Bakterieller Kohlenstoffumsatz in arktischen Küstensedimenten

Heterotrophe Mikroben spielen eine zentrale Rolle bei der Verarbeitung, dem Austausch und der Umwandlung von organischem Material in marinen Sedimenten. Dadurch beeinflussen sie, wie viel Kohlenstoff dort gebunden wird. Bisher ist kaum bekannt, wie sich die Zusammensetzung und Ernährung dieser Mikrobengemeinschaften im Wandel der Jahreszeiten verändern. Dies liegt zum Teil daran, dass mikrobielle Gemeinschaften im Sediment sehr vielfältig und komplex und daher schwer zu erforschen sind. Um diese methodischen Herausforderungen zu bewältigen, haben wir eine Methode zur Fraktionierung von Sedimenten entwickelt, bei der die Zellen nach dem Grad ihrer Bindung an die Sedimentkörner getrennt werden: Zellen im Porenwasser (PW), fest an den Sedimentkörnern haftende Zellen (FA) und solche, die nur locker an den Körnern haften (LA). Diese Fraktionierungsmethode haben wir dann angewandt, um den bakteriellen Kohlenstoffkreislauf in arktischen Sedimenten zu untersuchen. Unsere Proben sammelten wir in Isfjorden in Svalbard (78°N). Die Probenahmestelle liegt innerhalb des Polarkreises und ist jährlich starken saisonalen Schwankungen unterworfen: Während der Polarnacht herrscht für mehr als drei Monate 24 Stunden Dunkelheit, während des Polartages gibt es vier Monate mit 24 Stunden Sonnenlicht. Seit 2021 haben wir im Rahmen dieses Projekts fünf Feldkampagnen durchgeführt, um Meerwasser und Oberflächensedimente in verschiedenen Jahreszeiten zu beproben. Anhand unserer Proben untersuchen wir, wie sich die oben genannten Zellfraktionen in den Sedimenten verändern und an die extreme Saisonalität in der Arktis anpassen. Dazu verwenden wir verschiedene methodische Ansätze, wie z. B. 16S- und Metagenom-Sequenzierung, Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung und Zellzählungen, Messungen des Sauerstoffverbrauchs über Mikrosensoren und Messungen der Polysaccharid-Hydrolyse-Raten aus Inkubationen, um nur einige zu nennen. Wir haben auch Proben für die ökologische Charakterisierung unserer Probenahmestelle gesammelt, die uns Einblicke in die Schwankungen der Kohlenstoff-, Stickstoff- und Eisenkonzentrationen, der Sulfatreduktionsraten, der Pigmente usw. im Jahresverlauf geben. Die Ergebnisse unserer Untersuchungen werden weitere Einblicke in die Rolle der Sedimentbakterien bei der Verwertung organischen Materials in der Arktis liefern.