Iron cycling in freshwater sediments under oxic and anoxic conditions.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt hat die Verteilung der mikrobiellen Prozesse der Eisenoxidation und Eisenreduktion entlang des Redoxgradienten in den litoralen, sowie den profundalen Sedimenten des Bodensees untersucht. Um einen Überblick über die Zusammensetzung der mikrobiellen Lebensgemeinschaft und deren Abhängigkeit vom geochemischen Verteilungsmuster im Sediment zu bekommen, wurden geochemische, mikrobielle und molekularbiologische Techniken gezielt kombiniert. Durch die hochauflösenden Messungen (Mikroelektroden) konnten geochemische „Hotspots“ (v.a. Redoxgrenzflächen) genau detektiert und gezielt beprobt werden. Durch eine umfangreiche experimentelle Versuchsreihe zu Bestimmung der (bio)geochemischen Gradienten konnte gezeigt werden, dass die Verteilung von Substraten und die dadurch bereitgestellte bioverfügbare Energie die Abundanz der einzelnen Eisenoxidierer und Eisenreduzierer bestimmen. Des weiterem konnte gezeigt werden, dass Fe(II)-verbrauchende Metabolismen, welche einen ähnlichen Substratanspruch haben im Wettstreit leben und durch metabolische Flexibilität und/oder Nischenseparierung ihr Überleben sichern. An Hand eines Mikrokosmenexperiments konnte auf ein zeitlich kontrolliertes (Tag/Nacht) Nischenarrangement zwischen phototrophen und Nitrat-reduzierenden Eisenoxidieren (beide Metabolismen finden in der gleichen Redoxzone optimale Lebensbedingungen) geschlossen werden. Die erhaltenen Resultate haben den Weg für neue Forschungsprojekte zur metabolischen Flexibilität von phototrophen Eisen-oxidierenden Bakterien im Sediment eröffnet. Weiterhin wurden Proben, welche im Rahmen dieses Projektes untersucht wurden, zur Isolation der einzelnen Eisen-metabolisierenden Mikroorganismen, verwendet. Die Kombination der Resultate aus dem DFG gefördertem Projekt und der laufenden Untersuchungen und Experimente eröffnet die Möglichkeit den mikrobiellen Eisenkreislauf an Hand der geochemischen und energetischen Profile, der Substratflüsse, der Verteilung der einzelnen Eisenmetabolisierenden Prozesse, sowie durch die Abundanz bestimmter mikrobieller Vertreter (zu erwartende Resultate aus den Isolationen), zu charakterisieren. Dieses umfangreiche Forschungsvorhaben zur Beschreibung der (bio)geochemischen Verteilungsmuster und der Wechselwirkungen der einzelnen Prozesse (z.B. biologischer und chemischer Substratverbrauch, mikrobieller Substratwettstreit) untereinander ist ein bisher einzigartiges wissenschaftliches Pilotprojekt auf dem Gebiet des Eisenkreislaufs. Die von der DFG bereitgestellten Mittel für das beschriebene Projekt konnten genutzt werden, um neue Methoden im Labor des Antragsstellers zu etablieren (Mikroelektrodenmessung, quantitative PCR) und somit auch für weiterführende Forschungsarbeiten einzusetzen. Auf Grund der Attraktivität und des Erfolgs des Projektes konnten verschiedene studentische Arbeiten angeboten werden. Zusätzlich konnten aufbauend auf dieses Projekt weitere Gelder auf lokaler, nationaler und europäischer Ebene eingeworben werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2010. Ecosystem functioning from a geomicrobiological perspective - a conceptual framework for biogeochemical iron cycling. Environmental Chemistry. 7:399-405
Schmidt, C., Behrens, S., Kappler, A.
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2012. Microbial iron(II) oxidation in littoral freshwater lake sediment: The potential for competition between phototrophic vs. nitrate-reducing iron(II)-oxidizers. Frontiers in Microbiology, 3: 1-12
Melton, E.D., Schmidt, C., Kappler, A.
