Abteilung Umweltmikrobiologie

Mikrobielle Gemeinschaften

Forschungsgebiete

Unsere Forschung fokussiert darauf generelle ökologische Prinzipien, die sich mit den Ursachen und Konsequenzen von mikrobieller Diversität befassen, abzuleiten und zu testen. Wir wollen die folgenden zwei zentralen Fragen der mikrobiellen Ökologie beantworten:

  • Wieso gibt es in mikrobiellen Gemeinschaften so viele verschiedene Zelltypen? In anderen Worten: was verhindert, dass ein paar wenige Zelltypen evolvieren, die sich durchsetzen und die anderen verdrängen?
  • Ist Diversität ein wichtiger Faktor der funktionalen Leistung von mikrobiellen Gemeinschaften? Falls ja, was sind die Mechanismen, die dafür verantwortlich sind?

Wir verwenden eine Kombination aus Laborexperimenten und der Untersuchung von Umweltsystemen um diese Fragen zu beantworten. Die Ursachen von mikrobieller Diversität untersuchen wir mittels experimenteller Systeme und fokussieren dabei insbesondere auf das Konzept der metabolischen Spezialisierung. Die zentrale Hypothese ist hierbei, dass gewisse metabolische Prozesse miteinander inkompatibel sind und deshalb am effizientesten in verschiedenen Zelltypen ausgeführt werden. Dies führt letztlich dazu, dass Diversität entsteht. Um diese Hypothese zu testen, messen wir in Laborexperimenten die Effekte von Interaktionen zwischen verschiedenen metabolischen Prozessen und verfolgen ihr Schicksal über evolutionäre Zeiträume. Um die Konsequenzen mikrobieller Diversität zu untersuchen, untersuchen wir Umweltsysteme. Die zentrale Hypothese ist hierbei, dass mikrobielle Diversität ein wichtiger Faktor für die funktionale Leistung von Ökosystemen ist. Um dies zu testen, messen wir die Raten und das Ausmass von verschiedenen metabolischen Prozessen in Umweltsystemen und untersuchen ob es einen Zusammenhang mit dem Ausmass der Diversität in diesen Systemen gibt. Wir manipulieren dann experimentell das Ausmass der Diversität und werten die Konsequenzen für die verschiedenen metabolischen Prozesse aus. Das Ziel ist letztlich unser Verständnis darüber zu verbessern was Diversität in der Umwelt begünstigt und wieso Diversität ein wichtiger Faktor für die funktionale Leistung von Ökosystemen sein könnte.

Kontakt

Dr. David JohnsonTel. +41 58 765 5520E-Mail senden

Publikationen

Goldschmidt, F.; Regoes, R. R.; Johnson, D. R. (2018) Metabolite toxicity slows local diversity loss during expansion of a microbial cross-feeding community, ISME Journal, 12(1), 136-144, doi:10.1038/ismej.2017.147, Institutional Repository
Patsch, D.; van Vliet, S.; Garbani Marcantini, L.; Johnson, D. R. (2018) Generality of associations between biological richness and the rates of metabolic processes across microbial communities, Environmental Microbiology, 20(12), 4356-4368, doi:10.1111/1462-2920.14352, Institutional Repository
Goldschmidt, F.; Regoes, R. R.; Johnson, D. R. (2017) Successive range expansion promotes diversity and accelerates evolution in spatially structured microbial populations, ISME Journal, 11(9), 2112-2123, doi:10.1038/ismej.2017.76, Institutional Repository
Lilja, E. E.; Johnson, D. R. (2017) Metabolite toxicity determines the pace of molecular evolution within microbial populations, BMC Evolutionary Biology, 17, 52 (12 pp.), doi:10.1186/s12862-017-0906-2, Institutional Repository
Marchal, M.; Goldschmidt, F.; Derksen-Müller, S. N.; Panke, S.; Ackermann, M.; Johnson, D. R. (2017) A passive mutualistic interaction promotes the evolution of spatial structure within microbial populations, BMC Evolutionary Biology, 17, 106 (14 pp.), doi:10.1186/s12862-017-0950-y, Institutional Repository

Projekte

Mikrobielle Gemeinschaften leisten einen wichtigen Beitrag zu Ökosystemen und der menschlichen Gesellschaft
In ihrem natürlichen Umfeld existieren Mikroben selten alleine als einzelne Zellen, sondern sie leben meistens in Gemeinschaften ...
Auswirkungen von Umweltschwankungen auf die räumliche Selbstorganisation mikrobieller Verbundgemeinschaften