Kooperation, Konkurrenz und Kohlenstoff: Ein eigenschaftsbasierter Modellansatz zum mikrobiellen Einfluss auf die natürliche Speicherung von gelöstem organischen Kohlenstoff im Ozean.

• Antragstellerin: Dr. Sinikka Lennartz
• Fachliche Zuordnung: Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445120363

Das Reservoir an gelösten organischen Kohlenstoffverbindungen im Meer (engl. dissolved organic carbon, DOC) ist eines der größten aktiven Kohlenstoffreservoire an der Erdoberfläche, und beinhaltet eine ähnliche Menge an Kohlenstoff wie die gesamte Atmosphäre. DOC wird mikrobiell abgebaut und ist durch Gasaustausch an der Ozeanoberfläche direkt mit dem atmosphärischen CO2 verbunden. Diese enge Verbindung birgt hohes Potential für biologische Rückkopplungen in einem sich ändernden Klima. Biogeochemische Modellierung hilft, Zukunftsszenarien zu berechnen und auszuwerten, benötigt dazu aber ein mechanistisches Verständnis der biogeochemischen Stoffkreisläufe. Wissenschaftler haben in einem Appell gerade davor gewarnt, die Rolle der Mikroorganismen zu vernachlässigen, da dies die Fähigkeit der Modelle beeinträchtigt, verwertbare Aussagen zu Zukunftsszenarien zu treffen. Aktuelle Kohlenstoffkreislaufmodelle berücksichtigen normalerweise die komplexen mikrobiellen Interaktionen mit DOC nicht, was problematisch ist, da das ozeanische DOC Reservoir groß, aktiv und in direktem Zusammenhang mit dem globalen Klimasystem ist. Momentan wird DOC hauptsächlich durch vorher definierte Reaktivitätsklassen innerhalb des Kohlenstoffpools modelliert. Obwohl dieser Ansatz heutige DOC-Konzentrationen im Ozean simulieren kann, fehlt die Flexibilität, ändernde Umweltbedingungen angemessen zu berücksichtigen. Das hier beantragte Projekt hat deshalb zum Ziel, diejenigen mikrobiellen Eigenschaften zu identifizieren, die notwendig sind, um das räumliche und zeitliche Muster von DOC Konzentrationen mit einem biogeochemischen Modell zu reproduzieren. Dazu wird ein Ansatz gewählt, indem sich mikrobielle Diversität im Modell an variierende Umweltbedingungen selbst anpasst, ein sogenannter „self-assembling approach“. Dieser soll hier zum ersten Mal auf heterotrophe (=DOC abbauende) mikrobielle Diversität angewendet werden. Konkrete Ziele beinhalten 1) theoretische Zusammenhänge von DOC und den Wechselwirkungen von Phytoplankton und heterotrophen Mikroorganismen in einer Fallstudie abzuleiten, 2) zu testen, ob bestimmte mikrobielle Eigenschaften und trade-offs die globalen DOC Konzentrationen in der Mischungsschicht im Ozean abbilden und 3) die Identifikation und Quantifizierung von DOC Quellen im Tiefenozean zusätzlich zu Partikeldissoziierung, die empirische Studien nahelegen. Um diese Ziele zu realisieren, beantrage ich hier ein Stipendium für 12 Monate Aufenthalt in Prof. Mick Follows Arbeitsgruppe am Massachusetts Institute of Technology, um mein zuvor entwickeltes DOC Modell an das dortige Darwin Modell zu koppeln, um den dort entwickelten Ansatz des „self-assemblings“ auf die DOC abbauende Gemeinschaft anzuwenden. Der Mehrwert liegt dabei in der Generierung eines verbesserten Verständnisses der natürlichen Speicherung von marinem DOC auf globaler Ebene, sowie in der verbesserten Darstellung des marinen DOC Reservoirs in einem marinen Kohlenstoffmodell.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Michael Follows, Ph.D.