Biogeochemische Prozesse im Oberflächenwasser des Meeres

Die Oberfläche der Ozeane ist von einer extrem dünnen Wasserschicht bedeckt durch die der Austausch von Stoffen zwischen Luft und Wasser stattfindet. An dieser Grenzfläche herrschen extreme Bedingungen, mit sehr raschen Schwankungen von Temperatur und Salinität im Tagesverlauf. Die hier lebenden Mikroben, allen voran die Bakterien, sind zudem bei schönem Wetter einer extremen Belastung durch zellschädigende Ultraviolettstrahlung ausgesetzt. Bakterien erfüllen im Meer eine wichtige Aufgabe da sie gelösten organischen Kohlenstoff in der Zelle binden können. Allerdings wird der aufgenommene Kohlenstoff zu einem großen Teil zu Kohlendioxid veratmen und ins Wasser abgeben. Abhängig vom Stresslevel der Bakterien wird mehr oder weniger gelöster organischer Kohlenstoff gebunden und somit können Bakterien im Meer die Konzentration des klimaschädlichen CO2 erhöhen oder verringern. Außerdem besitzen Bakterien die Fähigkeit gelöstes organisches Material so zu verändern, dass es für andere Mikroben nicht mehr schnell verwertbar ist und so in der Wassersäule für lange Zeit gespeichert wird. Bisherige Untersuchungen legen nahe, dass in der ozeanischen Oberflächenhaut spezifische mikrobielle Gemeinschaften leben von denen einige den harten Umweltbedingungen standhalten können. Wir wissen aber noch nicht welche Bakterien das sind und ob genetische Anpassungen vorhanden sind die es erlaubt die Umweltextreme relative unbeschadet zu überstehen. Hier setzt unser Projekt an und erforscht in einem ersten Schritt welche mikrobiellen Gemeinschaften in der Grenzschicht vorhanden sind und in wie weit sich diese vom darunterliegenden Wasser unterscheiden. Dann messen wir die Aktivität, die Wachstumsraten und die Atmung der Bakterien bei unterschiedlichen Wetterbedingungen um herauszufinden welchen Einfluss Klimaschwankungen auf die Bakterien haben. In weiterer Folge versuchen wir Bakterien zu kultivieren die wir aus der Genanalyse als charakteristisch für die Oberflächenhaut identifizieren konnten. Laborexperimente mit einer definierten UV-Strahlung und anschließende physiologische Untersuchungen zeigen uns Anpassungen oder Schutzmechanismen der Bakterien. Dabei verwenden wir neueste molekularen Werkzeuge die uns erlauben die Funktion der Gene und Proteine der Bakteriengemeinschaft zu entschlüsseln. Eine weitere Innovation im Projekt ist ein selbstfahrender Katamaran der in kürzester Zeit viele Liter der dünnen Oberflächenschicht sammeln kann. Unser ultimatives Ziel ist es den Kreislauf von organischem Material in der Grenzschicht zwischen Atmosphäre und Seewasser zu verstehen um das zukünftige Klima besser vorhersagen zu können. Dabei werden unsere geplanten Untersuchungen die wichtige Rolle der Bakterien- gemeinschaft in der Oberflächenhaut der Meere unterstreichen.