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.

Mikrobielle Lebensgemeinschaften in der Tiefsee sind riesig und beeinflussen den globalen Kohlenstoffkreislauf. Die Stoffwechselleistungen dieser Gemeinschaften sind aber wenig verstanden, da die meisten Mikroorganismen nicht im Labor kultiviert oder mit klassischen mikrobiologischen Methoden charakterisiert werden können. In einem internationalen Forschungskonsortium wurde die Kapazität der Mikroorganismen in Bezug auf Kohlenstofffixierung und - konsummation charakterisiert. Insbesondere wurde in diesem Subprojekt das genomische Potenzial von Archaea analysiert, welche weitverbreitet in der Tiefsee sind und dort auch in großen Zahlen vorkommen, um ihre Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf besser zu verstehen. Sowohl Gene für Kohlenstofffixierung als auch Kohlenstoffkonsummation wurden für verschiedene Abstammungslinien von Archaea gefunden. Komplette Genomsequenzen von einer Hauptlinie der Kohlenstoffkonsumenten wurden aus den Umweltdatensätzen zusammengesetzt und erbrachten detaillierte Informationen über die metabolischen Kapazitäten der entsprechenden Organismen. Weiters zeigten vergleichende Genomstudien der Kohlenstofffixierenden Gruppen das enorme metabolische Potenzial dieser Organismen auf. Die großen hier erzeugten genomischen Datensätze dienen nun als Basis für experimentelle Expressionsanalysen. Die Ergebnisse und Ressourcen liefern einen wichtigen Beitrag für weitere Erforschungen der Mikroorganismen und damit für das Verständnis des Kohlenstoffbudgets in der Tiefsee.