EXTENDED PHYLOGENY AND MORPHOLOGY OF MARINE AND FRESHWATER CHOANOFLAGELLATES WITH ADDITIONAL METHODOLOGICAL STUDIES ON HETEROTROPHIC FLAGELLATES I n a u g u r a l – D i s s e r t a t i o n zur Erlangung des Doktorgrades der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität zu Köln vorgelegt von Alexandra C. Jeuck aus Haan Köln, 2014 Berichterstatter: Prof. Dr. Hartmut Arndt Prof. Dr. Michael Bonkowski Tag der mündlichen Prüfung: 17.10.14 Danksagung Danksagung Mein ganz besonderer Dank gilt zuallererst meinem Betreuer Herrn Prof. Dr. Hartmut Arndt für die Möglichkeit zur Promotion, die Betreuung meiner Doktorarbeit, das in mich gesetzte Vertrauen, viele hilfreiche Diskussionen, Anregungen und die Möglichkeit und Unterstützung, an zahlreichen nationalen wie internationalen Tagungen teilzunehmen. An die ISOP/ISEP-Tagung in Kanada und die Exkursions-Reise nach Tansania am Ende meiner Promotionszeit werde ich bestimmt lange und gerne zurückdenken. Ich danke ganz herzlich Herrn Prof. Dr. Bonkowski für die Erstellung des Zweitgutachtens. Auch möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. Herbig sehr bedanken für die Übernahme des Disputationsvorsitzes. Mein überaus großer Dank gilt Dr. Frank Nitsche, der erst den Anstoß für die Arbeit mit Choanoflagellaten gab und mir stets und ohne eine Spur von Ungeduld zur Seite stand bei allen ungezählten Fragen. Bei allen Kooperationspartnern möchte ich mich sehr bedanken, vor allem bei den Choanoflagellaten-Spezialisten Dr. Martin Carr, Prof. Dr. Barry Leadbeater und Dr. Daniel Richter. Aber auch bei Dr. Claudia Wylezich für viele methodische Hilfestellungen. Und natürlich bei all denjenigen, die ich jetzt nicht im Besonderen aufgeführt habe. Der gesamten AG Arndt danke ich für die schöne und erfreuliche gemeinsame Zeit, ganz besonders herzlich aber möchte ich mich bei folgenden Personen bedanken: Rosita Bieg für unzählige Hilfestellungen und Problemlösungen bei technischen Fragen und für die schöne gemeinsame „Bürozeit“ gegen Ende meiner Doktorarbeit, Brigitte Gräfe für viele Anregungen bezüglich Flagellatenbestimmung und – dokumentierung, Bärbel Jendral für jegliche finanzielle und organisatorische Arbeit und dafür, dass sie stets den Durchblick behielt im Dschungel der Uni-Bürokratie und Dr. Anja Scherwaß 4 Danksagung für zahlreiche anregende Diskussionen und Ermunterungen und für die angenehme gemeinsame „Bürozeit“ am Anfang meiner Doktorarbeit. Meinen Kollegen und Exkollegen Anne, Jana, Kathi, Mar und Timm danke ich ganz im Allgemeinen, aber nicht nur… Es war eine wunderbare gemeinsame Zeit - Ihr seid mir ans Herz gewachsen und ohne Euch wäre es nur halb so gut gewesen! Außerdem möchte ich Anne und vor allem Timm meinen ganz speziellen Dank aussprechen für zahlreiche fachmännische Diskussionen und Korrekturen. Meiner Familie danke ich für jegliche Unterstützung und Ermunterung und dafür, dass sie mir fortwährend und in jeder Hinsicht bei Seite steht. Zu guter Letzt aber möchte ich meinem Freund dafür danken, dass er in den letzten Jahren so viel und ohne Klagen auf meine Anwesenheit verzichtet hat und er immer und bedingungslos für mich da ist! 5 „Quam ob rem prius aequorum, amnium, stagnorumque dicentur.“ „Daher soll zuvor [von den Organismen] in Meeren, Flüssen und Seen die Rede sein.“ GAIUS PLINIUS SECUNDUS MAIOR, NATURALIS HISTORIA, IX, 1-2 Table of Contents Table of Contents Zusammenfassung .................................................................................................. 10 Abstract .................................................................................................................... 12 General Introduction and Aim of the Study .......................................................... 14 Chapter 1 - A short guide to common heterotrophic flagellates of freshwater habitats based on the morphology of living organisms ...................................... 20 Supplementary Material .................................................................................. 41 Chapter 2 - Extended phylogeny of the Craspedida (Choanomonada) .............. 52 Abstract .......................................................................................................... 54 Introduction ..................................................................................................... 55 Material and Methods ..................................................................................... 56 Results ............................................................................................................ 60 Discussion ...................................................................................................... 77 References ..................................................................................................... 80 Supplementary Material .................................................................................. 86 Chapter 3 - A new group of acanthoecid related choanoflagellates from freshwater, sediment and soil ................................................................................ 90 Abstract .......................................................................................................... 92 Introduction ..................................................................................................... 93 Material and Methods ..................................................................................... 94 Results ............................................................................................................ 98 Discussion .................................................................................................... 104 References ................................................................................................... 107 8 Table of Contents Chapter 4 - A six-gene phylogeny provides new insights into choanoflagellate evolution ................................................................................................................ 112 Abstract ........................................................................................................ 114 Introduction ................................................................................................... 115 Material and Methods ................................................................................... 118 Results .......................................................................................................... 123 Discussion .................................................................................................... 139 Taxonomic summary .................................................................................... 141 References ................................................................................................... 150 Supplementary Material ................................................................................ 157 Chapter 5 - A comparison of methods to quantify heterotrophic flagellates ... 168 Abstract ........................................................................................................ 170 Introduction ................................................................................................... 171 Material and Methods ................................................................................... 173 Results .......................................................................................................... 179 Discussion .................................................................................................... 189 Concluding Remarks .................................................................................... 193 References ................................................................................................... 195 Supplementary Material ................................................................................ 203 Concluding Remarks and Perspectives .............................................................. 211 General References ............................................................................................... 218 Record of Achievement ........................................................................................ 225 Teilpublikationen ................................................................................................... 227 Erklärung................................................................................................................ 228 9 Zusammenfassung Zusammenfassung Heterotrophe Flagellaten (HF) sind kleinzellige Protisten mit weltweiter Verbreitung. Als Hauptkonsumenten von Bakterien nehmen sie eine bedeutende Rolle im aquatischen und terrestrischen Nahrungsnetz ein. Um verlässliche Untersuchungen zur Diversität und Phylogenie der HF und besonders der Choanoflagellaten zu ermöglichen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein einfach gehaltener Bestimmungsschlüssel für die gängigen, heterotrophen Flagellaten des Süßwassers entwickelt. Dieser Schlüssel soll die Bestimmung der diversen Morphotypen erleichtern, indem er auf morphologischen Charakteristika von Lebendorganismen basiert. Aufgrund ihrer hohen Diversität und artspezifischer Eigenheiten ist es ferner schwierig, HF exakt zu quantifizieren. Daher wurden verschiedene Methoden zur Quantifizierung – die Lebendzählmethode, Fixierungsmethoden, Kultivierungs- methoden und Molekulare Arbeitsweisen – in Bezug auf Umweltstudien verglichen und jeweils optimiert. Die Vor- und Nachteile jeder dieser Quantifizierungsmethoden wurden gegenüber gestellt und Empfehlungen zur Wahl der