Projekt

Metabolomik und Biodiversität von Schnee- und Eisalgen

Beschreibung:


Mikroalgen, die in Schneefeldern und auf Gletscheroberflächen leben sind extremophile Organismen, die in einem der härtesten Ökosysteme wachsen die es für photosynthetische Zellen gibt. Sie müssen sich an hohe Strahlungswerte, tiefe Temperaturen sowie eingeschränkte Nährstoff- und Wasserverfügbarkeit anpassen. Ab dem Spätfrühling verursachen Blüten auffällige alpine und polare Schneefärbungen in Abhängigkeit der vorherrschenden Pigmente, wobei roter Schnee das häufigste Phänomen darstellt. Durch Reduktion der Reflektion beschleunigt die Kryoflora die Schmelzrate ihres Lebensraumes, was wiederum in großem Maßstab einen Anstieg des Meeresspiegels begünstigt. Die Klimaerwärmung gefährdet Populationen in niederen Gebirgen aufgrund mangelnden Schneefalls. Die Erforschung von Schnee- und Eisalgen erfolgt nicht nur zum Verständnis von Lebensabläufen unter Extrembedingungen, sondern auch aufgrund in hoher Konzentration vorkommender, kommerziell verwertbarer Inhaltsstoffe. Verbindungen wie mehrfach ungesättigte Fettsäuren, Pigmente, Polyphenole, Antioxidantien oder Zucker-Alkohole spielen eine wichtige Rolle für das Überleben. Generell sind die biochemischen Strategien dieser Algen immer noch schlecht untersucht. Zudem ist die Wissenslage über die geografische Verteilung beschränkt, und die wahre Biodiversität ist unklar.

Dieses Projekt hat zwei Fragestellungen. Erstens wollen wir geografische Unterschiede in der Biodiversität arktischer und alpiner Lebensgemeinschaften verstehen. Unter Anwendung von „high throughput" Sequenzierungen mit Feldproben wird die Struktur der natürlichen Schneegesellschaft erstmals in einem alpin-polaren Vergleich untersucht. Die molekularen Ergebnisse werden zudem mit den physikalisch-chemischen Schneeparametern korreliert. Zweitens wollen wir verstehen, wie sich das Metabolom von Schnee- und Eisalgen in Bezug auf Umweltstress ändert: Populationen in alpinen Schnee werden vor und nach deren Umwandlung von grünen Flagellaten unterhalb der Oberfläche zu exponierten roten Sporen verglichen. Zusätzlich wollen wir die Strategie von Eisalgen aufklären, welche auf alpinen und polaren Gletscheroberflächen vorkommen. Diese abgeleiteten Grünalgen, welche verwandtschaftlich den Landpflanzen näher stehen, teilen sich während der ganzen Saison und bleiben somit im Gegensatz zu den meist sporenbildenden Schneealgen stets vegetativ.

Alle Messungen werden sowohl mit Feldmaterial als auch mit Laborkulturen unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt. Die metabolomischen Methoden inkludieren Gaschormotographie und Massenspektrometrie, um die durch Inhaltsstoffe etablierten Strategien aufzuklären. Dazu gehört auch die Suche und Charakterisierung neuer „Anti-Stress" Metaboliten wie Osmolyte, Schutzpigmente oder Antioxidantien. Diese natürlichen Verbindungen sind von generellem Interesse, etwa in Bezug auf Gesundheit (z.B. für Hautschutz) oder als Nahrungsergänzung.

logo
4/2017 - 9/2020

Leitung:

Personen:

Forschungsschwerpunkte:

Forschungseinheiten:

Kooperationen:

  • Charles University in Prague
  • Universität Innsbruck

Forschungsprogramm:

FWF Translational Research

Das Projekt wird im Translational Research Programm durch den FWF Wissenschaftsfonds gefördert.