Photosymbiosen sind insbesondere in oligotrophen, also nährstoffarmen, marinen Lebensräumen weit verbreitet und ein wichtiger Bestandteil globaler Nährstoffkreisläufe. Dabei handelt es sich um eine besondere Partnerschaft zwischen zwei Organismen, bei der einer der Partner, der photosynthetische Endosymbiont, Sonnenlicht nutzt, um Energie zu erzeugen. Der andere Partner, der heterotrophe Wirt, ist darauf angewiesen, sich von anderen Organismen oder organischen Stoffen zu ernähren, da er selbst keine Photosynthese betreiben kann. Im Verlauf der Evolution haben sich diese Symbiosen unabhängig voneinander mehrfach entwickelt. Doch die rapiden Umweltveränderungen des Anthropozäns destabilisieren nun diese Symbiosen und gefährden somit ihre wichtige Rolle in unseren Ozeanen.
In der neu gegründeten Fokusgruppe Photosymbiose ist es unser Ziel, die Mechanismen hinter dem evolutionären Erfolg und dem aktuellen ökologischen Zusammenbruch von Photosymbiosen zu entschlüsseln. Wir nutzen modernste Mikroskopie- und Omics-Technologien, um die Prozesse zu untersuchen, die an der Entwicklung, Aufrechterhaltung und dem Zusammenbruch dieser komplexen Beziehungen beteiligt sind.
Unsere Forschung konzentriert sich dabei auf drei miteinander verknüpfte Bereiche:
1) Charakterisierung der metabolischen Kontrolle symbiotischer Interaktionen
Der Wettbewerb um Ressourcen zwischen Wirt und Symbiont könnte der Schlüssel zur Stabilisierung des effizienten Recyclings von Nährstoffen innerhalb der Symbiose sein. Die Entstehung mutualistischer Interaktionen könnte daher eine emergente Eigenschaft symbiotischer Verbindungen in nährstoffarmen Umgebungen sein.
2) Entschlüsselung des Zusammenspiels von Photosynthese und der Immunität des Wirts
Die Freisetzung photosynthetischer Nährstoffe könnte es Algen ermöglichen, innerhalb des Wirts zu überleben, indem sie aktive Verdauungsprozesse nachahmen. Das Verständnis dieser Verbindung zwischen Photosynthese und der Stabilität von Symbiosen könnte Einblicke in die wiederholte Evolution von Photosymbiosen und ihre Anfälligkeit gegenüber Klimawandel liefern, wie beispielsweise bei der Korallenbleiche.
3) Verstehen der Triebkräfte der Koevolution hin zu obligaten symbiotischen Interaktionen
Die inhärente Instabilität von Photosymbiosen könnte ihre Entwicklung hin zu obligaten Verbindungen in variablen Umgebungen begünstigen. Die Untersuchung der ökologischen Kompromisse zwischen fakultativen und obligaten metabolischen Interaktionen könnte helfen, grundlegende Prozesse zu verstehen, die die Entstehung von Organellen wie dem Chloroplasten ermöglichen.
