Pigmente in aquatischen 脰kosystemen
Drei Hauptgruppen von Pflanzenpigmenten kommen im Phytoplankton vor: die fettl枚slichen Chlorophylle und Carotinoide sowie die wasserl枚slichen Phycobiline. Die ersten beiden Gruppn finden sich in allen eukaryotischen Algen sowie in den prokaryotischen Cyanobakterien und Prochlorophyten. Die Phycobiline kommen nur bei Cyanobakterien, Crypto- und Rhodophyceen vor.
Alle Chlorophylle, Phycobiline und die meisten der mehr als 100 Carotinoide haben die Aufgabe, Licht f眉r die Photosynthese zu absorbieren. Einige der Carotinoide wirken als Schutzmechanismus der Zellen gegen Lichtsch盲den.
Alle Pigmente, au脽er Chlorophyll-a, werden als "akzessorische" Pigmente bezeichnet.
Das HPLC-System (Abb. 1) ist f眉r die Analyse der Chlorophylle und Carotinoide sowie ihrer Derivate ausgelegt. Das System detektiert die Pigmente mittels ihrer Absorption und Fluoreszenz. Als Ergebnis der Analyse erh盲lt man ein "Chromatogramm", auf dem jedes der in der Probe vorhandenen Pigmente als separater Peak erscheint (Abb. 2). Charakteristisch f眉r jedes Pigment sind sowohl die "Retentionszeit" (die Zeit, die es braucht, um am Ende der Trenns盲ule zu eluieren) als auch das Absorptionsspektrum (Abb. 3). Durch Kalibrierung des Systems mit reinen Standards k枚nnen die Pigmente dann sowohl qualitativ als auch quantitativ bestimmt werden.
Abb.1: HPLC-System
Abb. 2: Beispiel eines Chromatogramms. Jeder Peak repr盲sentiert ein Pigment.
Abb. 3: Beispiel eines Pigment-Absorptionsspektrums.
Pigmente als chemotaxonomische Marker
Jede taxonomische Klasse des Phytoplanktons besitzt ihre spezifische Pigmentzusammensetzung (Abb. 4). Mit geeigneten Verh盲ltnissen von Chlorophyll-a zu den einzelnen Markerpigmenten und einem Berechnungsprogramm (CHEMTAX, entwickelt von MACKEY et al. (1996)) ist es m枚glich, die taxonomische Zusammensetzung einer Phytoplanktonpopulation zu berechnen und den Beitrag jeder klasse zum Gesamtchlorophyll anhand der Pigmentanalyse einer Wasserprobe zu bestimmen. Dies ist besonders wichtig f眉r sehr kleine Phytoplanktonarten (Nano- und Pikoplankton), die mit lichtmikroskopischen Methoden nicht leicht zu bestimmen sind. Daher erg盲nzen sich die mikroskopische Methode und die chemotaxonomische Pigment-HPLC-Analyse perfekt (Abb. 5). Die mikroskopisch als n-Flagellaten zusammengefasste Gruppe konnte anhand ihrer Markerpigmente in Dinoflagellaten, Prasino-, Chryso-, Crypto- und Chlorophyceen untergliedert werden.
Pigmentmessungen an Sedimentproben geben Aufschluss 眉ber die Herkunft des versunkenen Materials (z.B. verschiedene trophische Regime usw.). Die Zusammensetzung der Pigmente in den Ausscheidungen von Zooplankton kann Hinweise auf bestehende Nahrungspr盲ferenzen geben.
Abb. 4: Vereinfachte Darstellung einer chemotaxonomischen Pigment-Analyse von Phytoplankton.
Abb. 5: Vergleich des Ergebnisses der Zusammensetzung einer Phytoplanktongemeinschaft mittels Z盲hlung am Mikroskop (basierend auf PPC) und mittels HPLC-Pigmentanalyse (relativ zum Chlorophyll-a) in einer Wasserprobe aus dem Nordatlantik.
Pigmente als Marker f眉r Prozesse
Die Ph盲ophorbide (das sind die Chlorophyllmolek眉le ohne Mg-Ionen und Phytolkette) entstehen, wenn ein Chlorophyll-a-haltiges Partikel den Verdauungstrakt von Meso- und Makrozooplankton passiert. Daher kann das Verh盲ltnis von Ph盲ophorbiden zu intaktem Chlorophyll-a in der Wassers盲ule einen Hinweis auf den Fra脽druck geben, dem die Phytoplanktongemeinschaft ausgesetzt ist. Das gleiche Verh盲ltnis, bestimmt in versunkenem Material, zeigt den Einfluss von F盲kalien auf die Sedimentation.
脺ber den Nutzen der Abbauprodukte von Carotinoiden und Phycobilinen in diesem Zusammenhang ist noch wenig bekannt.
Welche Hauptfragen k枚nnen durch die Pigmentanalyse beantwortet werden?
Zitierte Literatur:
MACKEY, M.D., D.J. MACKEY, H.W. HIGGINS and S.W. WRIGHT (1996) CHEMTAX - a program for estimating class abundances from chemical markers: application to HPLC measurements of phytoplankton. Mar. Ecol. Prog. Ser. 144: 265-283
Kontakt: Kerstin Nachtigall
