Holz, das hauptsaechlich aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin besteht, ist eine Hauptquelle fuer erneuerbare Rohstoffe. Neben der industriellen Nutzung der Cellulose nimmt auch das Interesse an mikrobiellen hemicellulolytischen Enzymen zu, um oligomere Produkte aus komplexen Polysacchariden zu gewinnen. Im Hinterdarm von Termiten hat sich seit Jahrmillionen eine spezifische mikrobielle Flora etabliert, die am Lignocelluloseabbau beteiligt ist. Diese Flora besteht aus Bakterien, Archaebakterien, Hefen und Flagellaten. Wegen der symbiontischen Wechselwirkungen zwischen Insekten und Mikroorganismen wird Holz wesentlich effektiver abgebaut als durch Mikroorganismen allein. Ziel dieser Untersuchungen ist es, die mikrobielle Darmflora systematisch einzuordnen, biochemisch zu charakterisieren und ihre Rolle beim Lignocelluloseabbau aufzuklaeren. Die gewonnenen Erkenntnisse ueber den mikrobiellen Holzabbau lassen sich dann moeglicherweise bei der technischen Nutzung von Rohstoffen aus Holz einsetzen.
Die Verknüpfung zwischen der Ökologie von Organismen und deren Verteilungsmuster sowie die Verallgemeinerbarkeit dieser Zusammenhänge sind eine essentielle Basis für das Verständnis der funktionellen Dynamik von Ökosystemen und deren assoziierter Biodiversität. Das Zusammenspiel zwischen Biodiversität und Ökosystemfunktion wirft die Frage auf in wieweit die funktionelle Differenzierung von Taxa deren Verteilungsmuster bedingt. Einer der offensichtlichsten funktionellen Unterschiede zwischen Organismen ist die Differenzierung der Ernährungsstrategien in heterotrophe, mixotrophe und phototrophe Organismen. Mikrobielle Eukaryoten sind aufgrund ihrer überwältigenden Diversität und funktionellen Differenziertheit besonders geeignet, um solche übergeordneten Fragestellungen anzugehen. Chrysomonaden (Chrysophyceen) sind hier besonders geeignet, da sie weit verbreitet sind und zu den dominanten Organismengruppen in einer Vielzahl von Habitaten gehören. Verschiedenste Ernährungsstrategien sind realisiert und Chrysomonaden der verschiedenen Ernährungstypen koexistieren in vielen Habitaten. Zudem sind die Chrysomonaden eine ökologisch vergleichsweise gut untersuchte Organsimengruppe mit vielen Modellarten für ökologische und ökophysiologische Fragestellungen. Heterotrophie evolvierte mehrfach innerhalb der Goldalgen. In diesem Projekt testen wir die Hypothese, dass heterotrophe Taxa im Vergleich zu phototrophen und mixotrophen Taxa im Allgemeinen eine größere Toleranz im Hinblick auf abiotische Faktoren haben. Damit verknüpft testen wir die Hypothese, dass sich die Verteilungsmuster von heterotrophen, mixotrophen und phototrophen Chrysomonaden unterscheiden und eher mit deren Ökologie als mit deren Phylogenie korrelieren. In einem ersten Arbeitspaket charakterisieren wir das Wachstum verschiedener Arten als Funktion der Futter- und Nährstoffkonzentration, der Futterqualität und der Beleuchtungsverhältnisse. Auf dieser Basis werden wir dann die Nischenweite vergleichend untersuchen und die Hypothese testen, dass sich diese Nischenweite systematisch zwischen Taxa verschiedener Ernährungstypen unterscheidet. Diese ökophysiologischen Untersuchungen ergänzen wir mit Analysen der Verbreitungsmuster. Der Fokus liegt dabei auf der regionalen Verbreitung unter Berücksichtigung der Verschiedenheit in Bezug auf die abiotischen Umweltfaktoren. Insbesondere nehmen wir an, dass phototrophe Chrysomonaden eine stärker eingeengt Verbreitung in Bezug auf die abiotischen Umweltfaktoren aufweisen als die heterotrophen Taxa. Ebenso erwarten wir eine stärker ausgeprägte Saisonalität bei phototrophen Taxa als bei heterotrophen. Zusammengenommen bieten die geplanten Analysen, basierend auf der exemplarischen Analyse der Verbreitungsmuster und der ökophysiologischen Nischenweite von Chrysomonaden, eine fundierte Basis für ein Verständnis der Zusammenhänge zwischen der funktionellen Diversität von Ökosystemen und deren assoziierter Biodiversität.
Die Euglenida sind einzellige Flagellaten mit großer Heterogenität. Die Entstehung der phototrohen Euglenida durch eine sekundäre Endocytobiose ist ein beeindruckendes Beispiel für retikulare Evolution. Eine Besonderheit der plastidären Genome von Euglena gracilis und Euglena longa ist der hohe Anteil an Introns der Gruppen II und III. Da Intronerwerb und -verlust seltene evolutionäre Ereignisse sind, eignen sich Intronsequenzen als molekulare Marker, um die Phylogenese zu rekonstruieren. Hier werden Introns von verschiedenen Genen der Plastiden auf ihre Verteilung innerhalb der phototrophen Euglenida untersucht.
Obwohl das Abyssal den größten benthischen Lebensraum auf der Erde darstellt, sind mikrobielle Eukaryoten bisher kaum untersucht worden. Dies steht in krassem Widerspruch zur potentiellen Bedeutung der Protisten für den Stofffluss und den Bakterienkonsum in der Tiefsee. Die Untersuchung der abyssalen Protisten von verschiedenen Tiefseebecken des südlichen Nordatlantik soll einen globalen Vergleich der Tiefsee-Nanofauna erlauben. Wir rechnen mit einer einzigartigen Gemeinschaft von Protisten, die signifikante Unterschiede zu anderen marinen Habitaten aufweist. Die Untersuchungen sollen zusammen mit dem Projekt VEMA-TRANSIT durchgeführt werden. Dadurch entsteht die einzigartige Möglichkeit, die gefunden Besiedlungsmuster auf verschiedenen Größenstufen der Tiefseeorganismen vergleichend zu analysieren. Wir wollen an Bord der R/V Sonne mit einem Multicorer Sedimentproben nehmen, Protisten isolieren, kultivieren und zusätzlich Proben fixieren, um im Labor in Köln RNA- und DNA- und Proteom-Analysen durchzuführen. Neben dem Vergleich der unterschiedlichen Techniken wollen wir isolierte Protisten aus der Tiefsee unter Druck kultivieren und Genexpressionsmuster bei Druckinkubation analysieren, um typische Tiefseeprotisten zu identifizieren. Wir erwarten ein komplett neues Verständnis der Rolle der Nano- und Mikroprotisten (heterotrophe Flagellaten, Amöben und Ciliaten), die sehr viel artenreicher als die traditionell berücksichtigten Foraminiferen sind.
Ziel der Experimente war die Untersuchung des Einflusses der natürlichen UV-B-Belastung auf Phytoplanktonorganismen in Bayern. Verschiedene Versuche mit Einzelorganismen unter natürlicher bzw. erhöhter UV-B-Belastung wurden durchgeführt sowie der Einfluß der natürlichen Solarstrahlung auf Ökosysteme untersucht. Die Versuche wurden an verschiedenen Höhenstandorten in Bayern durchgeführt, um die natürlichen Strahlungsunterschiede auszunutzen. Versuche mit einzelnen Organismen, die zum Teil aus Habitaten in Bayern isoliert wurden und zum Teil als Laborkulturen gezogen wurden, zeigten unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber der natürlichen und künstlichen Strahlungsbelastung. Die Beweglichkeit der Organismen ist Grundvoraussetzung, um Orte aufzusuchen, an denen für sie günstige Umweltbedingungen herrschen. Zur Orientierung dienen Reize wie Temperatur, Licht, Schwerkraft oder chemische Gradienten. Die Kombination der verschiedenen Experimente im Labor und an Freilandstandorten unterschiedlicher Höhenlagen ermöglicht es, Aussagen über die Schädigung durch bestimmte Strahlungsbereiche zu machen. Untersuchungen der Motilität und Phototaxis der Organismen nach Exposition an natürlicher Solarstrahlung, Untersuchungen zur Zusammensetzung der Schutz- und Schirmpigmente und Sauerstoffmessungen zeigten bei allen Organismen eine erhöhte Sensitivität mit erhöhter Strahlenbelastung. Dabei haben die verschiedenen Organismen unterschiedliche Schwellenwerte und Empfindlichkeitsbereiche, bei denen eine reversible bzw. irreversible Schädigung auftritt. Die unterschiedliche Sensitivität der Organismen kann auf die unterschiedlichen natürlichen Lebensräume und damit die unterschiedlichen natürlichen Lichtverhältnisse zurückgeführt werden. Beobachtungen der Vertikalverteilung des Flagellaten Euglena sanguinea in der Wassersäule zeigte die Ausbildung einer Neustonschicht.
Protozoa play a dominant role in controlling the flux of carbon through bacteria in soil, in particular in the plant rhizosphere and detritusphere. In contrast to the fundamental role of nanoprotozoa in soil systems there is only anecdotal information on the diversity of these most abundant eukaryotes in soil. One major reason for the general ignorance of nanofauna were methodological difficulties in analysing small protists in the opaque soil environment and the lack of taxonomic expertise. However, recent developments in molecular biology and in the cultivation of so-called uncultivable protists now allow the incorporation of nanofauna studies to close the important gap on this important trophic link in the soil food web. During the first grant period our groups have developed new specific molecular primers for several clades of flagellates and amoebae which are currently applied in a first high through-put 454- sequencing initiative. We also adopted a new aliquot cultivation procedure to soils, allowing sequencing of single clones, and direct analyses of soil suspensions. We are ready to apply these methods on all 150 intensively studied forest plots to analyze the abundance and biodiversity of flagellates and amoebae. The combination of these methods now allows us to obtain comparable estimates of the diversity of heterotrophic flagellates and naked amoebae in unprecedented detail. This generates the first data set worldwide considering nanoprotists as the most abundant but least studied soil component on a quantitative and qualitative level in direct relation to data on corresponding bacteria, fungi, and many other biotic and abiotic soil parameters (above and below ground). Closing the gap between bacteria and multicellular organisms should be fundamental for our understanding of the biodiversity in soil.
The high diversity of plankton communities has early attracted the attention of plankton ecologists and been formulated as the Paradox of the plankton. Relating species and species distribution with ecophysiology is still a key problem in protist ecology and distribution. This is specifically the case for chrysomonad flagellates as they are, except for a few model strains, among the most poorly known freshwater phytoplankton. Even though pigmented chrysophytes are among the dominant mixotrophs in many habitats and colourless chrysophytes are dominant in many aquatic and soil habitats including meso- to eutrophic sites, ecophysiological studies are rare. Despite some environmental surveys based on chrysophyte scales and cysts providing some links between distribution pattern and environmental factors, knowledge is still poor specifically for non-scaled chrysophytes. Thus, the ecophysiological basis for niche separation and / or coexistence are poorly understood and mainly restricted to rough assumptions. We propose to bridge this gap for chrysomonad flagellates in an alpine gradient focussing (i) on the ecophysiolopgical characterisation of the isolated strains and (ii) on a screening of 20 lakes within the alpine gradient for dominant taxa using molecular tools to finally infer the ecophysiological basis for niche separation and coexistence in chrysophytes, respectively. The main strength of the proposed project is its broadness - the link between cultivation independent environmental surveys (including morphological and molecular surveys and physical/chemical parameters) with in-depth cultivation dependent laboratory investigations, i.e. the combination of approaches which are usually separately investigated. In concert with ivestigations of chrysophyte cysts (projects FWF P 18315; CLIM-LAND) and intraspecific ecophysiological variation (project FWF P 18676) this project will therefore reveal insights into the ecophysiological basis of niche separation and coexistence of plankton taxa (i.e. in fundamental issues in plankton ecology) which can not be covered by single approaches alone. The extensive strain collection at the Institute for Limnology in Mondsee comprising recently isolated chrysophytes originating from an environmental gradient within a regionally restricted area allow to test for specific adaptations of different taxa and ecotypes of chrysomonad flagellates. The focus of our investigations will be on thermal adaptation (i.e. the probably most obvious parameter in an alpine gradient), pH adaptation (as pH is considered to be one of the most crucial parameters for chrysophyte survival strategies) and, for selected taxa, on nutritional strategies (as the chrysophytes cover different strategies from entirely phototrophic to entirely heterotrophic).
Objective: Biological control of Harmful Algal blooms in European coastal waters: role of eutrophication (BIOHAB). Problems to be solved: Harmful Algal Blooms (HAB) occur in many European marine waters and have increased in frequency concomitantly with a increased nutrient input from land. HABs have a devastating effect on the ecosystem and/or cause health problems in humans. Species of interest for BIOHAB belong to different taxonomic groups. Various algae belonging to these groups produce substances responsible for e g Paralytic Shellfish Poisoning and Diarrhetic Shellfish Poisoning. Some species are harmful in other ways, e g by creating oxygen deficiency. The success of HABs depends on several biological interactions, which are of a complex nature. The overall objective of BIOHAB is therefore to determine the interplay between (anthropogenic) eutrophication and biological control of the losses and gains of HABs. The ultimate goal is to find ways to manage phytoplankton algal blooms in European coastal waters in such a way that harmful species are avoided or at least that their negative effects are minimised. The co-operation involves several European countries, representing distinctly differing regions (the Baltic, the North Sea, coastal zone of Norway, the Mediterranean). Both the Helsinki (HELCOM) and Oslo Paris Commission (OPARCOM) have been established as intergovernmental organisations with as primary task the protection of the marine environments in the Baltic Sea and North Sea. BIOHAB will provide the necessary knowledge on HABs and their control within these commissions. Scientific objectives and approach: The scientific objectives are (1) To determine the susceptibility of HABs to biological control such as grazing (copepods, ciliates, hetero- and mixotrophic dinoflagellates) and/or infection (virus, bacteria, parasites) when growing under deficient as compared to sufficient nutrient conditions. (2) Investigate the release of infochemicals by HABs into the seawater with the aim to avoid grazing and infection. (3) To examine data sets of the general and unique patterns of growth and decay parameters of HAB-species in various coastal regions. (4) To develop a generic or species-specific model for the development of HABs and their mitigation. (5) To obtain and grow HAB species-specific pathogens (viruses, bacteria, parasites) which could potentially be used to terminate HABs (bio-control). The workplan combines laboratory and field experiments with in situ studies, to be carried out in 4 different European seas. This includes the low saline Baltic, the eutrophic N-controlled North Sea, the oligotrophic Norwegian Sea, and the P-limited Mediterranean Sea. Prime Contractor: Netherlands Institute for Sea Research, Department of Biological Oceanography; Den Burg.
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