Transfereffizienz von gelöstem organischem Kohlenstoff im mikrobiellen Nahrungsnetz
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gelöster organischer Kohlenstoff (DOC) ist eine wichtige energetische Basis für Nahrungsnetze in aquatischen Systemen. Häufig sind 90% des gesamten organischen Kohlenstoffs im Wasser in gelöster Form vorhanden. Bakterien gelten als die Hauptnutzer von DOC, aber auch Algen aus verschiedenen taxonomischen Gruppen können DOC aufnehmen (Mixotrophe) und mit Bakterien um DOC konkurrieren. Im Projekt wurde untersucht, ob die Aufnahme von DOC durch Algen einen effizienteren Transfer des Kohlenstoffs zu höheren Konsumenten darstellen kann als bei Transfer des DOC über den Weg Bakterien-Flagellaten. Erste Untersuchungen wurden an einer natürlichen Planktongesellschaft und mit natürlichem DOC aus einem sauren See vorgenommen, in dem nur wenige Arten vorhanden waren. Bei einem Belichtungsmodus, der kein photosynthetisches Wachstum zuließ, verminderte sich die Zellzahl einer rein autotrophen Alge, während die Zellzahl der mixotrophen Alge anwuchs. Dies kann nur durch Nutzung einer weiteren energetischen Ressource (DOC) erklärt werden. Etwa 29% des gesamten heterotrophen Wachstums (Bakterien plus Algen) wurden von mixotrophen Algen erreicht. Berücksichtigt man, dass Bakterien durch Flagellaten konsumiert werden müssen, bevor der Kohlenstoff höheren Grazern zur Verfügung steht, so kann man errechnen, dass etwa die Hälfte des DOC durch mixotrophe Algen an höhere Ebenen transportiert wird. Diese Ergebnisse werden unterstützt durch gemessene Filtrierraten des Konsumenten Brachionus calyciflorus bezüglich Bakterien und einer mixotrophen Alge: Der Kohlenstoff der mixotrophen Alge konnte effizient zu den Konsumenten kanalisiert werden, während der Kohlenstoff der Bakterien ineffizient direkt weitergegeben wurde und auch über eine trophische Zwischenstufe (z.B. Flagellaten) wegen hoher Respirationsverluste nur zu einem kleinen Teil bei den Konsumenten ankommt. Ein weiteres Projektergebnis war die Beobachtung, daß mixotrophe Algen nur in sehr geringem Umfang DOC an die Umgebung abgeben (exsudieren). Verluste durch Exsudation sind generell eine Begleiterscheinung photosynthetisch aktiver Zellen. Die Ergebnisse des Projekts deuten darauf hin, dass mixotrophe Algen ihre Fähigkeit zur DOC-Aufnahme nutzen, um aus der Zelle verlorenen DOC zurückzugewinnen. Weitere Experimente richteten sich auf die ökologische Relevanz der Mixotrophie von Algen. In Experimenten mit Chemostaten konnte gezeigt werden, dass Bakterien sparsam Phosphor inkorporierten und damit Algen unterstützten von denen sie wiederum DOC durch Exsudation erhielten. Bakterien gaben dieses Verhalten auf, sobald sie mit Mixotrophen vergesellschaftet waren, die nicht exsudierten. Das ‘Sparen’ von Phosphor bedeutet einen Mehraufwand für die Bakterien und erfordert ökologische Kooperation und ein altruistisches Verhalten der Individuen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2008. Algae as competitors of heterotrophic bacteria for glucose. J. Phycol. 44: 616-623
Kamjunke, N., B. Köhler, N. Wannicke and J. Tittel
- 2008. Polymerized coumaric acid as a model substrate for terrestrial-derived dissolved organic carbon utilized by aquatic microorganisms. J. Microbiol. Methods 73: 237-241
Tittel, J., J. Poerschmann, N. Wannicke and N. Kamjunke
- 2008. Utilisation of leucine by several phytoplankton species. Limnologica 38: 260-266
Kamjunke, N. and J. Tittel, J.
- Geringe Exsudation von organischem Kohlenstoff durch osmotrophe Algen. DGL-Tagung, 2008, Konstanz (Vortrag)
Tittel, J., O. Büttner and N. Kamjunke
- Reaktion von heterotrophen Bakterien und osmo-mixotrophen Algen auf Klimaänderungen: Effekte von Temperatur und organischem Kohlenstoff. DGL-Tagung, 2008, Konstanz (Vortrag)
Kamjunke, N. U. and Gaedke
- Utilisation of dissolved organic carbon by bacteria and mixotrophic algae. Kolloquium am Institut für Limnologie, Österreichische Akademie der Wissenschaften, Mondsee (2008)
Kamjunke, N.
- 2009. Osmotrophic algae constrain the loss of organic carbon by exudation. J. Phycol. 45: 807-811
Kamjunke, N. and J. Tittel
- 2009. Utilisation of terrestrial carbon by osmotrophic algae. Aquat. Sci. 71: 46-54
Tittel, J., I. Wiehle, N. Wannicke, H. Kampe, J. Poerschmann, J. Meier and N. Kamjunke
- Response of bacteria and osmotrophic algae to climate change: effects of temperature and organic carbon ASLO Aquatic Sciences Meeting, 2009, Nizza/Frankreich (Vortrag, Chairman)
Kamjunke, N. and U. Gaedke
