Mikrobielle Diversität im Eis eines Hochgebirgssees

Forschungsprojekt P 14201Mikrobielle Diversität im Eis eines HochgebirgsseesRoland PSENNER 24.01.2000 Die Winterdecke von Hochgebirgsseen wurde neuerdings (Felip et al., 1995) als hochproduktives Habitat für mikrobielle Eisgemeinschaften entdeckt und beschrieben. Lake ice microbial communities - kurz LIMCOs genannt - siedeln sich während der Zeit der Eisbedeckung (in den Alpen bis zu 8 Monaten) in den alternierenden Matschschichten der Eisdecke an und unterscheiden sich grundlegend von der mikrobiellen Lebewelt des Pelagials. Aus vorhergehenden Untersuchungen (P11685-MOB) konnte bisher das Habitat mit seiner physikochemischen Umgebung und einiger physiologischen Eigenschaften dieser Gesellschaften beschrieben werden. Dieses Projekt soll die Frage nach den Mechanismen, Quellen (Seewasser, Schmelzwasser und Atmosphäre) und deren Anteil an der mikrobiellen Besiedelung von Eis und Schnee klären. In weiterer Folge ist geplant, die mikrobielle Diversität von LIMCOs über ihre zeitliche und räumliche Verteilung mittels molekularbiologischer Methoden wie DNA-Isolierung, Klonierung und Sequenzierung und Kultivierungsmethoden festzustellen. Aus Voruntersuchungen besteht die Annahme, daß sich unter den LIMCOs auch Psychrophile befinden. Diese sollen aus der Population isoliert, kultiviert und auf ihre Temperaturoptima ausgetestet werden. Mittels in-situ Hybridisierung werden jene kälteliebende Bakterien über eine Saison über spezifische Oligonukleotidsonden in Eis und Schnee verfolgt. LIMCOs zeugen nicht nur von ökologischem Interesse, wenn man die ausgedehnte Fläche der Schneebedeckung in Hochgebirgsregionen betrachtet, sondern auch in Bezug auf biotechnologische Anwendungen bei niederen Temperaturen. Mikrobielle Eisgemeinschaften erweitern auch das Verständnis zu Leben am Gefrierpunkt bzw. sind sie sensible Indikatoren für Veränderungen der Umwelt. Das Projekt erfolgt in Kooperation mit zwei Max-Planck-Instituten (Deutschland), welche ihre volle Unterstützung seitens Ausrüstung und know-how angeboten haben.

Das Ziel des Projektes P14201-BIO war es, die Kolonisationsmechanismen einer Winterdecke eines alpinen Hochgebirgssees zu untersuchen. Hochgebirgsseen besitzen saisonale Eisdecken, welche bis zu 8 Monate im Jahr biologische und physikalische Prozesse einschneidend verändern. 1995 erfolgte der erste Nachweis, dass diese Eisdecken (bis zu 2,5m dick) jedoch nicht nur physikalische Barrieren gegen windgeneriertes Mischen der Wassersäule ist, sondern vor allem ein hochaktives mikrobielles Habitat. Die Winterdecke ist schichtweise aus verschiedene Eistypen und Matsch aufgebaut, welche ein Ökosystem beherbergen. Zu Teil können diese mikrobiellen Eisgemeinschaften sogar weitaus aktiver sein als jene in der wärmeren Wassersäule darunter. Dieses eisige Ökosystem ist über den gesamten Winter auf etwa 0C temperiert und ist ein Ort hoher Kohlenstoffproduktion. Im Sommer, wenn die Winterdecke zu schmelzen beginnt, wird der gesamte produzierte Kohlenstoff, sofern er nicht selbst aufgebraucht wurde, in das Pelagial entlassen und kann während der Schneeschmelze die bakterielle Produktion und den gesamten Metabolismus ankurbeln. Aus den Projektergebnissen geht hervor, dass die Winterdecke vor allem durch 3 Mechanismen besiedelt wird: Zum einen geraten die Mikroorganismen von der Wassersäule während der Eisbildung in das Eis. Ein weiterer Effekt ist die atmosphärische Deposition, welche vor allem bei Föhnlagen eine größere Rolle spielt, sodass Keime aus den Tallagen in Bergregionen verblasen werden können. Eine dritte bisher bestätigte Quelle ist das Eintreten von Schmelzwasser aus den umliegenden Hängen während der Schneeschmelze. Phylogenetisch gesehen haben wir hier völlig verschiedene Taxa anzusprechen, was wiederum die verschiedenen Herkunftsquellen bestätigt. Die Entwicklung von Methoden bezüglich Taxaerstellung ist in oligotrophen Habitaten mehr als schwierig, sind jedoch wichtiger Grundstein für weitere Untersuchungen in Alpen- bzw. Polargebieten. Aus den Ergebnissen des Projektes, welche auf einigen Kongressen und zahlreichen eingeladenen Vorträgen präsentiert werden konnten, ergab sich eine sehr fruchtbare Kooperation mit einer amerikanischen privaten wissenschaftlichen Organisation )Planetary Studies Foundation), welche ab 2003 hier in Innsbruck ein Zentrum für Polarforschung etablieren wird. Damit ist nicht nur Innsbruck als Alpenstadt bestätigt, sondern auch die Sinnhaftigkeit, alpine Forschung mit polaren Fragestellungen zu verknüpfen, da beides Regionen sind, welche noch als Indikatoren fungieren könnten, da sie noch am wenigsten anthropogen beeinträchtigt sind.