Pilze im Meer stellen wichtige Nährstoffe für andere Organismen bereit

Pilze sind wichtig für den Abbau von organischen Materialien und für die Re-Integration von Nährstoffen in globale Nährstoffkreisläufe. Dieser Vorgang wurde bisher vor allem in terrestrischen Lebensräumen und in Süßgewässern (Flüssen, Seen) untersucht. Ein Forschungsteam der Universität Wien hat nun herausgefunden, dass im Wasser schwebende, marine Pilze durch das Zersetzen von Proteinen aktiv am marinen Stickstoff-Kreislauf beteiligt sind. Die Studie erscheint aktuell in der Fachzeitschrift Microbiome.

Das Vorkommen und die Aktivität von im Wasser schwebenden Pilzen in den globalen Ozeanen wurde bisher, im Gegensatz zu ihren an Land lebenden Verwandten, noch wenig erforscht. Die aktuelle Studie, geleitet von den Meeresbiolog*innen Eva Breyer und Federico Baltar der Universität Wien, wurde in der Fachzeitschrift Microbiome publiziert. Aufbauend auf vorhergehenden Studien der Arbeitsgruppe, die besagen, dass pelagische Pilze aktiv Kohlenhydrate in den offenen Ozeanen umwandeln, zeigen die neuesten Forschungsdaten nun, dass marine Pilze auch Proteine im Meer abbauen. Mehr als 50 Prozent des im Meer vorkommenden toten und lebenden organischen Materials besteht aus Proteinen. Die Pilze helfen also, wichtige Nährstoffe für andere Organismen wieder zur Verfügung zu stellen.

Eine diverse Pilzcommunity hilft bei der Nährstoffverwertung im offenen Ozean

Durch die Anwendung von Multi-Omics Techniken (basierend auf der Analyse von DNA und RNA) untersuchte die Forschungsgruppe alle online frei verfügbaren Datensätze von anderen Studien zur Aktivität von Peptidasen (proteinabbauende Enzyme), welche von marinen Pilzen stammen. Dabei wurde zum ersten Mal erforscht, welche Pilzgruppen im marinen Proteinabbau besonders bedeutend sind. In Oberflächengewässern ist die Klasse der Dothideomycetes dominierend, während diese in größeren Tiefen durch Leotiomycetes und Eurotiomycetes ersetzt werden. Auch die Enzymaktivität der Pilze stieg in größerer Wassertiefe an. Die Forscher*innen fanden dabei auch eine Verbindung zu den Kohlenhydrat-abbauenden Enzymen (CAZymen), welche von denselben Pilzklassen stammten. Die Teilnahme von Pilzen am marinen Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf scheint somit gekoppelt.

"Dies ist insbesondere interessant, weil die sonst viel-erforschten Prokaroyten (Bakterien und Archaeen) im Gegensatz zu ozeanischen Pilzen womöglich entgegengesetzte ökologische Nischen in diesen Kreisläufen einnehmen", erklärt Eva Breyer. Marine Pilze haben im Vergleich mit Bakterien und Archaeen einzigartige Eigenschaften. Sie besitzen zum Beispiel vier spezifische Proteasen, welche nicht in Prokaryoten gefunden wurden.

Eine neue Rolle von Pilzen im Ökosystem des offenen Meeres

Nach detaillierter Analyse der von marinen Pilzen meistgenutzen Peptidasenklassen, den Metallo- und Serinepeptidasen, fanden die Meeresbiolog*innen heraus, dass die Pilze sich wahrscheinlich vorrangig durch den Abbau von organischem Material ernähren und nicht, wie ursprünglich geglaubt, Parasiten von anderen Meeresbewohnern sind oder im freien Wasser lediglich als Sporen vorkommen. "Die neuen Erkenntnisse verdichten das Bild von marinen Pilzen als globale und aktive Teilnehmer an wichtigen marinen Nährstoffkreisläufen. Pilze sind somit nicht nur im terrestrischen Bereich wichtige Bestandteile von Ökosystemen, sondern sind auch aktive Teilnehmer an Stoffkreisläufen in den globalen Ozeanen", sagt Federico Baltar.

Originalpublikation:

Breyer E, Zhao Z, Herndl GJ, Baltar F. Global contribution of pelagic fungi to protein degradation in the ocean. Microbiome 10, 143 (2022).

DOI: 10.1186/s40168-022-01329-5

Abbildungen:

Abb. 1: Die zwei leitenden Autor*innen und Meeresbiolog*innen Eva Breyer und Federico Baltar bei der Isolierung von marinen Pilzen im Atlantischen Ozean. (Copyright Eva Breyer)

Abb. 2: Ein mariner Pilz, welcher von Eva Breyer im atlantischen Ozean isoliert wurde. (Copyright Eva Breyer)

Abb. 3: Mitglieder der Arbeitsgruppe Fungal & Biogeochemical Oceanography vor dem Antritt einer Forschungsreise auf dem spanischen Forschungsschiff RV Sarmiento de Gamboa. (Copyright Eva Breyer)

Abb. 4: Die zwei leitenden Autor*innen und Meeresbiolog*innen Eva Breyer und Federico Baltar während einer Forschungsreise zur Untersuchung von antarktischen, marinen Pilzen. Im Hintergrund das spanische Forschungsschiff RV Hesperides. (Copyright Eva Breyer)

Abb. 5: Eva Breyer beim Sammeln von Meerwasserproben im antarktischen Ozean zur Untersuchung von marinen Pilzen. (Copyright Eva Breyer)

Abb. 6: Eva Breyer und Federico Baltar auf einer Forschungsreise im Atlantik zur Untersuchung von marinen Pilzen. (Copyright Eva Breyer)