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Projekt
Stoffwechselraten: Von heterotrophen zu autotrophen Prozessen
Antragsteller
Dr. Moritz Holtappels; Professor Dr. Martin Könneke
Fachliche Zuordnung
Physik, Chemie und Biologie des Meeres
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431491505
Hochenergiestrände bilden eine dynamische Land-Meer-Übergangszone, in deren Untergrund die Veränderung und das Vermischen von terrestrischem Grundwasser und Meerwasser stattfindet. In diesem Bioreaktor treffen unterschiedliche Redox- und Salzbedingungen zusammen. Dies formt einzigartige Nischen für Mikroorganismen, die sich an stetig ändernde Bedingungen anpassen müssen. In der ersten Projekt-Phase konnte gezeigt werden, dass die Abbauraten organischer Materie (OM) stark vom saisonalen OM Eintrag abhängig ist und hohe Raten lediglich in den oberen Dezimeter des Sediments zu finden sind. Weiterhin kommt es zu einer hohen saisonalen Eindringtiefe von Sauerstoff, die auf eine OM Limitierung hindeutet und zu Re-Oxidationsprozessen in tiefen Schichten führt. Relativ hohe CO2-Fixierungsraten und hohe Abundanzen von chemolithoautotrophen Mikroorganismen deuten auf eine wichtige Rolle von dunkler Primärproduktion am C-Kreislauf hin. Das Projekt P2 gliedert sich in drei Arbeitsbereiche (WPs), in denen der biogeochemischen C-Kreislauf in Spiekeroog und den Vergleichs-Standorten untersucht wird. Im WP1 werden die Faktoren und Effekte der OM-Limitierung erforscht, sowie deren Einfluss auf die tiefen Schichten des Strand Reaktors. Wir werden den POM Transport vom flachen Küstenbereich bis zur Brandungszone verfolgen, und in den Strandsedimenten experimentell die Reaktionsraten bei zunehmender OM-Limitierung bestimmen. Um die OM-Quelle in der Tiefe zu untersuchen, werden 14C-Analysen an diversen OM-Pools und Lipidbiomarkern durchgeführt. Dazu postulieren wir, dass frisches OM durch Chemosynthese auch im Sediment gebildet wird und als Energie- und C-Quelle organoheterotropher Mikroorganismen dient. Daher wollen wir in WP2 verschiedene chemolithotrophe Prozesse mit Hilfe von Inkubationsexperimenten untersuchen. Durch die Zugabe von 13C-Bicarbonat werden potentielle Raten der autotrophe C-Assimilation verfolgt und durch DNA- bzw. RNA-SIP (stable-isotopic probing) die jeweiligen autotrophen Mikroorganismen identifiziert. Exemplarisch soll die Ökophysiologie von Ammoniak-oxidierenden Archaeen durch metagenomische Studien, funktionelle Markergen-Analysen und selektive Kultivierungsansätze in Kooperation mit den Projekten P4 und P5 erforscht werden. In WP3 werden, in enger Absprache mit P6 und P7, die Transferierbarkeit unserer Erkenntnisse über den C-Kreislauf mit Hilfe von neuentwickelten empirischen Modellen überprüft. Dementsprechend soll an den Validierungs-Standorten getestet werden, ob der extrapolierte C-Umsatz mit Hilfe von ausgewählten Parametern (descriptors) generalisiert werden kann und ein Extrapolieren auf regionale und globale Skalen möglich ist. In seiner Gesamtheit wird P2 durch die Quantifizierung von Stoffflüssen und metabolischen Raten als auch durch die Entschlüsselung von mikrobiellen Prozessen unsere Kenntnisse über den C-Kreislauf und die Energieflüsse von Hochenergiestränden erweitern und zur Verbesserung von Umweltmodellen beitragen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Mitverantwortlich(e)
Professorin Dr. Gesine Mollenhauer
