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Störungen in Ökosystemen simulieren Ausnahmezustand im Mikrobenmaßstab

Autor / Redakteur: Susanne Hufe* / Christian Lüttmann

Wie im Großen, so im Kleinen – nach diesem Ansatz untersuchen Forscher vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig Modellökosysteme mit Mikroben. Indem sie das Gleichgewicht darin stören, erhoffen sie sich auch Rückschlüsse auf die Empfindlichkeit makroskopischer Ökosysteme.

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Einfache Modell-Ökosysteme aus Nährmedium (Nährstoffe), verschiedenen Bakterienarten (Beute) und einer Wimpertierchen-Art (Räuber) sollen helfen, die komplexen Wirkungen von Störungen auf Ökosysteme besser zu verstehen.
Einfache Modell-Ökosysteme aus Nährmedium (Nährstoffe), verschiedenen Bakterienarten (Beute) und einer Wimpertierchen-Art (Räuber) sollen helfen, die komplexen Wirkungen von Störungen auf Ökosysteme besser zu verstehen.
(Bild: UFZ / André Künzelmann)

Leipzig – Ein Störfaktor kommt selten allein – meist wirken gleich mehrere zusammen, wie beispielsweise Klimaextreme, Umweltbelastungen oder das Auftreten von Schädlingen, und führen in Ökosystemen zu komplexen Veränderungen. In wissenschaftlichen Studien wird allerdings häufig nur eine Störung allein betrachtet und untersucht, welche Wirkung sie auf Pflanzen oder Tiere oder Bakterien hat. „Ein weiteres Problem dabei ist das 'oder’. Wird beispielsweise nur nach Pflanzen geschaut, werden sowohl direkte als auch indirekte Auswirkungen innerhalb des Nahrungsnetzes nicht berücksichtigt - die aber durchaus gravierend sein können“, sagt Dr. Antonis Chatzinotas, Umweltmikrobiologe am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig und Leiter der Studie.

Eine Miniaturwelt im Krisenzustand

Um die komplexen Wirkungen, die Störungen auf Ökosysteme haben, besser zu verstehen, haben die Forscher ein einfaches Ökosystem in Form eines mikrobiellen Nahrungsnetzes entworfen. Der Vorteil: Mikroben wachsen schnell, haben kurze Generationszeiten, sind gut kontrollierbar, und Störungen können experimentell einfach simuliert werden. Das Modell-Ökosystem der UFZ-Mikrobiologen bestand aus einem Nährmedium (Nahrung), vier verschiedenen Bakterienarten (Beute) und einer Wimpertierchen-Art (Räuber), die sich von Bakterien ernährt.

In verschiedenen Versuchsanordnungen wurden die Mini-Ökosysteme jeweils verschiedenen Störungsereignissen ausgesetzt. Eine Störung wurde durch unterschiedliche Verdünnungen erzeugt, was zu einer Abnahme der Individuenzahl führte. „Die Verdünnungen simulierten unterschiedlich starke Störungsereignisse, die entweder plötzlich und stark oder konstant mit geringer Intensität auftraten“, erklärt Canan Karakoç, UFZ-Doktorandin und Erstautorin der Studie.

Eine weitere Art der Störung war Nahrungsknappheit. Dabei wurde in einer Versuchsanordnung die Nährstoffzufuhr für die Bakterien abrupt gekappt, in einer anderen nach und nach reduziert. Das Forscher-Team untersuchte dann, welche Auswirkungen die Art der Störung auf die Bakterienanzahl hatte und ob und wie sich die Bakteriengemeinschaften veränderten. Dabei nahmen sie auch den Einfluss der An- bzw. Abwesenheit von Räubern unter die Lupe.

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