Anaerobe Methanoxidation in terrestrische Ökosystemen (AOMTE): Mechanismen und ökologische Relevanz

• Antragsteller: Dr. Maxim Dorodnikov
• Fachliche Zuordnung: Physische Geographie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288187354

Anaerobe Methanoxidation (AOM) ist ein mikrobieller Verbrauch von Methan (CH4) unter anoxischen Bedingungen unter Nutzung verschiedener terminaler Elektronenakzeptoren (außer Sauerstoff), z.B. Nitrat, Nitrit, Sulfat, verschiedene Metalle (Fe, Mn), oder organische Stoffe. AOM ist in marinen Systemen sehr weit verbreitet, und verbraucht dort durch mikrobielle Sulfatreduktion den größten Teil des im Sediment gebildeten CH4 . Trotz der globalen Bedeutung der AOM sind die Mechanismen (bevorzugte Elektronenakzeptoren, mikrobielle Gemeinschaften, u.a.), optimale Bedingungen und die Relevanz in terrestrischen Ökosystemen noch weitgehend unbekannt. Daher ist eine intensive Untersuchung der AOM in terrestrischen Ökosystemen dringend erforderlich, insbesondere in solchen, die über längere Zeit anaerobe Bedingungen aufweisen, wie natürliche oder renaturierte Moore und Reisfelder. Dieser Forschungsantrag umfasst die Untersuchung von Vorkommen und Raten von AOM in einem großen Klimagradient an vier Forschungsstandorten: einem ungestörten Moor in Schweden, zwei renaturierten Mooren in Deutschland und einem Reisfeld in China. Um die in-situ Raten der AOM abzuschätzen, wird eine 13C-CH4 Markierung im Feld angewandt. Das Produkt der AOM (das freigesetzte 13CO2) und die entsprechende Dynamik der Elektronenakzeptoren im Porenwasser erlauben eine Bestimmung der AOM-Raten und eine Verbindung zu den entsprechenden Umweltbedingungen. Parallel zu den Feldstudien werden die spezifischen Mechanismen und mikrobiellen Gemeinschaften, die die AOM steuern, in verschiedenen Laborexperimenten mit dem Boden der vier Standorte untersucht. In den vorgesehenen Mikrokosmos-Versuchen werden die wichtigsten Elektronenakzeptoren und 13C-CH4 zugegeben. Die Anwendung von neuen Methoden der elektrochemischen Analyse der Elektronenaustauschkapazitäten organischer Substanz und die Traceranwendung von 13C in 13CO2 produziert aus der 13CH4-Oxidation und in PLFA und GDGT Biomarkern (Proxies für Bakterien und Archaeen) ermöglicht die Bestimmung der optimalen Bedingungen für hohe AOM-Raten und die Analyse der mikrobiellen Gemeinschaften zuständig für die AOM. Nach unserem Kenntnisstand ist der vorliegende Antrag der erste Versuch um in-situ Raten der AOM zu bestimmen und gleichzeitig die zuständigen mikrobiellen Gemeinschaften zu charakterisieren, und dies in verschiedenen Ökosystemen des Eurasischen Kontinents mit anhaltender CH4-Produktion. Schließlich kann ein Verständnis der AOM-Mechanismen das bestehende Konzept des CH4-Kreislaufs in terrestrischen Ökosystemen grundlegend ändern und die gegenwärtigen prozessbasierten Modelle der regionalen und globalen Kohlenstoffflüsse verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China, Schweden
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Michaela Dippold; Professor Dr. Tida Ge; Professor Dr. Klaus-Holger Knorr; Professor Dr. Yakov Kuzyakov; Professor Dr. Mats Nilsson; Dr. Martin Werth