Freilebende, sich von Bakterien ernährende Nematoden fressen, beherbergen und verbreiten menschliche Pathogene. In dieser Arbeit wurden die Wechselwirkungen zwischen Nematoden und Pathogenen sowohl in aquatischen als auch in terrestrischen Umgebungen untersucht, wobei der Schwerpunkt auf Legionella pneumophila (Süßwasser) und Salmonella enterica (Boden) lag. Das Potenzial von Nematoden, menschliche Pathogene zu beherbergen und/oder zu verbreiten, wird hauptsächlich durch ihre Anziehung zu den bakteriellen Pathogenen bestimmt. Daher konzentrierte sich diese Arbeit auf das Fressverhalten von Nematoden. Pharyngeale Pumptests zeigten, dass L. pneumophila die Fressaktivität der Nematodenarten Plectus similis und Plectus sp. im Vergleich zum Standardlaborfutter Escherichia coli OP50 beeinträchtigte. Darüber hinaus wurden natürliche Biofilme mit mCherry-markierten L. pneumophila allein oder in Kombination mit GFP-markierten E. coli inokuliert und das Beweiden der Bakterien durch die Nematoden wurde mithilfe von Laser-Scanning-Mikroskopie als Fluoreszenzmuster im Nematodendarm untersucht. Bemerkenswerterweise ernährten sich die getesteten Nematodenarten bevorzugt von L. pneumophila, wenn sie die Wahl zwischen E. coli und dem Pathogen hatten. Darüber hinaus wurde die Räuber-Beute-Beziehung zwischen Nematoden und S. enterica in einer Bodenumgebung untersucht. Binäre Auswahltests zeigten, dass sich der weit verbreitete Bodennematode Acrobeloides buetschlii sowie die beiden Modellorganismen Caenorhabditis elegans und Pristionchus pacificus sowohl von S. enterica als auch von gewöhnlichen Bodenbakterien ernährten, was auf eine Anpassung an mehrere bakterielle Ressourcen hindeutet. Insgesamt zeigte diese Arbeit, dass verschiedene freilebende Nematodenarten L. pneumophila und S. enterica als Ressource nutzen, was ihr Potenzial unterstreicht, als Umweltreservoir und/oder Vektor für menschliche Pathogene sowohl in Wassersystemen als auch in landwirtschaftlichen Böden zu dienen. / It is becoming increasingly clear that free-living bacterial-feeding nematodes not only consume, but also harbor and disseminate human pathogens. In this thesis, the nematode-pathogen interactions were investigated in both, aquatic and terrestrial environments, with the emphasis on Legionella pneumophila (freshwater) and Salmonella enterica (soil). The potential of harboring and/or dissemination of human pathogens by nematodes is mostly shaped by their attraction to the bacterial pathogen. Therefore, this thesis focused on the feeding behavior of nematodes. Pharyngeal pumping assays revealed that L. pneumophila impaired the feeding activity of the nematode species Plectus similis and Plectus sp. compared to the standard lab food Escherichia coli OP50. Further, natural biofilms were inoculated with mCherry-labeled L. pneumophila solely or in combination with GFP-labeled E. coli and nematode grazing was assessed as fluorescence pattern in the gut, using laser scanning microscopy. Remarkably, the tested nematode species preferentially fed on L. pneumophila when given a choice between E. coli and the human pathogen. Additional feeding experiments with L. pneumophila and common bacterial taxa as resources revealed that food preference was not necessarily associated with an upregulation of pumping activity. Besides, the predator-prey relationship between nematodes and S. enterica was investigated in a soil environment. Binary choice assays revealed that the widespread soil nematode Acrobeloides buetschlii as well as the two model organisms Caenorhabditis elegans and Pristionchus pacificus fed on both, S. enterica and common soil bacteria, indicating an adaption to multiple bacterial diets. Overall, this thesis showed that different free-living nematode species use L. pneumophila and S. enterica as a resource, highlighting their potential to serve as environmental reservoir and/or vector for human pathogens in both, water systems and agricultural soil.

Aquatische Gemeinschaften sind stark körpergrößenstrukturiert mit einer exponentiellen Abnahme der Häufigkeit der Individuen mit zunehmender Körpergröße, die als Größenspektrum (SS) bezeichnet wird. Körpergrößenbasierte Ansätze bieten eine einfache und kostengünstige Methode zur Beantwortung komplexer ökologischer Fragestellungen in aquatischer Forschung. Widersprüchliche Ergebnisse zu den wichtigsten Faktoren, die Größenspektren beeinflussen unterstreichen jedoch die Notwendigkeit weiterer Studien. Um einige dieser widersprüchlichen Schlussfolgerungen anzugehen, habe ich eine Reihe von Fragen in den Bereichen Limnologie und Korallenriffökologie untersucht. In dieser Dissertation wurden größenbasierte Ansätze wie SS verwendet, um zu untersuchen, (i) was die Größenverteilung von Zooplankton beeinflusst und ob Zooplankton-fressende Fische (topdown) oder Ressourcenverfügbarkeit und Umweltbedingungen (bottom-up) die SS der Zooplanktongemeinschaft bestimmen, (ii) ob traditionelle Schleppnetze oder moderne hydroakustische Methoden Fisch-SS zuverlässiger darstellen, und (iii) ob SS von Korallenriff- Fischgemeinschaften und die strukturelle Komplexität der Korallen bzw. deren Beziehung zueinander sich unter verschiedenen anthropogenen Stressoren verändert. Zuallererst konnte ich zeigen, dass weder Top-down- noch Bottom-up-Kräfte stark die Größenverteilung der Zooplanktongemeinschaft beeinflussten. Zooplankton SS scheinen robust gegenüber Prädationseffekten zu sein, aber ein empfindlicher Indikator für die Energieverfügbarkeit und Transfereffizienz im Nahrungsnetz des untersuchten Sees. Des Weiteren konnten meine Studien bestätigen, dass hydroakustische Methoden die SS von pelagischen Fischgemeinschaften zuverlässig darstellen, was sie zu einer kostengünstigen und minimalinvasiven Alternative zu traditionellen Fischentnahmemethoden macht. Ich konnte jedoch kein allgemeingültiges Muster hinsichtlich der Größenverteilung von Korallenrifffischen und der strukturellen Komplexität der Korallen in Beziehung zu unterschiedlichen anthropogenen Stressoren finden. Insgesamt zeigt die Dissertation das weite Anwendungsspektrum von SS, um Strukturen und Prozesse in aquatischen Gemeinschaften und Fischfangmethoden zu untersuchen. Die hohe Variabilität von Größenspektren und der Einfluss von Umweltbedingungen unterstreicht weiter die Wichtigkeit, Daten über einen langen Zeitraum einzubeziehen. Darüber hinaus unterstreichen die Ergebnisse dieser Arbeit auch die Grenzen der Anwendung von SS, da für die Beantwortung mancher ökologischer Fragestellungen artenspezifische Informationen, wie Lebensraum- und Nahrungspräferenzen benötigt werden. / Aquatic communities are highly body-size structured with an exponential decline of abundance with increasing body size, which is referred to as the size spectrum (SS). The importance of body size as a principal and simplifying framework within aquatic communities, has led to a high number of theoretical and empirical studies on energy fluxes in food webs and predatorprey interactions using Size Spectra. These size-based approaches offer a rather simple and inexpensive method to answer complex ecological questions. However, conflicting findings on the key drivers of SS highlight the need for further studies. To address some of these conflicting conclusions, I investigated a range of questions within the fields of limnology and coral reef ecology. In this thesis size-based approaches such as SS were employed to explore (i) what drives zooplankton size distribution and whether zooplanktivorous fish (top-down) or resource availability and environmental condition (bottom-up) determine zooplankton community SS, (ii) whether traditional midwater trawling or modern hydroacoustic methods more reliably represent fish SS, and (iii) coral reef fish community SS and habitat structural complexity and their relationship across site-specific anthropogenic stressors. By analysing long term data, I first found that neither top-down or bottom-up forces drove the zooplankton community size distribution. Zooplankton SS seem robust against predation effects but a sensitive indicator for lake-wide energy availability and transfer efficiency in the food web. Then I found that hydroacoustic methods reliably represent pelagic fish community SS, making it a great alternative to traditional and more invasive fish removal sampling methods. Finally, I discovered that coral reef fish SS slope and structural complexity of the reef exhibited a significant negative relationship on two of the examined reef sites which are least exposed to anthropogenic disturbances. A consistent pattern of fish SS and reef complexity was missing, indicating that other environmental factors may also impact the assessed parameters. Overall, my studies show the range of applications of SS to effectively answer universal questions from trophic interactions and the importance of habitat characteristics in a community to a methodological comparison of fish sampling methods. The high variability of SS behaviour and the influence of environmental conditions further underlines the importance to include data on a large temporal scale. Community information, such as taxonomic identity and consideration of species-specific feeding and habitats preferences, for example, are still beneficial in some cases to answer ecologically questions extensively.

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.

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