (sub-)alpinen Böden wachsen, zu identifizieren, (ii) zu isolieren und (iii) ihre Empfindlichkeit gegenüber Umweltbedingungen zu ermitteln. Um diese Ziele zu erreichen, haben wir Bodenproben aus (sub-)alpinen Wäldern in den österreichischen Alpen und aus Gletschervorfeldern in Österreich, Italien und der Schweiz gesammelt und diese mit klassischen mikrobiologischen Isolationstechniken und molekularbiologischen Methoden analysiert. Wir fanden heraus, dass sich schneebedeckte und schneefreie Böden hinsichtlich sowohl ihrer Pilz- und Bakteriengemeinschaften als auch deren Assoziationen unterscheiden. Sowohl mikrobielle Gemeinschaften als auch ihre Assoziationen waren von den Umweltbedingungen abhängig. Aus diesen Gründen sind sie wahrscheinlich dem Klimawandel ausgesetzt, der sich auf den Nährstoffkreislauf und die Entwicklung im Boden auswirken könnte. In allen untersuchten (sub-)alpinen Standorten fanden wir häufig Mortierellaceae. Diese weit verbreiteten Bodenpilze treiben die Bodenentwicklung voran, indem sie in nährstoffarmen Böden wachsen, und unter anderem durch die Rekrutierung nützlicher Bakterien das Pflanzenwachstum fördern. Bei der Untersuchung dieser Ökosysteme haben wir mehr als ein Dutzend neue Arten dieser Familie von Bodenpilzen entdeckt und beschrieben, und so grundlegende Erkenntnisse zum Baum des Lebens beigetragen und den Schutz der Artenvielfalt unterstützt. Wie vermutet, fanden wir auch mehrere typische Assoziationen zwischen Mortierellaceae und Bakterien. Bei der Erforschung wie diese miteinander interagieren, gehen wir basierend auf unseren Ergebnisse davon aus, dass sie über flüchtige und lösliche Verbindungen kommunizieren können, was sowohl bei der Förderung des Pflanzenwachstums als auch beim Ökosystemmanagement Anwendung finden könnte. Insgesamt wurden im Rahmen des MICINSNOW-Projekts mehr als 10 wissenschaftliche Publikationen in hochrangigen Fachzeitschriften publiziert, viele neue Erkenntnisse auf zahlreichen internationalen Konferenzen an ein breites Publikum vermittelt, und zur gesellschaftlichen und akademischen Bildung und Zukunftsforschung auf globaler Ebene beigetragen. Das Projekt stärkte die internationale Position der Universität Innsbruck als Kompetenzzentrum für alpine Forschung und Pilzsystematik. Es förderte auch die Pilzsystematik als faszinierendes, relevantes und hochmodernes Forschungsgebiet, das weitere Forschung wert ist.