Untersuchung von Süßwasser-und Boden-Protozoen Antarktikas

Der antarktische Kontinent wird nur von vergleichsweise wenigen und meist mikroskopisch-kleinen Organismen, wie z.B. Protozoen und Metazoen, das ganze Jahr über bewohnt. Ihre Diversität ist daher entscheidend für das Funktionieren der antarktischen Ökosysteme (Wynn-Williams 1996). Allerdings ist gerade die Protozoen- Gemeinschaft nur sehr ungenügend erforscht (z.B. Smith 1996). Daher wird in diesem Projekt die Taxonomie und Faunistik von Ciliaten und Testaceen der Kleingewässer und des Bodens untersucht. Das ist eine Grundlage für weiterführende ökologische Forschungsarbeiten in der Antarktis und sollte die Artbestimmung für andere Wissenschafter erleichtern. Ein weiteres Ziel ist die Feststellung der Gemeinschaftsstruktur und der Abundanzen der aktiven Ciliaten, Testaceen, Nematoden, Rotatorien und Tardigraden im Mineralboden ("fellfield"), dem am weitesten verbreiteten Bodenhabitat der Antarktis. Dadurch kann ihre Bedeutung im Boden abgeschätzt werden. Das beantragte Projekt ist somit die erste umfassende taxonomische Untersuchung benthischer Süßwasser-Ciliaten der Kontinental-Antarktis und die erste Studie über Boden-Protozoen des nördlichen Viktorialandes. Es ist weiters ein Beitrag zum internationalen BIOTAS Programm (Biological Investigations of Terrestrial Antarctic Systems), das vom Scientific Committee on Antarctic Research (SCAR) initiiert wurde. Als Methoden gelangen Standardverfahren (Lebendbeobachtung, diverse Silberimprägnationstechniken, Rasterelektronenmikroskopie, direkte Zählmethode) zur Anwendung. Die Metazoen werden jeweils nur als Gruppe behandelt. Umweltparameter (z.B. pH-Wert, Temperatur, elektrische Leitfähigkeit, Gehalt an gelösten Substanzen, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffsättigung, Wassergehalt, Glühverlust) werden elektrometrisch oder mit Standardmethoden ermittelt. Die Untersuchungsstellen liegen in der Umgebung von Terra Nova Bay, Mt. Melbourne (einem erloschenen Vulkan) und Edmonson Point im nördlichen Viktorialand (74S, 164E). Dieses Gebiet wurde für das BIOTAS Programm als eine der Hauptlokalitäten ausgewählt. Etwa 20 Seen, Tümpel und Schmelzbäche verschiedener Größe und unterschiedlicher chemisch-physikalischer Beschaffenheit sowie diverse Bodenhabitate (Moose, Flechten, mineralischer, ornithogener und geothermaler Boden) wurden beprobt. Die Freilanduntersuchung fand in Kooperation mit Prof. Dr. Alessandro Valbonesi, Universität Camerino, Italien, und dem italienischen Antarktisprogramm PNRA statt.

Trotz der extremen Umweltbedingungen leben in den Böden und Seen des antarktischen Kontinents über 80 verschiedene Arten von einzelligen Wimpertierchen (Ciliaten, Protozoa), was eine unerwartete Fülle ist. Die Diversität der Schalenamöben (Testaceen) ist deutlich geringer, aber immer noch doppelt so hoch als vor kurzem prognostiziert. Selbst im kahlen Mineralboden, der außergewöhnlich trocken ist, auf dem keine makroskopische Vegetation wächst und der weniger als 1% organische Substanz enthalten kann, lebt eine Gemeinschaft von wenigen angepaßten ein- und mehrzelligen Organismen (Wimpertierchen, Schalenamöben, Rädertierchen, Fadenwürmer, Bärtierchen, Springschwänze, Milben), die manchmal sogar relativ individuenreich sein kann. Entgegen der weit verbreiteten Meinung, daß die Kälte oder die außergewöhnliche Trockenheit der essentielle Faktor für die Bodenfauna ist, stellte sich heraus, daß der pH-Wert des Bodens den größten Einfluß auf die Populationen hatte. Nur knapp 2% der Oberfläche des antarktischen Kontinents sind schnee- und eisfrei. Der Großteil dieses Areals ist nackter Mineralboden (Lithosol), der vor allem im Küstenbereich des Festlandes liegt, wo sich auch kleinere Seen und Schmelzwassertümpel befinden. Diese sind während der längsten Zeit des Jahres mit einer Eisschicht bedeckt. Andere existieren nur in der wärmeren Jahreszeit und trocknen gegen Ende des Sommers wieder aus. Da nur sehr wenige Studien über die Organismen dieser extremen Lebensräume vorliegen, wurde die Gemeinschaft der Wimpertierchen und Schalenamöben in den Seen und Böden (Mineralboden, Moos, ornithogene und geothermale Böden) des Viktorialandes (74S) untersucht. Daneben wurde die Populationsentwicklung der aktiven Bodenmikro- und Mesofauna im Mineralboden verfolgt, um für die verschiedenen Organismengruppen (Wimpertierchen, Schalenamöben, Rädertierchen, Fadenwürmer, Bärtierchen) wichtige Umweltfaktoren herauszufiltern. Schließlich wurde noch das Wachstum und die Generationszeit ausgewählter Ciliaten-Arten bei unterschiedlichen Temperaturen im Labor bestimmt, um Temperatur-Adaptationen und entsprechende Überlebensstrategien aufdecken zu können. Insgesamt wurden 83 Wimpertierchen-Arten in über 70 Proben und 50 Präparaten identifiziert, wovon z.B. im Moos und Mineralboden jeweils 23 Arten lebten, während in den Seen 52 Spezies vorkamen. Mindestens fünf Arten oder Unterarten davon sind neu für die Wissenschaft und mindestens 22 Erstnachweise für den antarktischen Kontinent; die neuen und einige seltene Arten wurden beschrieben. Weitere 35 Arten fanden sich am Meeresboden und im Meereis des Rossmeeres. An Schalenamöben konnten nur 16 Arten oder Varietäten hauptsächlich aus dem Boden nachgewiesen werden. Auch darunter befand sich eine neue Art und vier Erstnachweise für Antarktika. Deutlich artenreicher waren vier Bodenproben aus der Subantarktis (South Georgia), die 19 Testaceen-Taxa enthielten. In diesen Proben fand sich nur eine Ciliaten-Art, die jedoch neu für die Wissenschaft war. Die Individuendichten der aktiven Organismengruppen lagen im Mineralboden durchschnittlich zwischen 0.3-19 Exemplaren je Gramm Bodentrockenmasse. Verglichen mit anderen Gebieten bedeutet dies eine deutliche Verarmung mit zunehmender südlicher Breite, die allerdings bei den Ciliaten nur gering ausgeprägt war. Die Untersuchung des Ciliaten-Wachstums ergab, daß sich manche Arten bei der niedrigsten (4C), andere bei der höchsten (20C) und wieder andere im gesamten Temperaturbereich annähernd gleich gut entwickeln. Das weist auf unterschiedliche Überlebensstrategien und auf Temperaturanpassungen hin. Diese Ergebnisse sind für weitere Studien in der Antarktis, z.B. über die Auswirkungen globaler Veränderungen, von großer Bedeutung.