Wie mit der Nahrung aufgenommene Mikroorganismen die Treibhausgas Emissionen und Eisentransformationen von Regenwürmern stimulieren

• Antragsteller: Professor Dr. Harold L. Drake
• Fachliche Zuordnung: Bodenwissenschaften ; Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 53162670

Regenwürmer sind ein bedeutender Teil der Bodenmakrofauna. Sie sind wichtig für die Struktur und Fruchtbarkeit von Böden, emittieren das Treibhausgas Distickstoffmonoxid, und beeinflussen bzw. erhöhen die Distickstoffmonoxid Emissionen der Böden, die sie bewohnen. Die in situ Bedingungen im Verdauungstrakt, insbesondere Anoxia und die hohen Konzentrationen an hochwertigem organischen Kohlenstoff, stimulieren mit der Nahrung aufgenommene Bodenanaerobier (z. B. Distickstoffmonoxid freisetzende Denitrifikanten). Ergebnisse der vorangegangenen Forschungsperiode zeigten, dass (a) die Fähigkeit, Distickstoffmonoxid zu emittieren variabel, aber doch weit verbreitet unter Regenwürmern diverser Ökotypen und in weltweit vorkommenden Regenwurmfamilien/arten ist, (b) Anoxia im Darm Gärungen und Methanogenese stimuliert, die zur in vivo Emission von molekularem Wasserstoff und dem Treibhausgas Methan durch bestimmte tropische Regenwürmer führen, und (c) Bodenbuertiges Eisen wahrscheinlich mikrobiell vermittelte Redoxprozesse während der Darmpassage durchläuft. Die vielfältigen anaerobe Prozesse, die durch mit der Nahrung aufgenommene Mikroorganismen ermöglicht werden, konkurrieren also um verfügbare Elektronendonatoren während der Darmpassage und bestimmen die Gase, die von Regenwürmern emittiert werden. Weiterhin werden dadurch die Produkte bestimmt, die über die Losung abgegeben werden und die Bodenchemie beeinflussen. Dieser neue Antrag möchte die mikrobiellen Transformationen von Kohlenstoff, Stickstoff und Eisen während der Passage des Bodens durch den anoxischen Regenwurmdarm und die Prozesse, die zum Elementkreislauf in terrestrischen Oekosystemen beitragen aufklären. Die Ziele sind hauptsächlich auf tropische Regenwürmer in Brasilien ausgerichtet und sind im Einzelnen: (a) Schlüsselparameter zu identifizieren, die die Variabilität der Distickstoffmonoxidemissionen durch Regenwürmer erklären, (b) die Bedeutung und die Ursachen der Methanemissionen durch Regenwürmern zu untersuchen, (c) Wasserstoffemissionen, Darmgärungsprofile und assoziierte Darmmikrobiota aufzuklären, und (d) Eisen-abhängige Redoxprozesse und assoziierte Mikroorganismen entlang des Darmkanales zu analysieren. Diese Ziele werden mit Hilfe der Messung von Distickstoffmonoxid-, Wasserstoff-, und Methanbildungspotenzialen zusammen mit Strukturgen und -transkriptanalysen über Amplikonpyrosequenzierung, quantitativer PCR, Pyrosequenzierung basierter stabile Isotopenbeprobung, und Reporterstammanalysen adressiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Marcus A. Horn; Professorin Dr. Kirsten Küsel