FoLL - Projekt der EPSAG
Algen im Boden: Wie wird ihre Biodiversität von unterschiedlicher Landnutzung und Vegetation beeinflusst? Forschung im BioidversitätsExploratorium Hainich-Dün
Was haben wir vor?
Unser FoLL-Projekt ist in ein laufendes DFG-Forschungsprojekt eingebaut. Die Studierenden bearbeiten im Team der Abteilung, insbesondere mit Doktorandin Yağmur Tarhana Çakır und der technische Mitarbeiterin Birgit Olberg. Bereits wenige Proben werden ausreichen, um an den wichtigsten Zielen des Forschungsprojektes mit vielfältigen Methoden zu arbeiten und so zu wichtigen Aussagen zu gelangen. Ziel des Forschungsprojektes ist eine umfassende Einschätzung der Biodiversität von Algen und Cyanobakterien auf Artebene und genotypischer Auflösung in den oberen Bodenschichten (Oberflächenböden, 0- 5 cm) und damit verbundenen Lebensräumen, d.h. Totholz und Baumrinde. Wir untersuchen die Veränderungen in der Biodiversität der Bodenalgen unter verschiedenen Landnutzungen, im Wald wie im Grünland. Ziel ist, die Faktoren, die die Biodiversität der Bodenalgen bestimmen, herauszuarbeiten.
So wollen wir das Projekt umsetzen:
Das FoLL-Team wird eine Pilotexkursion zu einigen ausgewiesenen Forschungsflächen (Plots) im Hainich, sowohl im Wald wie im Grünland, durchführen. Die zu beprobenden Forschungsflächen repräsentieren unterschiedliche Nutzungsformen- und Intensitäten. Nach der Probennahme werden die Proben im Labor mit DNA-Methoden bearbeitet. Die erhaltenen DNA-Sequenzen (DNA metabarcoding) werden bioinformatisch analysiert, das Ergebnis ist eine sogenannte Taxontable. Die Ergebnisse werden dann in Bezug auf unsere Arbeitshypothesen diskutiert:- Die genetische Diversität von Bodenalgen und – cyanobakterien wird durch unterschiedliche Vegetation, Landnutzung und Intensitäten der Landnutzung geprägt
- Die Algenbiodiversität in Oberflächenböden ist eng verbunden mit der von Algengesellschaften auf Totholz und Baumrinde
- Grünland weist eine generell größere Diversität an Bodenalgen und -cyanobakterien auf als Waldboden
- Mechanische Störungen und Düngung haben einen negativen Einfluss auf die phototrophe Diversität der Bodenoberflächen
- Sammeln von Proben von Oberflächenböden (0 – 5 cm) in Wald- und Grünlandflächen (VIPs) sowie von den Oberflächen von Holzsubstraten in Waldflächen, d.h. Baumrinde und Totholz
- DNA-Extraktion aus den Proben und Amplikon-basiertes Metabarcoding anhand der molekularen Marker 23S UPA (Chloroplasten-kodiert) mit der Illumina Miseq Plttform (2×300 bp, paired-end) für eukaryotische Algenlinien und der Cyanobakterien sowie ITS2 (kernkodiert) für Grünalgen.
- Isolieren einiger Kulturen terrestrischer Algen aus den Proben. Mikroskopie und DNA-Analysen an den erhaltenen Kulturen.
Diese Methoden wollen wir anwenden:
So könnte ein vorläufiges Ergebnis aussehen:
Hintergrund des Projekts:
Algen (photoautotrophe Protisten) und Cyanobakterien sind essentielle Komponenten mikrobieller Gesellschaften in Böden. Sie machen etwa 6% der globalen Nettoprimärproduktion der terrestrischen Vegetation aus. Aufgrund ihrer photosynthetischen Lebensweise geben die Bodenalgen und -cyanobakterien dem Boden Energie, Kohlenstoff und Sauerstoff. Daneben haben sie noch zahlreiche andere vorteilhafte Effekte auf ihre Habitate im Boden, wie z.B. eine Zunahme der Fruchtbarkeit, Verbesserung des hydrologischen Regimes im Boden und eine stimulierende Wirkung auf andere mikrobielle Aktivitäten. Als Pioniere bei der Besiedlung von Böden wirken sie der Bodenerosion entgegen. Sie sind eine wichtige Nahrungsresource für Kleintiere im Boden. Jedoch wird die Bedeutung der Biodiversität der Bodenalgen und -cyanobakterien für die komplexen Prozesse im Boden bisher unterschätzt, was offensichtlich an einer unzureichenden Kenntnis ihrer Biodiversität liegt. Welches die Determinanten ihrer Biodiversität in realen Landschaften sind, ist noch nicht verstanden. So ist zum Beispiel unklar, wie sehr Landnutzung und Vegetation die genetische Biodiversität der photoautotrophen mikrobiellen Gemeinschaften beeinflussen.