Die ökologische Rolle pilzlicher Parasiten von benthischen Diatomeen polarer Küstengewässer

Parasitismus wurde kürzlich als ökologisch sehr erfolgreiche und wahrscheinlich häufigste biotische Interaktion und Ernährungsstrategie im Pelagial der Weltmeere identifiziert. Jedoch sind die Polarregionen und insbesondere das benthische Habitat kaum untersucht. Chytridien sind (basale) Pilze mit Zoosporen, die eine ökologische Schlüsselrolle als (z.T. letale) Parasiten aquatischer Nahrungsnetze spielen, z.B. in der Kontrolle von Phyto-planktonblüten und als trophisches Bindeglied zwischen nicht-fressbarem Phytoplankton und Zooplankton im sogenannten „Mycoloop“. Benthische Diatomeen dominieren mikrophyto-benthische Gemeinschaften mariner Weichböden von Flachgewässern. Hier weisen sie hohe Primärproduktionsraten auf, kontrollieren Sauerstoff- und Nährstoff-Flüsse an der Sediment/Wasser-Grenzschicht, und stabilisieren Sediment-Oberflächen gegenüber hydrodynamischer Erosion. Bisher ist nicht bekannt, inwiefern parasitische Chytridien die Dynamik mariner benthischer Diatomeen beeinflussen, und ob der „Mycoloop“ auch im marinen benthischen Milieu vorkommt.

Deshalb sollen folgende Kernfragen beantwortet werden: sind parasitische Interaktionen in polaren benthischen Diatomeen relevant, und werden diese Interaktionen durch die Erderwärmung beeinflusst? Diese fundamentale Wissenslücke soll im Projekt geschlossen werden, und als wichtigste Ziele werden folgende Aspekte erstmalig untersucht: (i) umfassendes Monitoring benthischer Diatomeen in der Potter Cove (Antarktische Halbinsel) und in Kongsfjorden (Spitzbergen) im Hinblick auf das Vorkommen parasitischer Chytridien. Dafür werden mikroskopische und molekulare Methoden angewendet (z.B. Einzelzell- und Illumina Amplicon Sequenzierungen). (ii) Bestimmung der unbekannten Infektionsraten durch spezifische Chytridien mit Hilfe von Feldbestimmungs-, Kultivierungs- und kultivierungs-unabhängigen Methoden, um damit die relative Infektionsrate und Identität dieser Parasiten und Wirte zu erfassen. Dies schließt molekulare Ansätze (z.B. FISH und RT qPCR) mit ein. Die erzielten Daten sind zwingend notwendig zum Verständnis und zur Verknüpfung funktioneller Mechanismen mit den wichtigsten biotischen Interaktionen. (iii) Versuche zu Klimaänderungen (Erwärmung) als potentieller Treiber für die Stimulierung oder Hemmung von Parasitismus in polaren benthischen Diatomeen mit Auswirkungen auf die Struktur und Funktion mikrophytobenthischer Gemeinschaften. (iv) Etablierung von Parasit-Wirt Systemen an denen biotische Interaktionen (z.B. Wirtserkennung, biochemische/ molekulare Parasit-Wirt Interaktionen) unter kontrollierten und manipulierten Umwelt-bedingungen untersucht werden können. Die Haupthypothese des Antrages ist, dass Chytridien eine wichtige, bisher übersehene ökologische Rolle in den Interaktionen mit Diatomeen an der Basis benthischer Nahrungsnetze der Polarregionen spielen.

Verantwortlich
Alexandra Livenets (Doktorandin, IGB)
Prof. Hans-Peter Grossart (IGB Neuglobsow)
Prof. Dr. Ulf Karsten

Antragssteller
Prof. Hans-Peter Grossart
Prof. Dr. Ulf Karsten

Förderung
Deutsche Forschungsgemeinschaft
SPP 1158 Antarktisforschung

Fördernummer
KA 899/39-1

Laufzeit
2019 – 2022

Kooperationspartner
Dr. Jonas Zimmermann (FU Berlin, Botanisches Museum)
Dr. Bettina Scholz (BioPol ehf, Skagaströnd, Island)