Ökophysiologie alpiner und polarer Schneelagen

Obwohl Schnee und Eis gewaltige Flächen der Erde bedecken, wird die Erforschung dieser kalten Zonen als Ökosysteme erst in den letzten Jahrzehnten intensiver betrieben. Zwangsläufig führte eine Besiedlung von Schnee und Eis zu entsprechend angepaßten Lebewesen, die auf Grund der Verlangsamung von Stoffwechselprozessen und Nahrungsmangel vorwiegend zu kleinen Organis-men, wie Procaryonten oder ein- bzw. wenigzelligen Arten gehören. In massiver Ausbreitung, dazu noch meist auffällig gefärbt, kommen in und auf dem Schnee verschiedene Algenarten vor. Die Untersuchungen haben zum Ziel, bei Chlamydomonas nivalis, einer durch das Carotinoid Astaxanthin rot gefärbten Schneealge, bestimmte Strategien der Anpassung an die oft sehr starke (UV-) Strahlung bei niedrigen Temperaturen zu untersuchen: Experimente der letzten Jahre haben uns gezeigt, daß sie ein weiteres Carotinoid bildet, das sowohl im UV- wie auch im sichtbaren Bereich die Zellen schützen kann; wir wollen dieses Pigment durch simulierte hohe UV-Strahlung anreichern, um es isolieren und identifizieren zu können. Auch gibt es nur wenige, teils wider-sprüchliche Angaben über die Temperaturanpassung der Photosynthese in Schneealgen. Unsere Vorarbeiten zeigten hohe Resistenzen, was zu überprüfen ist - ebenso wie Messungen um 0C, wozu ein neues, temperaturstabiles Meßgerät benötigt wird. Die Labormessungen mit Schneealgen sollen mit Aktivitätsprüfungen im Schnee, also unter in vivo Bedingungen, korreliert werden. Erst-malig für Schneealgen wollen wir Photosynthesemembranen isolieren, um die Pigmente in Asso-ziation mit Proteinen vergleichend darzustellen. Da die Photosynthese Zucker bereit stellt, wird auch untersucht, ob sie in der Zelle als Gefrierschutz dienen.- Die Standortanpassung spiegelt sich in veränderter Ultrastruktur der Zellen aus, so daß die physiologischen Daten mit elektronenmi-kroskopischen Beobachtungen korreliert werden. Vorarbeiten zum Projekt wurden in den Alpen und bei zwei Expeditionen in die Hocharktis (Spitzbergen) und in die maritime Antarktis gemacht, wo neben rotem Schnee auch massive Vor-kommen von grünen und gelben Schneealgen gefunden wurden. Schon bei den Pigmentanalysen der roten Schneealgen zeigen sich - ebenso wie im mikroskopischen Bild- deutliche Unterschiede in der Herkunft aus diesen drei kalten Ökosystemen. Daher ist ein besonderer Punkt im Vorhaben, ausgewählte Schneealgen aus den Alpen mit denen aus beiden Polargebieten in der Öko- und Stressphysiologie zu vergleichen. Wichtige Kooperationen mit Kollegen, die vor allem bei den polaren Forschungen, der UV-Simulation und der molekularen Species-Identifizierung beteiligt sind, stellen das Projekt auf eine internationale Basis.

Obwohl Schnee und Eis gewaltige Flächen der Erde bedecken, wird die Erforschung dieser kalten Zonen als Ökosysteme erst in den letzten Jahrzehnten intensiver betrieben. Zwangsläufig führte eine Besiedlung von Schnee und Eis zu entsprechend angepassten Lebewesen, die auf Grund der Verlangsamung von Stoffwechselprozessen und Nahrungsmangel vorwiegend zu kleinen Organismen, wie Procaryonten oder ein- bzw. wenigzelligen Arten gehören. In massiver Ausbreitung, dazu noch meist auffällig gefärbt, kommen in und auf dem Schnee verschiedene Algenarten vor. Die Untersuchungen haben zum Ziel, bei Chlamydomonas nivalis, einer durch das Carotinoid Astaxanthin rot gefärbten Schneealge, bestimmte Strategien der Anpassung an die oft sehr starke (UV-) Strahlung bei niedrigen Temperaturen zu untersuchen: Experimente der letzten Jahre haben uns gezeigt, dass sie ein weiteres Carotinoid bildet, das sowohl im UV- wie auch im sichtbaren Bereich die Zellen schützen kann; wir wollen dieses Pigment durch simulierte hohe UV-Strahlung anreichern, um es isolieren und identifizieren zu können. Auch gibt es nur wenige, teils widersprüchliche Angaben über die Temperaturanpassung der Photosynthese in Schneealgen. Unsere Vorarbeiten zeigten hohe Resistenzen, was zu überprüfen ist - ebenso wie Messungen um 0C, wozu ein neues, temperaturstabiles Meßgerät benötigt wird. Die Labormessungen mit Schneealgen sollen mit Aktivitätsprüfungen im Schnee, also unter in vivo Bedingungen, korreliert werden. Erstmalig für Schneealgen wollen wir Photosynthesemembranen isolieren, um die Pigmente in Assoziation mit Proteinen vergleichend darzustellen. Da die Photosynthese Zucker bereit stellt, wird auch untersucht, ob sie in der Zelle als Gefrierschutz dienen.- Die Standortanpassung spiegelt sich in veränderter Ultrastruktur der Zellen aus, so dass die physiologischen Daten mit elektronenmikroskopischen Beobachtungen korreliert werden. Vorarbeiten zum Projekt wurden in den Alpen und bei zwei Expeditionen in die Hocharktis (Spitzbergen) und in die maritime Antarktis gemacht, wo neben rotem Schnee auch massive Vorkommen von grünen und gelben Schneealgen gefunden wurden. Schon bei den Pigmentanalysen der roten Schneealgen zeigen sich - ebenso wie im mikroskopischen Bild- deutliche Unterschiede in der Herkunft aus diesen drei kalten Ökosystemen. Daher ist ein besonderer Punkt im Vorhaben, ausgewählte Schneealgen aus den Alpen mit denen aus beiden Polargebieten in der Öko- und Stressphysiologie zu vergleichen. Wichtige Kooperationen mit Kollegen, die vor allem bei den polaren Forschungen, der UV-Simulation und der molekularen Species-Identifizierung beteiligt sind, stellen das Projekt auf eine internationale Basis.