Wie Mikroorganismen heimisch werden

ÖAW-Limnologen untersuchten Anpassungsstrategien  von Mikroorganismen in sauren Seen

Mikroorganismen in sauren Seen stellen sich im Lauf der Zeit auf ihren Lebensraum ein. Im Rahmen eines soeben abgeschlossenen, vom Wissenschaftsfonds FWF geförderten Forschungsprojekts, konnte Thomas Weisse vom Institut für Limnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Mondsee die Anpassungsprozesse der Mikroben an saure Seen hinsichtlich Genetik, Stoffwechsel und Fitness experimentell nachweisen.

Der Limnologe und sein Team verglichen saure und geflutete Seen in Niederösterreich und in Ostdeutschland in der Lausitz hinsichtlich Temperatur, Lichteinstrahlung und Chemismus auf ihre planktontischen Bewohner. Es handelt sich dabei um so genannte "Tagebaurestseen", Gruben, die sich nach Ende von Braunkohleförderung im Laufe einiger Jahrzehnte mit Grundwasser füllten. Sauer wurden sie, weil das ebenfalls zu Tage kommende Mineral Pyrit von Bakterien zu Eisen, Sulfat und Säure abgebaut wird. Die rötlich gefärbten Seen sind fast so sauer wie Essig (pH 2,5) und für Fische oder auch Wasserflöhe, bereits zu sauer. "Da diese Seen in ihrer Entstehungsgeschichte und in ihrer geringen Komplexität sehr gut dokumentiert sind, nutzen wir sie als Modellsystem für unsere Untersuchungen", erklärt Thomas Weisse.

Hier passiert Mikroevolution

Die Limnologen konnten nachweisen, dass sich einmal angesiedelte Mikroorganismen im Lauf der Zeit sowohl genetisch als auch physiologisch an ihren speziellen Lebensraum anpassen. "Es findet eine signifikante Wechselwirkung zwischen den Organismen und ihren Lebensräumen statt, die entscheidend ist. Denn weder die Eigenschaften des Habitats, noch eine starre genetische Ausstattung der Mikroorganismen würden eine erfolgreiche Besiedelung ökologischer Nischen allein erklären", sagt Weisse. Die Hypothese, dass Populationen weit verbreiteter Mikroorganismen in ähnlich sauren Habitaten praktisch ident sind, dass sozusagen nur der Lebensraum selektiert, wurde dadurch widerlegt. "Hier passiert Mikroevolution. Und diese Erkenntnis ist von allgemeiner ökologischer Bedeutung", so Weisse.

Trotz der ähnlichen Entstehungsgeschichte unterscheiden sich die Tagebaurestseen in Niederösterreich und Ostdeutschland hinsichtlich ihrer Planktonorganismen deutlich. Welche Mikroben herantransportiert werden, ist eher zufällig. Die räumlichen Charakteristika der einzelnen Seen, wie Windexposition oder Ufergestaltung, haben auf den passiven Erstkontakt jedoch einen Einfluss. Und welche Organismen in dem jeweiligen Lebensraum dauerhaft erfolgreich sind, wird vom einzelnen See mitgeprägt. Zur Überprüfung dieser Hypothese haben die Wissenschaftler Wasserproben genommen und die darin vorkommenden Organismen unter verschiedenen Bedingungen - Säurewerte, Temperatur und Nahrungsangebot wurden systematisch variiert - im Labor kultiviert und sowohl genetisch als auch hinsichtlich ihres Stoffwechsels verglichen.

Die Limnologen konnten dabei nachweisen, dass das Plankton der sauren Seen nur unter extrem sauren Bedingungen einen Konkurrenzvorteil hat. Weiters haben sie erstmalig die kombinierte Wirkung von Temperatur und pH-Wert bei unterschiedlichem Nahrungsangebot für Seenplankton untersucht. Diese drei Umweltfaktoren charakterisieren zusammen die tatsächlich bewohnte Nische im Ökosystem See. "Wenn Temperatur und Nahrungsangebot nicht optimal sind, schränkt sich für die Organismen der Säurebereich ein, den sie gut verkraften", fasst Thomas Weisse die Ergebnisse zusammen.


Weitere Informationen im Thema des Monats Juli 2011 "Seen und Lacken"


Kontakt:
Dir. Prof. Dr. Thomas Weisse
Institut für Limnologie
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