BioMetArchive -Metagenomik der tiefen Biosphäre des eisenreichen Towuti-Sees, Indonesien, entlang einer 1 Ma Chronosequenz.

• Antragsteller: Dr. Aurèle Vuillemin
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497135959

Der Towuti See auf Sulawesi, Indonesien ist ein stratifiziertes eisenreiches System, dessen tiefes Becken wechselnde Redoxbedingungen mit variablen Eisenoxidzuflüssen erfährt. Im Sommer 2015 erbohrte das ICDP Towuti Drilling Project Sedimentkerne, die ein Archiv über die Klima- und Ablagerungsgeschichte der letzten 1 Ma beinhalten. Während des späten Quartärs wechselten Nass- und Trockenperioden im See ab was zu unterschiedlichen trophischen und Redox Bedingungen führte. Das Projekt BioMetArchive wird untersuchen, welche Auswirkungen sedimentologische und geochemische Bedingungen zum Zeitpunkt der Ablagerung auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft haben und diese durch die 1-Ma-Chronosequenz verfolgen. Wir werden den Towuti-See als modernes Analogon eisenreiche Systemen der frühen Erde nutzen um weitere Einblicke in die mikrobiellen Prozesse zu gewinnen. Die beiden Haupthypothesen des Projekts sind: (1) Mikrobielle Gemeinschaften spiegeln die lakustrinen Bedingungen zum Zeitpunkt der Ablagerung wieder, diese werden teilweise in sedimentärer DNA aufgezeichnet; (2) Umweltbedingungen in der Tiefe erzeugen einen Selektionsdruck hin zu spezifischen Stoffwechselprozessen, die es den Organismen der tiefen Biosphäre ermöglicht zu überleben. Diese Prozesse ähneln denen der eisenreisen Systeme der frühen Erde. Dank der jüngsten Fortschritte in der Metagenomik kann sedimentäre DNA nun verwendet werden, um mikrobielle Populationen in Bezug auf Häufigkeit, Diversität und Stoffwechselfunktionen zu charakterisieren. Das Projekt BioMetArchive wird Sedimentproben verwenden, die während der Bohrung im Jahr 2015 in hoher zeitlicher Auflösung genommen und seitdem bei -80°C tiefgefroren gelagert wurden. Kürzlich erfolgte Tests haben die Eignung dieses Materials für unsere geplanten Analysen bewiesen. Wir werden die phylogenetische Verteilung von Mikroorganismen ermitteln und genomische Daten mit bereits vorhandenen Umwelt- und geochemischen Datensätzen integrieren, um Parameter zu identifizieren, die die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft im Laufe der Zeit steuern. Durch Metagenomik werden wir identifizieren, welche mikrobiellen Taxa und metabolischen Merkmale an der Eisenreduktion und der Remineralisierung organischen Materials beteiligt sind. Außerdem werden wir Stoffwechselwege rekonstruieren, die effiziente Redox Reaktionen und die Remineralisierung organischen Materials in eisenhaltigen Sedimenten ermöglichen. Die eisenreichen Bedingungen im Sediment selektieren überwiegend für fermentative Bathyarchaeota. Metabolische Merkmale, die diesem völlig unkultivierten Stamm zugeordnet werden, deuten auf Eisen- und Schwefelmetabolismus sowie Methanogenese hin, was auf kryptische biogeochemische Zyklen schließen lässt. Die tiefe Biosphäre des eisenhaltigen Towuti-Sees stellt dabei ein modernes Äquivalent zu den Stoffwechselprozessen auf der frühen Erde dar.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm (ICDP)
• Mitverantwortlich: Dr. Jens Kallmeyer