Ein internationales Wissenschaftlerteam, zu dem Dr. Alexander Wacker und Dr. Erik Sperfeld (jetzt Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei) von der Universität Potsdam gehören, untersucht, wie Organismen durch mehrere Nährstoffe gleichzeitig in ihrem Wachstum eingeschränkt werden. Dieses Phänomen ist unter dem Begriff Co-Limitierung bekannt. Die Ergebnisse der Studie veröffentlichen die Wissenschaftler jetzt im renommierten Wissenschaftsmagazin Ecology Letters.
Das sogenannte „Gesetz des Minimums“ hat Justus von Liebig im 19. Jahrhundert aufgestellt, um die Auswirkungen von Nährstofflimitierung auf den landwirtschaftlichen Ertrag von Ackerkulturen abzuschätzen. Das Gesetz besagt, dass das Wachstum von Pflanzen immer nur durch den am geringsten verfügbaren Nährstoff, wie Stickstoff, strikt limitiert wird. Sobald diese Limitierung durch Nährstoffzugabe, wie Düngung, aufgehoben wird, limitiert ein anderer Nährstoff, beispielsweise Phosphor oder Kalzium, den Biomassezuwachs. Daraus ergibt sich eine Sequenz limitierender Nährstoffe. Die tatsächliche Situation des Pflanzenwachstums in Ökosystemen wird dadurch allerdings nur unzureichend beschrieben. Neuere Studien weisen darauf hin, dass die Bildung von Pflanzenbiomasse häufig durch mehr als einen Nährstoff gleichzeitig limitiert wird. Diese Co-Limitierung durch Nährstoffe ist bei Pflanzen, die ihre anorganischen Nährstoffe unabhängig voneinander aufnehmen, gut dokumentiert. Tiere nehmen jedoch in der Regel ihre Nährstoffe in Form von Futterpaketen zu sich. Sie enthalten Makronährstoffe, wie Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate, aber auch Mikronährstoffe, die nicht selbst synthetisiert werden können, wie Vitamine oder mehrfach ungesättigte Fettsäuren.
Aufgrund der mannigfaltigen Variation an Nährstoffen und der verschiedensten zu untersuchenden Systeme haben Wissenschaftler unabhängig voneinander unterschiedliche Co-Limitierungstypen charakterisiert. Bei diesen Typen handelt es sich um spezifische Reaktionen im Wachstum bei Zugabe potenziell limitierender Nährstoffe. Einige dieser Co-Limitierungstypen sind leicht zu untersuchen, die Mechanismen der Wachstumsreaktionen allerdings nur unzureichend zu verstehen. Andere Typen hingegen, die verschiedenartige „Fitnesslandschaften“ in einem mehrdimensionalen Nährstoffraum beschreiben, können nur unter großem Aufwand in Experimenten getestet werden. Sie erlauben jedoch die Identifikation der zugrundeliegenden Mechanismen. Die Autoren arbeiten eine Synthese heraus, wie die verschiedenen Konzepte und Typen der Co-Limitierung zusammenhängen oder sich voneinander abgrenzen. Sie illustrieren anhand von Beispielen umfangreicher experimenteller Daten, wie ihre Erkenntnisse zukünftige Untersuchungen hinsichtlich Co-Limitierung vereinfachen und gleichzeitig die Verwechselbarkeit der verschiedenen Typen minimieren können. Die Autoren liefern Hinweise dafür, dass Tiere, ähnlich wie Pflanzen, häufig durch mehrere Nährstoffe gleichzeitig limitiert werden können.
Kontakt: PD Dr. Alexander Wacker, Institut für Biochemie und Biologie
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Medieninformation 22-12-2015 / Nr. 177
Dr. Barbara Eckardt
Universität Potsdam
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