Geochemie-induzierte Stratifikation von mikrobieller Chemolithoautotrophie in einem unterirdischen Aquifer reich an Kohlendioxid

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Probst
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275250470

Aktuelle Forschung an terrestrischen Aquiferen brachte eine große Diversität an noch unbekannten Mikroorganismen zum Vorschein und bringt diese mit Kohlenstoffdioxidfixierung im unterirdischen Kohlenstoffkreislauf der Erde in Verbindung. Jedoch bleibt der Anteil an chemolithoautotrophen Organismen, welche zur Kohlenstoffdioxidfixierung mittels anorganischen Elektronendonoren und -akzeptoren befähigt sind, sowie die genetische Vielfalt an Kohlenstoffdioxidfixierungswegen und deren Aktivitäten im geochemischen Kontext bisher unverstanden. Das Ziel dieses Projektes ist es diese offenen Fragen zu beantworten. Dazu werde ich mikrobielle Gemeinschaften in Wasserproben des Crystal Geysers in Utah (USA) untersuchen. Diese werden im Verlauf seines regelmäßigen, vier Tage langen Eruptionszyklus zu Tage getragen. Der Geysir ist 800 Meter tief und weist aufgrund der unterschiedlichen Sedimente, die er durchzieht, vermutlich eine geochemisch und mikrobiell unterschiedliche Wasserschichtung auf. Ich stelle die Hypothese auf, dass das Ausmaß an Chemolithoautotrophie und die Kohlenstoffdioxidfixierungswegen, sowie deren Aktivitäten, in Abhängigkeit der Verfügbarkeit und Konzentration von Sauerstoff, gelöstem Eisen(II), Wasserstoff, Methan, Sulfid, organischem Kohlenstoff und Kohlenstoffdioxid steht (die Konzentration von letzterem variiert mindestens um den Faktor 30 während eines Eruptionszyklus). Mit Hilfe von Metagenomik und Metatranskriptomik in Kombination mit geochemischen Messungen werde ich das metabolische Potential der mikrobiellen Gemeinschaft in Abhängigkeit der Wasserchemie bestimmen. Auf Genomik basierende Vorhersagen über die mögliche autotrophe Lebensweise bestimmter Organismen mit bestimmbaren Elektronendonor und -akzeptor werden mit isotopenmarkiertem Kohlenstoffdioxid in Anreicherungskulturen getestet. Dieses Projekt wird neue Erkenntnisse über die Bedeutung von Kohlenstoffdioxidfixierung im Untergrund sowie über die Diversität und die Verbreitung von chemolithoautotrophischer Aktivität in Abhängigkeit zur Geochemie hervorbringen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Jill Banfield, Ph.D.