Vom Dunkeln ins Licht: Aufklärung von Stoff- und Energieflüssen in arktischen mikrobiellen Ökosystemen mittels Integration genomischer Information und Umweltparametern

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Oliver Ebenhöh; Dr. Katja Metfies
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433071321

MOSAiC ist eine internationale, großangelegte arktische Klima- undÖkosystemforschungsexpedition, bei der der Eisbrecher Polarstern einJahr lang, gefangen im Eis, über den zentralen arktischen Ozeandriftet. Im Laufe dieser MOSAiC-Driftexpedition werden wir 16 Wochenwährend der Übergangszeit vom Polartag zur polaren Nacht wöchentlichProben aus fünf verschiedenen Tiefen des arktischen Ozeans entnehmen.Diese Proben werden sequenziert und die erhobenen Metagenom- und-transkriptomdaten werden analysiert, um die Struktur der mikrobiellenGemeinschaft, sowie deren genetisches Potenzial und die aktivenGenfunktionen während dieser Übergangszeit zu untersuchen. Zusätzlichwerden das ganze Jahr über täglich Proben aus der oberen pelagischenZone entnommen. Diese werden mittels 16S und 18SMeta-Barcode-Sequenzierung untersucht. Diese einzigartigen, zeitlichhochaufgelösten Daten ergänzen die Zeitreihen, die das gesamte Jahrüber wöchentlich im Rahmen der MOSAiC-Expedition erhoben werden. AlsPartner von MOSAiC werden wir Zugriff auf alle Daten der Expeditionhaben und somit auf einen beispiellosen Datensatz, der die zeitlicheEntwicklung des arktischen Meeresmikrobioms über ein komplettes Jahrbeschreibt. Diese Daten haben eine besonders hohe Auflösung währendder kritischen Übergangsphase zwischen Sommer und Winter. Unser Zielist es, die Information aus genetischen Daten, Artenhäufigkeiten sowieStoffwechselpotenzial mit Umwelt- und physikalisch-chemischen Daten zuintegrieren. Damit werden wir mechanistische mathematische Modellekonstruieren, die die Dynamik der mikrobiellen Gemeinschaft und dieStoffwechsel- und Nährstoffflüsse zwischen den einzelnen Organismenund deren Umwelt beschreiben. Diese Modelle bieten erstmalig einentieferen Einblick in die Funktionsweise des mikrobiellen Ökosystemsder Arktis und dessen Beitrag zu globalen Stoff- undEnergiekreisläufen. Die Modelle ermöglichen es, stabilisierende unddestabilisierende Faktoren zu identifizieren, mit dem langfristigenZiel, Vorhersagen zu treffen, wie die Ökosystemdynamik auf veränderteUmweltbedingungen reagieren wird, die aufgrund des globalenKlimawandels zu erwarten sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen