faculty research news

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1 Von: "Dorothea Prenner" Betreff: faculty research news November 2014 Datum: Mi, , 14:43 An: Nachrichten der Fakultaet fuer Lebenswissenschaften:; Fakultät für Lebenswissenschaften faculty research news Fakultät für Lebenswissenschaften November 2014 Wie Mikroorganismen sich in ihrer natürlichen Umwelt vermehren Wie die Interaktion von Insekten und Blüten entstanden ist Wie die Biologie hinter synchronem Verhalten ausschaut Wie Mikroorganismen sich in ihrer natürlichen Umwelt vermehren Nur eine Handvoll Bakterien, die sich im Labor gut kultivieren lässt, ist gut untersucht. Silvia Bulgheresi will, dass das nicht so bleibt, und hat vor, im Rahmen ihres Emerging-Fields-Projektes mehr über Bakterien herausfinden, die nicht zu den Modelorganismen zählen. Silvia Bulgheresi Die Welt der Mikroorganismen birgt viele faszinierende Überraschungen. Erst unlängst publizierten Silvia Bulgheresi und Ihr Team im Fachjournal Nature Communications Erkenntnisse über zwei Bakterienarten, die erstaunlich groß sind, sich aber trotzdem durch konventionelle Zellteilung vermehren. Die Gruppe um die Wissenschaftlerin vom Department für Ökogenomik und Systembiologie der Universität Wien hat die Zellteilung der Bakterien, die sich auf zwei marinen Fadenwürmern - Eubostrichus fertilis und Eubostrichus dianeae befinden, untersucht. Die Bakterienschicht auf Eubostrichus fertilis zeigt enorme Größenunterschiede: Die Zellen unterscheiden sich größenmäßig mitunter um das Zehnfache. Die Bakterienschicht auf Eubostrichus dianeae wiederum wächst, ohne sich zu teilen, bis die Bakterien so groß sind, dass man sie mit dem freien Auge sehen kann - mehr als 100 Mikrometer, sagt Bulgheresi. 1/8

2 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Eubostrichus fertilis Wurms (links). Die sichelförmigen bakteriellen Zellen sind auf seiner Oberfläche wie Schichten einer Zwiebel angeordnet (rechts). Die Wissenschafterin möchte mehr über diese Bakterien herausfinden, die nicht zu den Modelorganismen gehören. Der Name ihres Emerging-Fields-Projektes, das sie jetzt gemeinsam mit Christa Schleper (Leiterin des Departments für Ökogenetik) und Wolfram Weckwerth (Leiter des Departments für Molekulare Systembiologie) bewilligt bekommen hat, lautet: Cell biology of microorganisms in their natural environment. Gut erforscht? Irrtum! Der Titel scheint auf den ersten Blick sehr allgemein zu sein. Und sehr weit. Man glaubt auch, dass schon ganz viel Forschungsarbeit auf diesem Gebiet geleistet wurde, sagt Bulgheresi. Und weiter: Irrtum! Verwunderlicherweise ist genau das nicht der Fall. Wir wissen viel über zelluläre und molekulare Mechanismen bei Bakterien, die leicht im Labor gezüchtet werden können. Die Umweltmikrobiologin nennt z.b. Escherichia coli oder Bacillus subtilis. Eine Handvoll ist, was die molekularen Mechanismen und ihre DNA betrifft, seit Dekaden genauestens erforscht. Aktuelle Schätzungen gehen aber davon aus, dass die Gesamtzahl der Bakterien auf der Erde etwa 5 Millionen Billionen beträgt. Da muss es noch mehr zu entdecken geben, sagt Bulgheresi. Die wenigsten Forscher hätten darauf geachtet, wie Mikroorganismen im Freiland wachsen und sich vermehren. Es schwante Bulgheresi schon länger, dass es dort nämlich ganz anders ausschaut, als uns das jene Bakterien, die unter Laborbedingungen untersucht werden, glauben machen. Einige Kollegen der Fakultät - allesamt Experten auf dem Gebiet der Miroorganismen - kamen zu einem ähnlichen Befund. Gemeinsam möchten sie diese Wissenslücke schließen und schauen, wie sich Bakterien in ihrem natürlichen Umfeld vermehren. Womit wir wieder bei ihren eingangs geschilderten Meereswürmern und deren Bakterien wären. Besonders interessiert die Wissenschafterin, wie sie sich teilen. Bulgheresi: Das eine scheint sich zu teilen, wann immer es will. Das andere dagegen fast nie. Verwunderung schwingt in ihrer Stimme mit: Wann, wieso und wie - alles ungeklärt. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Eubostrichus dianeae Wurms (links). 2/8

3 Sein Fell besteht aus fadenförmigen bakteriellen Zellen, die kaum erforscht sind. Bulgheresi hat insgesamt vier Mikroorganismen ausgewählt, die sich auf ganz seltsame Art und Weise teilen. Unter ihnen stäbchenförmige Bakterien, die in der Lage sind, sich längs zu teilen, wie sie bereits 2012 nachgewiesen hat. Alle drei verhalten sich ganz anders, als alle Bakterien, die wir aus dem Labor kennen. Sie sind so spannend, und es gibt so viel, was man an ihnen erforschen kann, dass ich mich auf sie konzentrieren möchte. Networking Die bewilligte Summe aus dem Emerging-Fields-Projekt will Silvia Bulgheresi vor allem dafür nutzen, Kontakte zu pflegen. Zum Beispiel will sie internationale Fachleute zu Vorträgen einladen, die sich mit ähnlichen Problemstellungen befassen, und deren Wissen anzapfen. Und sie denkt über ihre weitere Vorgangsweise nach: Wir können unsere Forschungsobjekte noch nicht kultivieren. Daher ist es mein Traum, ein Mikroskop zu entwickeln, das es mir erlaubt, das Wachstum der Bakterien im Feld zu visualisieren. Dafür reicht das Geld natürlich nicht aus. Ich habe aber einen anderen Grant, den ich dafür nutzen möchte, und dann könnte die Summe aus dem Emerging-Fields-Projekt in die Reisekosten fließen. Es wird mir jedenfalls helfen, die Mikroorganismen in ihrem Lebensraum zu analysieren und meinen Traum endlich wahr werden zu lassen! Wie die Interaktion von Insekten und Blüten entstanden ist Entomologen und Botaniker wollen im Rahmen eines Emerging-Fields- Projektes dem interessanten Phänomen Blütenbesuch und Bestäubung durch Insekten auf den Grund gehen - erstmals gemeinsam. Harald Krenn Die Forschungskooperation Evolution of insect flower interactions ist ein Projekt, das wissenschaftliche Arbeit von Harald Krenn (Department für Integrative Zoologie), Wolfram Weckwerth (Departments für Molekulare Systembiologie) und Jürg Schönenberger (Department für Botanik und Biodiversitätsforschung) verbindet und das im Rahmen eines Emerging Fields von der Fakultät für Lebenswissenschaften mit 5000 Euro pro Jahr (über drei Jahre) gefördert wird. Der klassische Bestäuber, die Biene. In diesem Fall Lasioglossum (Furchenbiene). 3/8

4 Blütenbesuch & Bestäubung Zusammenarbeiten ist das Schlüsselwort für den Zoologen Krenn: "Es geht darum, dass Entomologen und Botaniker in der Fakultät zusammenfinden und gemeinsam am Thema Blütenbesuch und Bestäubung durch Insekten, gewissermaßen von beiden Seiten her gleichzeitig, arbeiten wollen". Ausschlaggebend sei es, dass sich Wissenschaftler gemeinsam die gleichen Forschungsobjekte vornehmen. "Man muss sich entschließen, die gleichen Organismen zu wählen, und sie sowohl von der botanischen als auch von der zoologischen Seite her analysieren." Jeder weiß, dass Bienen, Schmetterlinge und manche Fliegen Blüten besuchen, dort Nektar und/oder Pollen sammeln und aufnehmen. All das sei grundsätzlich gut untersucht, sagt Krenn. "Wir wollen jetzt aber die ganz seltsamen Blütenbesucher widmen: Käfer, Heuschrecken und Tiere, die man nur gelegentlich an Blüten antrifft." Vorarbeiten haben gezeigt, dass diese Tiergruppen besonders interessant sind, weil sie Hinweise geben können, wie Interaktionen mit gemeinsamem Nutzen von Pflanzen und Tieren in der Evolution entstanden sein könnten. "Manche Käfer fressen Blüten einfach auf. Das ist schlecht für die Pflanze. Andere fressen wohl Pollen, stäuben sich gleichzeitig damit ein und transportieren Pollen von Blüte zu Blüte, was ein Vorteil für beide Partner sein kann." Verschiedene Monkey Beetles mit unterschiedlichen Strategien. Seine idealen Forschungsobjekte hat Krenn in den südafrikanischen Monkey-Beetles gefunden: "Da gibt es Arten, die Nektar fressen, andere, die die Pollenkörner fressen, und welche, die die ganzen Blüten auffressen. Und alle sind relativ nahe miteinander verwandt!" Eine Feldstudie in Südafrika ist - Emerging Fields hin oder her - zurzeit schwer zu finanzieren. "Wir werden also damit beginnen, das vorhandene Material auszuwerten bzw. versuchen, europäische Beispiele zu finden." Mit den Mitteln des Emerging-Fields-Projektes und ersten Ergebnissen ausgestattet, kann aber ein FWF- Projektantrag eingereicht werden, der eine Freilandarbeit in Zusammenarbeit mit südafrikanischen Kollegen und ausführliche Laboranalysen erlaubt. Selten Weitere Beispiele sind gar nicht so einfach zu finden, sagt der Zoologe. Besonders interessant sind blütenbesuchende Heuschrecken; allzu viele sind nämlich nicht bekannt. Krenn: "In unserer Tropenstation in La Gamba/Costa Rica sind dem österreichische Tropenbotaniker Anton Weber und dem Studenten Florian Etl interessante Beobachtung gelungen: Heuschrecken, die Blüten fressen, aber die entscheidenden Teile für die Reproduktion übrig lassen. Gleichzeitig werden die Insekten eingestäubt, wandern weiter zur nächsten Blüte und übertragen so den Blütenpollen." Bei dieser fast einzigartigen Insekten-Blüten-Interaktion - nämlich Bestäubung durch Heuschrecken - fehlen noch wichtige Aspekte der entomologischen Seite. Doch nicht nur verhaltensbiologische Beobachtungen und morphologische Untersuchungen der Blüten und Insekten, sondern auch ernährungsbiologische Analysen interessieren die kooperierenden Forscher. Darum haben sie Wolfram Weckwerth mit ins Boot geholt. Der Leiter des Departments für Molekulare Systembiologie (MoSys) an der Universität Wien ist darauf spezialisiert, herauszufinden, welche Inhaltsstoffe verschiedenste Pflanzenteile haben. So können auch Fragen geklärt werden wie zum Beispiel: "Wie viel bringt es dem Käfer oder dem Heuschreck, wenn das Tier bestimmte Teile der Blüte vertilgt? Und welches Investment muss die Pflanze machen, damit es zum Bestäubungserfolg kommt?" Ziel der nun anlaufenden gemeinsamen Arbeit, sagt der Zoologe, sei es, "eine bessere 4/8

5 Vorstellung davon zu bekommen, wie diese Insekten-Blüten-Interaktion im Laufe der Evolution entstanden ist." Wie die Biologie hinter synchronem Verhalten ausschaut Verhalten sich Menschen ähnlich, hat das Einfluss auf vieles, zum Beispiel auf die Körperbiologie. Was da genau passiert, will Daniel Bowling im Rahmen seines Emerging-Fields-Projektes herausfinden. Daniel Bowling Demnächst wird Daniel Bowling einige Studenten zu sich ins Labor bitten. Er wird sie auffordern, sich in einen Stuhl zu setzen und Videos anzuschauen bzw. Geräusche anzuhören. Alles nach hochwissenschaftlichen Vorgaben. Denn die Experimente dienen einem einzigen Zweck: Der Verhaltensforscher vom Department für Kognitionsbiologie möchte den evolutionären Ursprüngen und der Biologie hinter den rhythmischen Fähigkeiten und der synchronen Koordination bei Menschen auf die Spur kommen. Koordination von Verhalten zwischen zwei oder mehr Individuen führt zu biologisch relevanten Veränderungen pro-sozialen Verhaltens, sagt Bowling. In diesem Zusammenhang darf sich der Kognitionsbiologe jetzt über die dritte Emerging-Fields- Auszeichnung 2014 freuen. Sein preiswürdiges Projekt nennt sich The biology of synchronous behavior. Während des Experiments werden Atmung, Herzschlag und Hormonstatus überwacht. Experimente Der Verhaltensbiologe plant, seine menschlichen Laborratten mit Argusaugen zu beobachten, während sie allerlei Experimente machen: Zum Beispiel Videos anschauen, in denen Bälle einerseits synchron, andererseits asynchron über den Schirm tanzen. Später wird verglichen. Und noch mehr: Bowling wird Atmung, Herzschlag und Hormonstatus überwachen. Mit Hilfe eines Eye-Trackers kann er die Augenbewegungen verfolgen und den Pupillendurchmesser messen. So wird der Aufmerksamkeitsfokus eines Teilnehmers bewertet. 5/8

6 Körperbiologie Denn der Wissenschafter interessiert sich besonders für die physiologischen Reaktionen von Menschen, die im Gleichklang schwingen. Oder eben nicht. Wenn zwei Menschen sich im selben Zeitpunkt ähnlich verhalten, macht das was. Experimente haben gezeigt, dass das Einfluss auf die Körperbiologie und ihr Sozialverhalten hat. Je ähnlicher sich die Leute verhalten, desto eher vertrauen sie einander, helfen einander und sind bereit zu kooperieren. Und das ist interessant, denn wir sind soziale Wesen. Mit Hilfe des Grants will ich versuchen, die Biologie dahinter zu verstehen. Die Summe aus Emerging Fields will Bowling in den Ankauf von Technologie - z.b. High-Speed-Kameras - stecken, die er dringend für seine Experimente und innovativen Methoden braucht. Über Anregungen freuen sich: Univ. Prof. Dr. Verena Dirsch (verena.dirsch@univie.ac.at) Mag. Susanne Mauthner-Weber (s-m-w@gmx.at) 6/8