Dynamik von Bakterien-Algen Interaktionen: Ein Schlüssel zum Verständnis von Nährstoffkreisläufen in aquatischen Systemen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Bakteriengemeinschaften von sieben unterschiedlichen Grünalgenkulturen zeigten eine -in Abhängigkeit mit der Algenart- individuelle Zusammensetzung. Dies zeigt, dass jede Grünalge für eine hoch-spezifische Bakteriengemeinschaft selektiert. Die DGGE Analyse ergab eine Dominanz der Alphaproteobakterien (meist Sphingomonaden) mit nur wenigen Betaproteobakterien und Bacteriodetes. Nur wenige DGGE Banden traten in allen, viele jedoch nur in bestimmten Algenkulturen und/oder Bakterienfraktionen (frei-lebend vs. angeheftete Bakterien) auf. Die gezielte Isolierung von Bakterien auf DEV und R2A Agar resultierte in einer wesentlich höheren phylogenetischen Diversität, da die Kultivierung auch für wenig abundante Bakterien selektiert. Eine numerische Dominanz der Alphaproteobakterien, besonders der angehefteten Bakterien, wurde jedoch durch die CARD-FISH-Analyse bestätigt. Für freie Bakterien war die Zusammensetzung deutlich variabler und zeigte je nach Algenart einen unterschiedlichen Anteil von Alpha- und Betaproteobakterien. Entgegen unserer ursprünglichen Annahme scheint die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft weitgehend unabhängig vom Geno- bzw. Phänotyp zu sein. Wir führen diesen Befund darauf zurück, dass die Mikroumgebung der Algen einen zeitlich variablen und spezifischen Lebensraum für Bakterien darstellt. Unterschiedliche Bakteriengemeinschaften führten zu Veränderungen im Wachstum und der Exsudationsdynamik der Algen. Dabei können diese Veränderungen sehr stark mit der Anwesenheit spezifischer Bakterien variieren. Erhöhte DOC-, TOC- und TEPGehalte der C. vulgaris Kulturen mit Microbacterium sp. sowie das reduzierte Wachstum des Bakteriums deuten darauf hin, dass Microbacterium sp. die Algenexsudate nicht nutzt, ihre Produktion aber stimuliert. Auch in den anderen getesteten Kulturen (N. limnetica, C. minor und D. pulchellum) zeigte sich ein heterogenes Wachstums- und Exsudationsverhalten der Algen in Ab- oder Anwesenheit von heterotrophen Bakterien. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Wechselwirkungen zwischen Alge und Bakterium sehr stark von den anwesenden Bakterien als auch der jeweiligen Alge und ihrem physiologischen Zustand abhängt. Die größten Aggregate wurden in der C. vulgaris Kultur mit einer komplexen Bakteriengemeinschaft gefunden, obwohl es gerade dort zu keiner Akkumulation von DOM kam. Da die Aggregation der Algen dennoch in Anwesenheit der Bakterien stark erhöht ist, müssen Veränderungen in den Oberflächeneigenschaften -unabhängig vom Gehalt an sauren Zuckern und Aminosäuren- eine wichtige Rolle spielen. Dies steht in deutlichem Gegensatz zu bisherigen Untersuchung an Diatomeen und anderen Algengruppen. Die enorme Komplexität innerhalb natürlicher Bakteriengemeinschaften resultierte in einer äußerst variablen und dynamischen Bakteriengemeinschaft in den Algenkulturen. Inwieweit sich die hohe Dynamik der komplexeren Bakteriengemeinschaften auf ihre Funktion auswirkt muss noch geklärt werden. Wir konnten jedoch zeigen, dass das Wechselspiel von heterotrophen Bakterien mit Algen, die DOM Exsudation und Aufnahme und damit die Aggregationsdynamik stark beeinflusst. Dies hat weitreichende Konsequenzen für das aquatische Nahrungsnetz und den Kohlenstofffluss in diesen Systemen.
