Am Rande des Sauerstoffs: Ökologie mikrobieller Gemeinschaften in suboxischen marinen Habitaten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mikrobielle Gemeinschaften in Riffsedimenten mit starker Porenwasserdynamik unterschieden sich zwischen oxischen, im weiteren Sinne suboxischen und anoxischen Habitaten. Die relative Häufigkeit der meisten delektierten Bakteriengruppen stand im Einklang mit den O2-bezogenen Eigenschaften ihrer bereits charakterisierten Species. Die geschätzte phylogenetische Diversität des mikrobiellen Benthos überstieg den Umfang herkömmlicher Klonbibliotheken um mindestens eine Größenordnung und konnte daher nur unvollständig erfaßt werden. Im Rahmen des International Census of Marine Microbes werden RNA- und DNA-Extrakte der gleichen Riffsedimente mittels 454-Pyrosequencing analysiert werden. Die Ergebnisse dürften eine erheblich detailliertere Charakterisierung der mikrobiellen Diversität in O2-definierten Habitaten erlauben. Am Rande der (O2-versorgten Sedimentbereiche wurden Hinweise auf Katalysatoren im N-Kreislauf gefunden. Gene für dissimilatorische Nitratreduktasen (napA, narG) gehörten hauptsächlich Vertretern der a-, ß- und y-Proteobacteria. Einige Eigentümer von Ammonium-Monooxygenase-Genen (amoÄ) konnten den Crenarchaeota oder ß-Proteobacteria zugerechnet werden. Nahe Verwandte der sog. anammox-Bakterien waren im RNA-pool der Riffsedimente nachweisbar und stellten maximal 6 % der aktiven mikrobiellen Gemeinschaft. Ein microcosm-Laboraufbau mit 1 m Sedimentsäule sollte Experimente unter kontrollierten, aber naturnahen Bedingungen ermöglichen. Trotz erhöhter (3-fach gegenüber in situ) Permeabilität des Riffsandes konnten auch bei höchster Pumpleistung die in situ gemessenen Konzentrationsprofile von O2, NO3 und NH4+ im Porenwasser nicht reproduziert werden. Die vorgesehenen Untersuchungen zum Einfluß der Wellenfrequenz auf O2- und NO3'-Umsatzraten und auf die Expression von napA und narG konnten daher nicht durchgeführt werden. Mikroorganismen aus suboxischem Riflfsediment wurden in naturnahem Carbonatsandmedium mit 10- und 100-fach erhöhter NO3--Konzentration kultiviert. In DNA dieser Anreicherungskulturen ließen sich sowohl napA als auch narG, jedoch keine bakteriellen amoA-Gene nachweisen. Verglichen mit der Gemeinschaftsstruktur des Inoculums war die relative Häufigkeit von Marine-Group-I-Crenarchaeota, Bacteroidetes und Nitrospirae in der "10-fach"-Kultur erhöht, die der Planctomycetales verringert. Nach 48 h Inkubation war NO3- vollständig verbraucht, was jedoch keine strukturellen Veränderungen in der kultivierten Gemeinschaft nach sich zog. Die Netto-Umsatzraten von O2, NO3- und NH4+ in den Kulturen waren weder mit Zelldichte noch mit O2-Zufuhr korreliert. In den zellulären Umsatzraten von NO3- ließ sich kein Unterschied zwischen Inkubationen mit und ohne Nar-Inhibitor nachweisen. Zelldichte und NCV-Umsatzraten in den "10-fach"-Kulturen unterschieden sich nicht wesentlich von denen in natürlichen Korallensedimenten.
