Trade-offs in soil filamentous fungi

Abstract

This thesis addresses how traits shape the ecology of filamentous fungi and determine life history strategies. I worked on a set of 30 filamentous fungi which were isolated in the AG Rillig from a grassland in northeast Germany. We analyzed the behavior of fungi in response to various environmental stimuli, namely temperature and mechanical disturbances. Chapter 1 introduces the fundamental traits in fungal species, reviews existing literature on the topic of this thesis and establishes the framework and methodology used in my studies. Chapter 2 explores the behavior of fungi in terms of resource allocation. We showed that fast-growing fungi have a tendency towards localized growth whereas slow-growing fungi tend to explore their environment in attempt to locate further resources. Chapter 3 points out the fitness changes in fast and slow-growing fungi in response to singular or iterative simulated mechanical disruption of the mycelium. Fast-growing fungi exhibited a lower carbon use efficiency which should explain their higher sensitivity towards mechanical disturbances. Chapter 4 investigates the temperature sensitivity of fungi with the use of the Q10 indicator. We determined that the Q10 values (temperature sensitivity) exhibit a negative correlation with the growth rate of the fungi and a positive correlation with the optimal growth temperature. Chapter 5 establishes a novel method to map the life-history traits of fungi into the competitive-stress tolerant-ruderal (CSR) model. My results showed that the two-dimensional CSR model has the potential to contain more information compared to the one-dimensional r-K model, but the CSR traits are not phylogenetically conserved. Chapter 6 puts the outcomes of this thesis in the broader context of the literature, summarizing the conclusions of previous chapters.

Diese Doktorarbeit befasst sich mit der Fragestellung, wie sich die Merkmalsbeschaffenheit von filamentösen Pilzen auf ihre Ökologie und spezifischen Lebensgeschichtenstrategien („life history strategy“) auswirkt. Zu diesem Zweck wurden 30 Stämme filamentöser Pilze untersuchte, die von der AG Rillig aus Grasslandboden (Mallnow, Deutschland) isoliert wurden. Diese Pilzstämme wurden auf ihre Reaktion hinsichtlich verschiedener Umweltstimuli untersucht. Bei diesen handelte es sich um Erwärmung und mechanische Störung bzw. Beschädigung des Pilzmyzels. In Kapitel 1 wird auf Basis einer Literatursynthese zum Thema Pilzmerkmale, das grundlegende Fundament dieses Forschungsvorhabens und der zugrundeliegenden Methodik herausgearbeitet. In Kapitel 2 wird die Fähigkeit der Ressourcenzuweisung der 33 Pilzstämme erforscht. Dabei konnten wir zeigen, dass schnell wachsende Pilzstämme eine Tendenz zu lokalem Wachstum aufweisen, während langsam wachsende Stämme bevorzugt in ihre Umgebung auf der Suche nach weiteren Ressourcen expandieren. In Kapitel 3, wurden die Auswirkungen von wiederholter, mechanischer Myzelbeschädigung auf die Fitness von schnell und langsam wachsenden Pilzstämmen untersucht. Dabei zeigt sich, dass schnell wachsende Stämme eine geringe Effizienz in der Kohlenstoffnutzung und eine höhere Sensitivität gegenüber der zugefügten mechanischen Beschädigung aufweisen als ihre langsamer wachsenden Gegenstücke. In Kapitel 4 wird die Temperatursensitivität der 30 Pilzstämme mittels Q10-Indikator erhoben. Es zeigt sich, dass die Temperatursensitivität negativ mit der radialen Koloniewachstumsrate und positiv mit der optimalen Wachstumtemperatur korreliert. In Kapitel 5 wird eine neue Methodik zur Darstellung der Lebensgeschichtenmerkmale von Pilzen mittels sogenanntem CSR-Model vorgestellt; das CRS-Model umfasst dabei Merkmal, die die kompetetive, Stresstolerenz- und Ruderalkapazität abbilden. Es zeigt sich, dass das zweidimensionale CSR-Model das Potenzial hat, mehr Informationen zu enthalten, als das eindimensionale Gegenmodel der r-K-Strategien. Jedoch sind die CSR-Merkmale nicht phylogenetisch konserviert. In Kapitel 6 werden die Ergebnisse dieser Arbeit in den breiten Literaturkontext gestellt und die Schlussfolgerungen der vorangegangenen Kapitel zusammengefasst.