Endosymbiontische Algen und deren Ciliaten-Wirte: Morphologie, Phylogenie, Ökologie

In aquatischen Ökosystemen finden wir eine Vielzahl einzelliger Organismen, die in Symbiosen leben. Solche mutualistischen Beziehungen gibt es z.B. zwischen aquatischen Algen und Ciliaten (Wimpertierchen). Diese Lebensweise wird als mixotroph bezeichnet, da die Ciliaten einerseits aktiv fressen (heterotrophe Ernährung) und andererseits Photosyntheseprodukte von der Alge (autotrophe Lebensweise) erhalten. Im Gegenzug bekommen die Algen Stickstoff und Kohlendioxid von ihrem Wirt. Für Ciliaten hat die Mixotrophie z.B. einen Vorteil bei Futterknappheit, man findet sie aber auch in sehr nährstoffreichen Sauerstoff-reduzierten Bereichen eines Gewässers. Im Plankton von Seen kommen zeitweise über 20 verschiedene Arten mixotropher Ciliaten vor und können dann >25% an der Gesamtzahl der Ciliaten ausmachen. Während Ciliaten relativ einfach morphologisch anhand ihrer eindeutigen Merkmale wie der Bewimperung oder den Zellkernen identifiziert werden können, sind bei den symbiontischen Algen eindeutige artspezifische Details mikroskopisch kaum erkennbar und morphologisch sehr ähnlich. Bisher wurden die Symbionten v.a. lichtmikroskopisch und/oder elektronenmikroskopisch untersucht und als Chlorella, Chlorella-ähnlich oder Zoochlorella auf Gattungs- oder Gruppenniveau eingeordnet. Jüngste molekulare Untersuchungen haben bestätigt, daß die Algensymbionten aus verschiedenen Ciliaten und auch aus Wirbellosen polyphyletisch sind und unterschiedlichen Linien angehören. Vergleichende integrative Studien von Ciliaten und ihren Endosymbionten auf molekularer (SSU, ITS, große Untereinheit LSU der rDNA Sequenzen und deren Sekundärstrukturen) und morphologischer Ebene fehlen bisher für fast alle freilebenden Ciliaten. Diese Lücke soll im vorgelegten Projektantrag für möglichst viele mixotrophe Ciliatenarten geschlossen und der Grundstein für weitere Forschungen gelegt werden. Weiters ist es notwendig, für beide Partner relevante ökologische Umweltparameter zu erheben, um deren Rolle und Wichtigkeit im aquatischen mikrobiellen Nahrungsnetz besser zu verstehen. Ein weiterer Aspekt, der in diesem Projekt berücksichtigt werden soll, ist der der sogenannten Chlorella-Viren, die die Endosymbionten befallen, sobald sie den Wirt verlassen. In vier Hypothesen werden wir: die Flexibilität der Symbiose allgemein (H1) und die Umwelteinflüsse, die für die Etablierung einer Symbiose verantwortlich sind, untersuchen (H2), den Ursprung der Symbiose für das Modellciliat Paramecium bursaria klären (H3) und die Rolle und Spezifität der Chlorella-Viren identifizieren (H4). Der im Projekt geplante Ansatz die Kombination aus den drei Wissenschaftsdisziplinen Phykologie, Protistologie und Virologie ist völlig neuartig und wir sind fest davon überzeugt, daß dieses Projekt höchst interessante neue Einblicke in die Symbiose zwischen Algen und Ciliaten geben wird. Wir werden zum Beispiel auch untersuchen, wie spezifisch die Wirt-Symbiont-Beziehung ist und zwar aus Sicht der Ciliaten und der Algen und wir werden testen, ob die Ciliaten nur mit bestimmten Algen eine Symbiose eingehen oder nicht. Da es äußerst wichtig ist, Symbiosen und die Mechanismen dahinter zu verstehen, werden unsere Ergebnisse sehr viel zum generellen Verständnis von Symbiosen beitragen.

In aquatischen Ökosystemen finden wir eine Vielzahl einzelliger Organismen, die in Symbiosen leben. Solche mutualistischen Beziehungen gibt es z.B. zwischen aquatischen Algen und Ciliaten (Wimpertierchen). Diese Lebensweise wird als mixotroph bezeichnet, da die Ciliaten einerseits aktiv fressen (heterotrophe Ernährung) und andererseits Photosyntheseprodukte von der Alge (autotrophe Lebensweise) erhalten. Im Gegenzug bekommen die Algen Stickstoff und Kohlendioxid von ihrem Wirt. Für Ciliaten hat die Mixotrophie z.B. einen Vorteil bei Futterknappheit, man findet sie aber auch in sehr nährstoffreichen Sauerstoff-reduzierten Bereichen eines Gewässers. Im Plankton von Seen kommen zeitweise über 20 verschiedene Arten mixotropher Ciliaten vor und können dann >25% an der Gesamtzahl der Ciliaten ausmachen. Während Ciliaten relativ einfach morphologisch anhand ihrer eindeutigen Merkmale wie der Bewimperung oder den Zellkernen identifiziert werden können, sind bei den symbiontischen Algen eindeutige artspezifische Details mikroskopisch kaum erkennbar und morphologisch sehr ähnlich. Bisher wurden die Symbionten v.a. lichtmikroskopisch und/oder elektronenmikroskopisch untersucht und als Chlorella, Chlorella-ähnlich oder Zoochlorella auf Gattungs- oder Gruppenniveau eingeordnet. Jüngste molekulare Untersuchungen haben bestätigt, daß die Algensymbionten aus verschiedenen Ciliaten und auch aus Wirbellosen polyphyletisch sind und unterschiedlichen Linien angehören. Vergleichende integrative Studien von Ciliaten und ihren Endosymbionten auf molekularer (SSU, ITS, große Untereinheit LSU der rDNA Sequenzen und deren Sekundärstrukturen) und morphologischer Ebene fehlen bisher für fast alle freilebenden Ciliaten. Diese Lücke wurde im vorgelegten Projektantrag für einige mixotrophe Ciliaten geschlossen und der Grundstein für weitere Forschungen gelegt werden. Weiters haben wir deren Rolle und Wichtigkeit im aquatischen mikrobiellen Nahrungsnetz erhoben. Durch die Kombination aus den Wissenschaftsdisziplinen Phykologie und Protistologie konnten wir höchst interessante neue Einblicke in die Symbiose zwischen Algen und Ciliaten gewinnen.