TY  - THES
A1  - Fabian, Jenny
T1  - Effects of algae on microbial carbon cycling in freshwaters
BT  - with focus on the utilization of leaf carbon by heterotrophic bacteria and fungi
N2  - Microbial processing of organic matter (OM) in the freshwater biosphere is a key component of global biogeochemical cycles. Freshwaters receive and process valuable amounts of leaf OM from their terrestrial landscape. These terrestrial subsidies provide an essential source of energy and nutrients to the aquatic environment as a function of heterotrophic processing by fungi and bacteria. Particularly in freshwaters with low in-situ primary production from algae (microalgae, cyanobacteria), microbial turnover of leaf OM significantly contributes to the productivity and functioning of freshwater ecosystems and not least their contribution to global carbon cycling. 
Based on differences in their chemical composition, it is believed that leaf OM is less bioavailable to microbial heterotrophs than OM photosynthetically produced by algae. Especially particulate leaf OM, consisting predominantly of structurally complex and aromatic polymers, is assumed highly resistant to enzymatic breakdown by microbial heterotrophs. However, recent research has demonstrated that OM produced by algae promotes the heterotrophic breakdown of leaf OM in aquatic ecosystems, with profound consequences for the metabolism of leaf carbon (C) within microbial food webs. In my thesis, I aimed at investigating the underlying mechanisms of this so called priming effect of algal OM on the use of leaf C in natural microbial communities, focusing on fungi and bacteria.
The works of my thesis underline that algal OM provides highly bioavailable compounds to the microbial community that are quickly assimilated by bacteria (Paper II). The substrate composition of OM pools determines the proportion of fungi and bacteria within the microbial community (Paper I). Thereby, the fraction of algae OM in the aquatic OM pool stimulates the activity and hence contribution of bacterial communities to leaf C turnover by providing an essential energy and nutrient source for the assimilation of the structural complex leaf OM substrate. On the contrary, the assimilation of algal OM remains limited for fungal communities as a function of nutrient competition between fungi and bacteria (Paper I, II). In addition, results provide evidence that environmental conditions determine the strength of interactions between microalgae and heterotrophic bacteria during leaf OM decomposition (Paper I, III). However, the stimulatory effect of algal photoautotrophic activities on leaf C turnover remained significant even under highly dynamic environmental conditions, highlighting their functional role for ecosystem processes (Paper III). 
The results of my thesis provide insights into the mechanisms by which algae affect the microbial turnover of leaf C in freshwaters. This in turn contributes to a better understanding of the function of algae in freshwater biogeochemical cycles, especially with regard to their interaction with the heterotrophic community.
N2  - Die mikrobielle Verarbeitung von organischer Biomasse in Süßwasser nimmt eine fundamentale Rolle in den globalen biogeochemischen Nährstoffkreisläufen ein. Ein Großteil der organischen Biomasse gelangt aus der terrestrischen Umgebung, insbesondere aus dem Blattlaubeintrag, in die Gewässer und stellt eine wesentliche Energie- und Nährstoffquelle für die aquatische Umwelt dar. In die aquatischen Nahrungsnetze gelangt das terrestrische Material vorwiegend durch mikrobielle Umsatzprozesse, an denen vor allem heterotrophe Bakterien und Pilze beteiligt sind. Der mikrobielle Umsatz von Blattlaub kann die biogeochemischen Prozesse aquatischer Ökosysteme signifikant beeinflussen und nicht zuletzt deren Beitrag zum globalen Kohlenstoffkreislauf. Das gilt insbesondere für Gewässer, in denen die in-situ Produktion organischer Biomasse durch aquatische Algen sehr gering ist.
Aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung wird angenommen, dass Blattbiomasse für die mikrobielle Gemeinschaft schlechter abbaubar und damit weniger bioverfügbar ist als photosynthetisch produziert Biomasse durch Algen. Das gilt insbesondere für das partikuläre Blattmaterial, welches vorwiegend aus strukturell komplexen und aromatischen Polymeren besteht. Neue Forschungsergebnisse haben jedoch gezeigt, dass Algen den enzymatischen Abbau von Blattmaterial stimulieren (Priming Effekt), und den Umsatz von Blattkohlenstoff innerhalb des mikrobiellen Nahrungsnetzes signifikant beeinflussen. In meiner Doktorarbeit habe ich die zugrundeliegenden Mechanismen dieses Priming Effekts von Algenbiomasse auf die mikrobiellen Umsatzprozesse von Blattkohlenstoff innerhalb natürlicher mikrobieller Gemeinschaften untersucht. Der Fokus lag dabei vor allem auf aquatische Pilz- und Bakteriengemeinschaften.
Die von mir erbrachten Arbeiten verifizieren, dass Algenbiomasse für die mikrobielle Gemeinschaft teilweise hoch verfügbar ist (Studie II). Meine Arbeiten unterstreichen jedoch, dass Algenbiomasse vor allem von Bakterien assimiliert wird und deren Beitrag zum mikrobiellen Blattumsatz stimuliert. Die Bakteriengemeinschaft erhält über das Algenmaterial vermutlich essentielle Energie- und Nährstoffquellen, die ihnen die Assimilation des strukturell komplexen Blattkohlenstoffs erleichtert. Im Gegensatz dazu scheint die Pilzgemeinschaft das Algenmaterial nicht direkt nutzen zu können, vermutlich bedingt durch deren schwache Konkurrenz mit Bakterien um das Algensubstrat (Studie I, II). Darüber hinaus liefern die Ergebnisse einer weiteren Studie Hinweise darauf, dass Umweltbedingungen die Stärke der Wechselwirkungen zwischen Algen und heterotrophen Bakterien während der Zersetzung der Blattbiomasse bestimmen (Studie I, III). Die stimulierende Wirkung der photoautotrophen Algenaktivität auf den Blattkohlenstoff Umsatz blieb jedoch selbst unter hochdynamischen Umweltbedingungen signifikant, was ihre funktionelle Rolle für Ökosystemprozesse unterstreicht (Studie III).
Die Ergebnisse aus den Arbeiten meiner Promotion geben Einblicke in die Mechanismen des mikrobiellen aquatischen Blattabbaus und welche funktionelle Rolle Algen hierbei haben. Das trägt zu einem besseren Verständnis der Funktion von Algen in den biogeochemischen Kreisläufen der Süßgewässer bei, insbesondere mit Hinblick auf die Interaktion der heterotrophen Gemeinschaft mit Algenbiomasse.
KW  - stable isotope tracer
KW  - organic matter
KW  - microbial carbon turnover
KW  - microbial interactions
KW  - stabile Isotope Tracer
KW  - organisches Material
KW  - mikrobieller Kohlenstoffkreislauf
KW  - mikrobielle Interaktionen
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-422225
ER  -