Diversity and role of aerobic heterotrophic bacteria in the cycling of autochthonous and allochthonous organic carbon in marine microbial mats
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Vorhaben ist eine Grundlagenstudie der Spezieszusammensetzung, Aktivität und Physiologie der wichtigsten aeroben chemotrophen Mikroorganismen in marinen Mikrobenmatten. Aerobe Chemotrophe sind die Hauptverantwortlichen für die Aufrechterhaltung des Kohlenstoffkreislaufs im Inneren von Mikrobenmatten. Dennoch wurde an dieser Mikroorganismengruppe, deren Abbauleistungen weitgehend unbekannt sind, bisher wenig Forschungsarbeit geleistet, weil sich das Hauptaugenmerk früherer Untersuchungen vor allem auf die Photosyntheseleistungen der Cyanobakterien konzentrierte. Für das Vorhaben wurden ölverschmutzte und unkontaminierte Matten von der Küste des Arabischen Golfs in Saudi-Arabien und den Vereinigten Arabischen Emiraten ausgewählt. Diese Matten sind reichhaltige und einzigartige Untersuchungsobjekte, weil sie (a) wie in jeder anderen Matte Organismen enthalten müssen, die die organischen Ausscheidungsprodukte und Rückstände der übrigen Mattenbewohner abbauen können müssen, (b) in den ölkontaminierten Matten zusätzlich die Ölkomponenten abbauen können müssen, die von erheblicher Umweltrelevanz sind, und (c) unter Bedingungen leben müssen, die saisonal zu extrem hohen Temperaturen und Salzgehalten führen, und deshalb vermutlich bisher unbekannte extremotolerante Degradierer beherbergen. Die Kenntnis dieser ungewöhnlichen Organismen mag auf längere Sicht zu der Entwicklung von an die speziellen Umweltbedingungen angepassten Bioremediationsstrategien beitragen. Die Untersuchungen in dem Vorhaben umfassten unter anderem die Messung der chemischen Mikrozonierung, die Analyse der umgesetzten Substrate und ihrer Metabolite, molekulare Analysen der Organismenvergesellschaftungen, die Isolierung von Bakterienstämmen und ihre physiologische Charakterisierung. Die mikrobiologischen und Biomarkeranalysen lieferten konkrete Hinweise auf halo- und thermotolerante Populationen mit einer ausgeprägten Zonierung innerhalb der Matte. Die molekulare Zusammensetzung der wichtigsten Membranlipide der Cyanobakterien in den Oberflächenschichten der Matten wies auf die Anpassung der Mikroorganismen an den lokalen Umweltstress hin. In den höher gelegenen Matten des Tidenraums war der Gehalt an ungesättigten Fettsäuren erhöht, und auch das cis/trans-Isomerenverhältnis der cyanobakterienspezifischen Fettsäuren war erhöht. Die Konzentrationen von Chlorophyll a zeigte, dass die höher gelegenen Matten weniger Cyanobakterien enthielten als die Matten im tiefer gelegenen Tidenraum. Die Scytonemin-Konzentrationen korrelierten mit der Intensität der Sonneneinstrahlung, dem Salzgehalt und dem Ausmaß an Austrocknung der Matten. Die Matten enthielten eine Vielzahl von Cyanobakterienspezies, unter denen Morphotypen von Microcoleus chthonoplastes und Lyngbya aestuarii dominierten. Die Topographie der Küste und die Unterschiede in den extremen Umweltbedingungen bestimmten die Verbreitung der unterschiedlichen Mattentypen und das Vorkommen bestimmter Mikroorganismen. Die meisten der 16S-rRNA-Gensequenzen der erhaltenen Klone und Isolate standen den Gammaproteobacterien und Alphaproteobacterien, Bacteriodetes und Chloroflexus physiologisch nahe. Die Substratspektren repräsentativer Stämme zeigten die Fähigkeit aller aerober heterotropher Bakterien zum Abbau von Metabolismusprodukten der Cyanobakterien und der Fermentierer. Die ungewöhnlichen Umweltbedingungen für die Matten vor Ort begünstigten jedoch offensichtlich flexible Stämme, die sowohl auf den Exsudaten der Cyanobakterien als auch auf Kohlenwasserstoffen wachsen konnten. Es wurde deshalb deutlich, dass die aeroben Bakterien in Cyanobakterienmatten eine sehr vielfältige Gemeinschaft bilden, die in der tat eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf des Matteninneren spielen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2006) Bacterial diversity of a cyanobacterial mat degrading petroleum compounds at elevated salinities and temperatures. FEMS Microbiology Ecolog. 57, 290-301
Abed, R.M.M., Al-Thukair, A., de Beer, D.
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(2006) Effect of temperature on photosynthesis, light respiration and sulfide production in an extremely hypersaline cyanobacterial mat. Aquatic Microbial Ecology 44, 21-30
Abed, R.M.M., Polerecky, L., Al Najjar, M., de Beer, D.
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(2007) Effect of salinity changes on the bacterial diversity, photosynthesis and oxygen consumption of cyanobacterial mats from an intertidal flat of the Arabian Gulf. Environmental Microbiology 9, 1384-1392
Abed, R.M.M., Kohls, K., de Beer, D.
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(2007) Microbial community of cyanobacterial mats in the intertidal zone of oil polluted coast of Saudi Arabia. Marine Pollution Bulletin 54, 173-179
Al-Thukair, A., Abed, R.M.M., Mohammed, L.
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(2007) Phylogenetic diversity and function of aerobic heterotrophic bacteria from a hypersaline oil-polluted microbial mat. Systematic and Applied Microbiology 30, 319-330
Abed, R.M.M., Burhanuddin Zein, Al-Thukair, A., de Beer, D.
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(2008) Lipid biomarkers, pigments and cyanobacterial diversity of microbial mats across intertidal flats of the arid coast of the Arabian Gulf (Abu Dhabi, UAE). FEMS Microbiology Ecology 65, 449-462
Abed, R.M.M., Kohls, K., Schoon, R., Scherf, A.-K., Schacht, M., Palinska, K., Al-Hassani, H., Hamza, W., Rullkötter, J., Golubic, S.
