Wie entwickeln sich Organismen unter lebensfeindlichen Bedingungen, wie entsteht fruchtbarer Boden, und wovon ernähren sich Pioniertiere, die diese Gebiete besiedeln? Diese Fragestellung liegt der Forschung der Mikrobiologin Ursula Peintner und ihrem Team zu Grunde. Ideale Voraussetzungen, um dieser nachzugehen, finden die MikrobiologInnen am Gletschervorfeld des Rotmoosferners in den Ötztaler Alpen. Aufgrund des wärmer werdenden Klimas zieht sich der Gletscher immer weiter zurück und erlaubt so die Beobachtung früher Phasen der Bodenentwicklung. Mit Hilfe des modernen „next generation sequencing“ (NGS), einer Methode, die das parallele Sequenzieren einer großen Anzahl von DNA-Molekülen erlaubt, ist es den WissenschaftlerInnen gelungen, Mikroorganismen vor allem in Form von Pilzen im Gletschervorfeld nachzuweisen. Selbst im kargen Boden direkt an der Gletscherzunge konnten die ForscherInnen eine hohe Diversität an Pilzarten nachweisen. Durch Untersuchungen sowohl im Sommer als auch im Winter konnten sie zudem erstmals einen saisonalen Wechsel von Arten dokumentieren. „Bereits in früheren Arbeiten haben wir festgestellt, dass Mikroorganismen in schneebedecktem Boden zehnmal mehr Biomasse bilden als im Sommer. Bis jetzt haben wir uns aber noch nicht an Stellen herangewagt, an denen Leben erst entsteht, wie etwa im gerade von Eis befreiten Boden“, sagt Ursula Peintner, Professorin am Institut für Mikrobiologie.
Untersuchungen am Gletschervorfeld
Das Team, zu dem neben Ursula Peintner auch vier Studierende und eine wissenschaftliche Mitarbeiterin des Instituts zählen, hat für diese von der Alpinen Forschungsstelle der Universität Innsbruck finanzierte Untersuchung das Gletschervorfeld in drei Versuchsflächen aufgeteilt: Eine direkt an der Gletscherzunge, wo sich der Gletscher erst innerhalb der letzten drei Jahre zurückgezogen hat, eine, die seit mindestens neun bis maximal 13 Jahren gletscherfrei ist und eine, die bereits 18 bis 25 Jahre vom Eis befreit ist.
In den Versuchsfeldern wurden jeweils im Sommer und im Winter kleine Polyethylen-Säckchen vergraben. Sie waren alle mit sterilem Quarzsand gefüllt und hatten Maschen, die gerade so groß waren, dass Pilze durchwachsen konnten. Die Ergebnisse waren für das Team überraschend: „Sogar in der erst seit kurzem eisfreien Fläche habe wir Pilze im Boden gefunden und noch dazu je nach Saison andere. Im Winter zum Teil sogar mehr verschiedene Arten als im Sommer“, sagt Ursula Peintner. Zwischen den jüngsten und den ältesten untersuchten Flächen gibt es dabei einen großen Unterschied in der Zusammensetzung der Arten. Die Mikroorganismen und Pilze in den untersuchten Flächen die am längsten eisfrei sind, entwickeln sich bereits hin zu normalen Bodenpilzgesellschaften, die eigentlich erst in Böden vorkommen, die 100 bis 150 Jahre eisfrei sind. In den vordersten Flächen, also während der ersten ein bis drei eisfreien Jahre, finden sich vor allem Hefen, die später vermutlich verdrängt werden. „Wir haben auch Pilze gefunden, bei denen wir uns gefragt haben, wie sie an diesen frühen eisfreien Standorten wachsen können. Beispielsweise einen Rostpilz, der normalerweise strikt an Pflanzen gebunden ist und alleine nicht überleben kann. Außerdem sind etwa 20 bis 30 % der Pilze, die wir entdeckt haben, noch nicht bekannt“, erklärt die Mikrobiologin.
Welche Tiere diese lebensfeindlichen Habitate besiedeln und wovon sie sich ernähren wurde in Zusammenarbeit mit Rüdiger Kaufmann und Michael Traugott vom Institut für Ökologie untersucht. An denselben Standorten wurden die ersten Tiere, nämlich Springschwänze (Collembolen), identifiziert und quantifiziert. Die meisten Collembolen wurden direkt am Gletscherrand gefunden und hatten mit Pollen, pilzlichem Material und Mineralpartikeln gefüllte Mägen. Das deutet daraufhin, dass Eis und die darin enthaltenen Nährstoffe für das Überleben dieser ersten tierischen Besiedler essenziell sind.
FWF-Projekt MICINSNOW
Mit diesen Ergebnissen soll nun im Rahmen des am 1. Mai gestarteten Projekts „MICINSNOW – Microbial Interactions in Snow Covered Habitats“ weiter geforscht werden. Im Winter, wenn Pflanzen sich in der Ruhephase befinden, setzen Mikroorganismen totes Material um, sie wachsen und bilden dadurch leicht verfügbare Biomasse, welche den Pflanzen im Frühling für ihr Wachstum zur Verfügung steht. Das vom FWF geförderte Forschungsprojekt legt den Fokus auf diese Interaktion von Bakterien und Pilzen, und wie dieses Zusammenspiel das Leben in kalten, extrem nährstoffarmen Böden ermöglicht.
Links
- Emerging from the ice-fungal communities are diverse and dynamic in earliest soil developmental stages of a receding glacier. Philipp Dresch, johannes Falbesoner, Chiara Ennemoser, Michaela Hittorf, Regina Kuhnert, Ursula Peintner. Environmental Microbiology, May 2019
- FWF-Projekt MICINSNOW
- Institut für Mikrobiologie