Biodiversität und Evolution der Pflanzen

Maria Brandes

Wissenschaftliche Mitarbeiterin der AG Biodiversität und Evolution der Pflanzen

Forschungsprojekt

Die Macht der Kleinen

Cyanobakterien sind prokaryotische Organismen, die zu den ältesten Mikroorganismen der Welt gehören und seit 3,5 Milliarden existieren. Sie tolerieren extreme Umweltbedingungen bezüglich Temperatur, PH-Wert und Salinität und treten in einer Fülle von verschiedenen Habitaten (inklusive heißer Quellen und dem arktischen Meer) in der ganzen Welt auf.

Ihre Zellgröße variiert zwischen 0,5 und 40 µm; sie wurden aufgrund ihrer Fähigkeit zur Photosynthese zunächst als „Blaualgen“ beschrieben. Arten innerhalb des cyanobakteriellen Phylums sind morphologisch sehr divers. Morphotypen einer Art können in ihrem Phänotyp stark variieren, wenn sie unter verschiedenen Umweltbedingungen leben. Dies macht die Bestimmung von cyanobakteriellen Arten aus Umweltproben zu einer großen Herausforderung.

Gründe für Schwierigkeiten bei der Bestimmung von cyanobakteriellen Arten sind:

  • Zwei verschiedene Bestimmungssysteme für Cyanobakterien, die im Gegensatz zueinander stehen:

Internationaler Code der Botanischen Nomenklatur und

Bakteriologischer Code der Nomenklatur

  • Probleme bei der Kultivierung von Cyanobakterien im Labor
  • Große Bandbreite verschiedener Morphotypen pro Art
  • Falsch beschriebene cyanobakterielle Gensequenzen in Sequenzdatenbanken

Trotz ihrer kleinen Größe spielen Cyanobakterien eine große Rolle in verschiedenen Stoffkreisläufen und gehören zu den effektivsten Organismen, wenn es um die Fixierung von Kohlenstoffdioxid geht, welches einen großen Einfluss auf das Weltklima ausübt. Darüber hinaus existiert eine Vielzahl von Symbiosen zwischen Cyanobakterien und anderen Organismen (wie z.B. mit Grünalgen, Diatomeen, Lebermoosen, Farnen, Palmfarnen, Pilzen, Protisten, Schwämmen, Moostierchen, Seescheiden, Garnelen und Säugetieren). Des Weiteren stabilisieren sie Sedimente (z.B. im Wattenmeer) gegen hydrodynamisch bedingte Erosion und produzieren bioaktive Stoffe, die ein großes Potential für die pharmazeutische Industrie darstellen.

Im Zuge meiner Masterarbeit analysierte ich die cyanobakterielle Diversität von 22 endolitischen (im Inneren von Steinen oder auf dessen Oberfläche lebend) cyanobakteriellen Proben, in Abhängigkeit eines Salinitätsgradienten in der Gezeitenzone der kroatischen Adria. Proben verschiedener Salinitäten (niedrig, mittel und hoch) wurden aus Felsbassins von 5 verschiedenen, voneinander getrennten Punkten entnommen. Um herauszufinden welche Taxa unter welchen Salinitäten auftraten, wurden die Verfahren der „454 nächste- Generation Sequenzierung“ (anhand des 16S rRNA Gens) und morphologische Bestimmungen (Mikroskopie) angewandt.

Die Ergebnisse meiner Masterarbeit ergaben eine hohe cyanobakterielle Diversität, insbesondere in den hoch salinen Proben. Die am Häufigsten gefundenen Cyanobakterien beinhalteten die Gattungen Hormathonema, Solentia, Hyella und Enthophysalis.

Das Sequenzierungsverfahren ergab eine signifikant höhere cyanobakterielle Diversität im Vergleich zur morphologischen Artbestimmungsmethode. Die meisten der endolitischen, aus den Felsbassins stammenden, cyanobakteriellen Sequenzen ähnelten denen anderer Cyanobakterien (sowie deren Klonen), die aus ähnlichen Habitaten stammten. Dieses Ergebnis legt die Schlussfolgerung nahe, dass die meisten Angehörigen der Mikroben an eine Lebensweise an marine endolitische Habitate angepasst sind. Die relative Diversität der cyanobakteriellen Gemeinschaft in der kroatischen Adria ist größer als die, die für andere rauhe, endolitische Habitate wie kalte und heiße Wüsten beschrieben wurde.

Die Ergebnisse dieser Studie geben Einblicke in die komplexen Herausforderungen, die moderne Methoden von Biodiversitätsanalysen von in der Umwelt lebenden cyanobakteriellen Gemeinschaften mit sich bringen, und können einen möglichen zukünftigen Weg für geeignete Beschreibungsmethoden der Artenvielfalt dieser faszinierenden Mikroorganismen darstellen.

Das Erscheinungsbild der Cyanobakterien mag winzig sein, aber ihre Bedeutung für die Funktion von Ökosystemen ist riesig! 

Lebenslauf

Sept. 2003- Sept. 2005

Ausbildung zur staatlich geprüften Biologisch-
technischen Assistentin am Institut für berufliche Aus- und Weiterbildung in Oldenburg

Jan. - Juli 2006

Taxonomische Bestimmungen, Quantifizierungen und das Vermessen von marinem Phytoplankton bei AquaEcology in Oldenburg

Okt. 2007- Aug. 2011

Bachelor of Arts Studium der Biologie und Germanistik an der Carl von Ossietzky Universität in Oldenburg

Thema der Bachelorarbeit: Intraspecific variability of COI within the genus Keratella (Rotifera)

Okt. 2011- Apr. 2014

Master of Science Studium der Biologie an der Carl von Ossietzky Universität in Oldenburg

Thema der Masterarbeit: Maybe a little more salt? - Influence of salinity on cyanobacterial diversity in the intertidal zone of the Croatian Adria -A morphological and molecular approach using microscopy and 454 next- generation sequencing

16.12.2013- 15.06.2014

Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich Forschung in der AG Biodiversität und Evolution der Pflanzen

Seit 1.10.2014

Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich Forschung in der AG Biodiversität und Evolution der Pflanzen