Dichteabhängigkeit symbiontenvermittelter Immunität und Parasiten-Epidemien in durch Symbionten geschützten Wirtspopulationen

• Antragstellerin: Dr. Hildegard Uecker
• Fachliche Zuordnung: Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Evolution, Anthropologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528028597

Schützende Symbionten können Wirten Immunität gegen aggressive Parasiten verleihen. Allerdings können die Symbionten auch selbst Kosten verursachen. Die Form der Symbiose ist daher abhängig vom Kontext: mutualistisch, wenn der Wirt dem aggressiven Parasiten ausgesetzt ist, aber parasitär in dessen Abwesenheit. Die Wahrscheinlichkeit des einen oder anderen hängt von der Prävalenz des Parasiten in der Wirtspopulation ab und ändert sich somit im Verlauf einer Epidemie. Die Stärke des Schutzes sowie die Höhe der Kosten des Symbionten können mit seiner Dichte innerhalb des Wirts ansteigen, und diese Dichte kann zwischen verschiedenen Wirten variieren, so dass die Wirtspopulation heterogen ist. Wenn die Parasiten-Epidemie fortschreitet, ändert sich die optimale Symbionten-Dichte pro Wirt und die Zusammensetzung der Wirtspopulation verschiebt sich mit der Zeit. Klassische Theorie von Wirt-Parasiten-Systemen betrachtet nur zwei Spieler - den Wirt und den Parasiten. Die Möglichkeit schützender Symbiose zeigt klar den Bedarf an Theorie, der über Systeme mit zwei Arten hinausgeht. Aktuelle Theorie basiert auf Modellen auf der Ebene der Wirtspopulation (mit verschiedenen Klassen an Wirten) und vernachlässigt außerdem Heterogenität in der Immunität der Symbiontentragenden Wirtsindividuen. Allerdings wissen wir von anderen Systemen, dass die genaue Dynamik innerhalb von Wirten sowie die Heterogenität in der Wirtspopulation die Parasitendynamik und -evolution beeinflusst und damit auch Wechsel in der Form der Symbiose zwischen Mutualismus und Parasitismus. In Anbetracht des spärlichen Wissens über schützende Symbiose in Plankton-Systemen sind aktuelle Modellannahmen nicht auf solche Systeme zugeschnitten. Das Ziel dieses Projekts ist es, die gemeinsame Dynamik der Dichten von Wirten, Symbionten und Parasiten und die entsprechenden Änderungen in der Form der Symbiose zu untersuchen. Wir werden sowohl allgemeine Theorie entwickeln als auch Modelle betrachten, die der Biologie von Daphnien und ihren Parasiten entsprechen. In einem ersten Schritt werden wir Modelle für die Dynamik von Symbionten und Parasiten innerhalb eines Wirts aufstellen und dabei verschiedene Schutzmechanismen berücksichtigen. Diese Modelle werden dann mit Modellen auf der Populationsebene verknüpft, um die Ausbreitung von Parasiten in Wirtspopulationen für eine Reihe von Annahmen zur Vererbung und Übertragung von Symbionten zu beschreiben. Auf diese Weise können wir ableiten, wie die genaue Dynamik innerhalb eines Wirts und der Schutzmechanismus die Dynamik aller drei Spieler auf der Ebene der Wirtspopulation beeinflussen. Wir werden dabei Variabilität in der Symbiontendichte per Wirt zulassen und die kontextabhängige Form der Symbiose charakterisieren. Im letzten Schritt werden wir Koevolution zwischen Symbionten und Parasiten zulassen, um Bedingungen zu identifizieren, die zu ko-evolutionären Dynamiken führen, und solche, unter denen die Symbiose zusammenbricht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5726: Dichteabhängige Symbiose in planktonischen Systemen - DynaSym