Leben vom Licht: vom Wachstum einer Zelle zu produktiven Ökosystemen

• Antragsteller: Dr. Ralf Steuer
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453048493

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, mit Hilfe quantitativer mathematischer Modelle der mikrobiellen Ressourcenallokation, die Interaktionen zwischen phototrophen und heterotrophen Mikroorganismen besser zu verstehen. Während die genomische Revolution und neue Methoden der Systembiologie zu einer Fülle von Informationen über mikrobielles Wachstum in axenischen Kulturen geführt hat, sind die Organisation und Dynamik mikrobieller Ökosysteme immer noch unzureichend verstanden. Eine Reihe von neueren Studien haben die Art und Weise, wie wir über phototroph-heterotrophe Wechselwirkungen in marinen Ökosystemen denken, neu aufgeworfen. Weit mehr als bloße Ansammlungen einzelner Organismen, die nahezu planlos interagieren, sind viele marine mikrobielle Gemeinschaften durch ein hohes Maß an Arbeitsteilung und Kooperation gekennzeichnet. Wir stehen daher vor der Herausforderung zu verstehen, wie Mikroorganismen innerhalb dieser marinen Gemeinschaften interagieren und zusammenarbeiten: Was sind die Voraussetzungen und energetischen Zielkonflikte der Arbeitsteilung? Wie entstehen metabolische Vielfalt und mutualistische Beziehungen? Um diese Fragen zu beantworten, werden wir innerhalb des Forschungsvorhabens den Übergang vom Wachstum einzelner Zellen hin zu phototroph-heterotrophen Abhängigkeiten mit Hilfe mathematischer Modelle untersuchen. Das Forschungsvorhaben macht sich dabei die in den letzten Jahren entwickelten quantitativen Modelle der mikrobiellen Ressourcenallokation zunutze. Unsere Prämisse ist, dass die Perspektive der zellulären Ressourcenallokation ein vielversprechender Ansatz ist, die Entstehung der wechselseitigen Abhängigkeiten zwischen photo- und heterotrophen Mikroorganismen zu verstehen. Dabei werden wir auch der Frage nachgehen, ob mikrobielle Interaktionen mit einer erhöhten Produktivität von Ökosystemen einhergehen. Das Forschungsvorhaben ist motiviert durch die außerordentliche Bedeutung mikrobieller Gemeinschaften für biosphärische Prozesse und der Notwendigkeit, die zukünftigen Zustände unseres Planeten besser zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen