C4 Erhaltung der Biodiversität durch mutualistische Netzwerke zwischen arbuskulären Mykorrhizapilzen und Pflanzen - Robustheit gegenüber Klimaänderungen und menschlichen Zerstörungen
PI(s) dieses Projektes:
Projektzusammenfassung:
Arbuskuläre Mykorrhizapilze sind die bedeutendsten Mykobionten in den Tropen und tragen entscheidend dazu bei die meisten Pflanzen mit Mineralien zu versorgen. Deshalb ist die Kenntnis der mutualistischen Pilz-Pflanzen-Assoziationen unerlässlich um die Biologie und Ökologie von tropischen Ökosystemen zu verstehen und Richtlinien für ein Beobachtungssystem und die Erhaltung der Artenvielfalt unter dem erwarteten Klimawandel zu geben. Im Gegensatz zu der Erfassung von Vögeln, Säugetieren, Arthropoden oder Wassertieren wurden arbuskuläre Mykorrhizapilze nur selten in den Tropen untersucht, und keine Untersuchungen sind von den hoch gelegenen Paramos in Ecuador bekannt. Der Hauptgrund für die weitverbreitete Unterschätzung der Wichtigkeit von Mykobionten in ökologischen Studien und das Fehlen eines Überwachungssystems liegt an dem technisch schwierigen Zugang zu den Organismen. Während der letzten Jahre wurden zunehmend molekulare Methoden eingesetzt um arbuskuläre Mykorrhizapilze (AMF) zu identifizieren, weil sich morphologische Merkmale als unzureichend erwiesen haben. Verschachtelte PCRs, Klonierung und Sequenzierung sind nun inzwischen gut etablierte Methoden zur Identifizierung von AM Pilzen. In den Vorgängerprojekten wurde mit diesen Methoden eine umfangreiche Datenbasis (über 1000 Sequenzen) für den andinen tropischen Bergregenwald erarbeitet. Die Anwendung der ökologischen Netzwerk-Theorie zeigte, dass alle untersuchten AMF-Gemeinschaften signifikant genestet waren. Gemäß der Netzwerktheorie zeigt eine signifikante Nestedness an, dass der Artenreichtum von Pilzen und Pflanzen durch die mutualistische Interaktion unterstützt wird. Arbuskuläre Mykorrhizapilze unterstützen deshalb nicht nur die Ernährung der Pflanzen, sondern integrieren seltene Arten in ein Netzwerk und tragen damit zur Erhaltung dieser Arten bei. Das Monitoring der Veränderung dieser AMF-Gemeinschaften entlang eines Höhengradienten wie er in den ecuadorianischen Anden vorliegt, wird deshalb Daten liefern, die auf funktioneller Ebene entsprechend von Klimaänderungen interpretiert werden können. Ähnliche Analysen sollen auf gestörten Flächen durchgeführt und mit naturbelassenen Flächen verglichen werden. Es ist notwendig, die Empfindlichkeit der AM-Pilze gegenüber Störung und Höhe zu untersuchen und zu erfahren, ob AM-Pilze zwischen verschiedenen Höhen- und Zerstörungsstufen wechseln können und damit belastbar oder empfindlich gegenüber Klimaänderungen oder Feuer sind - mit den entsprechenden Folgen für die Etablierung und das Wachstum der Pflanzen. Deshalb ist es notwenig weitere Untersuchungen auf verschiedenen Höhen- und Störungssstufen durchzuführen, um ein Monitoring-System für AM-Pilze zu etablieren und Indikatororganismen für Klimawandel und Störung zu erkennen.
Projektbeschreibung:
Work package 1: Sampling and identification of arbuscular mycorrhizal fungi to complete the AMF data set
In order to complete the current data set on AMF obtained from an insufficient longitudinal gradient, further root sampling will be carried out in the mountain rain forest at RBSF (2000 m), and sampling will be expanded to the premontane forest in Bombuscaro (bordering San Francisco river at 1000 m), the high elevation Cajanuma (2800 - 3000 m) and Cajas Páramo (3200 – 4000 m). The large altitudinal gradient is serving as kind of “climate change experiment”. The mycorrhization will be checked with light microscopy and arbuscular mycorrhizal fungi will be identified with molecular methods.
Work package 2: Analysis of network structure for evaluation of degree of stability (nestedness) and compartmentalisation (modularity)
Networks as defined here are a set of nodes (species) connected through links (interactions). Mutualistic networks involving arbuscular mycorrhizas are two-node networks since there are two well-defined types of nodes, the arbuscular mycorrhizal fungi belonging to the Glomeromycota and the plant species, and mutualistic interactions occur between but not within these node types. We will test for potential nestedness of plant-fungal networks at our study sites and in the whole network. We will test for stability of the overall network by simulation loss of species. By stepwise eliminating highly linked or rarely linked species and recalculation NODF as measure of stability we will obtain insight on importance of diversity and of frequent or rare species on stability.
Work package 3: Analysis of network modularity in respect to altitudinal gradient and habitat destruction
We will test for modularity in the network structure. Levels of specialisation between plants and AMF will be assessed.
Work package 4: Define target AMF for the monitoring system
The network matrix will be used to calculate the degree of links of each AMF OTU by the marginal totals in the overall network and the site specific networks. AMF-OTU frequencies and occurrences will be evaluated taking into account also the results from workpackage 2 to select the keystone AMF, indicative of a stable network, for future long-term monitoring at different altitudes and land use gradients.
Work package 5: Define target plant species and plots at the different sites for monitoring of the target AMF species.
Similar to definition of target AMF, plants with high linkage degree will be visible from the marginal totals of the network matrices. It needs to be checked if the defined keystone AMF are frequently linked to the frequently occurring and easily accessible plant species for root excavation. Three to five plant species will be selected at each plot for future monitoring.
Work package 6: Development of long-term monitoring
The method of choice for monitoring of mycorrhizal fungi will be developed together with the Ecuadorian partners.
Work package 7: Transfer of basic and technical knowledge by integrating local people into AMF research and further monitoring; supplying written advice for AMF monitoring
