Eisenversorgung von Nodularia an der Ostseek\u00fcstePlease scroll down for an english versionEinleitung:Die massenhafte Entwicklung von Cyanobakterien (Blaualgen) im Wasser der Ostsee ist ein Ph\u00e4nomen, welches vor allem in den Sommermonaten (Juli-August) zu beobachten ist. Hierbei spricht man von Algenbl\u00fctenViele Cyanobakterien sind f\u00fcr Mensch und Nutztier potentiell giftig. Das Ziel ist es, vor allem das Auftreten und die Steuerung k\u00fcstennaher Bl\u00fcten besser zu verstehen. Die Grundz\u00fcge des Projektes werden im Folgenden erl\u00e4utert. Was soll untersucht werden?? \u00dcberblick \u00fcber das Auftreten von Nodularia-Bl\u00fcten? Mikroskopische Zusammensetzung der Bl\u00fctenereignisse? Einfluss von Eisen auf die Physiologie der Cyanobakterien? Einfluss von Eisenmangel auf die mRNA Expression des isiA GensWas ist Nodularia?? Ein f\u00e4diges CyanobakteriumCyanobakterien werden oft auch als Blaualgen bezeichnet. Obwohl es sich um Bakterien handelt, wurden sie fr\u00fcher aufgrund ihrer relativen Gr\u00f6\u00dfe und ihrer gr\u00fcnen F\u00e4rbung f\u00fcr Algen gehalten.Nodularia geh\u00f6rt zu den f\u00e4digen Vertretern dieser Gruppe. Die F\u00e4den bestehen aus einer Kette von Einzelzellen und k\u00f6nnen gerade, unregelm\u00e4\u00dfig gekn\u00e4ult oder spiralig aufgewunden sein. Zu erkennen sind sie nur unter dem Mikroskop. ? HeterocystenHeterocysten sind spezialisierte Zellen, die es den Algen erm\u00f6glichen, den Luftstickstoff als N\u00e4hrstoff zu nutzen. Das macht die Algen weitgehend unabh\u00e4ngig von der Zufuhr dieses wichtigen N\u00e4hrstoffes aus dem Wasser. Daher treten Nodularia-Bl\u00fcten vermehrt dann auf, wenn relativ niedrige Konzentrationen an Stickstoff, aber hohe Konzentrationen an einem weiteren wichtigen N\u00e4hrstoff, dem Phosphor, auftreten. Warum sind Cyanobakterien ein Problem?Neben dem \u00e4sthetischen Problem, das Massenansammlungen von Algen f\u00fcr Badeg\u00e4ste darstellen, sind Bl\u00fcten von Cyanobakterien besonders unerw\u00fcnscht. Viele Cyanobakterien sind in der Lage, Toxine zu bilden. Wozu diese Toxinbildung dient, ist nicht genau bekannt. Das Toxin, das von Nodularia gebildet wird, ist ein Lebergift mit dem Namen Nodularin. Vereinzelt gibt es Meldungen \u00fcber Vergiftungen von Rindern und Hunden (nach Ingestion des Wassers), die auf hohe Nodularia-Dichten zur\u00fcckzuf\u00fchren sind.Algenbl\u00fctenWie der Mensch, so ben\u00f6tigen auch Algen eine Vielzahl von N\u00e4hrstoffen und Spurenele-menten, um wachsen zu k\u00f6nnen. Diese Elemente ben\u00f6tigen sie in einem ausgewogenen Verh\u00e4ltnis. Ist eines der Elemente nicht mehr ausreichend vorhanden, so zeigen die Algen Mangelerscheinungen und k\u00f6nnen nicht mehr ungehindert wachsen. Daher sollten die Mengen der wichtigen N\u00e4hrstoffe, die der Mensch in die Gew\u00e4sser eintr\u00e4gt, reduziert werden um somit eine Reduktion der Algenbl\u00fcten zu erreichen. Wichtig ist, welche N\u00e4hrstoffverknappung zu einem Wachstumsr\u00fcckgang der Algen f\u00fchrt. Aufgrund von Heterocysten ist Nodularia weitgehend unabh\u00e4ngig von der Zufuhr von Stickstoffverbindungen aus dem Wasser. Daher treten Nodularia-Bl\u00fcten vermehrt bei relativ niedrigen Konzentrationen an Stickstoff auf. Die Konzentration eines weiteren wichtigen N\u00e4hrstoffes, des Phosphors, ist jedoch ein wichtiger Steuerfaktor f\u00fcr die Bl\u00fctenbildung. Hohe Eintr\u00e4ge von Phosphat in die Ostsee beg\u00fcnstigen daher Massenvorkommen von Nodularia. Ob es tats\u00e4chlich zu einer mit blo\u00dfem Auge sichtbaren Massenansammlung von Blaualgen kommt, wird jedoch auch entscheidend von der Witterung beeinflu\u00dft. Mit Hilfe von Gasblasen k\u00f6nnen die Algen an die Wasseroberfl\u00e4che auftreiben und sich dort bei windstillem Wetter sammeln. Solche an der Wasseroberfl\u00e4che treibenden Algenschwaden werden dann als ?Bl\u00fcte? wahrgenommen. Im Sommer 2003 f\u00fchrte z.B. eine lang anhaltende Hochdruckperiode mit fast windstillen Sonnentagen zu einer hohen Anzahl an Algenbl\u00fcten, die auch in k\u00fcstennahen Gew\u00e4ssern beobachtet wurden. Ein Wetterumschwung brachte schlie\u00dflich st\u00e4rkere Winde, die die Algen wieder in der Wassers\u00e4ule verteilten. Damit war das Problem f\u00fcr diese Saison beendet. Eisen als weiterer Steuerfaktor?Ein weiterer, m\u00f6glicherweise wichtiger N\u00e4hrstoff, der bisher kaum beachtet wurde, ist Eisen. Obwohl die Ostsee im Vergleich zu anderen Gew\u00e4ssern, wie z.B. dem Pazifischen Ozean, ein vergleichsweise eisenreiches Gew\u00e4sser ist, kann Eisen f\u00fcr Blaualgenbl\u00fcten doch eine wichtige Rolle spielen. Aufgrund der komplizierten Chemie von Eisen in Wasser steht nur ein geringer Teil des vorhanden Eisens f\u00fcr die Algen zur Verf\u00fcgung. Unter den Bedingungen einer Blaualgenbl\u00fcte sollte aber ein erh\u00f6hter Bedarf an diesem Spurenmetall herrschen. Durch die hohe Konzentration von Algen an der Oberfl\u00e4che herrscht eine hohe Konkurrenz um die N\u00e4hrstoffe. Nodularia kann zwar den N\u00e4hrstoff Stickstoff aus der Luft gewinnen, dieser Proze\u00df erfordert aber einen hohen Einsatz an Eisen. Inwiefern Eisen einen weiteren Steuerfaktor f\u00fcr die Bildung von Nodularia-Bl\u00fcten darstellt soll im Rahmen meiner Promotion untersucht werden. Gene bieten Reaktionsm\u00f6glichkeitenUm die Folgen einer Mangelsituation abzufedern stehen den Organismen in Form ihres genetischen Repertoirs verschiedene M\u00f6glichkeiten zur Verf\u00fcgung. Dabei gibt es sowohl allgemeine Stressreaktionen als auch spezifische genetische Antworten auf bestimmte Stresssituationen , z. B. auf Eisenmangel. Nachweis einer Mangelsituation durch Nachweis der mRNAVon den genetischen Information, die in der DNA gespeichert sind, wird eine Kopie erstellt, die so genannte mRNA. Diese wird dann in ein Protein \u00fcbersetzt, welches wiederum dem Organismus erm\u00f6glicht, auf einen entsprechenden Umweltreiz zu reagieren und sich bestm\u00f6glich daran anzupassen. Erfolgt die Detektion einer spezifisch induzierten mRNA, l\u00e4sst dies ggf. R\u00fcckschl\u00fcsse auf den Umweltreiz zu.Dieser Weg soll im Rahmen meiner Promotion beschritten werden. Mit Hilfe des unter Eisenmangel bei Cyanobakterien aktivierten Gens isiA soll ein m\u00f6glicher Einflu\u00df von Eisenmangel bei Nodularia-Bl\u00fcten in der Ostsee nachgewiesen werden. Anhand von vor Ort konservierten Proben und Laborexperimenten mit nat\u00fcrlichem Probenmaterial soll der Einflu\u00df des N\u00e4hrstoffes Eisen auf Nodularia-Bl\u00fcten in der Ostsee untersucht werden.Im Rahmen dieser Arbeiten ergibt sich im Rahmen des Stipendienschwerpunktes Ostsee durch den \u00e4hnlichen Untersuchungsgegenstand (Cyanobakterien) und teilweise gleiche, molekularbiologische Methoden eine besonders enge Zusammenarbeit mit Kathrin Witte VorgehensweiseDa f\u00fcr die Untersuchungen umfangreiches Probenmaterial ben\u00f6tigt wird , Blaualgenbl\u00fcten oft aber nur lokal begrenzt auftreten, wird versucht, mit Hilfe eines Informationsnetzes, das aus zahlreichen, engagierten Helfern, die im Bereich der deutschen Ostseek\u00fcste t\u00e4tig sind, Kenntnis von m\u00f6glichst vielen Bl\u00fctenereignissen zu erhalten. Daran sind nat\u00fcrlich auch jene DBU-Stipendiaten aus dem Stipendienschwerpunkt beteiligt, die Freilanduntersuchungen an der Ostseek\u00fcste vornehmen.Den vor Ort beteiligten Personen wurde ein Informationsblatt \u00fcbermittelt, dass das Erkennen einer Blaualgenbl\u00fcte erleichtern soll und die entsprechenden Kontaktadressen enth\u00e4lt.In der Saison 2002 konnten auf diese Weise 48 Proben aus Blaualgenbl\u00fcten gewonnen werden, 2003 waren es sogar 77. Allen daran beteiligten Personen und Institutionen sei herzlich f\u00fcr ihre engagierte Hilfe gedankt.__________________________________________________________________________English version:Title: The significance of the micronutrient iron for cyanobacteria of the genus Nodularia under bloom conditions at the German part of the Baltic coast.duration of the project: 01.07.2002 to 31.06.2005place: University of Rostocksupervisor: Dr. Arne SchoorPhD-student: Bianca Schubert Introduction:Mass developments of cyanobacteria (blue green algae) are a common phenomenon during the summer period (July-August) in the Baltic Sea. This phenomenon is referred to as an algae bloom.Many cyanobacteria are toxic to human beings and domestic animals. The aim of this study is to better understand factors which influence appearance and development of algae blooms in coastal waters. Aims of the study? Overview of the occurrence of Nodularia blooms ? microscopically composition of the bloom events ? Influence of iron on the physiology of the cyanobacteria? Influence of iron limitation on the expression of the isiA mRNAWhat is Nodularia?? a filament forming cyanobacteriumCyanobacteria often are called blue-green algae. Although they are bacteria, because of their size and their green color in former times they were thought to be algae. Nodularia belongs to the filament-forming cyanobacteria. Filaments are composed of individual cells and can be straight, irregularly balled or coiled. They can be seen only under the microscope. ? HeterocystsHeterocysts are specialized cells that enable the algae to use nitrogen from the air as a nutrient. This makes the cells nearly independent from getting this important nutrient from water. Therefore, Nodularia-blooms appear particularly often, if relatively low concentrations of nitrogen, but high concentrations of phosphor, an other important nutrient, are present.Why can cyanobacteria become a problem?Besides the esthetically problem caused by mass developments of algae , cyanobacteria are especially undesired. Many cyanobacteria can produce toxins. Why they do this is not known exactly. The toxin produced by Nodularia is a liver poison called nodularin. Some cases of poisoning of cows and dogs (after drinking the water) probably caused by high densities of Nodularia have been reported.Algae bloomsLike human beings also algae need many nutrients and trace elements for growth. Those elements are needed in a special relation. If one of these elements is scarce, algae get symptoms of limitation and are not able to grow unlimited. To attempt an reduction of algae growth it is therefore useful to reduce the input of important nutrients to the waters. It matters to know the nutrients whose reduction will lead to a limitation of algae growth.Because of the heterocysts, Nodularia is mostly independent of taking nitrogen compounds from water. Therefore, it can grow and form blooms also at relatively low nitrogen concentrations. On the opposite, the concentration of phosphor, an other important nutrient is crucial for Nodularia-blooms. Thus a high input of phosphate into the Baltic Sea will enhance mass developments of Nodularia. Whether it really comes to a cyanobacterial bloom that can be seen with bare eyes also strongly depends on the weather. With the help of gas vesicles cells can get to the surface, where they accumulate if the weather is warm and calm. In summer 2003 for example, a long period with an stable high pressure area and nearly calm, sunny days lead to an extraordinary high number of algae blooms which did also come to coastal waters. When the weather changed and the wind increased, algae blooms disappeared, so for this season the problem had vanished. Iron as an additional factor controlling the blooms?An other nutrient which could be important in regulating algae blooms is iron. Although there is no cause to assume exceptionally low iron concentrations in the waters of the Baltic Sea compared to other waters like the pacific ocean, iron could play an important role for algae blooms in this waters. Because the chemistry of iron in water is rather complicated, the amount of iron available to the algae can differ considerably from the total concentrations. But under the conditions of an cyanobacterial bloom there should be an extraordinary high demand for this trace element. Because of the high cell densities competition should be high. Nodularia is able to use the air as a nitrogen source, but for this process a high amount of iron is needed. The question whether iron is an additional factor that influences the development of Nodularia blooms in the Baltic Sea should be examined in this project. Genes offer possibilities to reactTo face the situation of a nutrient limitation the organism has different possibilities in form of his genetic repertory. There are reactions to general stress situations as well as specific genetic answers to a special stress, for example to iron limitation. Detection of a limitation by detection of the mRNADuring the biosynthesis of proteins the organism makes a copy of his genetical information which is coded in its DNA. This copy is called mRNA. Then this copy is translated into a protein. The protein enables the organism to react to the environmental situation. The detection of a specific mRNA therefore can allow conclusions about the environmental situation. This should be done during this project. Using the gene isiA, which is induced under iron limiting conditions in cyanobacteria, a possible influence of iron limitation to Nodularia-blooms in the Baltic Sea will be investigated. Therefore samples immediately conserved in the field and experiments with natural bloom material are used. An especially good cooperation with another student of the Baltic Sea emphasis group of fellowship, Kathrin Witte, is given for this part because both projects have a similar object of investigation (Cyanobacteria) and some molecular methods in common. StrategyMany samples are needed for the study, but cyanobacterial blooms often appear only in limited scales of time and space. Therefore, an information network was created which is composed of many people working in the area of the German Baltic coast. Their information enables us to get knowledge of many bloom events. In this context a cooperation with other students of the Baltic Sea group of fellowships working in the field is realized. To support the people in this information network, a handout was created. In the season of 2002, 48 samples could be collected by this way, in 2003 there where even 77. We want to thank all persons and institutions who helped us with this.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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