Nährstoff-Recycling in Pilzgärten baumlebender Ameisen

Cecropia Blatt aufgeschnitten

Ameisen stellen in den Baumkronen der tropischen Regenwälder bis zu 50% der Biomasse der dort vorkommenden Insekten, damit übersteigt ihre Biomasse erstaunlicherweise die des potentiellen Nahrungsangebots. Ihre Durchsetzungsfähigkeit in dieser tendenziell nährstoffarmen Umgebung könnte damit zusammenhängen, daß sie mit Pflanzen in Symbiose leben können. Dabei stellt die Wirtspflanze Nisträume (= Domatien) und spezielles Futter zur Verfügung, die Ameisen-Bewohner schützen die Pflanze gegen Fraßfeinde, Krankheitserreger und wuchernde Vegetation.

Im Zusammenleben von Pflanzen und Ameisen gibt es aber einen weiteren wichtigen Partner: Schlauchpilze. Diese Schlauchpilze gehören zu den "Schwarze Hefen", eine Gruppe Pilze, die unter Extrembedingungen leben kann und der auch etliche menschliche Krankheitserreger angehören. In den Wohnräumen des Ameisenvolks im Inneren von lebenden Pflanzen wachsen sie in abgegrenzten Häufchen, werden gedüngt und gepflegt und gelegentlich an die Ameisenbrut verfüttert. Da die Ameisen auf den Pilzflecken auch Abfälle der Ameisenkolonie deponieren, vermuten wir, dass diese Pilz-Komposthäufchen "hotspots" für den Abbau und die Umsetzung organischer Biomasse wie Pflanzengewebe, Ameisen-Ausscheidungen, tote Ameisen oder Teile von Beutetieren sind und komplexe Moleküle in kleinere, leicht aufnehmbare Nährstoffe zerlegt werden.

Wir vermuten weiters, dass diese Nährstoffe als Biomasse (Pilze, assoziierte Bakterien und in den Häufchen ebenfalls vorkommende kleine bakterienfressende Nematoden) gespeichert und bei anderweitiger Nährstoffknappheit auch genutzt d.h. gefressen werden. Da immer wieder aufs Neue Abfälle der Ameisenkolonie aufgebracht werden, könnten diese Pilzflecken durch effizientes Abfallrecycling ein sich immer wieder auffüllendes Nährstoffreservoir darstellen –ein Komposthaufen quasi als gefüllte Speisekammer inmitten einer sonst nährstoffarmen Umgebung. Ziel dieses Projekts ist es nun herauszufinden, welche Abbauprozesse in den Pilzflecken stattfinden, welche Mikroorganismen an diesen Prozessen beteiligt sind, und ob die Ameisenkolonie ihre "indoor"-Pilzplantagen auch tatsächlich als Nahrungsreservoir nutzt.

Das Modellsystem für unsere Untersuchungen sind die im tropischen Mittel- und Südamerika weitverbreiteten Cecropia Bäume, die von recht wehrhaften Ameisen der Gattung Azteca bewohnt sind. Diese Symbiose ist seit der Eroberung des tropischen Amerikas bekannt und detailliert untersucht, die kleinen Komposthäufchen wurden in den letzten 350 Jahren jedoch übersehen. Mit verschiedenen komplementären Ansätzen wollen wir die Funktion der Pilzflecken klären. Mit DNASequenziertechniken und Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, kombiniert mit quantitativer Bildanalyse wird zum ersten Mal untersucht, welche Mikroorganismen in den Pilzflecken überhaupt zu finden sind. Dann sollen Abbau und Umsetzungsraten von Biomasse, die Nährstoffspeicherung, und die Nährstoffflüsse zwischen Pflanzen, Ameisen, Pilzen, Bakterien und Nematoden mit Hilfe von Enzymtests, Genexpression, Einzelzellanalyse und stabilen Isotopen (15N, 13C) sowohl in situ als auch im Labor analysiert und nachvollzogen werden.

<dl><dt>Projektnummer: FWF - P 31990 Einzelprojekte </dt></dl>

ProjektleiterIn Veronika MAYER


LACOSA – Landscape-scale controls on Aboveground forest Carbon stocks along environmental gradients on the OSA peninsula, Costa Rica

Albeit the fact that tropical forests store large amounts of carbon (C) in aboveground tree biomass, the mechanistic controls on forest C stocks remain poorly resolved. To date, one of the key factors limiting our current knowledge of tropical forest ecosystem responses to projected environmental changes (such as increasing atmospheric CO2, increasing temperatures and prolonged drought periods) is the lack of a mechanistic understanding of how the controlling state factors (e.g. climate, geology, time and biota) determine the distribution of aboveground C stocks at the landscape-scale. Here, we aim at unraveling the mechanistic links between environmental controls such as edaphic factors (i.e. soil type, topographic position) and climatic drivers (i.e. temperature, precipitation), and demographic parameters (species composition and vegetation structure) and how they determine tropical aboveground C stocks at the landscape-scale. To that end, we will be investigating species composition and vegetation structure of >10.000 tree individuals that have been mapped and identified in 20 one-hectare plots established across edaphic and topographic gradients on the OSA peninsula, Costa Rica.

Based on this unique data set we aim to identify relationships between plotbased measurements of soil parameters (i.e. texture and chemistry) and high-resolution data on tropical vegetation structure (i.e. maximum tree diameter, total tree height and crown indices) derived from terrestrial laser scanning. As a result, we opt to resolve spatial patterns of tree species composition and vegetation structure associated with landscape-scale gradients of environmental drivers and thus create a mechanistic understanding of how these factors shape the distribution of aboveground C stocks in tropical forest ecosystems that could be extrapolated in future scenarios.

Projektleiter Florian Hofhansl

Project Update: https://tropicalbio.me/2017/03/03/lacosa-project-update/

BDEF - Biodiversity and Ecosystem Functions

Tropische Waldökosysteme sind Zentren der globalen Biodiversität. Gleichzeitig stehen sie unter wachsendem Druck durch Landnutzungswandel und Klimaveränderungen. Zu den Grundfragen des BDEF (Biodiversity and Ecosystem Function) Projektes zählen, welche Faktoren die Biodiversität und Ökosystemfunktionen (Nährstoffkreislauf, Kohlenstoffbindung u.a.) auf Landschaftsebene kontrollieren, welche Bedeutung die hohe Biodiversität für die Funktionalität tropischer Waldökosysteme hat, und wie sich der Globale Wandel auf tropische Biodiversität und Ökosystemfunktionen auswirkt. Im Rahmen dieser Forschungsinitiative wurde ein ausgedehntes Beobachtungsnetzwerk von Waldflächen in der Region und ein einzigartiges Biodiversitätsexperiment in La Gamba etabliert. Dies ermöglicht völlig neue Erkenntnisse über Biodiversität und Ökosystemfunktionen in tropischen Wäldern und wird helfen die österreichische Tropenforschung international sichtbarer zu machen. Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung finanziert.


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