MOCA_Microbial Oceanography of ChemolithoAutotrophic planktonic Communities

Durch Simulationsmodelle wird vorhergesagt, dass der Sauerstoffgehalt der Ozeane bis zum Ende des Jahrhunderts aufgrund erhöhter Stratifikation des Oberflächenwassers und der globalen Temperaturerhöhung um 25% absinken wird. Dieser Sauerstoffverlust wird unausweichlich zu einer Vergrößerung der hypoxischen und anoxischen Zonen im Meer führen mit entsprechenden Konsequenzen für die Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe. In diesem Antrag studieren wir die funktionelle Diversität von chemolithoautotrophen prokaryotischen Gemeinschaften in zwei kontrastierenden Gewässern, einerseits in der Tiefsee des Nord-Atlantiks entlang eines latitudinalen Gradienten, andererseits rund um die Redoxkline in der zentralen Ostsee. In beiden Gewässern wurden zuvor hochaktive chemolithoautotrophe Gemeinschaften nachgewiesen mit Dunkel-Kohlenstofffixierungsraten die denen der phototrophen Produzenten in Oberflächengewässern vergleichbar sind. Besonderer Fokus wird auf die funktionelle Diversität von Prokaryoten in den Kohlenstoff und Stickstoffkreisläufen beider Systeme gelegt, weiters auf den Schwefelkreislauf in der zentralen Ostsee. In dem individuellen Teilprojekt werden Techniken der Metagenomik und Metatranskriptomic verwendet und Aktiväten und genomisches Potential der abundantesten und aktivsten Gruppen von mesp- und bathypelagischen Archaea des Nordatlantik und der Ostsee studiert. Diese stellen einen großen Anteil der Mikroorganismen in diesen Wassertiefen dar. Zusätzlich werden die großen meta- transkriptomischen und meta-genomischen Ressourcen für die anderen Teilprojekte im Konsortium zur Verfügung gestellt, um weitere bakterielle Gruppen studieren zu können. Besonderer Fokus wird in diesem Teilprojekt auf die ökophysiologische Charakterisierung Ammoniak oxidierender Archaea gelegt, deren Genvariabilität und transkriptionelle Aktivität in Abhängigkeit von biogeochemischen Daten studiert werden um ihre Anpassungsfähigkeiten besser zu verstehen.

Die konventionelle Sichtweise der Lebensgemeinschaften der Wassersäule der Tiefsee ist, dass diese von absinkenden organischen Partikeln leben, die in den sonnendurchfluteten Oberflächengewässer von pflanzlichem Plankton produziert werden. Den weitaus größten Anteil der Konsumation an organischem Material in der Tiefsee stellen Mikroorganismen. Spezielle Mikroorganismen sind allerdings auch in der Lage autotroph zu leben, ähnlich den Pflanzen, allerdings verwenden sie im Gegensatz zu den Pflanzen nicht Licht als Energiequelle sondern anorganische reduzierte Substanzen, um Kohlendioxid zu fixieren und somit Biomasse aufzubauen. Die Menge an autotropher mikrobieller Biomasse-Produktion in der Tiefsee war weitgehend unbekannt. Im Rahmen eines internationalen Forschungsverbundes wurde die Konsumation von organischem Material mit der Biomassesproduktion autotropher Mikroorganismen verglichen und die Zusammensetzung dieser chemolithoautotrophen Mikrobengemeinschaften untersucht. Es zeigte sich, dass die chemolithoautrophe Mikrobenproduktion etwa gleich hoch ist wie jene der heterotrophen Mikroben. Diese chemolithoautotrophe Produktion stellt potentiell eine zusätzliche organische Energiequelle für die heterotrophe Tiefseegemeinschaft dar, die bisher in den Kohlenstoffmodellen nicht berücksichtigt wurde. Somit lieferte diese Studie einen wesentlichen Beitrag zur Klärung der Frage des Kohlenstoffbudgets der Tiefsee.