Regulation von Fließwasserbiofilmen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem Projekt wurde erstmalig der Einfluss von spezifischen Ressourcen (planktische und biofilmassoziierte Bakterien und Algen) sowie von Immigration aus dem Plankton auf die Struktur von biofilmassoziierten Protozoengemeinschaften (Schwerpunkt auf Ciliaten) getestet. Die Manipulationen wurden in Fließzellensystemen durchgeführt, welche mit Freilandwasser (aus dem Rhein bei Köln) durchflossen worden. Die natürliche mikrobielle Gemeinschaft im Freiwasser stellte dabei die Gründergemeinschaft der Biofilmbesiedlung; Immigration aus dem Plankton wurde durch Größenfraktionierung manipuliert. Die Ergebnisse zeigen unterschiedliche direkte und indirekte Effekte der verschiedenen Ressourcen auf junge (in den Fließzellen etablierte) Biofilme. Die planktischen Ressourcen (Bakterien und Algen) führten zu einer starken Stimulation der Ciliatenbiomasse auf den Biofilmen, während biofilmbewohnende Bakterien nur zu einer schwachen Reaktion der Konsumenten führte. Dies lässt auf effektive Fraßschutzmechanismen der bakteriellen Biofilme schließen und hebt die Bedeutung von Protozoen für den Import planktischer Ressourcen in die Biofilmnahrungsnetze hervor. Ressourcenmanipulationen an ausgereiften Biofilmen (vorherige Langzeitexposition der Substrate im Rhein) zeigten nur geringe Ressourceneffekte auf die Ciliaten, was sich durch eine starke Fraßkontrolle der Ciliaten durch Mikro-Metazoen auf den naturnahen Biofilmen erklären ließ. Zudem zeigten videomikroskopische Direktbeobachtungen eine hohe Konnektivität der mikrobiellen Nahrungsnetze innerhalb der Biofilme (bis zu fünf trophische Ebenen innerhalb des Einzeller- Nahrungsnetzes). Zusammen zeigen die Ergebnisse eine erstaunlich hohe Komplexität der Biofilm-Nahrungsnetze auf Die Effekte der Immigration hingen sowohl von dem Alter der Biofilme als auch von der Betrachtungsskala ab. Auf der Ebene der lokalen Gemeinschaft (gesamten Fließzellen) konnten kaum Effekte der Dichten von Protozoen im Plankton auf deren Dichten in ausgereiften Biofilmen nachgewiesen werden. In jungen Biofilmen waren die Dichten auf den Biofilmen hingegen direkt proportional zu den Planktondichten, was starke Migrationseffekte in der frühen Besiedlungsphase zeigt. Auf Individuenebene (videomikroskopische Beobachtungen) wurden starke Fluktuationen (hohe Immigration sowie Emigration) nachgewiesen, die jedoch zu keinen oder nur zu geringen Nettoänderungen der Dichten führten. Die Bedeutung des Austauschs von Individuen zwischen Biofilm und Wassersäule nahm insgesamt mit zunehmendem Alter der Biofilme ab und parallel nahm die Wichtigkeit lokaler Faktoren in der Steuerung der Gemeinschaft zu. Die Untersuchungen zeigen erstmalig den differenzierten Einfluss von Ressourcen auf Konsumenten innerhalb von Biofilmen sowie die erstaunliche Komplexität der oberflächenassoziierten Nahrungsnetze und die Dynamik der lokalen Gemeinschaften im Austausch mit dem Plankton.
