Biochemical composition of protists

Abstract

Trotz der Schlüsselstellung heterotropher Protisten als Bindeglied zwischen dem mikrobiellen und dem klassischen Nahrungsnetz ist noch wenig über ihre biochemische Zusammensetzung und ihren Nährwert bekannt. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde untersucht ob die biochemische Zusammensetzung von Protisten (1) von deren Nahrungsgrundlage (Alge oder Bakterien) und Ernährungsweise (Autotrophie, Mixotrophie oder Heterotrophie) abhängt und (2) ihre Nahrungsqualität für räuberisches Rotatorien (Keratella quadrata) bedingt. Die Fettsäure-, Sterol- und Aminosäurezusammensetzung vier heterotropher Protisten spiegelte generell die ihrer Nahrung wider. Es trat jedoch eine Akkumulation dieser biochemischen Substanzen in den Protisten auf. Auch die Ernährungsweise eines Flagellaten (Ochromonas sp.) beeinflusste stark dessen biochemische Zusammensetzung, insbesondere die Konzentrationen an mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFAs). Bei der Untersuchung des Nährwertes vier heterotropher Protisten für K. quadrata wurden signifikante Korrelationen zwischen verschiedenen PUFAs, drei Sterolen und einer Aminosäure (Leucin) der Protisten und der Eiproduktion der Rotatorien festgestellt. Auch die experimentelle Supplementierung eines Flagellaten mit einer PUFA (Docosahexaensäure, DHA) erhöhte seinen Nährwert für die Rotatorien signifikant. Die Ergebnisse verdeutlichen die Fähigkeit heterotropher Protisten, die biochemische Zusammensetzung organischer Materie schon auf einer unteren Ebene des aquatischen Nahrungsnetzes zu verändern, nämlich beim Übergang zwischen Algen/Bakterien und dem Mesozooplankton. Hier können biochemische Änderungen weitreichende Folgen für den Stoff- und Energiefluß des gesamten Nahrungsnetzes nach sich ziehen.

Heterotrophic protists are an important link between the microbial and the classical food web. However, little is known about their biochemical composition and nutritional quality as prey. In this thesis, I analysed (1) whether the biochemical composition of the protists depends on their dietary resources (bacterial or algal food) or trophic mode (autotrophy, mixotrophy or heterotrophy), and (2) whether the biochemical composition of protists determines their nutritional quality as prey for a rotifer species (Keratella quadrata). The fatty acid, sterol, and amino acid composition of four heterotrophic protists generally resembled the dietary composition, but the protists accumulated these compounds. Moreover, the trophic mode strongly affected the composition of a flagellate (Ochromonas sp.), especially that of polyunsaturated fatty acids (PUFAs). When investigating the nutritional quality of four protist species for K. quadrata, several PUFAs, three sterols (desmosterol, ergosterol, stigmastanol), and one amino acid (leucine) of the protists were significantly correlated with the rotifer’s egg production. Moreover, the nutritional quality of a heterotrophic flagellate for the rotifer was significantly enhanced by artificially supplementing the flagellate with a PUFA (docosahexaenoic acid, DHA). The thesis highlights the ability of heterotrophic protists to modify the biochemical composition of organic matter at an early stage in aquatic food webs, i.e. at the interface between algae/bacteria and mesozooplankton. Biochemical modifications at this stage may profoundly affect matter and energy transfer through the entire food web.