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Forschungsgruppe Biogeochemie

Herzlichen Glückwunsch an Nadine Lehnen und Alexander Khachikyan, die erfolgreich ihre Doktorarbeit verteidigt haben (13.3.2020).

Herzlichen Glückwunsch an eine der Pionierinnen der Biogeochemie-Gruppe, unsere Technikerin Swant­je Li­li­en­thal.... Swantje ist bereits seit den Anfangstagen des MPIs (25-jahre) fester Bestandteil unseres starken TechnikerInnen Teams. Wir freuen uns auf viele weitere Jahre.

Carbon and Nutrient Cycles (c) Soeren Ahmerkamp

In der Bio­geo­che­mie er­for­schen wir mi­kro­bi­el­le und geo­che­mi­sche Pro­zes­se, die die Stoff­kreis­läu­fe bio­lo­gisch re­le­van­ter Ele­men­te im Meer steu­ern. Wir nut­zen geo­che­mi­sche, mi­kro­bi­el­le und mo­le­ku­lar­bio­lo­gi­sche Me­tho­den, so­wie Mo­del­lie­rung und Ein­zel­zell-Ana­ly­sen um her­aus­zu­fin­den, wie die­se Pro­zes­se durch ihre Um­ge­bung re­gu­liert wer­den und da­mit wie­der­um Ein­fluss auf glo­ba­le bio­geo­che­mi­sche Kreis­läu­fe neh­men. Un­ser Ziel ist es, grund­le­gen­de neue In­for­ma­tio­nen über die mi­kro­bi­ell ge­steu­er­ten Pro­zes­se im Meer zu lie­fern. Letzt­end­lich be­ein­flus­sen die­se Pro­zes­se die Che­mie und Bio­lo­gie des Mee­res, so­wie das Kli­ma. Die neu­en Er­geb­nis­se sind zen­tra­ler Be­stand­teil von Erdsystemmo­del­len, die mög­li­che Ver­än­de­run­gen durch mensch­li­che Ak­ti­vi­tät vor­her­sa­gen.

Neuigkeiten

Neu in Scientific Reports: Golfball ähnliche Sandkörner bieten eine ideale Struktur zur mikrobiellen Besiedlung

Sandige Sedimente bedecken mehr als 50% der Kontinentalschelfe und sind wie biokatalytischen Filter, die Kohlenstoff remineralisieren und Nährstoffe sehr effizient entfernen. Trotz des wachsenden Bewusstseins über die Bedeutung der sandigen Sedimente für den marinen Nährstoffkreislauf ist nur wenig über die Faktoren bekannt, die den Kohlenstoff- und Nährstoffumsatz steuern. In einer kürzlich erschienenen Publikation in Scientific Reports (Link) zeigen wir, dass die Oberfläche eines Sandkorns, die für die Besiedlung zur Verfügung steht, der Schlüssel zur Regulierung der Bakterienzellzahl und damit für die Regulierung von Umsatzraten ist. Überraschenderweise sind Sandkörner mit einer golfballartigen Struktur für die mikrobielle Besiedlung optimiert, indem sie Schutzstrukturen bieten, aber auch eine optimale Versorgung mit gelösten Stoffen sicherstellen.

11. November 2019

Neu in AEM: Chemolithoheterotrophie einer neuartigen Arcobacter-Art, die aus dem sulfidreichen Wasser vor Peru isoliert wurde

Denitrifizierende und mikroaerophile Bakteriengemeinschaften, die Sulfid zu elementarem Schwefel oxidieren, sind häufig in sulfidischen Sedimenten in Auftriebsgebieten wie Peru zu finden. In einem aktuellen Artikel in Applied and Environmental Microbiology[Callbeck et al., 2019, Arcobacter peruensis sp.nov., ein aus sulfid- und organikreichen Küstengewässern vor Peru isolierter Chemolithoheterotroph. https://aem.asm.org/content/early/2019/10/01/AEM.01344-19] hat ein ehemaliger Doktorand des MPI für Biogeochemie, Cameron Callbeck und Kollegen des MPI, der Radboud University, Nijmengen und GEOMAR Kiel eine neuartige Arcobacter-Art aus dem sulfid- und organikreichen Wasser des peruanischen Schelf isoliert. Das Isolat mit dem Namen Arcobacter peruensis war in der Lage, Sulfidoxidation und Nitratreduktion durchzuführen, ist aber im Gegensatz zu anderen sulfidoxidierenden Denitrifikatoren wie UThioglobus peridus (aus der SUP05-Klade) nicht in der Lage, autotrophe CO2-Fixierung durchzuführen. Stattdessen ist Arcobacter peruensis auf organische Substanz angewiesen, um auf Sulfid und Nitrat zu wachsen. Die günstigen Wachstumsraten dieses chemolithoheterotrophen Stoffwechsels könnten erklären, warum Arcobacter peruensis in den sulfidreichen Gewässern vor Peru schnell aufblühen kann.

Unser multidisziplinärer Ansatz beinhaltete umfangreiche Schiffsprobenahmen und Experimente während der Meteor M93-Expedition in den östlichen tropischen Südpazifik bei Peru. Weitere nanoSIMS-Bildgebungs- und Reinkulturansätze wurden eingesetzt, um die Ökophysiologie dieser Arcobacter-Arten zu klären. Der Artikel gibt Einblicke in die physiologische Flexibilität der Gattung Arcobacter und sulfidoxidierende, denitrifizierende mikrobielle Gemeinschaften innerhalb der ozeanischen Sauerstoffminimumzonen. Arcobacter peruensis kann eine wesentliche Rolle in dem vielfältigen Bakterienkonsortium spielen, das in der Lage ist, Denitrifikation und festen Stickstoffverlust mit Sulfidoxidation in eutrophen, sulfidischen Küstengewässern zu verbinden. Mit zunehmendem anthropogenem Druck auf die Küstenregionen, z.B. Eutrophierung und Desoxygenierung (D. Breitburg, et al., Science 359:eaam7240, 2018 DOI: 10.1126/science.aam7240), dürften sich Nischen, in denen sulfidoxidierende, denitrifizierende Heterotrophen wie A. peruensis gedeihen, ausbreiten.

3. Juni 2019

Schlüsselorganismen im marinen Stickstoffkreislauf können Cyanat und Harnstoff nutzen.

Die ammoniakoxidierende Archäen, oder Thaumarchaeota, gehören zu den am häufigsten vorkommenden marinen Mikroorganismen. Dennoch entdecken wir immer wieder neue Faktoren, die es ihnen ermöglichen, im Meer zu gedeihen: Eine neue Veröffentlichung zeigt, dass Thaumarchaeota im Meer einen vielseitigeren Stoffwechsel haben als bisher angenommen, so können sie Cyanat und Harnstoff als alternative Substrate verwenden. https://www.nature.com/articles/s41564-018-0316-2

24. Oktober 2018

N2O-Produktion aus küstennahen sandigen Sedimenten

In einer kürzlich (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/1462-2920.14385) veröffentlichten Studie beschreiben H. Marchant und Kollegen, wie die mikrobielle Aktivität in sandigen Sedimenten zu erheblichen Emissionen des starken Treibhausgases Lachgas (N2O) führen kann. Sie zeigen, dass verschiedene Schritte der Denitrifikation von verschiedenen Mitgliedern der mikrobiellen Gemeinschaft durchgeführt werden. Insbesondere unterscheiden sich die Mikroorganismen, die N2O produzieren, sehr von den Mikroorganismen, die N2O aufnehmen. Zudem reichert sich N2O in dem Porenraum des Sediments an, und ein Teil des gelösten Gases wird dann in die Wassersäule transportiert und letzendlich an die Atmosphäre abgegeben. Sandige Sedimente bedecken bis zu 50 % der Kontinentalschelfe und bilden einen integralen Bestandteil des Land-Ozean Kontinuums, aber in der Vergangenheit wurden Prozesse im Sand, insbesondere die Biogeochemie und Mikrobiologie nur unzureichend studiert. Die aktuelle Arbeit ist Teil unserer laufenden Forschung zu diesen faszinierenden mikrobiellen Hotspots.

H. Marchant collecting water column samples
H. Marchant beim beproben der Janssand Sandbank; rechts: Die selbe Sandbank 7 Stunden später.
 
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