Untersuchung der Verteilung und Morphometrie von Diatomeenarten des Südozeans durch Hochdurchsatz-Mikroskopie und halbautomatisierte Bildverarbeitung

• Antragsteller: Professor Dr. Bánk Beszteri; Professor Dr. Gerhard Kauer
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257060905

Als wichtigste Primärproduzenten des Südozeans, üben Diatomeen einen starken Einfluss auf die Ökologie und Biogeochemie dieses ausgedehnten pelagischen Habitats aus. Sowohl das Auftreten einzelner Arten, als auch die Ausprägung morphometrischer Merkmale einiger dieser Arten, stehen in Beziehung zu Eigenschaften der Wassermassen, und dadurch zu klimatischen Änderungen. Daher finden Artenzusammensetzung und spezies-spezifische Morphometrie von Diatomeen als Indikatoren vergangener klimatischer Prozesse Anwendung. Auch aktuelle Klimaänderungen wirken sich auf den Südozean und damit auf die dort vorkommenden Diatomeen aus, wodurch wiederum biogeochemische Prozesse und Nahrungsnetze beeinflusst werden. Lichtmikroskopische Untersuchungen stellen eines der wichtigsten Werkzeuge für die Erforschung von Zusammenhängen zwischen Diatomeen und ihrer Umwelt dar, sowohl bezüglich der Entwicklung und Anwendung von Proxies, als auch bezüglich von Erkenntnissen über gegenwärtige und zukünftige Verbreitungsgebiete. Traditionelle Lichtmikroskopie bringt jedoch eine Reihe von Nachteilen mit sich, vom hohen Aufwand, über die Notwendigkeit von taxonomisch gut ausgebildeten Experten, bis hin zu Problemen der Datenqualität und Reproduzierbarkeit. Um diese Situation zu verbessern, haben die Antragsteller kürzlich eine Kooperation ins Leben gerufen, welche Hochdurchsatz-Mikroskopie und automatisierte Bildanalysemethoden kombiniert, um die morphometrische Charakterisierung und die Bewertung der Artenzusammensetzung bei Diatomeenpräparaten zu ermöglichen. Bereits die ersten neun Monate dieser Zusammenarbeit zeigten fruchtbare Ergebnisse: So konnten erfolgreich Workflows für die (teil-)automatisierte Hochdurchsatz-Mikroskopie von auf Objektträgern permanent fixierten Diatomeen-Präparaten implementiert werden. Außerdem wurde Software (in Veröffentlichung) für die automatisierte Erkennung und Konturcharakterisierung von Diatomeenschalen entwickelt, welche auch eine manuelle Bearbeitung und Qualitätskontrolle ermöglicht. Die so etablierten Methoden erlauben die Aufnahme und Auswertung umfangreicher Mengen von Diatomeen-Präparaten, wobei der mittels automatisierter Methoden mögliche Durchsatz mit manueller Qualitätskontrolle kombiniert wird. Das hier beantragte Projekt zielt darauf ab, diese Methoden auf die umfangreiche Sammlung von Südozean-Proben des Friedrich-Hustedt-Zentrums für Diatomeenforschung anzuwenden, um die geographische Verbreitung und Morphometrie vorherrschender planktonischer Diatomeenarten des Südozeans zu untersuchen, und diese mittels statistischen Methoden mit Umweltbedingungen in Verbindung zu setzen. Hierdurch wird uns ermöglicht, erstmals Verteilungs-Modelle für Diatomeen anhand von presence/absence Daten zu validieren, sowie morphometrische Trends in Beziehung zu Umweltparametern über mehrere Arten zu untersuchen, wodurch sich neue Möglichkeiten für die Entwicklung robuster paläo-ozeanographischer Proxies ergeben können.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1158: Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten
• Beteiligte Person: Dr. Rainer Gersonde