UV-Strahlung & planktische Ciliaten

Stokesia vernalis

Detail von Stokesia vernalis

Die Auswirkung ultravioletter Strahlung auf planktische Ciliaten in Seen:

Analyse ihrer Schutz- und Reparaturstrategien

Ciliaten („Wimpertiere“) spielen eine fundamentale Rolle im mikrobiellen Nahrungsnetz von Ozeanen und Seen, da sie zu den Hauptkonsumenten planktischer Algen und Bakterien zählen und als Bindeglied zu höheren Nahrungsebenen angesehen werden. In Seen kommen besonders in den obersten Wasserschichten hauptsächlich kleine prostomatide und oligotriche Ciliaten vor, die als effiziente Konsumenten von Mikroalgen bekannt sind. Obwohl sich bisher zahlreiche Studien beispielsweise mit dem Fraßverhalten von Ciliaten beschäftigt haben, ist über deren Strategien im Umgang mit natürlicher Sonneneinstrahlung, besonders im ultravioletten Bereich (290-400 nm), nur wenig bekannt.

Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass Auswirkungen der UV-Strahlung artspezifisch sind und dass sie Einfluss auf Form, Bewegung, Teilungs- und Wachstumsraten von Ciliaten haben kann. Da in Seen über der Baumgrenze normalerweise wenig chromophores gelöstes organisches Material (Huminsubstanzen) im Wasser vorkommt, sind sie sehr UV durchlässig. Planktonorganismen in solchen Seen müssen daher mit hoher Sonneneinstrahlung leben, aber auch niedrige Temperaturen ertragen und mit wenig Futter bzw. Nährstoffen auskommen. Daher haben solche Organismen effiziente Strategien entwickelt, sich vor den schädlichen Wirkungen der UV-Strahlung zu schützen, wie z.B. Vermeidungs-, Schutz- und Reparaturmechanismen.

Erst kürzlich wurde festgestellt, dass Ciliaten, die in Symbiose mit Algen leben, bestimmte UV-Schutzsubstanzen besitzen, die von den Symbionten synthetisiert werden. Es gibt allerdings Hinweise darauf, dass die Ciliaten diese Schutzsubstanzen auch über ihre Nahrung aufnehmen können. Durch hohe UV-Strahlung kann es auch zur Schädigung von DNA kommen, die in weiterer Folge mutagene oder tödliche Auswirkungen haben kann. Allerdings ist UV-Strahlung nicht immer schädlich, und längerwellige Strahlung kann Photoreparaturmechanismen ankurbeln. Um die biologische Antwort von Organismen auf UV zu quantifizieren, muss eine sogenannte ‚Biological weighting function’ als Funktion von Strahlung und Zeit berechnet werden. Dazu ist es wichtig, dass die Dosis und die Einwirkzeit gemessen werden bzw. das Gesetz der Reziprozität (betreffend Strahlungsintensität und Expositionszeit) gilt. Sollte das Gesetz für einen Organismus nicht zutreffen, sind Photoreparaturmechanismen die Hauptstrategie, um mit erhöhter Strahlung umzugehen.

Da alle diese Strategien für heterotrophe planktische Ciliaten bisher noch nie getestet wurden, werden im vorliegenden Projekt solche Schutz- und Reparaturstrategien für einige wichtige planktische Arten erfasst. Laborexperimente werden dazu mit Experimenten im Freiland kombiniert, um den Einfluss der UV-Strahlung auf Ciliaten zu untersuchen. Um die gemessenen Effekte quantifizieren zu können, wird das Reziprozitätsgesetz getestet und für jede untersuchte Art eine ‚Biological weighting function’ kalkuliert. Artspezifische Untersuchungen sollen das Vorhandensein und die Akkumulation von UV-Schutzsubstanzen aufzeigen. Weiters soll eine mögliche DNA-Schädigung durch UV-Strahlung und mögliche Photoreparaturmechanismen gemessen werden. Phylogenetische Analysen, die in Kooperation gemacht werden, sollen Aufschluss über biogeographische Aspekte der untersuchten Ciliaten liefern.

Gefördert vom FWF Der Wissenschaftsfonds (P21013-B03).

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