Chemisch vermittelte Mechanismen der Etablierung und Aufrechterhaltung von Photosymbiosen zwischen Radiolarien und Mikroalgen im Plankton

• Antragsteller: Professor Dr. Georg Pohnert
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Biologische und Biomimetische Chemie ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566341480

Das marine Phytoplankton umfasst alle mikroskopisch kleinen photosynthetisierenden Algen und ist für etwa 50 % der Sauerstoffproduktion auf der Erde verantwortlich. Diese Mikroalgen kommen im Ozean als freilebende Formen oder in Assoziation mit Mitgliedern der heterotrophen Planktongemeinschaft vor. In solchen Gemeinschaften erhalten die Algen anorganische Nährstoffe von ihrem Partner und profitieren von einem Schutz vor Prädatoren. Diese Assoziationen, bekannt als Photosymbiosen, sind bei Korallen gut dokumentiert, jedoch in planktonischen Systemen noch wenig verstanden. Dort werden sie häufig zwischen heterotrophen Protisten, insbesondere Radiolarien, und verschiedenen Mikroalgen beobachtet. Radiolarien, die Mikroalgen beherbergen, sind weit verbreitet, insbesondere in oligotrophen Gewässern, und können bis zu einem Drittel der gesamten Zooplanktongemeinschaft ausmachen. Das Vorhandensein der Photosymbionten ist für Radiolarien obligatorisch, jedoch sind die Mechanismen, die die Photosymbiose mit Mikroalgen steuern, weitgehend unverstanden. Dies ist vor allem auf die Schwierigkeiten in der Isolierung und Kultivierung von Radiolarien zurückzuführen. Wir schlagen ein Projekt vor, in dem die grundlegenden chemisch vermittelten Prozesse der Photosymbiose untersucht werden sollen. Dazu werden wir: i) die chemotaktische Assoziation von Algen und Radiolarien untersuchen, basierend auf unseren ersten Beobachtungen, dass sich Algenzellen aus freilebenden Kulturen um Radiolarien ansammeln; ii) die Regulation des Algenwachstums und der metabolischen Aktivität durch den Radiolarien-Wirt analysieren. Wir werden erforschen, ob das Wachstum und die Produktivität der Algen durch den Wirt gefördert werden oder ob die Zellteilung nach der Assoziation gehemmt wird, um ein Überwachsen während der Symbiose zu vermeiden. Zusätzlich werden wir iii) den Substrattransfer zwischen Algen und Wirt untersuchen. Nach gängigen Hypothesen liefern Photosymbionten organische Nährstoffe an den Wirt, jedoch könnte dieser auch von Vitaminen oder Sekundärmetaboliten zur Verteidigung profitieren. Unser Projekt zielt darauf ab, die komplexe Wechselbeziehung in der Photosymbiose mithilfe von stabiler Isotopenmarkierung, Massenspektrometrie und ökologischen Experimenten zu entschlüsseln. Dieses Vorhaben basiert auf umfangreichen Vorstudien, in denen wir zwei Radiolarien/Algen-Modellsysteme etabliert haben und zeigen, dass der Stoffwechsel im Holobionten im Vergleich zur freilebenden Alge neu organisiert wird. Wir werden bereits etablierte Markierungsexperimente in Kombination mit metabolomischen Studien und Bioassays weiterentwickeln, um ein umfassendes Bild der chemisch vermittelten Interaktionen in der Photosymbiose zu erhalten. Diese Erkenntnisse werden zum Verständnis symbiotischer Strategien in marinen Ökosystemen beitragen und helfen, Faktoren vorherzusagen, die planktonische Photosymbiosen stören und dadurch die Funktion von Ökosystemen in oligotrophen Ozeanen beeinträchtigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen