Effekte von Merkmansvariationen auf die Dynamik von gekoppelten, bi-trophische Plankton - Biofilm - Systemen

Viele ökologische Prozesse resultieren aus Räuber-Beute Interaktionen. Deshalb ist ein Verständnis dieser Interaktionen wichtig, insbesondere um Nahrungsnetzdynamiken und Ökosystemfunktionen zu verstehen. Beuteorganismen können oft verteidigte Phänotypen ausbilden, welche die fraßbedingte Mortalität  reduzieren. Sie können jedoch mit erheblichen Kosten verbunden sein und lohnen sich daher nur bei hohen Räuberdichten. Zudem können die Kosten der Verteidigung in Anwesenheit verschiedener Räuber  dramatisch zunehmen, wenn die Verteidigung der Beute nur gegen einen spezifischen Räubertyp wirksam ist. Wir wollen die Konsequenzen solcher variablen Kosten von Verteidigung einer hoch plastischen Beute gegen zwei Räuber mit gegensätzlichem Beutespektrum untersuchen. Wir benutzen eine Bakterienstamm (Pseudomonas putida), welcher sowohl einen  Biofilm-Phänotyp als auch einen planktischen Phänotyp bilden kann. Als Räuber nutzen wir einen spezialisierten Plankton-Räuber (Paramecium tertraureli) und einen spezialisierten Biofilm-Räuber (Acanthamoeba castellani). Wir kombinieren die experimentellen Untersuchungen mit mathematischer Modellierung und nutzen die Spezialisierung der zwei Räuberarten, um die Merkmalsvariation der Räubergilde zu manipulieren. Diese beeinflusst die eine Beuteart, welche sich durch phänotypische Plastizität gegen jeweils nur einen der beiden Räuber verteidigen kann. Wir postulieren, dass dies zu sich wiederholenden zyklischen Wechseln in der entsprechenden Räuber- und Beute-Zusammensetzung führen wird. Die sehr kurze Generationszeit aller Mitglieder dieses mikrobiellen Nahrungsnetzes ermöglicht es uns, Zeitserien mit vielen (>100) Generationen zu beobachten. Dies wird uns Einblicke in langfristige Interaktionen und Merkmalsanpassungen zweier miteinander verbundener Nahrungsketten geben. Wir werden ein optimiertes  geschlossenes und ein Chemostat-System nutzen, das ein planktisches und ein Biofilm-Habitat mit variabler, definierter Oberfläche (zum Aufwuchs  der Biofilme) beinhaltet.  Dabei lassen sich einerseits die Kosten der Verteidigung durch die Steuerung der Merkmalsvariation der Räubergilde manipulieren. Außerdem erlaubt das System die Manipulation der Verlustraten durch eine separate, definierte Verdünnung des Plankton und des Biofilms. Somit können die Netto-Populationswachstumsrate und damit die Kosten der Verteidigung bei unterschiedlichem Räuberdruck für beide bakterielle Phänotypen von Pseudomonas putida separat manipuliert werden. Um die mikrobiellen Populationsdynamiken mit Strukturen und Funktionen des Ökosystem zu verbinden, werden wir auch untersuchen, wie die Merkmalsvariation der Räubergilde (Plankton- und Biofilmräuber) die Biomasseallokation und den Kohlenstoffabbau verändern. Bisher ist dies unseres Wissens noch nicht mit der angestrebten Genauigkeit gelungen.