Grundlagenforschung

Das Plankton bildet die Grundlage der Nahrungskette in Pelagischen Ökosystemen.

Viele Planktonorganismen haben ausgeprägte, hoch spezialisierte Formen, die im Laufe der Evolution entstanden sind und für das Überleben der einzelnen Arten eine entscheidende Rolle spielen.

Wir untersuchen insbesondere mechanische Aspekte von Einzellern wie Kieselalgen und Radiolarien und deren Fressfeinden, sowie deren Auswirkungen auf Ökosysteme und Evolution. Dabei sind wir an folgenden Schwerpunkten interessiert: 

Funktionelle Morphologie - Der Zusammenhang zwischen Form und Funktion ist bei Planktonorganismen ein hoch interessantes Thema. Wir untersuchen insbesondere, wie sich unterschiedliche Geometrien auf die Funktion von Planktonschalen als Schutzpanzer gegen mechanische Angriffe von Crustaceen (Copepoden) auswirken.  

Materialeigenschaften - Nicht nur die Morphologie, sondern auch die Materialeigenschaften der untersuchten Strukturen (Diatomeenschalen) sind sehr hoch entwickelt und optimieren die Leistung der Schalen als mechanischer Schutz. Sie zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit trotz relativ geringer Dichte aus. Wir arbeiten daran, genauere Materialdaten mit innovativen Messmethoden zu erhalten.  

Morphogenese - Die hoch komplexen Diatomeenschalen werden in Hohlformen – den Silica Deposition Vesicles (SDVs) gebildet. Es ist noch unklar, wie die Zelle deren Strukturierung steuert, bekannt ist, dass das Zusammenspiel zwischen Zytoskelett und Begrenzungsmembran eine entscheidende Rolle dabei spielt. Nicht bekannt ist dagegen, welche Genomabschnitte  für artspezifische Geometrien verantwortlich sind. Es ist geplant, diesen Zusammenhang zu erforschen.  

Biomineralisation - Die Ausfällung von Silikat (bei Diatomeen und Radiolarien) wird innerhalb der SDVs durch das Zusammentreffen verschiedener organische Komponenten mit gelöstem Silikat hervorgerufen. Dieser Prozess führt zur Entstehung des glasartigen Silikates und soll u.a. durch Manipulation der Wachstumsbedingungen untersucht werden.  

Planktonökologie – Die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Gruppen von Organismen prägen die Zusammensetzung der Arten und die Ausprägung spezifischer Morphotypen in planktonischen Ökosystemen. Hier vergleichen wir u.a. Vorhersagen aufgrund mechanischer Eigenschaften mit den Effekten dieser Eigenschaften in Experimenten, z.B. in Fraßversuchen mit Kieselalgen und Diatomeen.

Evolution – Das Wettrüsten zwischen Fresswerkzeugen und Defensivstrukturen (Schalen) beeinflusst Artentstehung und Biodiversität der beteiligten Organismengruppen entscheidend. Dieser Prozess soll verstärkt als Simulation der Evolution mit Hilfe genetischer Algorithmen (Evolutionsstrategie) untersucht werden.