Analyse der Nanofauna von Grundwässern auf der Basis von ribosomalen Signatursequenzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In den 6 Jahren der Laufzeit des Projektes konnten wir die Diversität der Nanofauna in Grundwasserleitern mit Hilfe von molekularen Techniken charakterisieren. Wichtige Ziele des Projektes konnten erreicht werden. In einigen Fällen konnten wir deutlich mehr erreichen, als ursprünglich gedacht. Dies betrifft insbesondere die molekulare und morphologische Diversität der Grundwasser-Nanofauna, die globale Verbreitung etc. In einem anderen Bereich, dem der avisierten automatisierten Identifikation der Nanofauna, machten die aktuellen methodischen Entwicklungen des Next-Generation Sequencing eine Umorientierung erforderlich. Wenn wir auch den angestrebten "Microchip" für Protozoen nicht anfertigen konnten, so wurde es uns durch das Projekt und die schnelle Umorientierung auf 454-Sequenzierung inzwischen möglich Flagellaten in substratgebundenen Lebensräumen mit großer taxonomischer Auflösung erstmalig zu analysieren (SPP Biodiversity Exploratories). Die vergleichenden Analysen von unterschiedlichen Grundwasserleitern zeigten, dass ganz neue, bisher noch unentdeckte Protistengruppen dort ein offensichtlich verstecktes Dasein führen. Um zu untersuchen, ob diese Organismengruppe in Grundwasserleitern, die über viele Millionen Jahre getrennt waren, sich evtl. unterschiedlich evolviert haben, arbeiteten wir mit der University of Cape Town zusammen. Im Ergebnis konnten wir die in deutschen Grundwässern gefundene neue Flagellatengruppe innerhalb der Bicosoeciden auch in südafrikanischen Grundwasserleitern finden, allerdings mit einer anderen Art. Insgesamt haben wir die für das Grundwasser bekannten Nanofauna-Arten um mehr als das Doppelte durch das Projekt erhöht. Grundwassergemeinschaften sind so divers, dass sie sich für Indikationen von Belastungen im Grundwasserleiter eignen sollten. Wir konnten eine umfangreiche Datenbank von Grundwasserprotozoen erstellen und feststellen, dass sich die große ribosomale Untereinheit der ribosomalen DNA aus verschiedenen Gründen sehr gut als Barcode für die diversen Protistengruppen eignet. Die von uns im Grundwasser gefundenen Protozoenarten zeigen, dass das Nahrungsgebe viel komplexer und damit sicher auch stabiler ist, als ursprünglich vermutet. Mindestens drei trophische Ebenen sind allein bei der Nanofauna im Größenbereich bis 20µm zu finden. Man kann daneben Formen unterscheiden, die vorwiegend Bakterien aus dem Porenraum konsumieren und auch solche, die angeheftete Bakterien abweiden. Es würde es sich sehr lohnen, die strukturellen und funktionellen Untersuchungen fortzuführe. Die Kontrolle der Bakterienabbauleistung im Grundwasser wird durch eine sehr vielfältige Protozoengemeinschaft realisiert, von deren Diversität wir erst eine ungefähre Vorstellung erlangt haben. Als wir im Jahre 2007 die erste Publikation zu den Grundwasserprotozoen fertigstellten, nannte wir die erste neu gefundene Art nach Köln (Thaumatomonas coloniensis). Die Pressemitteilung wurde rege aufgegriffen, halbseitig war das elektronenmikroskopisch in Szene gesetzte Tier im Kölner "Express" zu bewundern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2005): Molecular identity of strains of heterotrophic flagellates isolated from surface waters and deep-sea sediments of the South Atlantic based on SSU rDNA. Aquat. Microb. Ecol. 38: 239-247
Scheckenbach, F., Wylezich, C., Weitere, M., Hausmann, K. & Arndt, H.
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(2006) Cryptic species in a morphospecies complex of heterotrophic flagellates: The case study of Caecitellus spp. Acta Protozool. 45:415-431
Hausmann, K., Selchow, P., Scheckenbach, F., Weitere, M. & Arndt, H.
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(2006): Molecular comparisons of freshwater and marine isolates of the same morphospecies of heterotrophic flagellates. Appl. Environ. Microbiol. 72: 6638-6643
Scheckenbach, F., Wylezich, C., Mylnikov, A.P. Weitere, M. & Arndt, H.
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(2007). Freshwater thaumatomonads as common amoeboid heterotrophic flagellates: Distribution, phylogenetic relationships and description of a new species. J. Eukaryot. Microbiol. 54: 347-357
Wylezich, C., Mylnikov, A. Weitere, M. & Arndt, H.
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(2009) Composition of groundwater nanoprotist communities in different aquifers based on aliquot cultivation and genotype assessment of cercomonads. Fundam. Appl. Limnol. (Arch. Hydrobiol.) 174: 261-269
Loquay, N., Wylezich, C., Arndt, H.
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(2010): An evaluation of the use of LSU rRNA D1-D5 domain for DNA based taxonomy of eukaryotic protists. Protist 161: 342- 352
Wylezich, C., Nies, G, Mylnikov, A.P., Tautz, D. & Arndt, H.
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(2011) Molecular characterization and revised systematics of Microdiaphanosoma arcuatum (Ciliophora, Colpodea). J. Eukaryot. Microbiol. 58: 114-119
Quintela-Alonso, P., Nitsche, F. Arndt, H.
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(2012) Protozoen. In: Grundwasserbiologie - Grundlagen und Anwendungen. DVGW-Information Wasser Nr. 75: 70-78
Arndt, H.
