Vergleich der phänotypischen Plastizität von Beute "Traits" und ökologische Konsequenzen der Konkurrenz von Spezialisten vs. Generalisten auf organischen Aggregaten als Modellsystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Peter Grossart
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257346203

Veränderungen in Zellgröße und Anheftung an Partikel-/Aggregatoberflächen können als Schlüsseleigenschaften (Traits) von aquatischen Bakterien betrachtet werden, um auf Protozoenfraß oder Umweltveränderungen, z.B. die Verfügbarkeit von organischem Material, zu reagieren. Dabei können Spezialisten mit einer geringen phänotypischen Plastizität (entweder freilebend oder oberflächenassoziiert) von Generalisten mit einer hohen phänotypischen Plastizität (von freilebend bis oberflächenassoziiert) unterschieden werden. Die Trait-Plastizität kann dabei induziert (phänotypisch plastisch, Generalisten) oder vererbt (rapid evolution, Spezialist) sein.Theoretisch führen Veränderungen von Spezialisten mit geringer Plastizität (entweder frei oder angeheftet) zu ausgeprägten Räuber-Beute Zyklen, wohingegen Generalisten mit hoher Plastizität diese Oszillationen dämpfen. In Modellen werden Generalisten durch Fluktuationen in der Umwelt, z.B. Störungen der Ökosysteme, gefördert, ihr stabilisierender Effekt auf die Ökosysteme fördert dagegen die Spezialisten. Diese Unterschiede im bakteriellen Lebensstil sind bisher zur experimentellen Analyse von Räuber-Beute Zyklen noch nicht berücksichtigt worden. Unser Antrag zielt auf die Kernfrage von DynaTrait ab, durch welche Mechanismen beeinflusst die vorhandene Trait-Variabilität (Beute und Räuber) die Dynamik auf beiden trophischen Ebenen, die sich dann auf den Erhalt der Trait-Variabilität selbst auswirkt. Daher wollen wir Experimente und Modellierung miteinander kombinieren, um die Effekte von rapid-evolution und phänotypischer Plastizität in der Räuber-Beute Dynamik in Chemostaten zu untersuchen. Anstelle von nur einem Räuber mit hoher phänotypischer Plastizität wollen wir 2 Räuber mit geringer Plastizität verwenden (1 Räuber spezialisiert auf freie Bakterien, der andere auf angeheftete Bakterien).Der Hauptfokus liegt auf der Analyse der verschiedenen bakteriellen Lebensweisen und daher auf den physiologischen Traits der Spezialisten- und Generalisten-Bakterien. Wir stellen die Hypothese auf, dass Generalisten-Beute die Räuber-Beute Zyklen dämpfen und damit die Systeme stabilisieren. In einer stabilen Umgebung dominieren allerdings die nicht-plastischen Spezialisten, wohingegen Umweltfluktuationen die plastischen Generalisten fördern. Die phänotypisch-plastische Beute fördert daher die Koexistenz von 2 Spezialisten-Räubern und ändert das Verhältnis von Spezialisten- zu Generalisten-Bakterien, was sich auf den Umsatz des organischen Materials und damit der Ökosystemfunktion auswirken kann. Die enge Verknüpfung von Chemostat-Experimenten und Modellierung ermöglicht die Untersuchungen von ökologischen und evolutionären Mustern, um Interaktionen zwischen (Mikro-)Organismen zu generalisieren. Wir möchten den Trait-Ansatz dazu verwenden, um besser zu definieren, in welchem Ausmaß sich phänotypische Plastizität bei Mikroorganismen auf die Biodiversität und Ökosystemfunktion auswirken kann.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1704: Flexibilität entscheidet: Zusammenspiel von funktioneller Diversität und ökologischen Dynamiken in aquatischen Lebensgemeinschaften
• Beteiligte Personen: Professorin Dr. Ursula Gaedke; Professor Dr. Guntram Weithoff