Sandra Iris Schöttner

• Coral reef ecosystems, often called "rainforests of the sea", represent structurally complex and dynamic environments in both shallow and deep ocean realms, which harbor a unique plethora of organisms. However, only little is known about the role these biodiversity hotspots play as habitat for the "unseen majority" in the oceans: microbial communities. The general aim of this thesis was therefore to advance hitherto existing knowledge of microbial diversity in warm and, particularly, cold-water coral reef ecosystems by exploring bacterial community variation and potential environmental drivers across a combination of different ecological (organizational, temporal, spatial) scales - with explicit focus on the importance of microbial habitat differentiation. For this purpose, molecular techniques, such as high-throughput DNA fingerprinting, and a suite of multivariate statistical tools were applied. The first study focused on principle patterns of bacterial community structure associated with the cold-water coral Lophelia pertusa. The coral and environment-specific structuring of bacterial communities was assessed under both natural (reef) and controlled (aquarium) conditions by targeting four distinct microbial habitats: coral skeleton surface, coral mucus, ambient seawater and proximal sediment. In the second study, intra- and inter-reef variations in bacterial community structure of four cold-water coral reef ecosystems were investigated in a multi-scale survey spanning five levels of ecological reef organization (microbial habitat type, coral species and color, reef zoning, reef boundary, reef site) by focusing on the cold-water corals Lophelia pertusa and Madrepora oculata. In the third study, the importance of permeable carbonate and silicate reef sands as specific microbial habitats in a warm-water coral reef ecosystem was assessed. The two sand types were compared for their potential to promote differences in bacterial diversity and biomass, while also taking into account the influence of season and space. The presented methods and findings shall contribute to investigations of microbial community shifts in response to environmental changes and anthropogenic pressures in coral reef ecosystems.
• Korallenriff-Ökosysteme, auch “Regenwälder der Meere“ genannt, sind strukturell komplexe und dynamische Lebensräume in flachen und tiefen Meereszonen, die eine einzigartige Vielfalt an Organismen beherbergen. Jedoch ist wenig bekannt über die Rolle, welche diese sog. Biodiversitäts-Hotspots als Lebensraum für die „unsichtbare Mehrheit“ in den Meeren spielt: mikrobielle Gemeinschaften. Ziel dieser Doktorarbeit war es daher, den bisherigen Kenntnisstand der mikrobiellen Ökologie in Warm- und speziell Kaltwasserkorallenriff-Ökosystemen durch die Untersuchung ihrer bakteriellen Zusammensetzung und potenziellen Umwelteinflüsse über verschiedene ökologische (Riff-organisatorische, zeitliche, räumliche) Skalen zu erweitern – mit explizitem Schwerpunkt auf der Differenzierung mikrobieller Habitate. Dafür wurden molekulare Methoden, wie die Erstellung von DNA-Fingerabdrücken, und eine Reihe multivariater statistischer Analysen angewandt. In der ersten Studie wurde die Korallen- und Umwelt-spezifische Strukturierung bakterieller Gemeinschaften unter natürlichen (Riff) und kontrollierten (Aquarium) Bedingungen in vier unterschiedlichen mikrobiellen Habitaten an der Kaltwasserkoralle Lophelia pertusa untersucht: Korallenskelett-Oberfläche, Korallenschleim, Meerwasser und Sediment. In der zweiten Studie wurde die intra- und inter-spezifische Variabilität in der bakteriellen Gemeinschaftsstruktur von vier Kaltwasserkorallenriff-Ökosystemen untersucht. Der multiple-Skalen Ansatz umfasste fünf ökologische Ebenen (mikrobielles Habitat, Korallenart, Korallenfarbe, Riffzonierung, Riffgrenze, Riffstandort), mit Fokus auf den Korallen Lophelia pertusa und Madrepora oculata. In der dritten Studie wurde die Bedeutung permeabler Karbonat- und Silikat-Riffsande als spezifische mikrobielle Habitate in einem Warmwasserkorallenriff-Ökosystem untersucht. Die Sande wurden bzgl. ihres Potenzials verglichen, Unterschiede in bakterieller Diversität und Biomasse zu begünstigen, auch unter Berücksichtigung von Jahreszeit und räumlicher Anordnung. Die vorgestellten Methoden und Ergebnisse sollen einen Beitrag zur Untersuchung mikrobieller Gemeinschaften unter Umweltveränderungen und anthropogenem Stress in Korallenriff-Ökosystemen leisten.