Forschungsgruppe Pathologie und Stressbiologie mariner Makrophyten

Makrophytenhabitate brauchen ein besseres Management

Ähnlich wie Wälder, Gebüsche und Staudenfluren an Land sind aus langlebigen Makrophyten gebildete Habitate wichtige Komponenten der Meeresumwelt. Grossalgenbestände und Seegraswiesen bieten weltweit an allen Küsten zahlreichen weiteren Meeresorganismen dauerhaft eine Lebensgrundlage als Lieferanten von Nahrung, Substrat oder Sauerstoff. In vielen Ländern wächst zudem das Interesse an einer wirtschaftlichen Nutzung von Algen als Quelle von Rohstoffen oder Lebensmitteln.

Diese Habitate sind jedoch zunehmend bedroht. Überdüngung, Klimawandel, Arteinschleppungen und andere Veränderungen der Meeresumwelt haben in den letzten Jahrzehnten weltweit zu einem Rückgang von Tangwäldern und Seegraswiesen geführt. Zugleich wird an vielen Küsten eine Zunahme kurzlebiger, opportunistischer und oft frei im Wasser treibender Makrophyten beobachtet, die ökologische und wirtschaftliche Probleme verursachen, wenn sie grosse Ansammlungen absterbender und verwesender Biomasse bilden. 

Ein besseres Management von Makrophytenhabitaten ist offensichtlich erforderlich: Den vielfältigen ökologischen Herausforderungen, die sich aus Umweltveränderung und Nutzungsinteressen ergeben, muss künftig so begegnet werden, dass die Ökosystemleistungen von Algen- und Seegrasbeständen nicht weiter vermindert, sondern wieder vermehrt werden. 

Wechselwirkungen mit Begleitorganismen beeinflussen den Managementerfolg

Veränderungen in Algenhabitaten - gezielte Eingriffe als Managementmaßnahmen ebenso wie der Einfluss unkontrollierter Umweltveränderung - bewirken in der Regel Verschiebungen im Gefüge der mit den Algen vergemeinschafteten Arten. In der Folge können Pathogene, Herbivore, Aufwuchsorganismen oder Konkurrenten überhandnehmen oder auch Symbionten zurück gehen. In allen diesen Fällen kann es zu einer nachhaltigen Schädigung der Algen kommen. Ein genaues Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Algen und diesen Begleitorganismen ist also erforderlich, wenn Eingriffe erfolgreich sein sollen.

Was steuert die Wechselwirkungen?

Chemische Wirkstoffe sind eine wesentliche Grundlage des Zusammenlebens und der Kommunikation von Meeresorganismen. Sie regulieren zahllose Aspekte des Verhaltens von Bakterien, Algen, Pflanzen und Tieren und bestimmen deren Funktionen im Ökosystem Meer.

Dies wird bei sessilen Organismen besonders deutlich: Ihre ortsgebundene Lebensweise zwingt sie zu effektiven Strategien, die einerseits Schutz vor Fraßfeinden, Aufwuchsorganismen, Konkurrenten und Krankheitserregern bieten und andererseits symbiontische Organismen und die Geschlechtszellen von Sexualpartnern anlocken. Dabei wird eine Fülle chemischer Signalstoffe, Lockstoffe und Schreckstoffe eingesetzt. Die Oberflächen mariner Organismen werden darüber hinaus fast stets von Biofilmen aus Bakterien und anderen Mikroorganismen besiedelt, die dann den Stoffaustausch zwischen Organismus und Umgebungswasser in vielfältiger Weise verändern können.

Die Bildung und Freisetzung von Signalsubstanzen wird außerdem durch diverse Umweltsignale gesteuert. Bei diesen handelt es sich häufig wiederum um chemische Signale, die von Partner- oder Gegnerorganismen ausgehen. Abiotische Signale wie Licht oder Umgebungstemperatur können aber ebenfalls wahrgenommen werden, beispielsweise über spezifische Lichtrezeptoren. Solche Faktoren können das Gleichgewicht der Beziehungen auch dadurch verschieben, daß sie die Verfügbarkeit von Ressourcen verändern (Beispiel:Lichtmangel) oder Organismen schädigen (Beispiel: Streß durch übermäßige Lichteinstrahlung).

Unsere Ziele

Wir untersuchen
- die Wechselwirkungen mariner Makrophyten (Grossalgen, Tange, Seegräser) mit Krankheiterregern, Symbionten, Frassfeinden, Aufwuchsorganismen und Konkurrenten, sowie

- den Einfluss von Umweltveränderung auf diese Wechselwirkungen.

Unser kurzfristiges Ziel ist dabei die Identifikation von ökologisch wichtigen Signalstoffen und die Aufklärung molekularer Regulationsmechanismen.

Unser langfristiges Ziel ist die Entwicklung neuer Ansätze für das Management von natürlichen und künstlichen Makrophytenhabitaten, beispielsweise für

- biologischen Pflanzenschutz in Algenkulturen,
- erfolgreichere Restaurierung geschädigter Habitate,
- umweltverträgliche Unterdrückung invasiver Algenarten.

 

Einige abgeschlossene Projekte als Beispiele:

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1. Biologischer Pflanzenschutz in Meeresalgenkulturen: Krankheiten können ohne Chemie wirksam bekämpft werden.

2. Die Schnellere gewinnt: Invasive Meeresalge zeigt schnelle Anpassung an bakterielle Schädlinge.

3. GEOMAR-Biologen belegen bei Fucus vesiculosus ein funktionierendes Abwehrsystem trotz Umweltveränderungen.

4.Erhöhte Giftigkeit durch Wanderschaft? Invasive Meeresalge verstärkt ihre Abwehrmechanismen.

5. Seetang kann Freunde anlocken und Feinde abwehren: Großalgen manipulieren ihr Mikrobiom zur Gesundheitsförderung.

Team

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Eine Beschreibung unserer Gruppe und ihrer Aktivitäten (in englischer Sprache) finden Sie auch hier!

Projekte

(1) Wechselwirkungen mit Pathogenen, Symbionten, Aufwuchsorganismen und Frassfeinden
     (a) in Agarophyton vermiculophyllum, einer invasiven Rotalge aus Ostasien,
     (b) im Seegras Zostera marina und dem Blasentang Fucus vesiculosus, zwei wichtigen
           Habitatbildnern in der Ostsee.

(2) Erbliche Immunität und Regulation der Verteidigung in
     diesen drei Modellorganismen und anderen Arten

(3) Invasionsökologie von Algen
      • Plastizität der Stressresistenz in nativen und nicht-nativen Populationen,
      • Wechselwirkungen zwischen nativen und nicht-nativen Arten.

(4) Biologie von Driftalgenblüten
      • Was steuert ihre Artzusammensetzung in der Ostsee?
      • Morphologische Plastizität von Ulva-Arten: Bestimmt durch Umweltbedingungen, genetische Disposition oder assoziierte Mikroorganismen?

(5) Biodiversität und Management von Makrophytenhabitaten im Senegal