Abundance, activity and interreation of phototrophic and chemotrophic microbial iron oxidation in freshwater sediments
Final Report Abstract
Das Projekt hat die Verteilung der mikrobiellen Prozesse der Eisenoxidation und Eisenreduktion entlang im litoralen Bodenseesediment untersucht. Der Fokus lag hierbei auf der Vernetzung des Eisen- und des Nitratkreislaufes, der Interaktion zwischen chemotrophen und phototrophen Eisen(II)-oxidierenden Mikroorganismen, sowie der metabolischen Flexibilität, welche durch fluktuierende Umweltbedingungen hervorgerufen wird. Hierfür wurden geochemische Gradienten und die Verteilung der Eisen(II)-oxidierenden und Eisen(III)-reduzierenden Mikroorganismen räumlich hochaufgelöst quantifiziert. Durch die Isolation und Charakterisierung aller bekannten Eisen(II)-oxidierenden und Eisen(III)-reduzierenden Metabolismen konnten Rückschlüsse auf deren metabolische Flexibilität gezogen werden. Anhand der isolierten photoferrotrophen Mischkultur konnte hervorragend gezeigt werden, wie sich die Dominanz der einzelnen Teilnehmer auf Grund des verfügbaren Substrates verändert. Weiterhin haben wir in unserem Projekt die Randbedingungen von Anreicherungsverfahren bestimmt, indem wir den Einfluss der Zusammensetzung von bakteriellen Nährmedien auf Abundanz und Art der angereicherten Mikroorganismen bei der MPN Methode bestimmt haben. Wir konnten zeigen, dass die Wahl des Nährmediums hauptsächlich die Anzahl der angereicherten Mikroorganismen, aber nicht die Art der Metabolismen beeinflusst. In einem weiteren Teilprojekt haben wir mit Hilfe einer Mikrokosmenstudie und unter Nutzung von molekularen Methoden zeigen können, dass Eisen(II) einen deutlichen Effekt auf denitrifizierende Bakterien hat. Durch diese Resultate konnten wir zeigen, dass der Prozess der Nitrat-abhängigen Eisen(II)-Oxdiation, weder ein rein biotischer, noch rein chemisch, aber dafür ein abiotisch-biotisch gekoppelter Mechanismus ist. Die erhaltenen Ergebnisse verdeutlichen, wie Elementreisläufe in der Natur verknüpft sind. Im Zuge dieser Arbeit haben wir eine effektive Methode zur Extraktion von Mineralgebundenen Eisen in Karbonat- und Nitrit-haltigen Proben entwickelt und veröffentlicht. Die Gesamtmenge an erhaltenen Erkenntnisse in diesem Projekt haben unser Verständnis vom sedimentären Eisenkreislauf deutlich verbessert. Ursprünglich vermutete Zonierungen der Verteilung der Eisen(II)-oxidierenden und Eisen(III)-reduzierenden Mikroorganismen entlang des Redoxgradienten konnten nicht nachgewiesen werden. Es wurde vielmehr gezeigt, dass diese Mikroorganismen heterogen entlang des Redoxgradients verteilt sind - obwohl nicht alle Teilnehmer in Reinkulturen eine metabolische Flexibilität zeigen. Auf Grund der Attraktivität und des Erfolgs des Projektes konnten aufbauend weitere Gelder auf nationaler Ebene eingeworben werden.
Publications
-
(2018) Microbially Mediated Coupling of Fe and N Cycles by Nitrate-Reducing Fe(II)-Oxidizing Bacteria in Littoral Freshwater Sediments. Applied and environmental microbiology 84 (2)
Schaedler, Franziska; Lockwood, Cindy; Lueder, Ulf; Glombitza, Clemens; Kappler, Andreas; Schmidt, Caroline
-
2014. Influence of nutrient concentrations on MPN quantification and enrichment of nitrate-reducing Fe(II)-oxidizing and Fe(III)-reducing bacteria from littoral freshwater lake sediments. Geomicrobiology J., 31, 788-801
Melton, E.D., Rudolph, A., Behrens, S, Schmidt, C., Kappler, A.
-
2014. The interplay of microbially mediated and abiotic reactions in the biogeochemical Fe cycle. Nature Reviews Microbiology, 12, 797-808
Melton, E.D., Swanner, E.D., Behrens, S., Schmidt, C., Kappler, A.
-
2017. A revised iron extraction protocol for environmental samples rich in nitrite and carbonate. Geomicrobiology Journal, 1-8
Schaedler, F., Kappler, A., Schmidt, C.
