Variabilität und Kosten (Trade-offs) nährstoffrelevanter Merkmale – adaptive Evolution und Ökosystemfunktion in konkurrierendem Phytoplankton

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Birte Matthiessen; Professor Thorsten Reusch, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Evolution, Anthropologie ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257416234

Phytoplanktongemeinschaften im Meer sind weitgehend durch das Nährstoffregime reguliert. Dabei selektieren beide Aspekte, die Konzentration und die Stoichiometrie der Nährstoffe, für bestimmte nährstoffrelevante Merkmale wie die maximale Aufnahmerate (Vmax) und Halbsättigungskonstante (Kn). Die Ausprägung dieser Mermale mit den zugehörigen Kosten (Trade-offs) prägen die ökologische Nische, die Konkurrenzfähigkeit, und letztendlich die Umsetzung der gelösten Nährstoffe in Primärproduktion als Maß einer wichtigen Ökosystemfunktion des Phytoplanktons. Zu Verstehen bleibt die Rolle der intra- und interspezifischen Variabilität von nährstoffrelevanten Merkmalsausprägungen für adaptive evolutive Dynamiken. Genauso wenig untersucht ist die Konsequenz der Variabilität für Primärproduktion in verschiedenen Nährstoffregimen. In diesem Projekt zielen wir auf zwei wichtige Phytoplanktongruppen, Diatomeen und Coccolithophoriden, ab, die sich fundamental in ihren Strategien zur Nährstoffaufnahme (affinity vs. velocity adaptiert für N und P) unterscheiden. Als Funktion der Diversität und Nährstoffregime werden öko-evolutive Dynamiken des Phytoplanktons über die Zeit beobachtet und deren Konsequenz für die Ökosystemfunktion untersucht. Dies ist insbesondere aufgrund der zunehmenden Nährstofflimitation durch verstärkte Stratifizierung in vielen ozeanischen Regionen relevant. Dieses Projekt umfasst experimentelle Öko-Evolution, molekulare Ansätze sowie voraussagende Modellierung, um die folgenden Hypothesen zu testen: (1) Adaptive Evolution hin zu optimaler Nährstoffnutzung der Zielart ist verlangsamt, wenn das zu besetzende Merkmalsspektrum einer Nische bereits durch die Präsenz einer gut angepassten Konkurrenzart eingenommen ist; (2) Die Ökosystemfunktion des Phytoplanktons ist zusammenwirkend durch öko-evolutive Dynamiken der inner- und zwischenartlichen Diversität von nährstoffrelevanten Merkmalen reguliert und hängt von dem durch die jeweiligen Arten besetzten Merkmalsspektrum einer Nische ab. Die geplanten experimentellen Arbeiten werden durch vorhersagende Modellierung basierend auf nährstoffrelevanten Merkmalen sowie durch Untersuchungen nährstoffrelevanter Genexpression untermauert.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1704: Flexibilität entscheidet: Zusammenspiel von funktioneller Diversität und ökologischen Dynamiken in aquatischen Lebensgemeinschaften