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Projekt
MICROHEAT: Wärmedissipation und Stoffumsatz im Verlauf der mikrobiellen Sukzession unter eingeschränkter Substrat- und Sauerstoffverfügbarkeit
Antragstellerinnen / Antragsteller
Privatdozentin Dr. Evgenia Blagodatskaya; Dr. Thomas Reitz; Dr. Steffen Schlüter
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465122443
Die derzeitige Herausforderung, die Sequestrierung von Bodenkohlenstoff (C) zu erhöhen, erfordert ein Verständnis der Prozesse, die bei der mikrobiellen Zersetzung verschiedener organischer Verbindungen ablaufen, welche als Substrat zur Gewinnung von C, Energie und Nährstoffen für den mikrobiellen Metabolismus dienen. Ein starker Wettbewerb zwischen mikrobiellen Gruppen um verfügbare organische Stoffe im Boden führt zu einer Ausdifferenzierung in einen schnellen, aber weniger effizienten oder einem langsamen, aber effizienteren Metabolismus des Substrats. Diese Ausdifferenzierung ist von grundlegender ökologischer Relevanz, und ihre Folgen sind von großer Bedeutung für die C-Speicherung im Boden sowie die C-Verluste in die Atmosphäre. Das vorgeschlagene Projekt Microheat geht davon aus, dass die Umwandlung organischer Substrate im Boden im Verlauf einer mehrstufigen mikrobiellen Sukzession durch die Abfolge von Zersetzungsstufen erfolgt. Die Dauer, die Amplitude und die dominierenden Taxa jeder Sukzessionsstufe sowie die Effizienz der Kohlenstoffverwertung sind von der Substratqualität und -menge abhängig und werden durch unterschiedliche Sauerstoffverfügbarkeit in den verschiedenen Bodenmikrohabitaten gesteuert, was in Abhängigkeit von den lokalen Sauerstoffkonzentrationen zum gleichzeitigen Auftreten aerober und anaerober Zersetzung führt. Die methodische Neuheit von Microheat besteht daher in der Abschätzung des anaeroben Bodenvolumenanteils durch Röntgen-CT um die Einschränkung der C- und Energienutzungseffizienz (CUE,EUE) abzuschätzen. Die Besonderheit des Microheat Projekts liegt in ihrer konzeptionellen Sichtweise, die Materie- (CO2) und Energieverluste (Wärmedissipation) mit mikrobiellem Wachstum und mit dem Bereich der enzymvermittelten Reaktionen in Verbindung mit verschiedenen Stadien der Substratzersetzung zu verbinden. Microheat zielt darauf ab, eine Effizienz des mikrobiellen Metabolismus mit Wärme- und C-Verlusten im Verlauf der mikrobiellen Sukzession während der Zersetzung organischer Verbindungen im Boden in Beziehung zu setzen. Dies soll durch eine Kombination von kinetischen Ansätzen erreicht werden um Stoff- und Energieverluste in Beziehung zu setzen mit 1)Veränderungen der dominierenden mikrobiellen Populationen im Boden, 2)mikrobielle funktionelle Merkmale und 3)Umsatzraten der Kohlenstoffquelle. Microheat testet die Anwendbarkeit spezifischer Wärmeverluste als Indikator der thermodynamischen Effizienz des Mikrobioms im Boden. Infolgedessen wird eine variable CUE als Funktion unabhängig gemessener mikrobieller Merkmale zur Implementierung in Kohlenstoffmodelle vorgeschlagen, die den sich dynamisch ändernden Anteil des anaeroben Bodenvolumens berücksichtigen. Microheat wird einen vielversprechenden Beitrag zur Aufklärung der Regulationsmechanismen des Energie- und Stoffumsatzstoffwechsels leisten, der auf dem mikrobiellen Kompromis zwischen Geschwindigkeit und Effizienz des Abbaus organischer Verbindungen im Boden basiert.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
