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Projekt
Das Substrat beeinflusst die mikrobiell gesteuerte Verteilung von Energie und Materie zwischen funktionellen organischen Kohlenstoffpools im Boden - Driver Pool
Antragstellerinnen / Antragsteller
Privatdozent Dr. Thomas Maskow; Professorin Dr. Gabriele Schaumann; Professor Dr. Sören Thiele-Bruhn
Fachliche Zuordnung
Bodenwissenschaften
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465122757
Die mikrobielle Transformation organischen Materials (OM) ist notwendig für die Sequestrierung organischer Bodensubstanz. Mikroorganismen metabolisieren die OM enzymatisch, wandeln sie in ihre Biomasse um oder veratmen sie als Energiequelle. Der resultierende Energie- und Stofffluss wird durch kontinuierliches mikrobielles Recycling moduliert. Die Kohlenstoffnutzungseffizienz (CUE) der Transformationsprozesse hängt von den Eigenschaften der Substrate (Qualität der bereitgestellten Energie), vom mikrobiellen Metabolismus, der Konnektivität innerhalb des Mikrobioms und von Umweltfaktoren ab. Um diesen komplexen, kombinierten Umsatz von Materie und Energie zu modellieren, ist eine generellere Konzeption erforderlich. Dies erfordert einen thermodynamischen Ansatz, der Prozesse und Wechselwirkungen auf der Ebene des OC-Umsatzes und der Verteilung zwischen funktionellen Pools im Boden beschreibt. Zusätzlich muss die Prozesskinetik (Raten) berücksichtigt werden, da das Prozessoptimum in der Mittelung von Effizienz und Rate liegt.Das übergeordnete Ziel des Projekts Driver Pool ist es, das Zusammenspiel zwischen Energieflüssen, thermodynamischen Gleichgewichten und Substratabbauwegen zu verstehen, das durch Veränderungen in der mikrobiellen Abundanz, strukturellen Diversität und Funktionen moduliert wird. Welches sind die wichtigsten thermodynamischen Triebkräfte, die die OC-Transformation und Verteilung auf funktionelle Pools im Boden steuern? Die Annahme ist, dass der OM-Umsatz durch ein Energiefluss-gesteuertes Zusammenspiel zwischen drei Prozesstypen angetrieben wird, die sich in ihrer Geschwindigkeit, Energiebilanz und Tendenz zur Abgabe, Speicherung oder Akkumulation von Gibbs-Energie unterscheiden. Darüber hinaus kann OC aus Substraten auf verschiedene funktionelle Pools im Boden verteilt werden, die energetisch unterschieden werden können in "Enthalpie-Speicherpools", die geordnete Strukturen wie Biomasse enthalten, und Entropie-Speicherpools" die z.B. supramolekulare OM und Nekromasse umfassen.Das Projekt ist Teil der Gruppe koordinierter ‚Core-Projects‘. Es werden fünf Inkubationsexperimente durchgeführt, die den drei PIs zugeordnete Arbeitspakete überspannen. Der Umsatz von sieben Substraten, v.a. mit definierten molekularen und thermodynamischen Eigenschaften, die dem Boden zugesetzt werden, wird untersucht. Ziel ist (i) ein vollständiges Gleichgewicht von Energie und Materie für den mikrobiellen Umsatz, (ii) die Kinetik mikrobiell angetriebener Prozesse und (iii) die Verteilung von Substraten zwischen funktionellen Pools zu bestimmen, um (iv) herauszufinden, welche Substrateigenschaften die Energie- und Materieflüsse in die Pools lenken, was zu substratspezifischen CUE, EUE und Wärmeflüssen führt. Schließlich wird (v) ein bilanzbasiertes thermokinetisches Modell entwickelt, das die kombinierten Daten von WP 1-3 integriert. Dieses Modell basiert auf dem Gesetz von Hess, das den Zusammenhang zwischen Material- und Energieflüssen darstellt.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
