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Localization of Thiobios symbiont in host Zoothamnium niveum during symbiosis breakdown
Helena Constance Zambalos
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Zoologie
Betreuer*in
Monika Bright
DOI
10.25365/thesis.41573
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30167.42675.737262-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Chemosynthetische Symbiosen in den Ozeanen spielen wahrscheinlich eine große Rolle in der Evolution von Tiefsee-Organismen. Die Diversität und Funktion dieser Symbiosen sind bei weitem noch nicht vollkommen erschlossen. Die Seichtwasser-Gemeinschaft zwischen dem Riesen-Ciliaten Zoothamnium niveum und dem thiotrophen Bakterium Candidatus Thiobios zoothamnicoli stellt einen nützlichen Modell-Organismus dar, um Einflussfaktoren der Bildung und Aufrechterhaltung dieser Symbiosen zu untersuchen.
Diese Dissertation bestrebt die Beantwortung zweier Fragestellungen: i) Wie beeinflusst Sulfid-Mangel die symbiotische Einzellschicht auf der Wirtoberfläche? ii) Ist die Ernährung des Wirts beeinträchtigt von der Dichte umgebender Prokaryoten?
Um diese Fragen zu beantworten wurden zwei Experimente durchgeführt. Im Ersten wurden Kolonien von Z. niveum aus deren Habitat gesammelt und in normoxischem, sulfid-armem, stehendem Meerwasser für 72 Stunden aufbewahrt. Nach 24, 48 und 72 Stunden Normoxie wurden sie fixiert. Exemplare für das zweite Experiment wurden aus Schwärmern gezogen und 7 Tage in oxygeniertem, optimal-sulfidischem Meerwasser (mit Fluss) gehalten. Die Konzentrationen von Prokaryoten reichten von 2.05 bis 11.53 ×105 Zellen mL-1 in den fünf Aufbereitungen. In beiden Experimenten wurde Fluoreszenz in situ Hybridisierung angewendet, um zwischen symbiotischen Zellen und anderen Prokaryoten auf der Wirtsoberfläche (Experiment I) und im Inneren der Nahrungsvakuolen des Wirts (Experiment II), zu unterscheiden.
Im ersten Experiment wurde eine Abnahme von Ektosymbionten, begleitet von einer Zunahme von unbekannten Überwuchs, beobachtet, mit dem Auftauchen erster aposymbiontischer Kolonien nach 48 Stunden. Ein Zusammenbruch dieses Mutualismus geschieht unter oxischen Bedingungen, z. B. wenn die Produktion von Wasserstoffsulfid erlischt. Der Wirt stirbt vergleichsweise schnell und die Symbionten verschwinden von der Wirtsoberfläche. Ob die Symbionten auch sterben, oder aktiv den Wirt verlassen, ist noch nicht bekannt. Zusätzlich nahm mikrobieller Aufwuchs zu, wenn der Symbiont belastet wurde, was auf die Störung eines potentiellen Antifouling-Mechanismus, von einem oder beiden Partnern, unter Sulfidmangel schließen lässt.
Im zweiten Experiment beinhalteten Nahrungsvakuolen allgemein um die 90% symbiotische Zellen und 10% andere Prokaryonten. Des Weiteren resultierte ein Anstieg umgebender Prokaryonten in einer relativen Zunahme des nicht-symbiotischen Nahrungsinhalts. Eine relative Abnahme von Symbionten mit einer Zunahme von Prokaryonten-Dichte im Wasser wurde beobachtet. Dies weist stark darauf hin, dass die primäre Nahrungsquelle des Wirts der Symbiont ist. Die Prokaryonten-Dichte im Meerwasser, welche natürlichen Schwankungen über das Jahr hinweg unterworfen ist, spielt nur eine kleine Rolle in der Ernährung des Wirts.
Insgesamt suggerieren die Experimente, dass die abiotischen Umweltbedingungen von höchster Wichtigkeit für das Überleben des Mutualismus in ökologischen Zeitskalen sind, während fluktuierende biotische Faktoren, durch Anpassungen der Wirtsernährung, toleriert werden.
Abstract
(Englisch)
Chemosynthetic symbioses in the oceans are thought to play a major role in the evolution of some highly adapted organisms. The diversity and functions of these symbioses are far from being fully understood. The shallow-water association between the giant ciliate Zoothamnium niveum and the thiotrophic bacterium Candidatus Thiobios zoothamnicoli provides a useful model to investigate factors, which influence the formation and maintenance of these chemosynthetic symbioses. This thesis aims at answering how changing abiotic and biotic conditions in the environment affect the symbiosis: i) How does sulfide starvation influence the symbiotic monolayer on the host surface? ii) Is the diet of the host affected by the density of ambient prokaryotes in the seawater? To answer these questions, two experiments were carried out. In the first, freshly collected colonies of Z. niveum were kept in normoxic, stagnant seawater for up to 72 hours. Colonies were fixed after 24, 48 and 72 hours. Specimens for the second experiment were raised from swarmers under oxic and sulfidic, flow-through conditions for seven days. Concentrations of prokaryotes were ranging from 2.05 to 11.53 ×105 cells mL- 1 in the five treatments. In both experiments, fluorescence in situ hybridization was used to distinguish between symbionts and other prokaryotes on the surface of the host (Experiment I) and in the food vacuoles of the host (Experiment II). In the first experiment a concomitant decrease of ectosymbionts and increase of unspecific epigrowth was observed, with the first aposymbiotic colonies appearing after 48 hours. Breakdown of the mutualism occurs under oxic conditions, e. g. when sulfide production ceases in nature. The host dies relatively fast and the symbionts disappear from the host surface. Whether the symbionts die also or actively leave the host, is not known yet. In addition, microbial fouling increased when the symbiosis was stressed, indicating the disruption of a potential anti-fouling mechanism by one or both partners under sulfide starvation. In the second experiment, overall food vacuoles consisted of about 90% symbionts and 10% of other prokaryotes. A relative decrease of symbionts with increasing prokaryote density in the water was observed. This strongly suggests that the primary food source for the host is the symbiont. The prokaryote density in the seawater, naturally fluctuating throughout the year, plays a minor role in the diet of the host. Overall, the experiments suggest that the abiotic environmental conditions are of utmost importance for the survival of the mutualism in ecological time scales, while fluctuating biotic conditions are tolerated through adjustments of host feeding.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
giant ciliate thiotrophic symbiosis sulfur starvation bacterivorous food vacuole fluorescence in situ hybridization
Schlagwörter
(Deutsch)
Riesen-Ciliat thiotrophe Symbiose Schwefelentzug bakterivor Nahrungsvakuole Fluoreszenz in situ Hybridisierung
Autor*innen
Helena Constance Zambalos
Haupttitel (Englisch)
Localization of Thiobios symbiont in host Zoothamnium niveum during symbiosis breakdown
Paralleltitel (Deutsch)
Lokalisation von Thiobios-Symbiont in Wirt Zoothamnium niveum während Zusammenbruchs der Symbiose
Publikationsjahr
2016
Umfangsangabe
vi, 71 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Monika Bright
Klassifikationen
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines ,
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.99 Naturwissenschaften allgemein: Sonstiges
AC Nummer
AC13233506
Utheses ID
36801
Studienkennzahl
UA | 066 | 831 | |